Biokohle für Stadtbäume (Eignung von Pyrolysekohle aus organischen Abfallmaterialien als Baumsubstratkomponente, wirtschaftliche und technische Aspekte)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 570.28.17

Schlüsselwörter (Deutsch)

Pyrolysekohle, Baumsubstrat, organische Abfallmaterialien, Fäkalmaterial

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im vorliegenden Projekt wird im Rahmen einer Machbarkeitsstudie untersucht, wie sich Pyrolysekohle aus organischen Abfallmaterialien und Fäkalmaterial als Komponente in einem Baumsubstrat auf das Wachstum von Stadtbäumen auswirkt. Diese Bäume leiden zunehmend unter verdichtetem Wurzelraum, geringer Nährstoffverfügbarkeit und der Umweltbelastung. Aus diesen Gründen, aber auch aufgrund der hohen alljährlich benötigten Mengen an Baumsubstrat insbesondere im Siedlungsraum, besteht ein grosser Bedarf an geeignetem Substrat. Gegenüber bestehenden Substraten soll das hier untersuchte Baumsubstrat auch für Unterbauten eingesetzt werden können, d.h. verdichtet und strukturstabil sein. Durch die Zugabe von Pyrolysekohle werden der Nährstoffgehalt und das Nährstoffspeichervermögen verbessert. Gleichzeitig muss sicher sein, dass das Produkt keine negativen Auswirkungen auf das Baumwachstum hat und keine umweltschädlichen Stoffe enthält.

Die Machbarkeitsstudie soll die Marktbedingungen für ein solches Substrat abklären. Wichtige Akteure sollen identifiziert und deren Bedürfnisse ermittelt werden. Rahmenbedingungen wie Marktpotential, mögliche Vermarktungskanäle und Patentierbarkeit werden definiert. Andererseits soll das Substrat selber in technischer Hinsicht untersucht und die Anforderungen festgelegt werden. Wichtig sind die Struktur-und Verdichtungsstabilität bei gleichzeitiger hoher Wasser- und Luftretentionskapazität und ausreichender Nährstoffversorgung der Bäume. Die Ausgangmaterialien für die Pyrolysekohle müssen bezüglich Schadstoffen den gesetzlichen Vorgaben entsprechen.

Am Ende des Projektes soll die Wertschöpfungskette von der Herstellung von Pyrolysekohle aus organischen Abfallmaterialien und Fäkalmaterial bis hin zu einem Wirtschaftspartner für die weitere Umsetzung aufgezeigt sein.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Die Marktabklärung hat mittels Literaturrecherche und der Identifikation und Befragung der wichtigen Akteure die Bedürfnisse, Interessen, Anforderungen sowie Rahmenbedingungen im Markt für Stadtbaumsubstrate ermittelt. Dabei wurden auch die Ergebnisse aus laufenden Versuchen (Stockholm, Wädenswil) einbezogen. Auf dieser Grundlage ist ein Prototyp des Substrates definiert und hergestellt.

    

2. Das Substrat wurde in Sickerwasserversuchen untersucht. Das Sickerwasser wurde analysiert (Nährstoff-, Schwermetall- und PAK-Gehalt) und in einfachen Biotests (z.B. Keimversuche) untersucht. Die Ergebnisse sind bezüglich Umweltverträglichkeit und Eignung des Produktes als Baumsubstrat interpretiert. Meilenstein 1

    

3. Der Wirtschaftspartner für die Umsetzung ist gefunden.

    

4. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. bis 3. und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.

    

5. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.

