{"id":413,"date":"2021-09-28T13:53:00","date_gmt":"2021-09-28T11:53:00","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.zhaw.ch\/eat-grow-change\/?p=413"},"modified":"2022-02-01T09:46:23","modified_gmt":"2022-02-01T08:46:23","slug":"wird-biokohle-das-neue-schwarze-gold","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.zhaw.ch\/eat-grow-change\/2021\/09\/28\/wird-biokohle-das-neue-schwarze-gold\/","title":{"rendered":"Wird Biokohle das neue schwarze Gold?"},"content":{"rendered":"\n

Ein Beitrag von Kilian Falk<\/em><\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 1.: Ein Terra preta-Boden, der sich durch den Eintrag von unvollst\u00e4ndig verbranntem, organischem Material sowie Knochen, Mist und Asche w\u00e4hrend langer Zeit gebildet hat  (Quelle: Bild von Marc Seinmetz\/Visum).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

B\u00f6den sind die wichtigste Basis unserer Nahrungsmittelproduktion. Erst voll funktionsf\u00e4hige B\u00f6den k\u00f6nnen der menschlichen Zivilisation langfristig gesunde und qualitativ hochwertige Nahrung bringen, das Klima regulieren sowie riesige Wassermengen speichern. Dabei ist Kohlenstoff im Boden f\u00fcr zahlreiche Bodenfunktionen und \u00d6kosystemdienstleistungen zentral. Die Zukunft gesunder B\u00f6den ist aber in Gefahr: Bodendegradation bedroht unsere Ern\u00e4hrungssicherheit und unsere Zukunft. Doch inmitten eines Regenwaldes verbirgt sich etwas, das die Zukunft der Nahrungsmittelproduktion in einem neuen Licht erscheinen lassen k\u00f6nnte.<\/strong><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Terra preta de Indios <\/em><\/strong>– Das dunkle Geheimnis im tiefen Dschungel<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Vor wenigen Jahrzehnten erregte die Entdeckung zahlreicher fast schwarzer B\u00f6den im Amazonas-Regenwald die Neugierde von Arch\u00e4ologen. Diese unverkennbaren dunklen Erden grenzen sich deutlich vom r\u00f6tlich erscheinenden Ferralsol<\/em>-Boden ab. Die Radiokarbondatierung zeigt, dass Terra preta de Indio<\/em>, auf Deutsch \u00abindigene Schwarzerden\u00bb,  ihre Entstehung w\u00e4hrend der Pr\u00e4kolumbianischen Zeit hatte.1<\/sup>  Die Sesshaftigkeit des Menschen im Amazonasbecken f\u00fchrte dazu, dass sich im Boden kontinuierlich organisches Material wie Mist und Pflanzenreste ablagerte und sich anorganische Knochen- und Ascheansammelte, was \u00fcber einen langen Zeitraum hinweg zu diesen B\u00f6den f\u00fchrte.2<\/sup> Bald erkannten Wissenschaftler*innen das geheimnisvolle Potential, das sich in Terra preta verbirgt: \u00c4usserst hohe N\u00e4hrstoffvorr\u00e4te im Gegensatz zu angrenzenden sehr n\u00e4hrstoffarmen, tropischen B\u00f6den.1,2<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Was Terra preta<\/em> besonders macht<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dass die hohe Fruchtbarkeit seit der Entstehung der schwarzen Erden bestehen bleibt, ist dabei einzigartig. Doch was verleiht diesen B\u00f6den die dunkle Farbe und l\u00e4sst sie w\u00e4hrend tausenden von Jahren so fruchtbar bleiben? Heute weiss man, dass das Praktizieren von Brandrodungsfeldbau der Indios zur Ansammlung von stabilen Kohlenstoffverbindungen in Form von Kohle im Boden f\u00fchrte, die Jahrhunderte bis Jahrtausende unver\u00e4ndert blieben.2,3<\/sup> In Untersuchungen wurde gezeigt, dass die Zugabe von k\u00fcnstlich produzierten Biokohlen als Bodenzusatzstoff  das Produktions- und Ertragspotential n\u00e4hrstoffarmer, tropischer B\u00f6den steigern kann, w\u00e4hrend in Feldversuchen gezeigt wurde, dass die Zugabe von Holzkohlen Keimung, Pflanzenwachstum und Ernteertr\u00e4ge deutlich erh\u00f6hen .2,4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Die popul\u00e4ren Vorteile<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dank ihrer chemisch-physikalischen Beschaffenheit k\u00f6nnen Biokohlen vor allem beim Einbau in tropische B\u00f6den eine Reihe positiver Effekte ausl\u00f6sen: Die Steigerung des pH-Werts in sauren B\u00f6den, eine erh\u00f6hte Kapazit\u00e4t, um N\u00e4hrstoffe zu speichern und sp\u00e4ter den Pflanzen abzugeben, sowie eine verbesserte Wasserspeicherf\u00e4higkeit. Die grosse Oberfl\u00e4chenstruktur bietet n\u00fctzlichen Mikroorganismen wie Bakterien und Mykorrhiza-Pilzen unter passenden Bedingungen viel Lebensraum, die wiederum die N\u00e4hrstoffverf\u00fcgbarkeit erh\u00f6hen k\u00f6nnen.3<\/sup> In vielen L\u00e4ndern gibt es Bestrebungen, B\u00f6den mit Biokohlen anzureichern, um Bodenfunktionen zu verbessern und dadurch die Fruchtbarkeit und Ertr\u00e4ge zu erh\u00f6hen. Dies f\u00fchrte zur ersten industriellen Produktion von Biokohle mittels Pyrolyseverfahren. Vorteilhaft ist, dass dabei jedes erdenklichen organische Material wie beispielweise Holz oder Kl\u00e4rschlamm mittels Pyrolyse verkohlt werden kann.5,6<\/sup><\/p>\n\n\n\n

