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Einsatz von Kohlen aus der Pyrolyse und der hydrothermalen Carbonisierung in der Landwirtschaft

Projekt

Klimawandel

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Klimawandel


Förderkennzeichen: TI-AK-08-PID1625
Laufzeit: 01.01.2010 - 31.12.2015
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Der Einsatz von Pflanzenkohle in landwirtschaftlichen Böden zur Senkung von Nährstoff- und Pestizidauswaschung sowie Treibhausgasemissionen wird in einem breit angelegten Forschungsvorhaben seit 2010 am Thünen-Institut für Agrarklimaschutz untersucht. Der Einsatz von Maschinen und mineralischen Düngern im Rahmen der Intensivierung der Landwirtschaft brachte eine erhebliche Steigerung der Ernteerträge. Die Düngung bringt aber auch Nachteile mit sich, wenn diese nicht an den Bedarf der Feldfrüchte angepasst wird: einerseits kann der Überschuss an Stickstoff (N) zu gesteigerten Lachgasemissionen (N2O) führen, andererseits kann er direkt als Nitrat (NO3) ausgewaschen werden und in Grund- und Oberflächenwässer gelangen. Um die negativen Nebeneffekte der Industrialisierung und Intensivierung der Landwirtschaft entgegen zu wirken, erlangen neue Methoden stark steigendes Interesse. Eine solche Methode ist der Einsatz von Pflanzenkohlen (Produkte aus der Verkohlung von Biomasse) in landwirtschaftlichen Böden. Es wird angenommen, dass der Verkohlungsprozess eine langfristige Speicherung von atmosphärischem CO2 bewirkt, so dass anthropogenen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Rohstoffe mit den daraus resultierenden Klimaveränderungen aktiv entgegen gewirkt werden könnte. Des Weiteren ergeben sich aufgrund der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Kohle und durch deren Beimischung zum Boden eventuell Möglichkeiten, den Wasserhaushalt zu verbessern und neben der Nitratauswaschung, die Auswaschung weiterer wichtiger Pflanzennährstoffe (Calcium, Kalium, Magnesium, Phosphor) oder auch von Pestiziden zu reduzieren und zudem die N2O Emissionen zu senken. Die Gewinnung der Pflanzenkohlen kann über verschiedene Verfahren erfolgen, von denen die zwei derzeit gebräuchlichsten im Fokus des vorliegenden Projektes stehen. Bei der Pyrolyse wird Biomasse bei hohen Temperaturen (450°C) unter Sauerstoffausschluss verkohlt (Pyrokohlen). Die Hydrothermale Carbonisierung (HTC) ist ein Verkohlungsverfahren von Biomasse unter Zugabe von Wasser bei 180-250°C und hohen Drücken (HTC- oder Hydrokohlen). Sie erlaubt auch die Verarbeitung von Biomasse mit hohen Wassergehalten ohne größeren technischen Aufwand. Bei beiden Verfahren werden Kohlen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften erzeugt, deren Eignung als Bodenhilfsstoff und als Mittel zur Kohlenstoff-Sequestrierung in bzw. der Reduktion von Treibhausgasen aus Böden im Rahmen dieses Projekts untersucht wird. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts werden folgende Fragen untersucht: 1. Eignen sich Pyrokohlen und Hydrokohlen zur Verminderung der Auswaschung von Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln aus landwirtschaftlichen Böden? 2. Wie beeinflusst die Ausbringung von Pyrokohlen und Hydrokohlen die Wasserhaltekapazität des Bodens? 3. Wie verändert sich die Sorptionskapazität der Kohlen im Laufe der Zeit nach Ausbringung im Feld (Aging)? 4. Eignen sich Pyrokohlen und Hydrokohlen zur Kohlenstoffsequestrierung in landwirtschaftlichen Böden? 5. Kann die Ausbringung von Pyrokohlen oder Hydrokohlen die Emissionen des Treibhausgases N2O aus Böden reduzieren? Untersucht werden sowohl Pyrolysekohlen als auch Hydrokohlen aus unterschiedlichen Ausgangsstoffen (z.B. Miscanthus-Gras, Holzhackschnitzel, Gärreste) in unterschiedlichen Bodentypen (sandige und lehmige Böden) sowohl in Labor- als auch in Freilandversuchen.

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