Endbericht TerraBoGa

Der Endbericht zum Forschungsprojekt TerraBoga ist erschienen.

Die PDF-Datei (ca. 174 Seiten mit Fotos) kann angesehen und heruntergeladen werden. zu den Ergebnissen heisst es:

8 Zusammenfassung und Fazit

Die modellhafte Integration der TerraPreta-Technologie (TPT) in den Botanischen Garten Berlin und die begleitenden wissenschaftlichen Untersuchungen zur Wirkung von Biokohle in der Kompostierung und als Biokohlesubstrat in verschiedensten Pflanzungen zeigten ein hohes Potenzial zur Wertschöpfung pflanzlicher Reststoffe und zur Minimierung von Umweltbelastungen.

Arbeitspakete im Gesamtvorhaben TerraBoGa

Arbeitspakete im Gesamtvorhaben TerraBoGa

Die Analyse der organischen Stoffströme ergaben diverse Optimierungsmöglichkeiten, die das Potenzial für eine Neugestaltung der Stoffströme und Verbesserung der Prozessebenen aufzeigten. Unter dem Fokus der Kohlenstoff- und Nährstofferhaltung und der Optimierung der ökologischen Leistungen eines geschlossenen Stoffkreislaufes wurden drei technische Innovationen und Neuerungen (Biokohleherstellung, kontrollierte Kompostierung, nachhaltige Sanitärsysteme) hinsichtlich ihres generellen Potenzials und ihrer Implementierung in den betrieblichen Abläufen des BG untersucht.

Die Karbonisierung stellt dabei, als zentrales Element in der TPT, eine vielversprechende nachhaltige Technologie dar, die einen Beitrag zur Kohlenstoffsequestrierung durch die Umwandlung von Holz in stabilen Kohlenstoff leistet. Neben der Reduzierung von atmosphärischen CO2, lassen sich durch die gleichzeitige Wärmenutzung bei der Biokohleherstellung fossile Brennstoffe substituieren und der CO2-Ausstoß senken. Im Botanischen Garten Berlin, lassen sich pro Jahr durch die Karbonisierung von geschredderten Stammholz und Gehölzschnitt durchschnittlich 77 Tonnen CO2 nachhaltig aus der Atmosphäre entfernen und weitere 43 Tonnen CO2 durch die Substitution von fossilen Brennstoffen einsparen.

Die Kompostierung wurde hinsichtlich der Betriebsführung erheblich verbessert. Während der Kompostierung werden jetzt weniger Treibhausgase (Methan, Lachgas und Ammoniak) pro umgesetzte Tonne Frischmasse (FM) freigesetzt. Zusätzlich wirkt sich der Einsatz von Biokohle minimierend auf die THG-Freisetzung aus (24 bis 43 % Reduktion im Vergleich zu Mieten ohne Biokohle). Weitere Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von Biokohle eine Verbesserung des Kompostierprozesses (z.B. Feuchte, Geruch, Substratstruktur, Feuchtrohdichte) bewirkt. Unterschiede im Verlauf der Kompostierung zwischen den Mieten mit Biokohle und den Mieten ohne Biokohle sind jedoch vor allem bei der Entwicklung des organischen Kohlenstoffs zu erkennen. Hier wirkt die Biokohle stabilisierend auf den Kohlenstoffhaushalt der Mieten. In den Mieten ohne Biokohle wurde im Kompostierungsverlauf durchschnittlich 55 % des anfänglichen organischen Kohlenstoffs aus dem Grünschnitt abgebaut, mit Biokohle nur 36 %. Insgesamt bedeutet die Kohlenstoffstabilisierung eine Reduzierung der Kohlendioxidemission um 22 Tonnen. Die Zugabe von Biokohle am Anfang einer Kompostierung bietet somit ein weiteres Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung.

Durch die Neustrukturierung der Kompostierung können Biokohlekomposte hergestellt werden, die die Vorgaben der Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V. vollständig erfüllen. Dies ist insbesondere durch die erzielte Hygieniserung der Grünschnittabfälle möglich. Hier zeigt die Zugabe an Biokohle ebenfalls eine positive Wirkung, da tendenziell höhere Temperaturen während der Intensivrotte erreicht werden, die zu einer verbesserten Hygienisierung führen.

