Rückblick Pflanzenkohle-Fachtagung

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Die Pflanzenkohle-Fachtagung 2023 bot den Teilnehmenden viel Wissen und spannende Diskussionen. Ein kurzer Rückblick.

Ganz zufällig war es nicht, dass die Pflanzenkohle-Fachtagung 2023 in Brugg-Windisch stattfand. Denn der Kanton Aargau gehört zu den Pionieren in Sachen Einsatz von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft. Josef Burri überbrachte den Anwesenden das Grusswort des Landwirtschaftsamts und erläuterte kurz das Engagement des Kantons im Projekt Klimaschutz und Klimaanpassung mit Pflanzenkohle, das der Kanton zusammen mit Agroscope und FiBL umsetzt. Ziel ist, die Basis zu schaffen für die breite Anwendung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft.

Qualität und Regulierung Entscheidend für eine nachhaltige Anwendung ist die Qualität der eingesetzten Pflanzenkohle. Dafür steht aktuell der Qualitätsstandard des European Biochar Certificate (EBC), den Julia Winter von Carbon Standard International vorstellte. EBC bildet die gesetzlichen Vorgaben in Europa ab und definiert für die Schweiz im länderspezifischen Annex strengere Regelungen. Zudem sind Vorgaben zum Herstellungsprozess abgebildet wie die Einhaltung der Emissionsvorschriften, das Abfangen von Pyrolysegasen oder die Nutzung der Wärme. In der Schweiz ist in der Landwirtschaft aktuell nur Kohle aus naturbelassenem Holz zugelassen und sie muss eine EBC-Zertifizierung aufweisen. Nebst EBC existiert für Pflanzenkohle zudem ein C-Senken-Zertifikat, das nachweist, wie viel Kohlenstoff der Atmosphäre durch die Pflanzenkohle entzogen wird. Das EBC-Label ist im Markt breit etabliert. Auch First Climate setzt bei seinem Pflanzenkohle-Programm auf den Qualitätsstandard. Ziel des Programms ist es, Produktion und Vertrieb von Pflanzenkohle als langfristigen Kohlenstoffspeicher zu fördern, wie Barbara Mettler ausführte. Dazu vermarktet das Unternehmen CO₂-Zertifikate und senkt damit die Kosten der Pflanzenkohle für die Anwender – vor allem in der Landwirtschaft. Die Zertifikate werden dabei dem Produzenten ausbezahlt. Die Projekte werden beim Qualitätsstandard für Klimaschutz registriert und validiert und in einem regelmässigen Monitoring überprüft. Über diesen Mechanismus arbeitet First Climate in der Schweiz mit den Unternehmen A-P-D und Inkoh zusammen. Ein zentraler Grundsatz bei der Anerkennung sei, dass die Pflanzenkohle-Anlage ohne die Förderungen durch die Zertifikate nicht zustande gekommen wäre. Generell gelte bei allen Negativemissionstechnologien «Do no harm» – sie dürfen also auf keinen Fall andere Umweltbelastungen verursachen. Bei der Anwendung von Pflanzenkohle in Böden geben polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, kurz PAK, immer wieder zu reden. Nikolas Hagemann von Agroscope, der für seinen Teamkollegen Thomas Bucheli einsprang, gab Entwarnung. Die PAK in Pflanzenkohle seien heute bestens bekannt: Eine geeignete Anlaytik sei etabliert und die Werte könnten durch eine optimierte Prozessführung auf sehr tiefem Niveau gehalten werden. Darüber hinaus seien die PAK in Pflanzenkohle in der Regel nicht bioverfügbar und stellten bei Einhaltung der Grenzwerte kein nennenswertes Risiko für Mensch, Nutztiere und Umwelt dar.

Die Referentinnen und Referenten der ersten Session erhalten als Dankeschön einen Geschenkkorb mit Spezialitäten aus dem Kanton Aargau, gestiftet von Landwirtschaftsamt des Kantons Aargau. (Bild: Charnet / Pascal Mora)

Brauchen Schweizer Böden Pflanzenkohle?
Die zweite Session nach der Pause war dem Thema «Brauchen Schweizer Böden Pflanzenkohle?» gewidmet. Lucie Greiner von der Koordinationsstelle Bodenbeobachtung Kobo an der Berner Fachhochschule zeigte auf, welche Ökosystemleistungen der Böden in Zeiten des Klimawandels besonders wichtig werden. Im Vordergrund steht dabei die Regulierung des Wasserhaushalts. Entscheidend wird dabei, wie viel Wasser sie aufnehmen und speichern und über wie lange Trockenperioden an Pflanzen abgeben können. Ob die Schweizer Böden dazu gewappnet sind, kann heute nicht abschliessend beantwortet werden, so Greiner: «Wir wissen noch zu wenig über die räumliche Verteilung der Bodenökosystemdienstleistungen.»

