Untersuchungen zur thermochemischen Aufbereitung biogener Reststoffe
Das Thema der Bodenverbesserung und Kohlenstoffsequestrierung via Pflanzenkohlen bzw. Biokohle nach Art der “Terra Preta” wird in den letzten Jahren vermehrt wissenschaftlich diskutiert. Die Einflüsse der Herstellungsparameter auf die späteren Eigenschaften von Pflanzenkohlen sind dabei jedoch bisher noch nicht allumfassend geklärt. Daher verfolgt die Arbeit das Ziel, eine Herstellungsmethode zur Produktion einer „idealen Pflanzenkohle“ in Bezug auf deren Inkohlungsgrad, Funktionalität/Nährstoffverfügbarkeit, Wasserhaltevermögen und Kohlenstoffstabilität zu finden. Die Hypothesen der Arbeit gehen davon aus, dass die Umsetzungstemperaturen der Schlüssel zur „idealen Pflanzenkohle“ sind.
In einem im Rahmen der Arbeit konstruierten Reaktor wurden verschiedene Modellsubstrate unter Variation von Prozessbedingungen karbonisiert. Im Ergebnis konnte anhand von Elementaranalysen, Inkohlungsgraden und der Messung von funktionellen Gruppen die Temperatur als der für die Inkohlung entscheidende Parameter herausgestellt werden. Die Produkte, die bei gleichen Prozessbedingungen erzeugt wurden, zeichnen sich im Ergebnis durch exakt vergleichbare physikochemische Eigenschaften aus. Mit zunehmenden Temperaturen werden funktionelle Gruppen abgespalten und der Inkohlungsgrad steigt an. Die Hälfte des in den Prozess eingebrachten Kohlenstoffes geht jedoch während der Karbonisierung verloren.
Die nachfolgenden Untersuchungen zur Nährstoffverfügbarkeit wurden anhand von Sorptionsversuchen mit Huminsäure, der Messung der Kationenaustauschkapazität und der Nitratsorption fortgesetzt. Dabei konnte kein Einfluss der Herstellungstemperatur auf diese für Pflanzenkohlen als Bodenverbesserungsmittel wichtigen Eigenschaften festgestellt werden. Vielmehr besitzen alle Kohlen nur sehr geringe bis gar keine Sorptions- bzw. Austauscheigenschaften. Ein Einfluss der Herstellungstemperaturen von Pflanzenkohlen auf deren Wasserhaltekapazität wurde ebenfalls nicht nachgewiesen. Eine Erhöhung der Wasserhaltekapazität durch die Applikation von Pflanzenkohlen in einem Boden konnte jedoch festgestellt werden. In Versuchen zur Kohlenstoffstabilität wurde eine Erhöhung der Stabilität mit steigender Umsetzungstemperatur gemessen. Eine energetische, ökologische und monetäre Betrachtung der Pflanzenkohleherstellung rundet die Ergebnisse ab.