Energie, Kohlenstoffspeicherung und Bodensanierung: Ist Pflanzenkohle ein Wunderprodukt?

Energie, Kohlenstoffspeicherung und Bodensanierung: Ist Pflanzenkohle ein Wunderprodukt?
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Pflanzenkohle besteht aus reinem Kohlenstoff und ist über die Zeit sehr stabil. Wie könnte man atmosphärisches CO2 besser speichern als in dieser konzentrierten und inerten Form? Das IPCC hat Pflanzenkohle sogar als eine Technologie mit negativen Emissionen eingestuft, die unerlässlich ist, um die globale Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen.

Pflanzenkohle kann aus jedem Pflanzenmaterial hergestellt werden, das ohne Sauerstoff auf 300 °C bis 700 °C erhitzt wird, eine Reaktion, die Pyrolyse oder Karbonisierung genannt wird. Holzkohle, die beispielsweise zum Grillen verwendet wird, kann als Biokohle gelten. Doch dieses Material bietet noch viele weitere Einsatzmöglichkeiten als nur die Energiegewinnung. In den Boden eingearbeitet, verbessert es dessen Struktur, reduziert den Säuregehalt, hält Wasser auf Wurzelebene und bekämpft sogar bestimmte Insektenschädlinge von Nutzpflanzen. Eine weitere Anwendung: Pflanzenkohle verfügt über hervorragende Filter- und Dekontaminationseigenschaften, sobald sie aktiviert wird, um sie poröser zu machen. Es kann daher auch zur Trinkwasseraufbereitung oder zur Filterung von Klärschlamm verwendet werden.

30 Jahre globale Expertise zu Pflanzenkohle und ihren Anwendungen

CIRAD ist seit mehr als 30 Jahren Experte für Pflanzenkohle. „ Wir waren damals Pioniere in der Biomasse-Energieforschungerklärt Patrick Rousset, auf Holzenergie spezialisierter Forscher am CIRAD. Diese langjährige Erfahrung verschafft uns bis heute weltweite Anerkennung für die Herstellungs- und Charakterisierungsprozesse von Pflanzenkohlen. »

Im Senegal durchgeführte Versuche im Rahmen des europäischen Bio4africa-Projekts © UASZ, B4A

Unsere Expertise liegt sowohl im industriellen Maßstab als auch in kleinen autonomen Verarbeitungseinheiten, die an ländliche Kontexte im Süden angepasst sind und Pflanzenkohle aus Ernterückständen herstellen. fügt Alfredo Napoli, Forscher für Verfahrenstechnik am CIRAD, hinzu. Anschließend werden Agronomen-Kollegen hinzugezogen, die Feldversuche durchführen, um die Auswirkungen der Ausbringung auf die Ernteproduktivität, die Bodenstruktur, die Biologie usw. zu testen.» Aufbauend auf dieser einzigartigen multidisziplinären Expertise und angesichts der wachsenden Beliebtheit von Pflanzenkohle ist CIRAD an einer Vielzahl sehr unterschiedlicher Projekte beteiligt, die die Durchführung angewandter Forschung ermöglichen.

Energie erzeugen, die Kohlenstoff speichert

Bei einer Biomasse-Pyrolysereaktion entstehen durchschnittlich 30 % Biokohle und 70 % sehr umweltschädliche Gase, die zur Energieerzeugung verbrannt werden können und sogar müssen. Diese Energie kann teilweise auch für die Pyrolyse genutzt werden. Wir verstehen daher das Kohlenstoffabscheidungspotenzial, das sich aus dieser Karbonisierungsreaktion ergibt. Aus diesem Grund ist es einer der fünf Wege, die im Cronus-Projekt untersucht werden. Das Ziel dieses Horizont-Europa-Projekts (2022-2026) ist ehrgeizig, lässt aber einen träumen: Energie mit einem insgesamt negativen CO2-Fußabdruck zu produzieren. Diese Energie würde aus biogenen Gasen stammen, also aus Biomasse, um das von Pflanzen dank Photosynthese gespeicherte CO2 zu nutzen. Alfredo Napoli leitet die Pyrolyseroute im Cronus-Projekt. „ Es ist ein Konzept, von dem wir wissen, dass es funktioniert, aber es ist nur im industriellen Maßstab und unter Verwendung von Holz umsetzbar. Die Idee besteht darin, es autonom und fallweise anwenden zu können, abhängig von den verfügbaren Biomasseresten, Kapazitäten und Bedürfnissen. »

