Chancen und Risiken des Einsatzes von Biokohle und anderer "veränderter" Biomasse als Bodenhilfsstoffe oder für die C-Sequestrierung in Böden / von Michael Haubold-Rosar , Thomas Heinkele, Anne Rademacher (Forschungsinstitut für Bergbaufolgelandschaften e.V. Finsterwalde), Jürgen Kern, Christiane Dicke, Axel Funke, Sonja Germer, Yusuf Karagöz, Giacomo Lanza, Judy Libra, Andreas Meyer-Aurich, Jan Mumme, Annette Theobald (Leibniz-Institut für Agrartechnik, Potsdam), Jürgen Reinhold (Förderverband Humus e.V., Zossen), York Neubauer (Technische Universität Berlin, Institut für Energietechnik, Berlin), Jakob Medick, Isabel Teichmann (Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung e.V., Berlin) ; im Auftrag des Umweltbundesamtes ; Durchführung der Studie: Forschungsinstitut für Bergbaufolgelandschaften e.V. ; Redaktion: Fachgebiet II 2.7 Bodenzustand, Bodenmonitoring Dr. Frank Glante

Abstract

In den letzten Jahren wurden weltweit in zunehmendem Maße Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Herstellung und Anwendung von Biokohlen aus biogenen Ausgangsstoffen mit dem Ziel der Bodenverbesserung und Kohlenstoffspeicherung in Böden durchgeführt. Verfahren zur Pyrolyse und hydrothermalen Carbonisierung wurden entwickelt und erste industrielle Anlagen in Betrieb genommen. Auch in Deutschland stieg das Interesse, Biokohle in Böden und Kultursubstraten einzusetzen. Der vorliegende Bericht informiert auf der Grundlage einer umfassenden Literaturauswertung über den gegenwärtigen Kenntnisstand zur Herstellung, Eigenschaften, Nutzungskonzepten und Umweltauswirkungen von Biokohlen sowie zu rechtlichen und wirtschaftlichen Aspekten. Hieraus werden Schlussfolgerungen zu den Chancen und Risiken des Einsatzes von Biokohlen in Böden gezogen und Hinweise zum weiteren Forschungsbedarf abgeleitet. Die bisherigen Erkenntnisse belegen das Potenzial von Biokohlen zur Verbesserung von Bodenfunktionen (z.B. Nährstoff- und Wasserhaushalt, Bodenreaktion, Bindung von Schadstoffen, Ertragsfähigkeit) vor allem in solchen Böden, die entsprechende Defizite aufweisen. Neben einer Bodenverbesserung fördern besonders Pyrolysekohlen aufgrund ihrer hohen Stabilität auch die C-Sequestrierung in Böden. Potenzielle Risiken sind vor allem hinsichtlich der Bildung organischer Schadstoffe bei der Biokohleherstellung zu berücksichtigen und durch verfahrenstechnische Anpassungen zu minimieren. Die Vielzahl der Ausgangsstoffe, Herstellungsverfahren und Anwendungsbereiche erfordert systematische Untersuchungen, um ein besseres Prozessverständnis zur Wirkung von Biokohlen in Böden zu erlangen. Es fehlt insbesondere an langfristigen Freilanduntersuchungen, um letztlich standort- und nutzungsbezogene Anwendungsempfehlungen geben zu können. Die Etablierung eines Zertifizierungssystems wird sehr empfohlen.

In recent years there has been an increase worldwide in research and development adressing production and application of biochars of bionic origin aiming to improve soils and sequester carbon. Technologies for pyrolysis and hydrothermal carbonization have been developed and first industrial facilities have been launched. In Germany too, there is increasing interest in using biochar in soils and culture media. Based on a broad literature review, this report informs about the present state of knowledge concerning the production, characteristics, application concepts, and environmental effects of biochars including legal and economic aspects. Conclusions are drawn regarding the chances and risks of biochar application in soils and future research needs are indentified. Previous findings prove the potential of biochars to improve soil functions (e.g. nutrient and water balance, soil reaction, sorption of contaminants, productivity) primarily in those soils that have corresponding deficiencies. Besides improving soils, especially pyrolytic biochars also promote carbon sequestration because of their high stability. Potential risks exist most notably with regard to the formation of harmful organic compounds. This must be minimized by adapting processes. The large variety of feedstocks, production technologies, and fields of application requires systematic investigations in order to obtain a more detailed understanding of the processes following biochar application in soils. In particular, there is a lack of long-term field experiments that would ultimately make it possible to provide recommendations adapted to site and land use. The establishment of a use-oriented certification system is highly recommended.