09.09.2013 Nutzen und Risiken des Einsatzes von Biokohle unter Berücksichtigung des Boden- und...

09.09.2013

Nutzen und Risiken des Einsatzes von Biokohle

unter Berücksichtigung des Boden- und

GewässerschutzesVortrag zur DBG-Jahrestagung 2013 in Rostock

Theresa Seith, Dr. Richard Beisecker (IfÖL) Dr. Michael Kastler, Dr. Michael Denneborg

(ahu AG)

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Gliederung des Vortrags Projektinformationen Definition Biokohle Herstellungsverfahren Eigenschaften

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 GewässerAbgeschlossen 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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Bildquelle: Ithaka Journal

Bildquelle: Pyreg GmbH

Bildquelle: Susterra Bildquelle: Fraunhofer Institut UMSICHT

Biokohle (biochar): Kohlenstoffreiches Produkt, das bei Erhitzung von Biomasse unter geringer oder keiner Sauerstoffzufuhr entsteht

= Produkt mit heterogenen Eigenschaften

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Definition

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Überblick:

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Datenquelle: MEYER et al., 2011

Herstellungsverfahren der Biokohle

Biokohlen aus langsamen Verfahren bei geringen Temperaturen haben höhere Kohlenstoff-AusbeutenI f Ö

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Elementargehalte von C, H und O:

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Eigenschaften der Biokohle

Datenquelle: SCHIMMELPFENNIG & GLASER, 2012

Elementargehalte sind stark von Herstellungsprozess und Ausgangsmaterial bestimmt I f Ö

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Elementargehalte von C, H und O:

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Eigenschaften von Biokohle

Datenquelle: LIBRA et al., 2011

Mit zunehmender Prozesstemperatur und -dauer sinken H/C- und O/C-VerhältnisseI f Ö

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Oberfläche, pH-Wert, Kationenaustauschkapazität:

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Eigenschaften der Biokohle

Datenquelle: LEHMANN, 2007

Mit steigender Prozesstemperatur nehmen spezifische Oberfläche, pH-Wert und Kationenaustauschkapazität zuI f Ö

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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 HefeZersetzungsdauer von 4 bis 29 Jahren (STEINBEISS et al., 2009)

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Eigenschaften der Biokohle

Mit steigendem Gehalt an Aromaten und black carbon nimmt die Stabilität der

Biokohle zu I f Ö L

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Schadstoffgehalt – Schwermetalle:

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Eigenschaften der BiokohleDatenquellen: LIBRA et al., 2011; APPEL, 2012

BBodSchV (24.02.2012)

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Schadstoffgehalt – Kohlenwasserstoffe: PAK- Σ-Gehalt als Indikator für Toxizität der

Biokohle (SCHIMMELPFENNIG & GLASER, 2012)

Große Spanne der PAK-Gehaltemeist unter 3,5 mg kg-1 (HALE et al., 2012)

aber auch Extremwerte bis zu 3000 mg kg-1 (SCHIMMELPFENNIG & GLASER, 2012)

Beispiele Σ PAK: Palaterra: 4,55 mg kg-1 (TZW, 2012)

Biokohle aus Holzvergasung: 8 – 53 mg kg-1 (REICHLE et al., 2010)

Biokohle aus schneller Pyrolyse: 0,3 – 45 mg kg-1 (HALE et al., 2012)

PYREG - Biokohle aus Klärschlamm: 0,65 mg kg-1 (GERBER, 2011)

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Eigenschaften der Biokohle

Mit zunehmender Pyrolyse-Dauer steigt die PAK-Konzentration im ProduktI f Ö

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Schadstoffgehalt – Kohlenwasserstoffe: PAK-Gehalt und Ausgangsstoffe

Dioxingehalt gering; bioverfügbare Dioxinkonzentration unter Nachweisgrenze (HALE et al., 2012)

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Eigenschaften der Biokohle

Datenquelle: KLOSS et al., 2012I f Ö L

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Nutzen der Biokohle Ausbringung Verbesserung der Bodeneigenschaften C-Sequestrierung Adsorption von Schwermetallen und organischen

Stoffen Mögliche Ertragssteigerung

ABER

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Größter Nutzeffekt auf den Böden mit den größten RisikenI f Ö

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Austragspotenzial inkorporierter Schadstoffe:Anstieg der DOC-Konzentration im Porenwasser

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Datenquelle: BEESLEY & DICKINSON, 2011

Risiken der Biokohle-Ausbringung

keine Ergebnisse zu anderen Schadstoffen im Porenwasser (z. B. PAK-Konzentrationen)

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Indirekter Einfluss der Biokohle:Biokohle verändert das Bodenmilieu

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Risiken der Biokohle-Ausbringung

Datenquelle: BEESLEY & DICKINSON, 2011

Widersprüchliche Ergebnisse zu Wechselwirkungen mit Schwermetallen

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Indirekter Einfluss auf Stickstoff-Umsätze:Reduktion der Netto-N-Mineralisationsrate (DEMPSTER et al.,

2012)

Verringerte N-Aufnahme bei Pflanzen (BORCHARD et al., 2012c)

Erhöhte Nitratauswaschung (BORCHARD et al., 2012b; MAJOR et al., 2012)

Erhöhte Ammonium-Auswaschung und Reduktion des Gesamt-N-Gehaltes nach Zugabe von Biokohle + mineralischem Dünger (SCHULZ & GLASER, 2012)

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Risiken der Biokohle-Ausbringung

Großer Einfluss auf die Stickstoff-Dynamik des Bodens, Einflussfaktoren und Auswirkungen bisher nicht abzuschätzenI f Ö

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Indirekter Einfluss auf Pflanzenschutzmittel:Adsorption organischer Stoffe (SMERNIK, 2009)

Geringeres Verlagerungspotenzial der PSM (JONES et al., 2011)

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Datenquelle: GRABER et al., 2012

Risiken der Biokohle-Ausbringung

Geringe Wirksamkeit von PSM nach ausgebrachter 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

Biokohle-Ausbringung geklärt werden

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Fazit: Gefährdungspotenzial der Biokohle

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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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Forschungsbedarf

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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: info@ifoel.de

ahu AG • Kirberichshofer Weg 6 • 52066 AachenTel.: 0241/900011-0 • Fax: 0241/900011-9

E-Mail: info@ahu.deI f Ö

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