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Abbildung 2: Ein Landwirt appliziert Biokohle in ein Pflanzloch f\u00fcr eine Kaffee-Pflanze (Quelle: Meiwa Co.,Ltd.).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Biokohle im Einsatz gegen Umweltprobleme in der Landwirtschaft<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die chemisch-physikalischen Eigenschaften von Biokohle k\u00f6nnen bei richtiger Applikation in landwirtschaftlichen B\u00f6den eine Reihe positiver Umweltauswirkungen hervorrufen:<\/p>\n\n\n\n

 Tabelle 1: Eine \u00dcbersicht \u00fcber die potentiellen Vorteile von Biokohlen (Barrow, 2012).<\/p>\n\n\n\n

Landwirtschaftliche Produktion<\/strong><\/td>Abschw\u00e4chung des Klimawandels<\/strong><\/strong><\/td><\/tr>
H\u00f6here Ernteertr\u00e4geReduzierter D\u00fcngerbedarfVerbessertes PflanzenwachstumVerringerte Pestizidaufnahme durch Pflanzen Bindung organsicher Schadstoffe in kontaminierten B\u00f6den.<\/td>CO2 <\/sub>\u2013 Sequestrierung im Boden   Reduzierte Stickoxid- und Ammoniak- Emissionen   Kompensierung von Treibhausgasemissionen<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
Wasserqualit\u00e4t<\/strong><\/td>Ressourceneffizienz<\/strong><\/strong><\/td><\/tr>
Reduktion von Phosphat und Nitrat- Auswaschung in Gew\u00e4sser<\/td>Verwendung von ungenutzten Abf\u00e4llen f\u00fcr Biokohlen<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n
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Abbildung 3: Pflanzen assimilieren Kohlenstoffdioxid in das pflanzliche Gewebe. Durch die Pyrolyse wird dieser Kohlenstoff stabilisiert und kann langfristig im Boden gespeichert werden (Quelle: Jatav et al., 2020).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die dunkle Seite der Materie<\/strong><\/p>\n\n\n\n

