Optimierung des Nährstoffmanagements in tierhaltenden Betrieben durch pyrolytische Verwertung von Hofdüngern (PyCMan – pyrogenic carbon obtained from manure pyrolysis)

• Forschungsstelle: BLW
• Projektnummer: 21.23

Schlüsselwörter (Deutsch)

Vermeidung Nitratauswaschung, Nährstoffmanagement, Kohlenstoffsequestrierung

Schlüsselwörter (Englisch)

Avoidance of nitrate leaching, nutrient management, carbon sequestration

Schlüsselwörter (Französisch)

Prévention du lessivage des nitrates, gestion des nutriments, piégeage du carbone

Schlüsselwörter (Italienisch)

Evitare la lisciviazione dei nitrati, gestione dei nutrienti, sequestro del carbonio

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Tierhaltung verändert die natürlichen Kreisläufe von Stickstoff (N) und Phosphor (P) in der Schweiz, denn insbesondere durch Futtermittelimporte kommt es zu einem Überschuss an Hofdüngern. Dies führt zur Gefährdung von Trinkwasserressourcen durch die Auswaschung von N und den Oberflächenabfluss von P. Ferner kommt es zu erhöhten Emissionen von Treibhausgasen und Feinstäuben. Das Hauptproblem besteht allerdings weniger in der absoluten Menge der ausgebrachten Nährstoffe, sondern vielmehr in ihrer Wasserlöslichkeit, Mobilität und/oder biologischer Verfügbarkeit. Hier kann die Pyrolyse (thermische Behandlung bei > 400°C unter weitgehendem Ausschluss von Luftsauerstoff) von Hofdünger oder dessen separierter Festphase helfen. Die Nährstoffe in den damit produzierten pyrogenen Hofdüngern sind überwiegend nicht löslich, aber langfristig bioverfügbar. Analog zu Pflanzenkohle-basierten Düngern sind sie auch gute Speichermedien für zusätzliche eingebrachte Nährstoffe, was Nährstoffauswaschung und Bildung von N2O effektiv reduzieren kann. Pathogene und Mikroverunreinigungen werden durch die Pyrolyse eliminiert und der enthaltende Kohlenstoff in stabile Verbindungen (C-Senke/Sequestrierung) überführt. Das Projekt PyCMan wird durch eine (1) Literaturstudie und (2) Potenzialabschätzung untersuchen, inwieweit die Pyrolyse von Hofdüngern zu einer Umweltentlastung in der Schweiz beitragen könnte.

Abstract (Deutsch)

Die Tierhaltung verändert die natürlichen Kreisläufe von Stickstoff (N) und Phosphor (P) in der Schweiz, denn insbesondere durch Futtermittelimporte kommt es zu einem Nährstoffüberschuss durch Hofdünger. Dies führt zur Gefährdung von Trinkwasserressourcen durch die Auswaschung von N und den Oberflächenabfluss von P. Ferner kommt es zu erhöhten Emissionen von Treibhausgasen und Feinstäuben. Das Hauptproblem besteht allerdings weniger in der absoluten Menge der ausgebrachten Nährstoffe, sondern vielmehr in ihrer Wasserlöslichkeit, Mobilität und/oder biologischer Verfügbarkeit.

Hier kann die Pyrolyse (thermische Konversion bei > 400°C unter weitgehendem Ausschluss von Luftsauerstoff) von Hofdünger oder dessen separierter Festphase helfen. Das Projekt PyCMan untersuchte durch eine Literaturstudie den Stand des Wissens zu diesen pyrogenen Hofdüngern: (1) Durch Pyrolyse werden die in Hofdüngern vorhandenen Pathogene, Hormone, Medikamentenrückstände sowie Erbinformationen (Antibiotikaresistenz) eliminiert. (2) Pyrogene Hofdünger haben gegenüber Hofdüngern eine geringere Nährstoffverfügbarkeit, was deren Auswaschung reduziert. (3) Die Nährstoffverluste durch die Pyrolyse sind insgesamt nicht höher als im traditionellen Hofdüngermanagement. (4) Ihre Anwendung im Boden geniert langfristige C-Senken. Unsicher ist allerdings, ob und unter welchen Bedingungen die Düngewirkung pyrogener Hofdünger gleichhoch wie bei traditionellen Hofdüngern ist. Es fehlen wissenschaftlich begleitete Feldversuche, in denen herkömmliche und pyrogene Hofdünger normalisiert auf die gleiche Ausgangsmenge auf verschiedenen Böden verglichen wurden, selbst die bisher veröffentlichten Topfversuche sind nur wenig belastbar.

Eine Potenzialabschätzung für die Schweiz ergab, dass die durch Pyrolyse des gesamten Hofdüngeraufkommens der Schweiz jährlich 1,3 Millionen t CO₂e als Kohlenstoffsenken (Negativemission / CO₂-Entzug) entstehen und 1,3 Millionen t CO₂e an Methanemissionen und 6 Millionen t CO₂e an Lachgasemissionen eingespart werden könnten. Durch die Co-Pyrolyse von Hofdüngern mit sekundären landwirtschaftlichen Biomassen könnte eine noch größere Menge C-Senken generiert und die Kosten gesenkt werden. Die Kosten für reine Hofdüngerpyrolyse belaufen sich je nach Anlagengröße auf 11 bis 22 CHF pro m³ Gülle und können durch Co-Pyrolyse mit Baum- und Strauchschnitt sowie Ernteresten wie Stroh oder Trester auf 1.80 bis 4.00 CHF pro m³ Gülle gesenkt werden. Damit belaufen sich die Zusatzkosten pro Rind und Jahr auf 40 bis 450 CHF.

Die Hofdüngerpyrolyse hat das Potential, sämtliche negative Umweltauswirkungen der Lagerung und Anwendung insbesondere von Gülle stark zu minimieren bzw. zu unterbinden. Die Kosten für die ökologisch sinnvolle Lösung sind allerdings erheblich und nur im Kontext gesellschaftlicher Finanzierungsprogramme für Ökosystem- und Klimadienstleistungen zu rechtfertigen. Es fehlen belastbare Feldversuche, um die Applikation von herkömmlichen und pyrogenen Hofdüngern hinsichtlich ihrer pflanzenbaulichen Wirkung zu vergleichen.