Pflanzenkohle

Die Entdeckung Terra Preta

Lang war man sich in der Wissenschaft einig, dass es unmöglich gewesen war, dass sich in Regenwaldgebieten des Amazonas höher entwickelte Zivilisationen herausbilden konnten. Entwicklungen großer Städte seien undenkbar gewesen, da die Humusschicht in Urwäldern viel zu gering sei, um eine geeignete Nahrungsmittelversorgung hundertausender Menschen zu gewährleisten.

In tropischen Urwäldern herrscht überwiegend der Bodentyp „Ferrasol“ vor, ein Kunstwort das sich aus Ferrum für Esien, Alumen für Aluminium und Sol für Boden zusammensetzt. Diese Böden sind durch über Jahrmillionen anhaltender Hitze und Feuchtigkeit stark verwittert und versauert, wodurch kaum unverwitterte Minerale im Boden mehr vorhanden sind, aus denen noch Nährstoffe für den Boden gewonnen werden könnten. Aluminiumkonzentrationen sind bereits so hoch, dass sie auf Nutzpflanzen toxisch wirken würden.

Ohne Humus geht gar nichts

Nichtsdestotrotz findet man auf diesen Böden keine karge Landschaft vor, sondern üppige Wälder mit einer enormen Diversität an Fauna und Flora. Das gesamte Potential dieser Wälder liegt in einer dünnen Humusschicht, die Nährstoffe freigibt und diese im engen Zusammenspiel mit Pflanzen des Waldes im System hält.

Dass dieser komplexe Kreislauf aus Nährstoffen und Wasser äußerst empfindlich ist, ist selbsterklärend. Wird der Urwald gerodet, baut sich der Humus in kürzester Zeit ab und die Nährstoffe werden mit dem Regen ausgespült.

Entdeckung am Amazonas

In den 1960er Jahren bereits entdeckten Forscher am Zusammenfluss von Amazonas, Rio Negro und Madeira, Überreste großer vorkolumbianischer Zivilisationen. Das gab den Forschern ein Rätsel auf. Wie konnten sich große Kulturen an einem so unfruchtbaren Böden Nahrungsmittelsicherheit garantieren?

Die Antwort fand man Jahre später durch Bodenuntersuchungen. Man stieß auf Terra Preta do Indio. Mächtige nährstoffreiche schwarze Oberböden, die über 2000 Jahre in den Gebieten ausharrten und immer noch fruchtbar waren, führten dazu, tausenden Menschen das Überleben zu sichern. Die bis zu zwei Meter dicken Schichten bestanden aus Überresten von Holzkohle, Tonscherben, Knochen, Spuren von menschlichen Fäkalien, Asche und Fischgräten. Aus diesem Mix organischer Reststoffe hatte sich über die Zeit die mächtige Humusschicht gebildet.

Mittlerweile gibt es ähnliche Funde von Schwarzerden in Afrika und Europa. Sogar in Deutschland konnten Schwarzerde nachgewiesen werden.

Pflanzenkohle als wichtige Zutat

Terra Preta wurde entdeckt, und mit ihr die Neugier der Entstehung und der Wissenstransfer in unsere Gefilde. Publikationen, Forschungen und Nachahmungsversuche über Pflanzenkohle und der Terra Preta haben in den letzten beiden Dekaden stetig zugenommen.

Als einer der wichtigsten Inhaltsstoffe der Terra Preta gilt die Pflanzenkohle. Durch ihre hohen Gehalt an Kohlenstoff gilt sie als besonders beständig und gibt der Terra Preta ihre besonderen Eigenschaften. Doch Pflanzenkohle allein macht noch keinen fruchtbaren Boden. Um die Eigenschaften der Kohle voll zu entfalten muss sie zuerst aufgeladen werden, das heißt sie muss in verschiedenen Schritten und Prozessen mit Nährstoffen und Mikroorganismen “gefüttert“ werden. Typische Verfahren sind hier die Kompostierung oder die Fermentierung.

Der Weg zur Pflanzenkohle

Doch welche besonderen Eigenschaften besitzt nun die Pfanzenkohle und wie kann man sie gewinnen? Pflanzenkohle ist per Definition durch ein pyrolytisches Verkohlungsverfahren aus rein pflanzlicher Ausgangsstoffe, hergestelltes Produkt und zeichnet sich durch seine ökologisch und nachhaltige Produktion aus.

Von Pyrolyse spricht man, wenn Biomasse unter starker Einschränkung von Sauerstoff verkohlt. Die langkettigen Moleküle der pflanzlichen Zellen brechen dabei auf, wobei leicht flüchtige Bestandteile der Biomasse ausgasen, Wärme entsteht und die kohlenstoffhaltige Grundstruktur der Biomasse mit ihren speziellen Eigenschaften zurück bleibt. Mineralstoffe der ursprünglichen Biomasse wird dabei in den Poren und an der Oberfläche der Pflanzenkohle gebunden.

