BIOCHAR BIOCHAR – Biochar for carbon sequestration in soils: Analysis of production, biological effects in the soil and economics

Problemstellung Biochar ist ein kohlenstoff-reiches Produkt aus der Pyrolyse von Biomasse. Im Gegensatz zu Holzkohle, die zwar ebenfalls durch thermische Zersetzung organischen Materials unter limitierter Sauerstoffversorgung produziert wird, dient Biochar als Bodenzuschlagsstoff zur Verbesserung der Bodenqualität, Förderung des Pflanzenwachstums und Bindung von Kohlenstoff. Produktion und Anwendung von Biochar sind alte Technologien, welche wegen der signifikanten Mengen an Kohlenstoff, die für über 100 Jahre langfristig gebunden werden können, neues Interesse geweckt haben. Vor der Etablierung einer Biochar-Strategie zur Minderung des Klimawandels ist es jedoch notwendig, mehr Information über die Vorteile (und möglichen Nachteile) von Biochar-Anwendungen, der Produktion unter fortgeschrittenen technologischen Bedingungen, über das tatsächliche langfristige Kohlenstoff-Bindungspotential und die Wirtschaftlichkeit von Biochar zu gewinnen. Die Beantwortung dieser Fragen dient als Ausgangspunkt für Entscheidungen, Biochar als regionale, nationale oder globale Strategie zu etablieren. Inhalt der Studie Die Studie konzentriert sich auf die folgenden Fragen: • Wie kann Biochar am effizientesten produziert werden, um Kohlenstoff zu binden, die Bodenqualität zu verbessern und das Pflanzenwachstum zu fördern? • Welche der erwarteten Vorteile von Biochar-Anwendungen können durch experimentelle Befunde bestätigt werden, wie ausgeprägt sind nachweisbare günstige Wirkungen? • Unter welchen Produktionsbedingungen ist eine Biochar-Strategie auch wirtschaftlich sinnvoll? Im Rahmen dieser Studien werden Freilandversuche begonnen, die als Basis zukünftiger Untersuchungen des Biochar-Verhaltens im Boden für einen Zeitraum dienen können, welcher die Projektdauer weit übersteigt. Es wird jedoch nur durch die Etablierung solcher Versuche möglich sein, das tatsächliche Kohlenstoffbindungs-Potential von Biochar verlässlich zu bestimmen. Ziele • Untersuchungen der Auswirkungen des Biomasse-Ausgangsmaterials auf die Biochar-Ausbeute und Qualität • Optimierung der Pyrolyse-Bedingungen, um den Biochar-Ertrag zu erhöhen • Einrichtung einer Ausgangsbasis für Langzeit-Analysen des Kohlenstoffbindungs-Potentials landwirtschaftlicher Böden • Analyse der Nährstoff-Bioverfügbarkeit nach einer Biochar-Anwendung und Sorptionseigenschaften im Boden • Untersuchungen der Biochar-Wirkungen auf Boden-Mikroorganismen, CO2- und nicht-CO2-Treibhausgasemissionen aus dem Boden • Bestimmung der Bedingungen für eine Förderung des Pflanzenwachstums und –ertrags durch Biochar • Wirtschaftlichkeits-Bewertung der Biochar-Produktion und Anwendung Methodik Die Ziele der Studie sollen durch eine enge Kooperation zwischen fünf Arbeitsgruppen in drei außeruniversitären Forschungszentren (AIT, BFW, Joanneum), einer Universität (Bodenkultur Wien) und zwei lokalen Vereinen von Landwirten erreicht werden. Auf der Basis ausführlicher Literatur-Recherchen werden die experimentellen Arbeiten geplant, um bestehende Technologien zu optimieren oder Innovationen für Produktion und Anwendung zu entwickeln. Fragen der Auswirkung des Biomasse-Materials und der Pyrolyse-Bedingungen werden im ersten Jahr mit eigenen Pyrolyse-Öfen untersucht. Die im Labormaßstab produzierte Biomasse wird in einer ersten Phase in Gefäßversuchen mit und ohne Pflanzen eingesetzt, gefolgt von Lysimeter-Versuchen, um die Nährstoffverfügbarkeit und Sorptionsfragen zu analysieren. Im zweiten Projektjahr werden Feldversuche zum Studium des Langzeitverhaltens und Kohlenstoffbindungs-Potentials von Biochar in landwirtschaftlichen Böden begonnen. Die Erfahrungen, die im Rahmen der Biochar-Produktions- und Anwendungsentwicklungen in diesem und anderen Projekten gemacht werden, dienen den Bewertungen von Wirtschaftlichkeit und Kosten-Effizienz einer biochar-basierten Umweltmanagement-Strategie. Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse Die Ergebnisse dieses Projekts werden ein wichtiger Beitrag, um die Wirksamkeit einer Biochar-Strategie als erfolgreiche Technologie zur Kohlenstoff-Bindung zu beurteilen. Das Projekt wird Nachweise über Potenzial und Limitierungen der Kohlenstoffbindung erbringen. Die Arbeitspakete zur technologischen Entwicklung werden verbesserte Biochar-Produktionstechniken ergeben. Die biologischen Arbeitspakete liefern Erklärungen für positive oder negative Wirkungen auf Bodenmikroorganismen, Pflanzenwachstum und Sickerwasser-Rückhalt. Gemeinsam mit den Projektergebnissen über die tatsächliche Kohlenstoffbindung und die Reduktion anderer Treibhausgas-Emissionen aus dem Boden wird als Querschnitts-Materie die Wirtschaftlichkeit der Biochar-Produktion bewertet. Die Ergebnisse des Projekts BIOCHAR sollen eine Entscheidungsgrundlage über die Entwicklung einer groß angelegten Biochar-Strategie als Methode des Umweltmanagements darstellen.