So vielversprechend die potentiellen M\u00f6glichkeiten der Biokohle-Verwendung in der Landwirtschaft angepriesen werden, so bewusst sollte man sich \u00fcber die m\u00f6glichen Risiken und Zielkonflikte dieses faszinierenden Materials sein: Die Herstellung in grossen Mengen kann zu einer versch\u00e4rften Nutzungskonkurrenz um Biomasseverwertung f\u00fchren. Es stellt sich zum Beispiel die Frage, ob der Anbau von Biomasse f\u00fcr die Biokohleproduktion nachteilige Auswirkungen auf die Nahrungsmittelproduktion haben k\u00f6nnte.6<\/sup> M\u00f6glich sind auch Zielkonflikte zwischen der Maximierung der Biokraftstoffproduktion und der Maximierung der Biokohleherstellung.5<\/sup> Beim Herstellungsverfahren bilden sich, abh\u00e4ngig von der Beschaffenheit des Ausgangsmaterials und den Prozessbedingungen, zahlreiche gesundheitsgef\u00e4hrdende Schadstoffe. Die Akkumulierung von Schwermetallen in B\u00f6den und die Emission giftiger Gase wie Kohlenmonoxid ist w\u00e4hrend des gesamten Lebenszyklus der Biokohle m\u00f6glich.6<\/sup> Die Mehrheit der praktischen Feldstudien fokussiert sich auf tropische, n\u00e4hrstoffarme B\u00f6den und \u00fcber die Wirkung in B\u00f6den der gem\u00e4ssigten Zonen ist verh\u00e4ltnisweise weniger bekannt, was potentielle Risiken mit sich bringen kann.7<\/sup> In zahlreichen Versuchen <\/a>[BS(1]<\/a> wurde eine bemerkenswerte Ertragssteigerung sowie positive, aber auch negative Effekte auf Wasserhaltekapazit\u00e4t, Stickstoffgehalt, Boden-Sch\u00fcttdichte sowie N\u00e4hrstoffaustauschkapazit\u00e4t festgestellt. Ebenso beobachtete man erhebliche Ertragseinbussen beispielsweise beim Einsatz von Biokohlen auf Reisstroh in einen Sandboden. Biokohlen k\u00f6nnen sogar als Treibhausgasquelle wirken, anstatt diese im Boden zu speichern, wenn eine unpassende Kombination aus Biokohle-Bodenart und Prozessbedingungen (Temperatur) benutzt wird.8<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Sehen Sie die Zukunft der Biokohle nicht zu schwarz<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Aufgrund der grossen Variationen von Biokohlen, Bodenarten und Pflanzen muss noch viel Forschung zur individuellen Wirkung betrieben werden, um die grosse Vielfalt der resultierenden Wechselwirkungen und deren Effekte zu verstehen. Es besteht eine grosse Forschungsl\u00fccke \u00fcber die Wirkungsweise von Biokohlen in B\u00f6den der gem\u00e4ssigten Zonen.5<\/sup> Forschungsfragen wie \u00abWelchem Boden\/welcher Kultur f\u00fcgt man welche Biokohle hinzu?\u00bb helfen die Risiken zu verringern und Wissensl\u00fccken zu f\u00fcllen. Es existieren zudem unvermeidbare Zielkonflikte zwischen den erw\u00e4hnten Vorteilen: Sollen wir Biomasse f\u00fcr die Biokohlegewinnung verwenden oder f\u00fcr die Energiegewinnung ?9<\/sup> Trade-off-Analysen sind zentral f\u00fcr zuk\u00fcnftige Studien, denn alle erw\u00e4hnten Vorteile maximieren zu k\u00f6nnen, ist sehr unwahrscheinlich und es gibt eine unzureichende Datenlage, um Schlussfolgerungen zur Biokohleproduktion und -anwendung auf dem Boden in allen Situationen zu ziehen.5<\/sup> Es gibt aber durchaus positive Aspekte: In tropischen Regionen besitzt die Zugabe von Biokohlen als Bodenzusatzstoff vielleicht das Potential, n\u00e4hrstoffarme Tropenb\u00f6den fruchtbarer werden zu lassen. Dadurch kann der Regenwaldabholzung zur Gewinnung neuer Anbaufl\u00e4chen entgegengewirkt werden.1<\/sup>  Kleinbetriebe unter zwei Hektaren produzieren auf 24 % der weltweiten landwirtschaftlichen Fl\u00e4che 30-34% der globalen Lebensmittelproduktion.10<\/sup>  Das ist \u00fcberproportional viel. Pers\u00f6nlich bin ich deshalb der Ansicht, dass die sachgem\u00e4sse Verwendung von Biokohle in Klein- und Familienbetrieben ein enormes Potential besitzt. Denn sie k\u00f6nnen Biokohle aus regionaler Biomasse herstellen, um damit in geschlossenen Kreisl\u00e4ufen die Bodenfruchtbarkeit und Nahrungsproduktion zu erh\u00f6hen.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Dieser Blog-Beitrag entstand im Rahmen des Bachelormoduls Weltern\u00e4hrungssysteme des Studiengangs Umweltingenieurwesen am Institut f\u00fcr Umwelt und Nat\u00fcrliche Ressourcen der ZHAW im Fr\u00fchjahrssemester 2021.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Quellen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