Was kann Pflanzenkohle beitragen, um Schweizer Böden klimaresilienter zu machen? Nikolas Hagemann von Agroscope betonte einleitend, dass Holzkohle die älteste Chemikalie der Menschheit sei und traditionell praktisch rund um den Globus landwirtschaftlich eingesetzt werde. Zudem ist pyrogener Kohlenstoff natürlicher Bestandteil von Böden weltweit. «Pflanzenkohle kann zwar 200 bis 500% des eigenen Volumens Wasser speichern», erklärte er. Angesichts der kleinen Mengen an Pflanzenkohle pro Hektar sei dieser Effekt jedoch kaum relevant – ausser in Spezialkulturen oder der Setzlingsaufzucht, wo die Pflanzenkohle direkt im Wurzelbereich appliziert werde. Langfristig sei jedoch ein positiver Effekt zu beobachten, da die Pflanzenkohle zum Bodenaufbau beitrage. Weitere positive Effekte seien die Reduktion von Hitzestress bei Pflanzen, die Sorption von organischen Schadstoffen und die Stimulation von deren Abbau. Zudem reduziere sie die Aufnahme von Schwermetallen in die Nahrungskette. «Pflanzenkohle ist ein wichtiges Werkzeug zur Anpassung der Böden an den Klimawandel, aber kein Heilsbringer.» Um eine optimale Wirkung zu erzielen, müsse sie in Kombination mit anderen Hilfsmitteln und angepassten Bewirtschaftungsmethoden angewendet werden. Zudem müssen wir noch besser verstehen lernen, welche Unterschiede zwischen unterschiedlichen Kohlequalitäten bestehen.

Gudrun Schwilch vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) sprach über die Chancen und Risiken von Pflanzenkohle für die Böden. «Unsere Böden sind über Jahrtausende gewachsen und sind nicht erneuerbar», betonte sie in ihrem Vortrag. Neben vielen positiven Wirkungen wie dem Aufbau von organischer Bodensubstanz, höhere Porosität und Wasserspeicherung, weniger Nährstoffauswaschung und verbesserter Durchwurzelung wies sie auch auf potenzielle Risiken hin. Grosse Wissenslücken bestünden vor allem bezüglich Auswirkungen auf die Bodenbiologie oder ob die Pflanzenkohle Pflanzenschutzmittel binden und anreichern könnte bzw. deren Austrag erhöhen könne. «Auf Schweizer Böden können keine Ertragssteigerungen nachgewiesen werden», so Schwilch. Aus Sicht der Vorsorge komme das BAFU zum Schluss, dass Schweizer Böden keine Pflanzenkohle benötigten und auf deren Einsatz verzichtet werden sollte, solange die offenen Fragen noch nicht geklärt seine.

Stephan Gutzwiller, Nikolas Hagemann, Gudrun Schwilch, Sven Studer und Lucie Greiner, ( (v.l.n.r.) an der Podiumsdiskussion. (Bild: Charnet / Pascal Mora)

In der Podiumsdiskussion stellten sich Lucie Greiner, Nikolas Hagemann und Gudrun Schwilch den Fragen von Moderator Stephan Gutzwiller, Vorstandsmitglied von Charnet, und des Publikums. Aus der Praxis kam zudem Sven Studer von der Jucker Farm AG hinzu. In der Diskussion zeigte sich, dass Schweizer Böden sehr unterschiedliche Voraussetzungen mitbringen, die jedoch mehrheitlich noch unbekannt sind. Der Einsatz von Pflanzenkohle biete zwar Potenzial, um die Herausforderung der Böden angesichts des Klimawandels zu meistern – allerdings brauche es eine Kombination mit anderen Massnahmen. Bei den heutigen sehr kleinen Dosierungen sei der Effekt auf die Fruchtbarkeit der Böden zudem noch gering. Offene Fragen bestünden noch zum Thema, wie Pflanzenkohle optimal verarbeitet und bei unterschiedlichen Anwendungen verabreicht werde. Pflanzenkohle, die den gesetzlichen Qualitätsanforderungen entspreche, stelle bezüglich Schadstoffeintrag kaum ein Risiko für den Bodenschutz dar. Es brauche aber noch Forschung, um die Auswirkungen auf die Biodiversität und das Bodenleben auszuschliessen, um optimale Anwendungen zu entwickeln und unterschiedliche Wirkungen von Pflanzenkohle zu unterscheiden. Eine enge Verzahnung von Praxis und Forschung sei dabei wichtig.

