Biokul kann bestimmte umweltschädliche Stoffe reduzieren – aber es bedarf einer Kontrolle, wenn die Landwirtschaft es verwenden möchte.
Økologisk NuRegierung hat die Absicht, große Mengen Biokohle auf landwirtschaftliche Flächen auszubringen, was die Notwendigkeit näherer Untersuchungen des Gehalts an umweltschädlichen Stoffen in Biokohle und der Auswirkungen des Pyrolyseprozesses geschaffen hat. Ein laufendes Forschungsprojekt unter Leitung der Technischen Universität Dänemarks zeigt nun, dass der Pyrolyseprozess in vielen Fällen den Gehalt an einer Reihe organischer umweltschädlicher Stoffe im Vergleich zu den ursprünglichen Rohmaterialien reduziert. Dazu gehören unter anderem PFAS und mehrere andere Industriechemikalien. Die Experimente zeigen auch, dass Biokohle im Allgemeinen weniger dieser Stoffe an die Umwelt abgibt als die Rohstoffe, aus denen sie hergestellt wurde. Das schreibt DTU in einer Pressemitteilung. Dies ist wesentlich, da die verwendeten Rohstoffe heute ohne besondere Vorbehandlung auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden. Besonders Klärschlamm kann organische Schadstoffe wie PFAS, Medikamentenreste und andere umweltschädliche Stoffe sowie mehrere Schwermetalle enthalten, die in die Umwelt freigesetzt werden und ins Grundwasser sickern können. Behörden haben vor Risiken gewarnt In Dänemark wird Biokohle aus Stroh, Restfasern aus Biogasproduktion und Klärschlamm hergestellt. Dies geschieht in Pyrolyseanlagen, in denen Biomasse ohne Sauerstoff erhitzt wird, sodass sie nicht verbrennt, sondern in Gas, Öl und Kohle zerlegt wird. Das feste, kohlenstoffreiche Restprodukt wird Biokohle genannt. Das Umweltministerium hat in einem früheren Schreiben gewarnt, dass durch Pyrolyse erzeugte Biokohle sowohl krebserregende als auch hormonell wirksame Stoffe enthalten kann. Zudem besteht Unsicherheit bezüglich des Abbaus, der Auswaschung und der Bioverfügbarkeit schädlicher Stoffe in Biokohle sowie darüber, welche schädlichen Stoffe während des Pyrolyseprozesses entstehen. Der Gehalt kann variieren, abhängig von der verwendeten Biomasse und den Bedingungen der Pyrolyse. Jyllands-Posten berichtete bereits über Anwohner in Vendsyssel, wo die erste große Pyrolyseanlage Dänemarks steht, die über Schwindel, Kopfschmerzen, Blasen und Hautausschläge klagen. In einem anderen Projekt – Danish Biochar LTE – untersuchen Forscher die Langzeitwirkungen von Biokohle auf landwirtschaftliche Böden. Die laufende Untersuchung bei DTU zeigt deutliche Unterschiede zwischen den Rohmaterialien. Stroh liefert im Allgemeinen die reinste Biokohle mit niedrigen Gehalten an Schwermetallen und organischen Schadstoffen. Restfasern aus Biogas liegen auf einem mittleren Niveau, während Klärschlamm die herausforderndste Art ist, mit höheren Konzentrationen vor allem an Schwermetallen und vielen organischen umweltschädlichen Stoffen. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Biokohle aus dänischen Pyrolyseanlagen nur sehr geringe Gehalte an PAHs, auch Tärrestoffe genannt, enthält, die während der Pyrolyse entstehen können. Es gab jedoch einzelne Proben aus industriellen Anlagen mit erhöhten Werten an Tärrestoffen. Einige Stoffe können sich in der Biokohle konzentrieren Obwohl viele organische Schadstoffe während der Pyrolyse reduziert werden, trifft dies nicht auf alle Stoffarten zu. Schwermetalle und Metalloide wie Cadmium, Nickel, Kupfer und Arsen werden während der Pyrolyse nicht abgebaut und können daher in der Biokohle angereichert werden. Viele dieser Metalle sind jedoch stark an die Struktur der Biokohle gebunden und werden nur in begrenztem Maße freigesetzt. Die langfristigen Auswirkungen auf die Umwelt sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Pyrolyse eine effektive Technologie sein kann, um den Gehalt an einer Reihe organischer umweltschädlicher Stoffe in Biomasse zu reduzieren. Gleichzeitig zeigt sich, dass die Qualität der Biokohle sowohl vom Rohmaterial als auch von den Produktionsbedingungen abhängt. Daher sind Kontrolle und klare Rahmenbedingungen