1<\/sup> Glaser, B., & Birk, J. J. (2012). State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de \u00cdndio). Geochimica et Cosmochimica Acta<\/em>, 82<\/em>, 39\u201351. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.gca.2010.11.029<\/p>\n\n\n\n

2<\/sup> Lehmann, J., Kern, D. C., Glaser, B., & Woods, W. I. (2007). Amazonian Dark Earths: Origin Properties Management<\/em>. Springer Science & Business Media.<\/p>\n\n\n\n

3<\/sup> Atkinson, C., Fitzgerald, J., & Hipps, N. (2010). Potential Mechanisms for Achieving Agricultural Benefits from Biochar Application to Temperate Soils: A Review. Plant and Soil<\/em>, 337<\/em>, 1\u201318. https:\/\/doi.org\/10.1007\/s11104-010-0464-5<\/p>\n\n\n\n

4<\/sup> Glaser, B., Lehmann, J., & Zech, W. (2002). Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal \u2013 a review. Biology and Fertility of Soils<\/em>, 35<\/em>(4), 219\u2013230. https:\/\/doi.org\/10.1007\/s00374-002-0466-4<\/p>\n\n\n\n

5<\/sup> Jeffery, S., Bezemer, T. M., Cornelissen, G., Kuyper, T. W., Lehmann, J., Mommer, L., Sohi, S. P., Voorde, T. F. J. van de, Wardle, D. A., & Groenigen, J. W. van. (2015). The way forward in biochar research: Targeting trade-offs between the potential wins. GCB Bioenergy<\/em>, 7<\/em>(1), 1\u201313. https:\/\/doi.org\/10.1111\/gcbb.12132<\/p>\n\n\n\n

6<\/sup> Lehmphul, K. (2016). Chancen und Risiken des Einsatzes von Biokohle und anderer \u201ever\u00e4nderter\u201c Biomasse als Bodenhilfsstoffe oder f\u00fcr die C-Sequestrierung in B\u00f6den<\/em>. Umweltbundesamt. https:\/\/www.umweltbundesamt.de\/publikationen\/chancen-risiken-des-einsatzes-von-biokohle-anderer<\/p>\n\n\n\n

7<\/sup> Lehmann, J., & Joseph, S. (Hrsg.). (2009). Biochar for environmental management: Science and technology<\/em>. Earthscan.<\/p>\n\n\n\n

8<\/sup> Hussain, M., Farooq, M., Nawaz, A., Al-Sadi, A. M., Solaiman, Z. M., Alghamdi, S. S., Ammara, U., Ok, Y. S., & Siddique, K. H. M. (2017). Biochar for crop production: Potential benefits and risks. Journal of Soils and Sediments<\/em>, 17<\/em>(3), 685\u2013716. https:\/\/doi.org\/10.1007\/s11368-016-1360-2<\/p>\n\n\n\n

9 <\/sup>Biochar: Is there a dark side?<\/em> (o. J.). Abgerufen 9. April 2021, von https:\/\/ethz.ch\/de\/news-und-veranstaltungen\/eth-news\/news\/2014\/04\/biochar-is-there-a-dark-side.html<\/p>\n\n\n\n

10<\/sup> Ramankutty, N., Ricciardi, V., Mehrabi, Z., & Seufert, V. (2019). Trade-offs in the performance of alternative farming systems. Agricultural Economics<\/em>, 50<\/em>(S1), 97\u2013105. https:\/\/doi.org\/10.1111\/agec.12534<\/p>\n\n\n\n

Barrow, C. J. (2012). Biochar: Potential for countering land degradation and for improving agriculture. Applied Geography<\/em>, 34<\/em>, 21\u201328. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.apgeog.2011.09.008<\/p>\n\n\n\n

Jatav, H., Singh, S., Jatav, S., Rajput, V., Parihar, M., Mahawer, S., & Singhal, R. (2020). Importance of Biochar in Agriculture and Its Consequence<\/em>. https:\/\/doi.org\/10.5772\/intechopen.93049<\/p>\n\n\n\n

Lehmann, J. (2008). Terra Preta Nova \u2013 Where to from Here? In Amazonian Dark Earths: Wim Sombroek\u2019s Vision<\/em> (S. 473\u2013486). https:\/\/doi.org\/10.1007\/978-1-4020-9031-8_28<\/p>\n

Schlagw\u00f6rter: Biokohle<\/a>, soil fertility<\/a>, soil function improvement<\/a>, soil organic matter<\/a>, Terra preta<\/a>
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