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„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
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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Moderne Herstellungsverfahren
Pyrolyse
• Trockene Pyrolyse
• Pflanzenkohle
Hydrothermale Carbonisierung
• Nasse Konversion von Biomasse
• Hydrokohle
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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
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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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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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
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und ich freue mich auf Ihre Fragen….
http://www.landw.uni-halle.de/prof/bodenbiogeochemie/
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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