Erweiterung von Biomasse-Substraten für zusätzliche Energie- und Pflanzenkohleproduktion

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501990

Schlüsselwörter (Englisch)

biomass, pyrolysis, biochar, ash-rich, non-woody, terra preta, carbon storage

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Pyrolysetechnik zur Herstellung von Pflanzenkohle ist inzwischen ausgereift. Für die Schweiz ist Pflanzenkohle seit dem 1.Januar 2018 als Bodenzuschlagsstoff in der gesamten Landwirtschaft zugelassen. Als Ausgangsmaterial ist heute aber nur naturbelassenes Holz erlaubt. Mittels Pyrolyse- und Laboranalysen sollen weitere (nicht-holzige und aschereiche) Substrate untersucht werden, die sich für konventionelle Bioenergieanlagen nicht eignen, sich hingegen mittels Pyrolyse wirtschaftlich in Wärmeenergie und Pflanzenkohle umwandeln lassen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Pyrolysis is now a mature technology for the production of biochar. In January 1, 2018, biochar was approved for use as an agricultural soil additive throughout Switzerland. Today, only natural wood is allowed as a raw material. By means of pyrolysis nd laboratory analyzes, further (non-woody and ash-rich) substrates are to be investigated, which are not suitable for conventional bioenergy plants, but which can be economically converted into heat energy and biochar by pyrolysis.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Holz ist ein beliebter Energieträger. Doch es gibt weitere Arten von Biomassen, die energetisch genutzt werden können. Ein Weg, dies zu tun, führt über die Pyrolyse (Verkohlung). Dabei können Wärmeenergie und Pflanzenkohle erzeugt werden. Letztere kann unter anderem als Bodenzuschlagstoff in der Landwirtschaft verwendet werden. Wissenschaftler der Fachhochschule Nordwestschweiz haben gemeinsam mit Industrievertretern untersucht, welche ‹neuen› Biomassen auf diese Art genutzt werden könnten.

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel_B. Vogel [PDF] 3'440 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Le bois est une source d’énergie très appréciée. Il existe toutefois d’autres types de biomasses qui peuvent être utilisées à des fins énergétiques. L’une des méthodes pour y parvenir est la pyrolyse (carbonisation). Il est possible de produire de l’énergie thermique et du charbon végétal. Cette dernière peut notamment être utilisée comme agrégat de sol dans l’agriculture. Des scientifiques de la Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse ont étudié, en collaboration avec des représentants de l’industrie, quelles «nouvelles» biomasses pourraient être utilisées de cette manière.

Zugehörige Dokumente

• Article spécialisé_B. Vogel [PDF] 3'413 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Die Pyrolysetechnik zur Herstellung von Pflanzenkohle ist inzwischen ausgereift und im Übergang zur Serienproduktion. Für die Schweiz ist Pflanzenkohle seit Juni 2016 in der Düngemittelverordnung als Bodenzuschlagsstoff zugelassen. Seit 1. Januar 2018 gilt diese Zulassung auch für den Biolandbau. Seither steigt die Nachfrage nach Pflanzenkohle stark. Als Ausgangsmaterial ist bis heute (2022) aber nur naturbelassenes Holz erlaubt. Im Rahmen der vorliegenden Studie werden weitere (nicht-holzige, aschereiche) Substrate fundiert untersucht, die sich mittels Pyrolyse schadstoffarm und wirtschaftlich in Wärmeenergie und Pflanzenkohle umwandeln lassen könnten. Diese Substrate werden heute meist nicht oder nur mit sehr grossem Aufwand energetisch genutzt, sondern häufig entsorgt, kompostiert oder stofflich als Dünger oder Futtermittel verwertet. Durch die Verkohlung hingegen könnte ihr energetisches Potenzial zu ca. 50% genutzt und mit der Pflanzenkohle im Boden CO2 langfristig gespeichert, die Wasser- und Nährstoffspeicherung verbessert und die Mineralien in pflanzenverfügbarer Form in den Boden zurückgeführt werden.
Arbeitspaket 1: Bewertung des Biomassepotenzials für die Pyrolyse
Die in (Keel 2016) aufgeführten möglichen «neuen» Biomassen für eine zusätzliche energetische Nutzung werden hinsichtlich der spezifischen Anforderungen für die Pyrolyse gefiltert und deren Mengenpotenzial bestimmt. In einem ersten Schritt (Grobselektion) werden folgende Ausschlusskriterien - nach absteigender Priorität geordnet - angewendet (in Klammern wird jeweils das Ziel für den Ausschluss erläutert):
I. Substrat wird mit dem ausschliesslichen Zweck zur Pflanzenkohleproduktion angebaut (keine zusätzliche Bodennutzungskonkurrenz, kein Nachwachsender Rohstoff (NaWaRo))
II. Substrat wird heute massgeblich bereits ökologisch und ökonomisch sinnvoll als Futtermittel genutzt (keine Nahrungskonkurrenz)
III. Substrat enthält signifikante Mengen an Nährstoffen insb. Stickstoffverbindungen, die bei einer thermischen Behandlung zerstört werden (keine Nährstoffvernichtung und Stickoxid-Emissionen)
IV. Substrat ist herkunftsbedingt mit pyrolytisch nicht zersetzbaren Fremdstoffen belastet (keinen Fremdstoffeintrag in die Böden)
V. Substrat wird heute massgeblich bereits ökologisch und ökonomisch sinnvoll als Energieträger genutzt (keine Energiekonkurrenz). Das Differenzpotenzial des heute genutzten Potenzials zum nachhaltig nutzbaren Potenzial ist von diesem Ausschlusskriterium nicht betroffen
VI. Substrat ist herkunftsbedingt sehr feucht resp. schlecht trockenbar (keinen unverhältnismässigen Trocknungsaufwand).
In einem zweiten Schritt werden die Substrate auf die Erfüllung folgender Kriterien hin untersucht (Feinselektion):
- Massen-, Energiepotenziale und Verfügbarkeiten in der Schweiz
- Substrateigenschaften physikalisch (ohne Aufbereitung)
- Substrateigenschaften chemisch
- Aufwand Aufbereitung und Pyrolyse
- Voraussichtliche Pflanzenkohlequalität
- Voraussichtliche Abgasemissionen
Von den 32 untersuchten Substraten passierten 18 Substrate die Grobselektion und schliesslich sechs Substrate die Feinselektion:
- Pferdemist-Einstreu (im Folgenden Pferdemist genannt)
- Müllereiabfälle
- Abfälle Kaffeerösterei (im Folgenden Kaffeeabfälle genannt)
- Waldholz, nur Rinde (im Folgenden Rinde genannt)
- Holz-Separierung Vergärung (im Folgenden Holz-Vergärung genannt)
- Holz-Separierung Kompostierung (im Folgenden Holz-Kompostierung genannt)
Die Energie- und Pflanzenkohlepotenziale dieser sechs Substrate werden in Abbildung 1 illustriert.
Die Selektion zeigt, dass sich jene Substrate für die Verkohlung am besten eignen, die dem Holz am verwandtesten sind. Hochinteressant wäre die Verkohlung von Baumrinde. Einerseits weil sie fast die Hälfte des zusätzlichen Energiepotenzials und der Pflanzenkohleproduktion ausmachen

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht_deutsch [PDF] 3'782 kB
• Zusammenfassung Schlussbericht_deutsch [PDF] 885 kB