Wie ein Schwamm

Pflanzenkohle zeichnet sich durch seine höchst poröse Struktur aus. Dabei ergibt sich eine enorme spezifische Oberfläche von teilweise mehr als 300 m² pro Gramm. Durch diese Eigenschaft ist es der Pflanzenkohle möglich bis zur fünffachen Menge ihres Eigengewichtes an Wasser und den darin gelösten Stoffen aufzunehmen.

Man spricht hier von der Adsorptionsfähigkeit der Pflanzenkohle, die wiederum unterschiedlich hoch sein kann, je nachdem welche Temperatur sich beim Pyrolysevorgang einstellt und welche Ausgangsbiomasse gewählt wird. Prinzipiell ist die Adsorptionsfähigkeit der Kohle am besten, wenn sich während der Produktion einen Temperatur zwischen 450 und 700°C einstellt.

Speichern von wichtigen Nährstoffen

Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Pflanzenkohle ist ihre gute Kationenaustauschkapazität (KAK), die ebenfalls auf ihre Porosität zurückzuführen ist. Die KAK ist ein Maß der Bodenkunde und beschreibt die Fähigkeit positiv geladene Ionen an der Oberfläche zu speichern und daraufhin für Pflanzen und Mikroorganismen wieder verfügbar zu machen. Ein hoher KAK Wert sorgt dafür, dass weniger mineralische aber auch organische Nährstoffe aus dem Boden ausgewaschen werden und führt dadurch zu einer höheren Nährstoffverfügbarkeit im Boden.

CO2 reduzieren mit Pflanzekohle?

Pflanzenkohle als Einsatz als Bodenverbesserungsmittel besitzt noch weitere positive Eigenschaften, die von großer Bedeutung sind. Zum Beispiel kann es dazu führen, dass das Wasserspeichervermögen und die Bodendurchlüftung der Böden deutlich verbessert werden. Durch die bessere Durchlüftung der Böden, kann es gleichzeitig zu einer besseren Aktivität von Stickstoffbakterien kommen, wodurch der Austritt von klimaschädlichen Methan- und Lachgasemissionen reduziert werden kann.

Wie auch bereits beschrieben, bietet die Pflanzenkohle durch seine Struktur Bodenbakterien in dessen Nischen einen geschützten Lebensraum, wodurch auch die Nährstoffumsetzung für Pflanzen gefördert wird. Die hohe Adsorptionsfähigkeit führt ebenfalls zu einer Speicherung toxischer Bodenstoffe (z.B. Schwermetalle) auf der spezifischen Oberfläche der Kohle, die dann Pflanzen nicht mehr zur Verfügung stehen und diese dadurch schützt und dabei das Grundwasser vor Kontaminationen bewahrt.

Pflanzenkohle und ihr Beitrag zum Klimaschutz

Wie schon erwähnt, besteht die Pflanzenkohle zu überwiegendem Teil aus reinem Kohlenstoff, der von Mikroorganismen nicht oder nur sehr schwer abgebaut werden kann. Wenn Pflanzenkohle nun in den Boden eingearbeitet wird, bleibt ein Anteil von über 80% des Kohlenstoffgehalts für mehr als 1000 Jahre stabil.

Als Beispiel kann hier die Terra Preta Entdeckung gesehen werden, wo heute noch nach über 2500 Jahren der Pflanzenkohleanteil im Boden nachgewiesen werden kann. Diese hohe Beständigkeit der Pflanzenkohle führt dazu, dass das von der Pflanze aufgenommen CO2 langfristig der Atmosphäre entzogen wird und dadurch im Stande ist, den Klimawandel abzubremsen.

Bindung von CO2

Ein weiteres Potential der Kohlenstoffsequestrierung befindet sich im Pyrolyseverfahren selbst. Biomasse verschwelt hierbei zu 40% zu reiner Pflanzenkohle, das heißt dass der Kohlenstoff der Biomasse nicht gänzlich in CO2 umgewandelt wird und in die Atmosphäre gelangt, sondern eben ein Großteil des Kohlenstoffs in der Pflanzenkohle gebunden bleibt. Auch das kann sich klimapositiv auswirken.

Stabile Speicherung von CO2

Wird die Pflanzenkohle in den Boden eingebracht, bleibt diese dort über Jahrtausende stabil und der Kohlenstoff der Pflanzenkohle wird somit dem Kohlenstoffzyklus entzogen, da er weder durch Verbrennung noch durch Verrottung zu CO2 oder CH4 (Methan) umgewandelt wird.