    

6. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Die technische Eignung und die Bedingungen für eine Vermarktung von Baumsubstraten mit Pyrolysekohle aus organischen Abfallmaterialien und Fäkalmaterial als Nährstoffträger und –speicher sind abgeklärt. Das entwickelte Substrat entspricht den Anforderungen für den Einsatz in Unterbauten oder Strassen. Es garantiert optimale Bedingungen für das Baumwachstum. Die weitere Umsetzung mit einem geeigneten Wirtschaftspartner ist aufgezeigt.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

In der Studie wurde die technische und wirtschaftliche Machbarkeit abgeklärt, für ein neuartiges, strukturstabiles und verdichtbares Baumsubstrat mit Pyrolysekohle aus Fäkalmaterial als Nährstoffträger und -speicher.
Von Nov. 18 - April 19 wurde eine Umfrage durchgeführt (n=14, nicht repräsentativ). 75% der Befragten waren bereit, die Pyrolysekohle auszutesten und für dieses Substrat ca. 25% mehr als heute zu bezahlen. Geeignete Korngrössenverteilung, gute Wasserhaltekapazität, Nährstoffrückhalt und ein geeigneter pH-Wert wurden als Hauptkriterien genannt. Kohle aus Holz interessierte mehr als solche aus Fäkalmaterial. > 90% der Antwortenden würden ein Baumsubstrat mit Pyrolysekohle auf ihren Flächen testen.
Von Juni 18 – April 19 (322 Tage) fand ein Versuch mit Birkensetzlingen statt. 2 Ausgangsmaterialien (Pferdemist, Komposttoilettensubstrat) wurden pyrolysiert, eine nährstoffbeladene Pflanzenkohle vom Markt diente als Referenz. Strukturstabile Substrate auf Basis von Schotter, Sand, Blähschiefer und 5 bzw 10 Vol. % Kohle wurden hergestellt und in einem Folientunnel getestet (5 Replikate). Rahmenbedingungen: geringe Wasserspeicherkapazität, anfänglich hoher pH-Wert, keine Zudüngung (ausser durch die Kohle), hohe Temperaturschwankungen von Juni-Oktober, zeitweise ausgetrocknetes Substrat.
In den ersten 3,5 Monaten wurden ca. 90% der leicht löslichen Ionen durch das Giesswasser ausgewaschen. Der Zuwachs der Birken während der 322 Tage war gering. Die Ansätze «mit Kohle» überlebten die Versuchsdauer und waren zum Teil sehr vital. Das Wurzelvolumen «mit Kohle» war am Ende 270-310% höher als bei den Negativkontrollen. 5% Kohle im Substrat genügten, um die Bedingungen für die Birken deutlich zu verbessern.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Ergebnisse belegen, dass die Zugabe von Kohle zu einem strukturstabilen Baumsubstrat die Bedingungen für Baumsetzlinge in solchen Substraten deutlich verbessern kann. Der Hauptgrund dafür dürfte die erhöhte Wasserspeicherkapazität sein. Der Versuch zeigt auch, dass beim Einsatz von kohlehaltigen Substraten in den ersten 3 Monaten mit der Auswaschung von leicht löslichen Ionen gerechnet werden muss. Dabei sinkt auch der zunächst eher basische pH-Wert deutlich. Die überraschende Vitalität der Birkensetzlinge in dem Ansatz mit 5 % Fäkalkohle legt nahe, dass die Wurzeln in der Lage sein könnten, die in der Kohlestruktur gebundenen Nährstoffe zu erschliessen.
Die Erkenntnisse flossen in das Projekt UTF 607.19.19 «INKoh - Innovative Kohle aus Grüngut» mit ein.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die Ergebnisse des Projekts fliessen ins neue Projekt INKoh (INKoh – Innovative Kohle aus Grüngut) ein.

Zudem werden die Ergebnisse an zwei Tagungen im Herbst 2021 präsentiert:

• Konferenz WETPOL 2021. Das Projekt wird im Vortrag zum Thema «Biochar in city tree substrates - An element for closing water and nutrient cycles in cities?» erwähnt.
• Konferenz FTAL 2021. Das Projekt wird im Vortrag zum Thema «Biochar in city tree substrates - An element for closing water and nutrient cycles in cities?» erwähnt.