notwendig, wenn Biokohle in größerem Maßstab eingesetzt werden soll“, sagt der leitende Forscher Wolfgang Stelte vom DTU Chemieingenieurwesen. Bedarf an Kontrolle Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass Biokohle aus dänischen Pyrolyseanlagen oft geringere Emissionen umweltschädlicher Stoffe aufweist als die Rohstoffe, aus denen sie hergestellt wird, aber auch, dass nicht alle Biokohle für die Ausbringung auf landwirtschaftlichen Flächen geeignet ist. Biokohle, die aus Rohstoffen mit hohem Gehalt an umweltschädlichen Stoffen hergestellt wird, kann zu hohe Konzentrationen an Schwermetallen oder anderen unerwünschten Stoffen enthalten, und es gibt erhebliche Unterschiede sowohl bei den Rohmaterialien als auch bei den Produktionsbedingungen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit von Qualitätskontrollen und strenger Regulierung, wenn Biokohle breit in der Landwirtschaft eingesetzt werden soll, auch im Hinblick auf die mögliche Einfuhr von ausländischer Biokohle mit unbekanntem Risikoprofil auf den dänischen Markt, erklärt Wolfgang Stelte. „Es gibt bereits Zertifizierungssysteme wie das European Biochar Certificate, die Anforderungen an Dokumentation und Analysen der Biokohle stellen. Unsere Ergebnisse untermauern die Notwendigkeit klarer Standards, kontinuierlicher Kontrollen und weiterer Forschung“, sagt er. Das laufende Projekt wird weiterhin zentrale Umweltaspekte der Pyrolyse untersuchen, einschließlich Emissionen aus dem Pyrolyseprozess und möglicher Risiken bei der Handhabung und Lagerung von Biokohle in großem Maßstab. Die Forschungsergebnisse wurden an das Umweltministerium übermittelt, und eine Zusammenfassung der Ergebnisse ist öffentlich zugänglich in der Forschungsdatenbank des DTU unter dem Titel: „Investigation of environmental issues related to the production and use of biochar - Executive summary of feedstock and biochar analysis“. Die Ergebnisse des Projekts werden außerdem für die Veröffentlichung in peer-reviewed wissenschaftlichen Fachzeitschriften vorbereitet.
Regierungsideale zur Ausbringung großer Mengen von Biokohle auf landwirtschaftliche Flächen haben die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen des Gehalts an umweltschädlichen Stoffen in Biokohle und der Wirkung des Pyrolyseprozesses geschaffen.
Ein laufendes Forschungsprojekt unter Leitung der Technischen Universität Dänemarks zeigt nun, dass der Pyrolyseprozess in vielen Fällen den Gehalt an einer Reihe organischer umweltschädlicher Stoffe im Vergleich zu den ursprünglichen Rohmaterialien reduziert. Dazu gehören unter anderem PFAS und mehrere andere Industriechemikalien.
Die Experimente zeigen auch, dass Biokohle im Allgemeinen weniger dieser Stoffe an die Umwelt abgibt als die Rohstoffe, aus denen sie hergestellt wurde. Das schreibt DTU in einer Pressemitteilung.
Dies ist wesentlich, da die verwendeten Rohstoffe heute ohne besondere Vorbehandlung auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden. Besonders Klärschlamm kann organische Schadstoffe wie PFAS, Medikamentenreste und andere umweltschädliche Stoffe sowie mehrere Schwermetalle enthalten, die in die Umwelt freigesetzt werden und ins Grundwasser sickern können.
Behörde hat vor Risiken gewarnt
In Dänemark wird Biokohle aus Stroh, Restfasern aus Biogasproduktion und Klärschlamm hergestellt. Dies geschieht in Pyrolyseanlagen, in denen die Biomasse ohne Sauerstoff erhitzt wird, sodass sie nicht verbrennt, sondern in Gas, Öl und Kohle zerlegt wird. Das feste, kohlenstoffreiche Restprodukt nennt man Biokohle.
Die Umweltbehörde hatte bereits in einem Notizblatt gewarnt, dass durch Pyrolyse erzeugte Biokohle sowohl krebserregende als auch hormonstörende Stoffe enthalten kann. Zudem besteht Unsicherheit bezüglich des Abbaus, der Auswaschung und der Bioverfügbarkeit schädlicher Stoffe in der Biokohle sowie darüber, welche schädlichen Stoffe während des Pyrolyseprozesses entstehen. Der Gehalt kann variieren, abhängig von der verwendeten Biomasse und den Bedingungen, unter denen sie pyrolysiert wurde.