Potenzial der Pflanzenkohle auf dem Weg zu Netto-Null Welches Potenzial Pflanzenkohle für den Klimaschutz hat, stand im Fokus der letzten Plenarsession am Nachmittag. Nur schwer vermeidbare Emissionen aus fossilen Quellen oder chemischen Prozessen sollen gemäss Klimastrategie des Bundes mit CO₂-Sequestrierung und -Speicherung (CCS) abgeschieden bzw. mit Negativemissionstechnologien (NET) aus der Atmosphäre entfernt und eingelagert werden, wie Leonor Gondim Rodrigues von der Abteilung Klima des BAFU erläuterte. 2050 rechnet das BAFU in der langfristigen Klimastrategie mit rund 12 Mio. Tonnen solcher schwer vermeidbarer CO₂-Emissionen, nur 2 Mio. Tonnen davon sollen im Inland mit NET rückgängig gemacht werden. Eine Möglichkeit dazu sei aktives Bodenmanagement inklusive Einsatz von Pflanzenkohle. Grösseres Potenzial zur Abscheidung von CO₂ aus der Atmosphäre sehe eine ETH-Studie im Auftrag des BAFU in der Abscheidung von CO₂-Emissionen aus Biomassekraftwerken, nämlich 5,5 Mio. Tonnen CO₂-eq pro Jahr im Vergleich zu 1.5 Mio. Tonnen bei Pflanzenkohle. Eine grosse Herausforderung sei die Konkurrenz um limitierte organische Reststoffe (Biomasse). Um die Konkurrenz der verschiedenen Verwertungswege von Biomasse ging es auch im Beitrag von Andreas Keel, Geschäftsführer von Holzenergie Schweiz. «Es hat noch genug Energieholz für die Produktion von Pflanzenkohle», so sein Einstiegsvotum. Obwohl sich der Energieholzverbrauch zwischen 1990 und 2021 fast verdoppelt habe. Das verbleibende Potenzial liege bei rund 1,1 Mio. Kubikmeter pro Jahr. Alle Projekte und Projektideen für die Energieholznutzung zusammen belaufen sich jedoch bereits auf rund 1,7 Mio. Kubikmeter pro Jahr. «Energieholz ist sehr gefragt als erneuerbare Energie», so Keel. Teilweise würden Preise geboten, welche an dasjenige von Nutzholz herankomme. Sein Fazit: «Das Gerangel um das verbleibende Potenzial ist im vollen Gang.» Eine möglichst sinnvolle Nutzung ist abzuwägen und zu gewährleisten. Der Fokus sollte auf kleinen und mittleren Anlagen bis 10 MW mit regionalem Charakter liegen. Neben dem Potenzial als C-Senke hat Pflanzenkohle auch das Potenzial zur Reduktion von Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft. Hans-Martin Krause vom Forschungsinstitut für Biologischen Landbau FIBL erörterte, dass Pflanzenkohle interessante Eigenschaften zur Minderung der Lachgasemissionen habe. Diese zeigten aber bei kleinen Ausbringmengen via Kaskadennutzung nur geringe Wirkung. Im Projekt Recycle4Bio, seien bei der Ausbringung von Gärgülle, die mit Pflanzenkohle versetzt war, sogar höhere Methan- und Lachgasverluste gemessen worden als bei reiner Gärgülle. «Um das Potenzial zu erfassen, müssten wir die Emissionen entlang der gesamten Prozesskette von der Produktion über die Aufbereitung und Lagerung bis zur Ausbringung und zur langfristigen Bodenwirkung quantifizieren», so der Forscher. Darüber hinaus biete Pflanzenkohle interessante Steuerungsmöglichkeiten auf Nährstoffflüsse und die Tiergesundheit.

Hans-Martin Krause vom FiBL zeigte auf, wie Pflanzenkohle zur Reduktion der Lachgas- und Methanemissionen beitragen könnte. (Bild: Charnet / Pascal Mora)

