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Nina Eibisch

Promotion zum Dr. rer. nat. am 30.03.2015

Nina Eibisch mit Doktorhut
Nina Eibisch mit Doktorhut (© Thünen-Institut/AK)

Nina Eibisch hat am 30.03.2015 erfolgreich ihre Doktorarbeit zum Thema „Physico-chemical properties and effects of biochars from hydrothermal carbonization and pyrolysis of organic residues in agricultural soils” an der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover verteidigt.

Frau Eibisch verwendete Kohlen, welche mittels Pyrolyse (Pyrokohlen) und Hydrothermaler Carbonisierung (HTC; Hydrokohlen) aus verschiedenen Ausgangsmaterialien (Miscanthus, Holzhackschnitzel, Grünschnitt, Stroh und Gärreste) produziert wurden. Die Ausgangsstoffe, Pyrokohlen und Hydrokohlen wurden physiko-chemisch charakterisiert sowie Abbau-, Sorptions- und hydrologischen Untersuchungen unterzogen. Ziel der Arbeit war es, zu untersuchen, ob sich (a) die verschiedenen Herstellungsprozesse und (b) die Unterschiede in den physiko-chemischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien in den produzierten Kohlen widerspiegeln und damit deren Wirkweise in Bezug auf Abbaubarkeit, Sorption von Pestiziden (hier Isoproturon, IPU) und die Wasserrückhaltung nach Einbringung in den Boden bestimmen.

Die Ergebnisse zeigten, dass Pyrokohlen innerhalb der 56 tägigen Inkubation kaum abgebaut (<2% des Kohle-bürtigen C) wurden, während Hydrokohlen einen hohen Anteil an leicht verfügbarem C aufwiesen. Es wurden bis zu 14% des dem Boden zugegebenen Hydrokohle-bürtigen C abgebaut. Das Ausgangsmaterial beeinflusste insbesondere die Abbaubarkeit der Hydrokohlen: es wurden geringere Abbauraten für Kohlen aus ligninhaltigen Ausgangsmaterialien mit hohem C/N und niedrigem O/C–H/C Verhältnis festgestellt. Ebenso sank die Abbaurate mit steigender Temperatur der Carbonisierung. In Sorptionsexperimenten mit einem gut wasserlöslichen Pestizid (IPU) wurde deutlich, dass die Sorption nach Hydrokohlezugabe zu einem landwirtschaftlichen Boden um das 13-fache anstieg und um das 2283-fache nach Pyrokohlezugabe. Die Mineralisierung von IPU wurde nach Zugabe von Hydrokohlen um bis zu 56% und von Pyrokohlen um bis zu 81% reduziert. Pyrokohlen binden das Pestizid in ihrer Mikrostruktur wahrscheinlich langfristig. Hingegen gewährleisten Hydrokohlen die Bioverfügbarkeit von IPU, da sie vermutlich bereits binnen weniger Jahre einem signifikanten C-Abbau unterliegen. Auf die Rückhaltung pflanzenverfügbaren Wassers im Boden wirkten sich Hydro- und Pyrokohlen in ähnlichem Maße aus: sie erhöhte sich um 3 bis 15% im Vergleich zum reinen Boden. Wasserabweisende Eigenschaften der Kohlen hatten kaum gegenläufige Auswirkung auf die Änderung der hydraulischen Bodeneigenschaften. Folglich scheinen andere Kohleeigenschaften wie Partikelgröße, innere Porosität, Form oder Verformbarkeit mögliche negative Effekte zu kompensieren. Zusammenfassend gesehen wirken sich verschiedene Kohletypen in Abhängigkeit von Herstellungsprozess und Ausgangsmaterial sehr unterschiedlich auf deren Wirkweise im Boden aus. Aus diesem Grunde kann keine generelle Empfehlung für oder gegen eine Ausbringung von Hydro- oder Pyrokohlen auf landwirtschaftlichen Böden gegeben werden, sondern es muss die Eignung eines Typs für eine vorgesehene Verwendung noch vor Ausbringung geprüft werden.

Nina Eibisch hat die Arbeit im Rahmen des BMEL Projektes „Biokohle als Bodenhilfsstoff und zur Kohlenstoffsequestrierung in landwirtschaftlichen Böden“ durchgeführt und sie am 30.03.2015 abgeschlossen.