Die Mitkompostierung von Biokohle führt weiterhin zu einer reduzierten Auswaschung von Nitrat, Phosphor und Kalium, Leachingversuche zeigten einen signifikanten Einfluss der Biokohle auf das Nährstofffreisetzungsverhalten von Biokohlekomposten und -substraten, Vor allem in den gealterten (gelagerten) Biokohlesubstraten führt die Biokohle zu einer deutliche verzögerten Freisetzung an Nährstoffen, Aufgrund der positiven Synergieeffekte von Biokohle und Kompost hinsichtlich der Freisetzung von Nährstoffen, können mineralische Dünger in den Pflanzsubstraten reduziert werden,

Pflanzversuche konnten zeigen, dass die Verwendung von Biokohlekompost als Substratkomponente die Verwendung von Torf und weiteren Zuschlagstoffen minimieren kann, Die Untersuchung der pflanzenbaulichen Wirkung zeigten bei den ausgewählten tropischen Pflanzen, subtropischen Pflanzen und Pflanzen der temperierten Zone gleichwertige bis in einzelnen Fällen bessere Ergebnisse hinsichtlich des Pflanzenwachstums im Vergleich zu den herkömmlich verwendeten Pflanzsubstraten mit Torf, In den Freilandversuchen konnten teilweise signifikante Mehrerträge durch die Anwendung von Biokohlekomposten nachgewiesen werden,

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Kompostierungstechnik im Botanischen Garten Berlin

Die zahlreichen Untersuchungen konnten nachweisen, dass eine Reduktion bzw. Substitution von Torf durch die Anwendung von Biokohlekompost als Additiv für Pflanzsubstrate im Zierpflanzenbau möglich ist, ohne das Pflanzenwachstum negativ zu beeinträchtigen, Speziell hergestelltes Moorbeetersatzsubstrat unter Verwendung von Schwefel zur pH-Wertabsenkung belegte in Versuchen ebenfalls das Potenzial einer Torfsubstitution, Angesäuerte Biokohlesubstrate haben aus gärtnerischer Sicht den Vorteil, dass aufgrund des Kompostanteils mehr Nährstoffe vorhanden sind als in reinen Torfsubstraten, Die Zugabe von Schwefel verbessert außerdem die Pflanzenverfügbarkeit der Nährstoffe.

Des Weiteren wurden durch den Einsatz von Biokohlesubstraten positive phytopathogene Einflüsse beobachtet.

Die Herstellung von qualitativ hochwertiger Biokohle und Biokohlekomposten führte zu der im Projekt angestrebten Schließung von Stoffkreisläufen, Neben den wissenschaftlichen Ergebnissen hinsichtlich der Wirkung von Biokohle wurde durch die erfolgreiche Implementierung der TPT und den damit zusammenhängenden Investitionen die Reduzierung des Einkaufes und der Entsorgung möglich, Der Einkauf von externen Kompost wurde gänzlich eingestellt und die Entsorgung von Grünschnitt weitestgehend minimiert.

Das nachhaltige Sanitärsystem ermöglichte die Aufbereitung und Wiedergewinnung von Nährstoffen (N, P, K), In zahlreichen Versuchen wurde Urin zur Aufladung von Biokohle eingesetzt und als Dünger im Zusammenspiel mit Biokohle untersucht, Biokohle und Harn erzeugten in Kombination Synergieeffekte, die sich positiv auf die Pflanzsubstrate auswirkten, Zum Beispiel wurde bei Anwesenheit von Biokohle der Salzgehalt bis zu 50 % verringert, Aus Kompost, Biokohle und Harn lassen sich unter Berücksichtigung ihrer spezifischen Eigenschaften nährstoffreiche Substrate generieren, die eine gute Pflanzenverträglichkeit aufweisen und den Einsatz von Mineraldüngern reduzieren könnten.

Bei der Verwertung von Fäzes wurde besonderes Augenmerk auf die Hygienisierung gelegt. Die erzielten Ergebnisse bestätigten, dass durch eine Milchsäure-Fermentation, Kompostierung und anschließender Vermikompostierung eine ausreichende Hygienisierung stattfindet, Der anaerobe Abbau von Fäkalien mittels Biokohle, kohlenhydrathaltigen Materialien und Bentonit schafft ein Milieu, das pathogene Mikroorganismen unterdrückt und die natürlichen Antagonisten von Krankheitserregern im Wachstum begünstigt, Die vererdeten Fäkalienkomposte besitzen im Vergleich zu Grünschnittkompost höhere Stickstoff- und Phosphorwerte, Pflanzversuche mit verschiedenen Pflanzen wie Tabak, Zucchini, Gurken und Kürbis zeigten in Fäkaliensubstraten durchweg gesundes und überaus kräftiges Wachstum, Gerade bei anspruchsvollen, stark zehrenden Pflanzen ist der Einsatz von hygienisierten Fäkalkomposten generell vielversprechend, Die Verarbeitung der gesammelten Fäkalien und des Urins haben jedoch gezeigt, dass die einzelnen Arbeitsschritte bis zur Erzeugung eines vererdeten und nutzbaren Substrates, durch Hygienevorschriften und dadurch bedingten hohen Arbeitsschutzmaßnahmen, eine wesentlich zeitintensivere und aufwendigere Behandlung bedürfen, die in vorhandene betriebliche Arbeitsabläufe zurzeit nicht integrierbar und daher für den BG nicht praktikabel ist. Die Verwendung von Substraten mit menschlichen Fäkalien bedarf ebenso weiterer Aufklärungsarbeit.