Die vier Parallelsessions in Kürze

Pflanzenkohle in der Bauwirtschaft
Moderator Jannis Wernery, der sich als Leiter der Forschungsgruppe «Building Integration» an der Empa mit nachhaltigen Baumaterialien befasst, legte in der Einführung dar, dass eine Regulierung der grauen Emissionen in der Bauwirtschaft dringend nötig sei. Denn während neuartige Baustoffe dafür sorgen, dass die Betriebsemissionen von Gebäuden stetig sinken, nehmen die grauen Emissionen bei der Herstellung dieser Materialien tendenziell zu. CO2 -entfernende Materialien sind eine effektive Massnahme, um den Gebäudepark nachhaltiger zu gestalten. Zwei Unternehmer präsentierten darauf ihre Produkte, die mithilfe von Pflanzenkohle CO2 dauerhaft speichern. Axel Preuss, CEO des deutschen Unternehmens CarStorCon Technologies, stellte sein Produkt Clim@Add vor, einen Zuschlagstoff, der den Fussabdruck von Beton reduziert, die Materialeigenschaften verbessert und den Anteil an Zement reduziert. Die Logbau AG hat mit KLARK den ersten CO2 – neutralen Beton der Schweiz entwickelt. Geschäftsführer Christian Wengi gab einen Überblick über das Produkt und wie es ankommt – von Begeisterung bis zu grosser Skepsis. Beide Produkte sind noch jung, zeigen aber auf, dass Pflanzenkohle ein enormes Potenzial hat, um die CO2-Emissionen des Bausektors zu senken.

Pflanzenkohle in der Landwirtschaft
Biolandwirt Michael Kipfer erzählte in der Parallelsession zum Thema Landwirtschaft über seine Erfahrungen mit der Pyrofarm – einer Pyrolyse-Heizung. Er produziert damit jährlich rund 6,5 Tonnen Pflanzenkohle und beheizt vier Wohneinheiten. Der Energieholzbedarf sei gegenüber der alten Schnitzelheizung kaum gestiegen. Die Anlage funktioniert im Batch-Verfahren und weise sehr gute Abgaswerte auf. Die Kohle setzt er auf dem eigenen Hof ein, als Futterzusatz, Einstreu und zur Güllebewirtschaftung. Die Erfahrungen seien positiv, vor allem bezüglich Tiergesundheit: «Seit 2 Jahren hatte ich keine Lungenentzündungen oder Durchfall mehr bei den Kälbern.»
Stefan Baumann vom Forschungsinstitut für Biologischen Landbau (FiBL) erläuterte das breit angelegte Projekt im Kanton Aargau. Einerseits werden im Projekt Kohleproben von selbst hergestellter Kohle und von Grossanlagen auf Qualitätsparameter analysiert. In Fütterungsversuchen mit Milchkühen wurden weder positive noch negative Auswirkungen auf die Tiergesundheit oder auf die Leistung gemessen. Ein weiterer Versuch wird nun bei Ferkeln und Kälbern durchgeführt. Weitere Themen sind, wie sich die Kohle beim «Kuhdurchgang» bezüglich C-Sequestrierleistung verändert, wie die Pflanzenkohle bei der Hofdüngerbewirtschaftung eingesetzt werden kann, um Lachgas- und Ammoniakemissionen zu reduzieren, und wie sie sich auf Pflanzenpathogene auswirkt. Eine Umfrage bei Landwirten zeigte, dass die Pflanzenkohle vor allem in der Tierhaltung und der Hofdüngerbewirtschaftung zum Einsatz kommt. Nur eine Minderheit von ca. 20 % stellt die Pflanzenkohle selbst her.
Erfahrungen aus der Anwendung der Pflanzenkohle im Pflanzenbau stellte Sven Studer von der Jucker Farm AG vor. «2020 haben wir uns für regenerative Landwirtschaft entschieden. Wir stellen den Boden ins Zentrum», erklärte er einleitend. Sie geben die Pflanzenkohle im Kompost bei und lassen die Mieten während 6 bis 8 Wochen anaerob gären. Eingesetzt wird der Kompost anschliessend bei der Gründüngung. Pflanzenkohle sei nur ein Teil der Lösung, betonte er. Eine ganzjährige Begrünung der Ackerflächen und eine sehr zurückhaltende Bodenbearbeitung seien weitere Faktoren. In der anschliessenden Diskussion erzählten verschiedenen Landwirte von positiven Erfahrungen bezüglich Tiergesundheit.

