Grundlagen Pflanzenkohle

Pflanzenkohle, auch als Biokohle bekannt, ist ein kohlenstoffreiches Material, dass durch die pyrolytische Umwandlung von pflanzlicher Biomasse unter sauerstoffarmen Bedingungen hergestellt wird. Dieser Prozess, bekannt als Pyrolyse, führt zur Bildung eines stabilen und porösen Kohlenstoffgerüsts. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften kann Pflanzenkohle für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Zudem dient sie als langfristiger Kohlenstoffspeicher (>1.000 Jahre), der dazu beitragen kann den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu reduzieren und so dem Klimawandel entgegenzuwirken.

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Grundlagen

Durch Photosynthese fixiert die terrestrische Biosphäre jährlich etwa 123 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in Form von CO₂. Etwa die Hälfte davon wird von den Pflanzen zur Energiegewinnung wieder freigesetzt, während der Rest als Biomasse in Form von Blättern, Holz, Wurzeln und Früchten erhalten bleibt. Diese Biomasse bildet die Grundlage für Nahrungsketten und die Biodiversität.

Nur ein kleiner Teil der Biomasse wird bisher zur Herstellung von Pflanzenkohle verwendet. Diese trägt jedoch durch die stabile Kohlenstofffixierung zur Reduktion von CO₂-Emissionen bei, da sie das CO₂ langfristig bindet. Pflanzenkohle findet Anwendung in der Landwirtschaft, Umwelttechnik und Bauindustrie, wobei etwa 90 % in der Landwirtschaft eingesetzt werden. Neben der Bodenverbesserung wird Pflanzenkohle auch über Tiere (Futterkohle), Biogasanlagen (Biogaskohle) und als Baustoffadditiv im Boden (Bodenkohle) eingebracht und langfristig fixiert.

Das Prinzip PyCCS (Pyrogenic Carbon Capture and Storage) bezeichnet die CO₂-Bindung durch Pyrolyse und gilt als eine ausgereifte und verfügbare Negativemissionstechnologie.

-Landwirtschaft-

In der Veterinärmedizin wird Pflanzenkohle (Holzkohle) seit vielen Jahrhunderten eingesetzt. Die enorm große Oberfläche der Kohle von bis zu 500 m²/ g führt dazu, dass in den feinen Poren der Pflanzenkohle Schadstoffe eingelagert werden (Adsorption). Die in diesen Zwischenräumen herrschenden Kräfte führen zu einer dauerhaften Fixierung von Gift- und Schadstoffen, die mit der Nahrung aufgenommen worden sind. Diese durch die Pflanzenkohle gebundenen Toxine werden auf dem normalen Weg ausgeschieden.

Ebenso wie die veterinärmedizinische Anwendung hat auch der bodenbezogene Einsatz von Pflanzenkohle eine lange Vergangenheit. Einer der Hauptvorteile des bodenbezogenen Einsatzes von Pflanzenkohle liegt in ihrer Fähigkeit, Bodenfruchtbarkeit und Nährstoffretention zu verbessern. Pflanzenkohle besitzt, wie bereits vorstehend erwähnt poröse Struktur, die eine hohe spezifische Oberfläche aufweist. Diese Eigenschaft ermöglicht es, Nährstoffe, Wasser und Mikroorganismen im Boden zu binden und zu stabilisieren, was wiederum zu einer besseren Nährstoffversorgung der Pflanzen führt. Darüber hinaus kann Pflanzenkohle die Bodenstruktur verbessern, das Wasserrückhaltevermögen erhöhen und die Erosion verringern, was insgesamt zu einer nachhaltigen Bodenbewirtschaftung beiträgt. Obendrein kann der Einsatz von Pflanzenkohle auch zur Verringerung des Bedarfs an mineralischen Düngemitteln beitragen, da die verbesserte Bodenfruchtbarkeit und Nährstoffretention zu einer effizienteren Nutzung der vorhandenen Nährstoffe führt. Dies hat für Landwirte sowohl ökologische wie auch wirtschaftliche Vorteile.
Durch die Einbringung von Pflanzenkohle in den Boden wird Kohlenstoff langfristig gebunden, was zur Reduzierung der CO2-Emissionen beiträgt und somit einen positiven Beitrag zur Decarbonisierung leistet. Dieser Prozess wird als Kohlenstoffsequestrierung (dauerhafte Fixierung) bezeichnet und kann dazu beitragen, die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern.

Ein außergewöhnlich effizienter Einsatz der Pflanzenkohle in der Landwirtschaft ist in der Wirkkaskade Tier, Biogas und Boden zu sehen. Die Pflanzenkohle wird dabei in die Silage eingemischt. Die fermentativen Prozesse dort werden beschleunigt. Die Silagequalität wird verbessert. Mit dem Futter gelangt die Pflanzenkohle in den Magen-/Darmtrakt der Tiere (oder Biogasanlage) wo vorhandene Toxine adsorbiert werden. Die Gülle aus den Ställen ist mit Pflanzenkohle angereichert und weist dadurch verbesserte Wirkungen und eine gesteigerte Nährstoffretention auf.

In Deutschland stellt die Düngemittelverordnung, DüMV (S. 77 Punkt 7.1.10) die Grundlage für den Einsatz von Pflanzenkohle in Biogasanlagen und im Boden dar.

-Baustoffe-

Neben der „klassischen“ Anwendung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft oder Garten- und Landschaftsbau kann Pflanzenkohle auch in der Industrie Verwendung finden. Adsorptionsfähigkeit, Leitfähigkeit und Farbe sind wichtige Eigenschaften die Pflanzenkohle für verschiedene Anwendungen interessant machen.

Bedingt durch intensive Aktivitäten im Bereich Forschung und Entwicklung, die in den vergangenen Jahren eingesetzt haben, werden zunehmend neue Anwendungsmöglichkeiten in Baustoffen geschaffen. Das Ziel CO2-neutraler Baustoffe vor Augen widmet sich die Team Nachhaltigkeit, seit geraumer Zeit, der Klassifizierung und Optimierung von Pflanzen- und Synthesekohlen (Carbonisate), um diese als erschwinglichen und wirkungsvollen Zusatz für die Baustoffindustrie nutzbar zu machen.