Jyllands-Posten hatte zuvor berichtet über Anwohner in Vendsyssel, wo Dänemarks erstes großes Pyrolysewerk liegt, die über Schwindel, Kopfschmerzen, Blasen und Hautausschläge klagen.
In einem anderen Projekt – Danish Biochar LTE – untersuchen Forscher die Langzeitwirkungen von Biokohle auf landwirtschaftliche Böden.
Die laufende Untersuchung von DTU zeigt deutliche Unterschiede zwischen den Rohmaterialien. Stroh liefert im Allgemeinen die reinste Biokohle mit niedrigen Konzentrationen an Schwermetallen und organischen Schadstoffen. Restfasern aus Biogas liegen auf einem mittleren Niveau, während Klärschlamm die herausforderndste Art ist, mit einem höheren Gehalt an insbesondere Schwermetallen und vielen organischen umweltschädlichen Stoffen.
Die Ergebnisse zeigen auch, dass Biokohle aus dänischen Pyrolyseanlagen nur sehr geringe Konzentrationen an PAH, auch Teerstoffe genannt, enthält, die während des Pyrolyseprozesses entstehen können. Es gab jedoch einzelne Proben aus industriellen Anlagen mit erhöhten Werten an Teerstoffen.
Etwas kann sich in der Biokohle anreichern
Obwohl viele organische Schadstoffe während der Pyrolyse reduziert werden, gilt dies nicht für alle Stoffarten. Schwermetalle und Metalloide, wie Cadmium, Nickel, Kupfer und Arsen, werden während der Pyrolyse nicht abgebaut und können sich daher in der Biokohle anreichern.
Viele dieser Metalle sind jedoch stark an die Struktur der Biokohle gebunden und werden nur in begrenztem Maße freigesetzt. Die langfristigen Auswirkungen auf die Umwelt sind jedoch noch nicht vollständig geklärt.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Pyrolyse eine effektive Technologie sein kann, um den Gehalt an einer Reihe organischer umweltschädlicher Stoffe, die in Biomasse vorkommen, zu reduzieren. Gleichzeitig zeigt sie, dass die Qualität der Biokohle sowohl vom Rohmaterial als auch von den Produktionsbedingungen abhängt. Daher besteht Bedarf an Kontrolle und klaren Rahmenbedingungen, wenn Biokohle in größerem Maßstab eingesetzt werden soll“, sagt der leitende Forscher Wolfgang Stelte vom DTU Chemieingenieurwesen.
Notwendigkeit der Kontrolle
Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass Biokohle aus dänischen Pyrolyseanlagen oft eine geringere Emission umweltschädlicher Stoffe aufweist als die Rohstoffe, aus denen sie hergestellt wird, aber gleichzeitig nicht alle Biokohle für die Ausbringung auf landwirtschaftliche Flächen geeignet ist. Biokohle, die aus Rohstoffen mit hohem Gehalt an umweltschädlichen Stoffen hergestellt wird, kann zu hohe Konzentrationen an z.B. Schwermetallen oder anderen unerwünschten Stoffen enthalten, und es gibt erhebliche Variationen sowohl bei den Rohstoffen als auch bei den Produktionsbedingungen.
Dies unterstreicht die Notwendigkeit von Qualitätskontrollen und strenger Regulierung, wenn Biokohle breit in der Landwirtschaft eingesetzt werden soll, auch im Hinblick darauf, dass möglicherweise ausländische Biokohle mit unbekanntem Risikoprofil auf den dänischen Markt gelangen könnte, erklärt Wolfgang Stelte.
„Es gibt bereits Zertifizierungssysteme, wie z.B. das European Biochar Certificate, die Anforderungen an Dokumentation und Analysen der Biokohle stellen. Unsere Ergebnisse untermauern die Notwendigkeit klarer Standards, kontinuierlicher Kontrollen und weiterer Forschung“, sagt er.
Das laufende Projekt wird weiterhin andere zentrale Umweltaspekte der Pyrolyse beleuchten, einschließlich Emissionen aus dem Pyrolyseprozess und möglicher Risiken bei der Handhabung und Lagerung von Biokohle in großem Maßstab.
Die Forschungsergebnisse wurden an das Umweltministerium übermittelt, und eine Zusammenfassung der Ergebnisse ist öffentlich zugänglich in der Forschungsdatenbank der DTU unter dem Titel: 'Untersuchung umweltbezogener Fragen im Zusammenhang mit der Produktion und Verwendung von Biochar - Zusammenfassung der Analyse von Rohstoffen und Biokohle'.
Die Ergebnisse des Projekts werden außerdem für eine Veröffentlichung in peer-reviewed wissenschaftlichen Fachzeitschriften vorbereitet.