Transcript Nutzen und Risiken des Einsatzes von Biokohle unter Berücksichtigung des Bodenund Gewässerschutzes Vortrag zur DBG-Jahrestagung 2013 in Rostock Theresa Seith, Dr.

Nutzen und Risiken des
Einsatzes von Biokohle unter
Berücksichtigung des Bodenund Gewässerschutzes
Vortrag zur DBG-Jahrestagung 2013 in Rostock
Theresa Seith, Dr. Richard Beisecker (IfÖL)
Dr. Michael Kastler, Dr. Michael Denneborg (ahu AG)
09.09.2013
Gliederung des Vortrags
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Projektinformationen
Definition Biokohle
Herstellungsverfahren
Eigenschaften
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Elementargehalte
Oberfläche, pH-Wert, KAK
Stabilität
Schadstoffe
Nutzen
Gefährdungspotenzial für Gewässer
Fazit
Forschungsbedarf
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Projektdaten
 DVGW - Projekt W 1/02/12:
Literaturstudie zum Thema:
Nutzen und Risiken des Einsatzes von Biokohle Abschätzung des Gefährdungspotenzials für
Gewässer
Abgeschlossen im August 2013
 Gemeinsames Projekt der Ingenieurbüros IfÖL (Kassel)
und ahu AG (Aachen)
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Projektziele Literaturstudie
 Aktueller Wissensstand zu Eigenschaften, Wirkung
und Anwendung von Biokohle
 Identifizierung und Bewertung von Risiken für
Gewässer, die sich aus der Ausbringung von Biokohle
in Böden ergeben
 Forschungsbedarf und Vorschläge für weiteres
Vorgehen
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Definition
Biokohle (biochar):
Kohlenstoffreiches Produkt, das bei Erhitzung von
Biomasse unter geringer oder keiner Sauerstoffzufuhr
entsteht
= Produkt mit heterogenen Eigenschaften
Bildquelle: Ithaka Journal
Bildquelle: Susterra
Bildquelle: Fraunhofer Institut
UMSICHT
Bildquelle: Pyreg GmbH
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Herstellungsverfahren der Biokohle
Überblick:
Datenquelle: MEYER et al., 2011
 Biokohlen aus langsamen Verfahren bei geringen
Temperaturen haben höhere Kohlenstoff-Ausbeuten
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Eigenschaften der Biokohle
Elementargehalte von C, H und O:
 Elementargehalte sind stark von Herstellungsprozess
und Ausgangsmaterial bestimmt
Datenquelle: SCHIMMELPFENNIG & GLASER, 2012
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Eigenschaften von Biokohle
Elementargehalte von C, H und O:
 Mit zunehmender Prozesstemperatur und -dauer
sinken H/C- und O/C-Verhältnisse
Datenquelle: LIBRA et al., 2011
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Eigenschaften der Biokohle
Oberfläche, pH-Wert, Kationenaustauschkapazität:
 Mit steigender Prozesstemperatur
nehmen spezifische Oberfläche, pH-Wert
und Kationenaustauschkapazität zu
Datenquelle: LEHMANN, 2007
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Eigenschaften der Biokohle
Stabilität:
Für pyrolytisch produzierte Biokohle mit hohem C-Gehalt
Zersetzungsdauer > 2000 Jahre, Abbaurate 0,5 % a-1
(KUZYAKOV et al., 2009)
Für HTC-Biokohle aus Glukose und Hefe
Zersetzungsdauer von 4 bis 29 Jahren (
STEINBEISS et al., 2009)
 Mit steigendem Gehalt an Aromaten und
black carbon nimmt die Stabilität der Biokohle zu
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Eigenschaften der Biokohle
Schadstoffgehalt – Schwermetalle:
Datenquellen:
LIBRA et al., 2011; APPEL, 2012
BBodSchV
(24.02.2012)
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Eigenschaften der Biokohle
Schadstoffgehalt – Kohlenwasserstoffe:
PAK- Σ-Gehalt als Indikator für Toxizität der Biokohle
(SCHIMMELPFENNIG & GLASER, 2012)
Große Spanne der PAK-Gehalte
meist unter 3,5 mg kg-1 (H et al., 2012)
aber auch Extremwerte bis zu 3000 mg kg-1 (S
ALE
CHIMMELPFENNIG
