Biochar-Now Biokohle aus Abfallstoffen zur Reduzierung von CO₂ aus der Atmosphäre (CDR) – Potential und Umweltrisiko

Um den Anstieg der globalen Erwärmung unter 2 °C zu halten (Pariser Abkommen), ist die bloße Reduzierung der Treibhausgasemissionen nicht mehr ausreichend und eine zusätzliche Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre unerlässlich. Eine technologische Lösung ist die pyrolytische Fixierung von photosynthetisch erzeugter Biomasse zu Biokohle. Biokohleprodukte werden hauptsächlich als landwirtschaftlicher Bodenverbesserer eingesetzt, wo sie unter anderem als Nährstoffquelle und Mittel zur Verbesserung der Bodenfeuchtigkeit dienen, während die Kohle selbst inert bleibt und zu einer langfristigen Speicherung von CO2 im Boden führt. Um das mögliche Ausmaß der CO2-Reduzierung mit der Biokohle-Technik deutlich zu erhöhen, werden wir das Potenzial und die Risiken von Biokohle untersuchen, die aus verschiedenen organisch-reichen kommunalen Abfallströmen wie Klärschlamm, Spanplattenholzresten, anderem Altholz, Kompost-Siebüberlauf usw. gewonnen wird. Als Nebeneffekt erzeugt der Pyrolyseprozess überschüssige Energie, die in einer Prozesskette zur Wärme- oder Stromerzeugung genutzt werden kann. Die größte Sorge bei der Verwendung von Abfallstoffen betrifft das mögliche Vorhandensein von Schadstoffen und Schwermetallen in diesen Materialien. 

Im Rahmen des Biochar-Now Projektes werden wir Biokohle aus verschiedenen Abfallströmen herstellen. Dabei werden wir testen, ob die Ergebnisse der Laborpyrolyse auf kommerzielle Pyrolysereaktoren übertragen werden können. Des Weiteren werden wir die organische und anorganische Zusammensetzung der verschiedenen Abfall-Biokohlen analysieren und ihr Freisetzungspotenzial für Schadstoffe und Schwermetalle unter Laborbedingungen und natürlichen Bedingungen mithilfe von Auslaugungsexperimenten bewerten. Um das Schicksal von Biokohle aus Abfällen in Böden zu untersuchen, werden außerdem die Wechselwirkungen von Biokohle mit mikrobiellen Gemeinschaften und deren Auswirkungen auf die Chemie der Biokohle und die Mobilisierung schädlicher Stoffe eingehend untersucht. Anhand dieser Ergebnisse werden wir das Upscaling-Potenzial, die Machbarkeit und die Erfolgswahrscheinlichkeit für verschiedene potenzielle Quellen-/Anwendungsszenarien bewerten, um zu klaren wissenschaftlich fundierten Empfehlungen zu gelangen.

Die geomikrobiologische Forschung im Projekt Biochar-Now untersucht, wie mikrobielle Gemeinschaften Biokohlen aus biogenen Rest- und Abfallstoffen besiedeln und wie sie deren Stabilität sowie Umweltverträglichkeit beeinflussen. Mithilfe modernster molekularbiologischer Sequenzierung, bioinformatischer Analysen und mikroskopischer Verfahren identifizieren wir die Mikroorganismen und ihre Stoffwechselfunktionen, die mit Biokohlen aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien assoziiert sind. Laborbasierte Inkubationsexperimente zeigen, wie mikrobielle Aktivität den Abbau von Biokohle, die langfristige Kohlenstoffspeicherung sowie die Freisetzung oder Bindung von Schadstoffen beeinflusst. Durch die Verknüpfung mikrobiologischer, geochemischer und chemischer Daten schaffen wir ein mechanistisches Verständnis der Rolle von Mikroorganismen für die langfristige Sicherheit und das Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung von Biokohlen aus Rest- und Abfallbiomasse.

Das Biochar-Now Projekt ist Teil des vom BMFTR geförderten CDRterra Forschungsprogramms zu landbasierten CO2 Entnahmemethoden.