Pflanzenkohle für Gartenbau und Stadtgrün
Den Auftakt machte Andrea Gion Saluz, Leiter Koordination Stadtbäume bei Grün Stadt Zürich, zum Thema überbaubare Substrate in der Stadt. In diesen anthropogen geprägten Umgebungen, wo ein Substrat einen natürlich gewachsenen Boden nachahmen soll, erachtet Saluz den Einsatz von Pflanzenkohle als sinnvoll: «Sie fördert das Pflanzenwachstum und lenkt sogar die Wurzeln – z. B. weg von unterirdischen Leitungen, die Schaden nehmen könnten.» Rund ums Thema Schwammstadt bringe die Pflanzenkohle als Wasser- und Nährstoffspeicher ebenfalls grossen Nutzen.
Die positiven Auswirkungen auf den Wasserhaushalt des Bodens konnteder zweite Referent Tobias Schmid von Otto Hauenstein Samen bestätigen: «In unserer Baumschule benötigen wir weniger Dünger, der Boden trocknet besser ab und schädliche Pilze vermehren sich weniger stark.» Das schweizweit tätige Unternehmen führt ungeladene Pflanzenkohle im Sortiment, in Bigbags oder mit 20% Biokompostanteil in kleineren Säcken. «Für Innovationen sind wir immer offen. Pflanzenkohle ist auch bei Dachbegrünungen eine ökologische Alternative zu Leichtbaustoffen wie Bims oder Lavastein.»
Den Abschluss der Parallelsession machte Moderator Andreas Schönborn von der ZHAW. Sein Team und er untersuchten 40 Birkensetzlinge in einem Substrat mit Pflanzenkohle – geladen mit menschlichen Fäkalien aus Komposttoiletten oder Pferdemist. Nach einem Jahr mit guter Bewässerung hatten sich die Pflanzen auf dem Toiletten-Substrat am besten entwickelt. «Wir vermuten, dass die Wurzeln die Nährstoffe in der Kohle erschliessen», so Schönborn.
In der anschliessenden Fragerunde interessiert sich ein Teilnehmer für die Kosten der Pflanzenkohle. Genannt wurde ein Quadratmeterpreis von Fr. 3.30 pro Quadratmeter – ein Fussballfeld mit 7000 m2 würde also Kosten von etwa Fr. 23 000.- inkl. Einbau verursachen. Diskutiert wurde auch der Umstand, dass bei den Stadt-Substraten aktuell noch wenig Verordnungen gelten – mit der neuen Düngemittelverordnung dürfte sich dies aber ändern.

Anlagenplanung und -bau
Drei Projekte, drei Anlagen an unterschiedlichen Standorten, erstellt und betrieben unter verschiedenen Bedingungen – und doch berichten die drei Referenten von den gleichen Herausforderungen.
Christoph Nyfeler, Pionier in mehrerlei Hinsicht, hat in Rekordzeit die zurzeit einzige Mälzerei in der Schweiz aufgebaut. Nun plant er neben diesem Betrieb eine Pyrolyseanlage, um Pflanzenkohle herzustellen. Für ihn bestand eine der grossen Herausforderungen darin, den Absatz der Pflanzenkohle sicherzustellen. Dazu suchte er einen Partner und arbeitet heute mit der Inkoh AG zusammen. Auch für die iwb ist es entscheidend, die produzierte Pflanzenkohle zu verkaufen. Denn Bedingung für die Erstellung der Pilotanlage war ein wirtschaftlicher Betrieb, wie Philipp Vögelin von iwb ausführte. Dies ist zwar heute noch nicht gegeben, es besteht aber Optimierungspotenzial und iwb hat sich einen Absatzmarkt erschlossen, in dem sie mehr Pflanzenkohle verkaufen könnte als heute produziert wird. Auch Harald Fichtl von Ligno Carbon thematisierte den Absatz. Seine Anlage ging an Ostern 2023 in Betrieb und läuft heute mit einer Verfügbarkeit von 60 bis 70%. Dies ist ein sehr guter Wert. Denn auch hier liegt eine der Herausforderungen. Wenn eine Anlage stillsteht, dauert es 15 bis 16 Stunden, bis sie abgekühlt ist. Unter Umständen kann erst dann mit der Fehlersuche begonnen werden.
Als weitere Herausforderungen nannten die Referenten den Standort. Er darf aus Sicherheitsgründen und wegen der Emissionen nicht zu nahe bei Siedlungen liegen, muss aber für den Lastwagenverkehr gut erschlossen sein und idealerweise liegt ein Fernwärmenetz in der Nähe. Christoph Nyfeler ist diesbezüglich in einer komfortablen Situation. Seine Anlage ist auf ehemaligem Jurazement-Gelände geplant und damit gut erschlossen.
Die Ausführungen zeigten: Es hat sich viel bewegt, heute sind professionelle Anlagen in Betrieb und trotzdem gehören Erbauer und Betreiber von Pyrolyseanlagen noch immer zu den Pionieren. Sie brauchen viel Know-how und sind immer wieder vor neue Herausforderungen gestellt. Zudem müssen sie sich immer wieder mit «Nein-Sagern» auseinandersetzen. Das braucht viel Engagement und Herzblut – was bei allen drei Referenten deutlich zu spüren war.

Eindrücke aus den vier Parallelsessions. (Bild: Charnet / Pascal Mora)

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