Durch die Einführung der TPT wurden die pflanzlichen Stoffströme und ihre Verwertungswege neu strukturiert. Dies spiegelt sich vor allem in der Kohlenstoff- und Stickstoffbilanz wider. Im Vergleich zum bisherigen Beschaffungs- und Entsorgungssystem ergaben die Berechnungen eine zusätzliche Aufnahme von durchschnittlich 47 Tonnen Kohlenstoff pro Jahr im Botanischen Garten, was vorallem an der reduzierten Entsorgung pflanzlicher Reststoffe und stärkeren Eigennutzung der hergestellten Komposte liegt, Hinsichtlich Stickstoff zeigten die Berechnung auch, dass der bisherige Überschuss von durchschnittlich 0,5 Tonnen N pro Jahr durch die verbesserte Kreislaufführung einer ausgeglichenen Bilanz weicht, was das Eutrophierungspotenzial stark senkt.

Dadurch verbessert sich auch die generelle Klimabilanz des Botanischen Gartens im Bereich des Substratmanagements, Neben der Reduzierung der Einkäufe und Entsorgungen sind vor allem die Herstellung der Biokohle und die neustrukturierte Kompostierung mit Biokohle Haupteinflussfaktoren bei der Reduzierung des CO2-Ausstoßes  und weitererKlimagasemission wie Methan, Lachgas und Ammoniak. Durch die Biokohleherstellung (77 Mg/a CO2 Einsparung) und die Stabilisierung des organischen Kohlenstoffes bei der Kompostierung (22 Mg/a CO2 Einsparung) können pro Jahr bis zu ca, 100 Tonnen CO2 langfristig gespeichert, d,h, der Atmosphäre entzogen werden, Methan, Lachgas und Ammoniak konnten Berechnungen zufolge im ganzen betrachteten Prozess um ca, 50 Tonnen CO2eq pro Jahr gesenkt werden.

Durch die Herstellung stabilen Kohlenstoffs im Karbonisierungsprozess und der möglichen Substitution von fossilen Energieträgern sowie der Stabilisierung von organischem Kohlenstoff bei der Kompostierung, können entstehende C02eq mit dem Kohlenstoffsequestrierungs­potenzial bzw, Substitutionspotenzial verrechnet werden, Dabei zeigt sich, dass durch die Karbonisierungs- und TP-T echnologie im gesamten Prozess mehr Kohlenstoff gespeichert als an CO2/ CO2eq freigesetzt wird, Das Abfall- und Substratmanagement des BG konnte durch die TPT von vormals ca, 160 Tonnen freigesetzten CO2/CO2eq pro Jahr um ca, 200 Tonnen CO2/CO2eq pro Jahr CO2-negativ auf minus 42 Tonnen CO2/CO2eq pro Jahr gesenkt werden, Damit wird die gesamte emissionsökologische Entlastung deutlich.

Einige Vorteile von Biokohlen und Biokohlesubstraten (BKS) können als positive externe Effekte identifiziert und monetarisiert werden, u,a, die CO2-Sequestrierung (15 €/t BKS), die Verringerung der Mineraldüngeremissionen (2,30 €/t BKS) und der Aufbau einer Humusschicht (8 €/t BKS),

Die Kosten-Nutzen-Analyse ergab, dass ein ausschließlicher Vertrieb an Privatkunden bereits rentabel ist. Neben der Schließung interner Stoffkreisläufe könnte somit zukünftig bei höherer Produktion (Auslastung der Karbonisierungsanlage) ein zusätzliches Geschäftsfeld generiert werden.

In der regionalen Verwertung von Biomassen durch die Herstellung von Biokohle und Biokohlesubstraten liegt ein Potenzial mit vielen Entwicklungsmöglichkeiten, Neben der Kuppelproduktion von Energie und der Kaskadennutzung der Biokohle können Lerneffekte sowohl bei der Technologieentwicklung als auch beim BKS-Einsatz zu einer weiteren Verbesserung und Wirtschaftlichkeit führen.

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