& GLASER, 2012)
 Mit zunehmender Pyrolyse-Dauer steigt die PAKBeispiele
Σ PAK:
Konzentration im Produkt
-1
Palaterra:
4,55 mg kg (TZW, 2012)
Biokohle aus Holzvergasung:
8 – 53 mg kg-1 (R et al., 2010)
Biokohle aus schneller Pyrolyse:
0,3 – 45 mg kg-1 (H et al., 2012)
PYREG - Biokohle aus Klärschlamm: 0,65 mg kg-1 (G , 2011)
EICHLE
ALE
ERBER
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Eigenschaften der Biokohle
Schadstoffgehalt – Kohlenwasserstoffe:
PAK-Gehalt und Ausgangsstoffe
Datenquelle: KLOSS et al., 2012
Dioxingehalt gering; bioverfügbare Dioxinkonzentration unter
Nachweisgrenze (H et al., 2012)
ALE
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Nutzen der Biokohle Ausbringung
 Verbesserung der Bodeneigenschaften
 C-Sequestrierung
 Adsorption von Schwermetallen und organischen
Stoffen
 Mögliche Ertragssteigerung
ABER
 Größter Nutzeffekt auf den Böden mit den größten
Risiken
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Risiken der Biokohle-Ausbringung
Austragspotenzial inkorporierter Schadstoffe:
Anstieg der DOC-Konzentration im Porenwasser
 keine Ergebnisse zu anderen Schadstoffen im
Porenwasser (z. B. PAK-Konzentrationen)
Datenquelle: BEESLEY &
DICKINSON, 2011
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Risiken der Biokohle-Ausbringung
Indirekter Einfluss der Biokohle:
Biokohle verändert das Bodenmilieu
 Widersprüchliche Ergebnisse zu Wechselwirkungen
mit Schwermetallen
Datenquelle: BEESLEY & DICKINSON, 2011
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Risiken der Biokohle-Ausbringung
Indirekter Einfluss auf Stickstoff-Umsätze:
Reduktion der Netto-N-Mineralisationsrate (
et al., 2012)
Verringerte N-Aufnahme bei Pflanzen (
et al., 2012c)
Erhöhte Nitratauswaschung (
et al., 2012b;
et al., 2012)
Erhöhte Ammonium-Auswaschung und Reduktion des
Gesamt-N-Gehaltes nach Zugabe von Biokohle +
mineralischem Dünger ( & , 2012)
DEMPSTER
BORCHARD
BORCHARD
SCHULZ
MAJOR
GLASER
 Großer Einfluss auf die Stickstoff-Dynamik des
Bodens, Einflussfaktoren und Auswirkungen bisher
nicht abzuschätzen
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Risiken der Biokohle-Ausbringung
Indirekter Einfluss auf Pflanzenschutzmittel:
Adsorption organischer Stoffe ( , 2009)
Geringeres Verlagerungspotenzial der PSM (
SMERNIK
JONES et al., 2011)
 Geringe Wirksamkeit von PSM nach ausgebrachter
Biokohle
Datenquelle: GRABER et al., 2012
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Fazit: Gefährdungspotenzial der Biokohle
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Es gibt nicht DIE Biokohle
Biokohlen enthalten gewässergefährdende Stoffe
Größter Nutzeffekt auf Böden mit größten Risiken für
Gewässer
Ausgebrachte Biokohle verändert das umgebende
Bodenmilieu
Wissensdefizite müssen vor großflächiger BiokohleAusbringung geklärt werden
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Forschungsbedarf
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Austragspotenzial organischer Schadstoffe
Stabilität gegenüber Abbau/Stofffreisetzung
Langzeitverhalten in Böden der gemäßigten Breiten
Adsorption von Dünger, PSM, Schwermetallen
Wirkung auf Nährstoffhaushalt des Bodens
(insbes. Stickstoff- und Phosphor-Umsätze)
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und
Dank an den DVGW für die Förderung
des Projekts
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Kontakt
IfÖL Dr. Richard Beisecker • Windhäuser Weg 8 • 34123 Kassel
Tel.: 0561/701515-0 • Fax: 0561/701515-19
E-Mail: [email protected]
ahu AG • Kirberichshofer Weg 6 • 52066 Aachen
Tel.: 0241/900011-0 • Fax: 0241/900011-9
E-Mail: [email protected]
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