Ernterückstände werden in Biokohle verwertet…

Eingebunden in die Logik der Kreislaufwirtschaft können landwirtschaftliche Abfälle eine echte Goldgrube sein. Auf der Grundlage dieses Postulats arbeitet das europäische Bio4Africa-Projekt (2021-2025). „In Zusammenarbeit mit der Universidade Federal de Viçosa in Brasilien haben wir ein Verfahren zur Herstellung von Pflanzenkohle für drei Zwecke entwickelt: Verbesserung landwirtschaftlicher Böden, Herstellung von Briketts für die Energienutzung und Entwicklung von Aktivkohlefiltern zur Trinkwasseraufbereitung.», erklärt Patrick Rousset. Diese letzte Anwendung ist genau das Thema der Dissertation, die Landry Koffi derzeit am CIRAD durchführt. „Ich suche nach Verfahren, die Landwirte leicht übernehmen können, um es lokal in Afrika zu produzieren.», erklärt der Doktorand, der derzeit Pflanzenkohle aus Erdnussschalen und Kakaofrüchten testet.

In Madagaskar wird das im Rahmen des Desira-Programms finanzierte europäische Dinaamicc-Projekt von CIRAD koordiniert. Er arbeitet mit Ceffel zusammen, einem madagassischen Experimentier- und Ausbildungszentrum, das gerade mit Studien zu Pflanzenkohle begonnen hat. „Alles begann mit dem Bedürfnis von Erzeugern, die Mitglieder der Fifata, einer Bauernorganisation, sind, Reishülsen, die sehr häufig vorkommende Ernterückstände, besser zu fördern.erklärt Andry Rasamimanana, Chef von Ceffel.Hersteller haben versucht, daraus Kompost und Wurmkompost herzustellen, aber Reishülsen zersetzen sich nur schwer. Immer mit dem Ziel, den Boden zu verbessern, hatten wir die Idee, ihn in Pflanzenkohle umzuwandeln.» Die übliche Praxis bei der Entsorgung von Reisschalenhaufen besteht darin, sie als Brennstoff zu verwenden, beispielsweise in Ziegelöfen, und dann den Boden mit der Asche zu verbessern. Diese Praxis ist jedoch weniger vorteilhaft für den Boden als die Zugabe von Pflanzenkohle, ganz zu schweigen davon, dass sie Kohlenstoff freisetzt, anstatt ihn zu speichern.
Wie bei allen Innovationen müssen Studien durchgeführt werden, um technisch-wirtschaftliche Bezüge zu diesem Thema zu haben und letztendlich ein echtes Entscheidungsinstrument für die Hersteller zu haben.fügt Andry Rasamimanana hinzu.Daher die enge Zusammenarbeit mit Cirad und der Agraragentur Fert bei der Charakterisierung der produzierten Pflanzenkohle und der Verbesserung der Pyrolysemethode, um diese weniger umweltschädlich und produktiver zu machen.»

…für eine Kreislaufwirtschaft

Alain Ratnadass ist landwirtschaftlicher Entomologe am CIRAD. Er interessiert sich für eine weitere mögliche Anwendung von kieselsäurereichen Pflanzenkohlen: die Bekämpfung von Pflanzenschädlingen. Er koordinierte eine Literaturrecherche zu diesem Thema. Nach Tests mit vielversprechenden Ergebnissen im Labor und im Gewächshaus, in Zusammenarbeit mit Fofifa und der Universität Antananarivo, mit europäischer Finanzierung sowie von der Region und der Präfektur Réunion, werden Versuche auf freiem Feld in Madagaskar und Réunion beginnen.

