„Terra Preta“ – altes Wissen neu entdeckt

21. Kasseler Gartenbautage

15.01.2014

MSc. Daniela Busch

Martin – Luther – Universität

Halle / Wittenberg

http://www.landw.uni-

halle.de/prof/bodenbiogeochemie/mitarbeiterinnen/daniela_busch/ 1

Inhalt

• Einleitung

• Geschichte

• Eigenschaften der Terra Preta

• Moderne Herstellungsverfahren

• Ökologische Potenziale der Anwendung

• Zusammenfassung

http://www.landw.uni-

halle.de/prof/bodenbiogeochemie/mitarbeiterinnen/daniela_busch/ 2

• Studium Biologie JLU Gießen

• Masterarbeit: Ökotoxikologische Risikoabschätzung von Pflanzenkohlen

• Promotionsvorhaben: Ökologische Auswertung des Einsatzes von Pflanzenkohlen

bei: Prof. Bruno Glaser MLU Halle/ Wittenberg

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http://lv-twk.oekosys.tu-berlin.de/project/lv-twk/images/jpgs/201-bodenprofil-wurzeln.jpg

• Extrem hohe Verwitterungsrate • Geringer Gehalt an organischem Kohlenstoff (SOM) und Nährstoffen • niedriger pH Wert • sehr dünne Humusschicht • tief rotbrauner Oberboden

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• Fransisco de Orrelana (1542)

• „El Dorado“

• Entdeckung zahlreicher Siedlungen im Amazonasgebiet

• riesige Siedlungen, in denen Zehntausende Menschen lebten

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Geschichte der Entdeckung

1872: Entdeckung eines Bodenprofils mit einem mächtigen schwarzen Horizont und Tonscherben im Erdreich

1876: ähnliche Entdeckungen in Guyana 1878: Erste Beschreibung und Definition der „Terra

Preta“ durch Brown und Lidstone (Zusammenhang zwischen menschl. Besiedlung und Nährstoffanreicherung noch unbekannt)

1885: (Hartt) erste Dokumentation von Inhaltsstoffen (Tonscherben, Reste von Steinwerkzeugen und Holzkohle)

1903: (Katzer) Nachweis über die hohe Fruchtbarkeit der Terra Preta (und deren Vergleich mit Tschernosem)

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Geschichte der Entdeckung

Terra Preta Forschung nach 1940

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Glaser and Birk 2012

Die Entdeckung der Terra Preta

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Die Entdeckung der Terra Preta

Glaser et al. 2001 10

Die Entdeckung der Terra Preta

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Wolfgang Zech

Christoph Steiner Bruno Glaser Johannes Lehmann 12

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Geschichte

• Justus von Liebig

• Chemische Briefe 1878 (49. Brief; S. 512)

• Bericht aus China

• […] „Während der Sommermonate werden alle Arten von vegetabilischen Abfällen mit Rasen, Stroh, Gras, Torf, Unkraut mit Erde gemischt, in Haufen gesetzt und, wenn diese trocken sind, angezündet, so dass sie in mehreren Tagen langsam verbrennen und das Ganze in eine schwarze Erde verwandelt ist.“ […]

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Ökologische Eigenschaften der Terra Preta

• Woher kommt die signifikante Speichereigenschaft dieser Bodenhorizonte?

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Lehmann et al. 2011; www.biocharproject.org

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Die Entdeckung der Terra Preta

Kohle-Partikel

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18

19

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Moderne Herstellungsverfahren

Pyrolyse

• Trockene Pyrolyse

• Pflanzenkohle

Hydrothermale Carbonisierung

• Nasse Konversion von Biomasse

• Hydrokohle

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Herstellungsweisen moderner Pflanzenkohlen

Ökoregion Kaindorf 22

Herstellungsweisen moderner Pflanzenkohlen

Pyrolyse: • 650-800 °C • Sauerstoffausschluss • Nutzung der Brenngase in externer Brennkammer • trockene Pflanzenkohle • pH 8- 11 • geringes spez. Gewicht • HC/OC Verhältnis ähnlich der Holzkohle

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Herstellungsweisen Hydrokohlen

Stadtwerke Halle / S. 24

Herstellungsweisen Hydrokohlen

Hydrothermale Carbonisierung: • 180 – 230 °C • in wässriger Phase (Luftausschluss) • 2-12 Stunden • 2,8 Mpa • feuchte – flüssige Kohle • HC/OC Gehalt ähnlich der Braunkohle • hohes spez. Gewicht durch hohen Wassergehalt • saurer pH Wert (3,5-4,5) • Energiegewinnung durch exotherme Reaktionen während der Konversion der Biomasse möglich

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Kohlenstoff-Speicherung

im Boden

Humus-aufbau

Klimaschutz

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C

O

O

C

O

O

C

O

O

C

O

O

C

O

O

Photosynthese

Kohlenstoff – Sequestrierung (hilft CO2 aus der Atmosphäre dauerhaft zu

entziehen)

Kohlenstoff-Speicherung

im Boden

Pyrolyse

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CO2

CH4

N2O

Root respiration Soil organisms

Temperature N - availabiliy

Nitrifikation Denitrifikation

Methan - Oxidation

Anaerobe Zone

Aerobe Zone

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CO2

CH4

N2O

Anaerobes Milieu

Rascher Abbau und

Auswaschung

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Stickstoffverlust vs. Eutrophierung

www.umweltbundesamt.de 31

CO2

CH4

N2O

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Publikationen: Dr. Claudia Kammann, Uni Gießen

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Glaser, 2014

Aktuelle Forschung & Ergebnisse:

Glaser, 2014

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Erfahrungen in der Anwendung:

• Die maximale Aufbringungsmenge beträgt in Deutschland 30 t/ ha in 3 Jahren • Orientierung an der maximal zugelassenen Ausbringungsmenge von Komposten • Pflanzenkohle als Humusaufbaumittel und C- Senke noch nicht zugelassen

Unter kontrollierten Bedingungen

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Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und ich freue mich auf Ihre Fragen….

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Biokohle? Hydrokohle? HTC – Kohle? Pflanzenkohle? Eine Definition unter wissenschaftlichen Aspekten

Schimmelpfennig and Glaser 2012

Untersuchungen zur Umweltverträglichkeit

1. Prüfung auf Freisetzung phytotoxischer Gase

• Keimung, Wachstum: Kresse-Test (BggK*, 7 Tage)

2. Prüfung der Auswirkungen auf die Flora

• Keimung: Salatkeimungstest (ISO-17126; Sand-Biokohlegemische, 5-7 Tage) Keimung: Gerstenkeimungstest (BggK*; EE0-Biokohlegemische; 10 Tage)

• Wachstum: Gerstenkeimungstest (wie oben)

3. Prüfung der Auswirkungen auf die Boden-Fauna • Substratpräferenz: Regenwurmvermeidungstest

(ISO-17512-1; LUFA-Standardboden 2.2; 48 h)

4. Prüfung auf Genotoxizität

• Tradescantia-Keinkern-Test (VDI 3957 Blatt 16), modifiziert: - mit wässrigen Biokohle-Auszügen - nach Wachstum in Biokohle-EE0-Mischungen

TOC t0 and t1

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t0 0-10cm TOC [g*kg-1]

t1 0-10cm TOC [g*kg-1]

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t0 10-30cm TOC [g*kg-1]

t1 10-30cm TOC [g*kg-1]