Auf Réunion startete kürzlich ein weiteres Projekt mit Pflanzenkohle. Ecopal wird von Ademe finanziert, um die Verwertung von Palettenholz zu Biokohle zur Verwendung als landwirtschaftliches Substrat zu testen. Die ersten Tests wurden erst letzten Monat abgeschlossen. Es bleibt die Charakterisierung der produzierten Pflanzenkohle und die Analyse der Relevanz des Sektors im Gebiet.

Pflanzenkohle zur Wiederherstellung degradierter Flächen…

Das Fenix-Projekt (Innovationen zur Bodenverbesserung aus Bioabfällen) wird durch das Horizon Europe-Programm der Europäischen Kommission gefördert. Dadurch wird es möglich, Bioabfälle in Zusatzstoffe umzuwandeln, um die Fruchtbarkeit landwirtschaftlicher Böden zu verbessern und gleichzeitig Kohlenstoff zu speichern.
Dieses Projekt ist wirklich motivierend, weil es drei Hauptziele für die Menschheit vereint: die Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion durch die Wiederherstellung der Fruchtbarkeit degradierter Böden, den Kampf gegen den Klimawandel und die sinnvolle Nutzung organischer Abfälle, die schädlich für die Umwelt werden nicht wertgeschätzt», schwärmt François Pinta, Forscher am CIRAD und Projektleiter innerhalb der Biowooeb-Einheit. Die Änderung, die das Fenix-Projekt anstrebt, kombiniert Biokohle mit Gärresten, einem Nebenprodukt des Biomethansektors. CIRAD ist für die Entwicklung von mehr als 30 Pflanzenkohlen aus 4 Arten von Grünabfällen unter verschiedenen Pyrolysebedingungen verantwortlich. Er ist für deren Charakterisierung nach dem EBC-Standard (Europäisches Pflanzenkohlezertifikat) verantwortlich. „Dies ist ein wichtiger Schritt, um die gewünschten Eigenschaften in Bezug auf Düngemineralien, pH-Wert und Wasserrückhaltevermögen zu kennen.spezifiziert François Pinta.Dadurch ist es auch möglich, die Abwesenheit von Schadstoffen wie krebserregenden Stoffen oder gesundheitsschädlichen Schwermetallen für Lebewesen zu überprüfen.»

…oder Kohlenstoff auf den Straßen speichern

Das Potenzial von Pflanzenkohle zur Speicherung von Kohlenstoff wird im Projekt auf innovative Weise erforscht RiceRoad (Ferec-Stiftung). Ziel war es, die Verwertung von Reisnebenprodukten in bituminösen Bindemitteln zur Kohlenstoffbindung zu testen. Dieses kleine einjährige Projekt, das mit Cerema, TotalEnergies OneTech und Cirad durchgeführt wurde, hatte sehr schlüssige Ergebnisse. Die Einarbeitung von nur 5 % der aus Reisschalen und Stroh hergestellten Pflanzenkohle in Bitumen reduziert den CO2-Fußabdruck des Sektors um 50 %. Alfredo Napoli, der an dem Projekt beteiligt war, ist begeistert: „Wenn es uns gelingt, 10 % oder mehr Pflanzenkohle einzuarbeiten, würde der Sektor neutral werden oder sogar negative CO2-Auswirkungen haben.»

Pflanzenkohle, eine präkolumbianische Praxis
Die symbolträchtigste Erscheinungsform von Pflanzenkohle soll in „Terra Loona“ (portugiesisch: schwarze Erde) zu finden sein. Diese besonders fruchtbaren Parzellen liegen im Herzen des Amazonas, ganz in der Nähe von stark degradiertem Land. Die Analyse dieser „Terra Readya“ ergab, dass die Amazonas-Indianer vor mehr als 2.000 Jahren die Einbettung von Pflanzenkohle in den Boden praktizierten, wodurch das hohe Fruchtbarkeitspotenzial dieser Parzellen bis heute erhalten blieb.

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