Pflanzenkohle: Einsatzmöglichkeiten im Öko-Landbau

Erhitzt man pflanzliche Biomasse unter Luftabschluss bei Temperaturen über 400 Grad Celsius – diesen Vorgang nennt man Pyrolyse –, entsteht daraus nach einer gewissen Zeit ein poröses kohlenstoffreiches Material, dem in vielerlei Hinsicht ein großes Potenzial zugesprochen wird: Die Rede ist von Pflanzenkohle.

Potenzial als Negativemission

Eine bedeutende Eigenschaft von Pflanzenkohle ist ihre Fähigkeit, Kohlenstoff zu speichern. Bis zu 50 Prozent des in den Pflanzen enthaltenen Kohlenstoffs können durch die Umwandlung in Pflanzenkohle in festen molekularen Strukturen gebunden und damit über viele Jahrhunderte der Atmosphäre entzogen werden. Pflanzenkohle wird daher als vielversprechende Negativemissionstechnologiediskutiert, mit der unvermeidliche Restemissionen ausgeglichen werden können, die auch dann noch anfallen, wenn Deutschland im Jahr 2045 treibhausgasneutral ist, das heißt alle vermeidbaren Emissionen vermieden werden.

Soll Pflanzenkohle zukünftig in größerem Ausmaß als Negativemission genutzt werden, muss allerdings hinreichend geklärt werden, in welchem Umfang geeignete Biomasse verfügbar ist, die pyrolisiert werden kann, und inwiefern die Pyrolyse zu Pflanzenkohle eine Konkurrenz zu alternativen Verwendungsformen von Biomasse (z. B. energetische Nutzung, stoffliche Nutzung, Humusaufbau) darstellt.

Potenzial von Pflanzenkohle für die landwirtschaftliche Anwendung

Laut zahlreicher Studien scheint Pflanzenkohle darüber hinaus ein vielversprechender Bodenhilfsstoff für Landwirtschaft und Gartenbau zu sein. Eine bedeutende Studie in diesem Zusammenhang ist die Studie des Schweizer Forschungsinstituts Agroscope aus dem Jahr 2021, die im Auftrag des Schweizerischen Bundesamts für Landwirtschaft erstellt wurde. Forschende haben darin den Stand von 30 Meta-Analysen aus den Jahren seit 2015 zum Thema Pflanzenkohle zusammengefasst und bewertet. Dabei wurden verschiedenste Böden, Klimazonen und Landwirtschaftssysteme berücksichtigt.

Die Autorinnen und Autoren der Agroscope-Studie kommen zu dem Schluss, dass über alle betrachteten Meta-Analysen "für sämtliche untersuchten Parameter eine im Durchschnitt positive Auswirkung von Pflanzenkohle festgestellt" werden kann.

Danach ist Pflanzenkohle aufgrund ihrer porösen Struktur und ihrer gewaltigen inneren Oberfläche sehr gut in der Lage, Wasser und Nährstoffe zu speichern und Schadstoffe zu binden. Sie stimuliert das Wurzelwachstum, unterstützt den Humusaufbau und lockert feste Böden auf. Darüber hinaus besitzt sie die Fähigkeit, die Verfügbarkeit von Schwermetallen im Boden, sowie Lachgas-Emissionen und Nitratauswaschungen zu verringern.

Insbesondere auf tropischen Böden, so ein weiteres Fazit der Studie, führt der Einsatz von Pflanzenkohle zu Ertragssteigerungen, wenn sie zuvor mit Nährstoffen "beladen" wird. Hierzulande sind Ertragssteigerungseffekte aufgrund der zum Teil sehr guten Böden und der sehr hohen Bewirtschaftungsintensitäten insgesamt jedoch deutlich geringer oder gar nicht vorhanden.

Einer weitere umfangreiche Literaturstudie vom Institut für Ländliche Strukturforschung e.V. (IfLS) an der Goethe-Universität Frankfurt am Main von 2023 kommt zu ähnlichen Ergebnissen wie die Agroscope-Studie.

Wissenschaftlicher Beirat mahnt mehr und praxisnähere Langzeitforschung an

Im März 2024 veröffentlichte der Wissenschaftliche Beirat für Düngungsfragen (WBD) beim Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) einen Standpunkt zu "Biokohle in der Pflanzenproduktion". Darin bewertet der WBD den Nutzen sowie die Grenzen und Zielkonflikte des Einsatzes von Pflanzenkohle.

Der WBD benennt in seiner Analyse in weiten Teilen die Erkenntnisse der Agroscope- und der IfLS-Studie, bemängelt aber, dass die dazu durchgeführten Versuche teilweise zu variablen, verschiedentlich sogar widersprüchlichen Ergebnisse führten. Außerdem fehle es an Informationen über Langzeitversuche unter praxisähnlichen Bedingungen. Dem müsste in Forschung und Versuchswesen künftig mehr Beachtung geschenkt werden. Im Zusammenhang mit der Verwendung von Pflanzenkohle als Negativemission "sollte dringend eine Modellierung unterschiedlicher Nutzungspfade von Biomasse und deren Effekten auf die Emission klimarelevanter Gase durchgeführt werden", so der WBD.

Wie kann Pflanzenkohle in der ökologischen Landwirtschaft eingesetzt werden?

Damit Pflanzenkohle ihre positive Wirkung als Bodenhilfsstoff bestmöglich erfüllen kann, sollte sie wurzelnah in den Boden eingearbeitet werden. Vorher ist es jedoch wichtig, sie mit Nährstoffen – insbesondere Stickstoff – "aufzuladen". Denn andernfalls würde die Pflanzenkohle mit ihrem hohen Speichervermögen die Nährstoffe aus dem Boden binden und könnte damit sogar hemmend auf das Pflanzenwachstum wirken.

Zur "Aufladung" mit Nährstoffen wird Pflanzenkohle häufig zur Güllebehandlung, als Zusatz zu Komposten oder als Stalleinstreu verwendet. Die von der Pflanzenkohle aufgenommenen Nährstoffe werden später im Boden nach und nach wieder an die Bodenlösung abgegeben und stehen den Pflanzen zur Verfügung. Nach Angaben des Instituts für Ländliche Strukturforschung (IfLS), sind folgende Anwendungsbereiche zur "Aufladung" von Pflanzenkohle zu empfehlen:

• Einstreu: Zugabe von bis zu 10 Prozent Pflanzenkohle zur üblichen Einstreu. Der Vorteil einer solchen Anwendung ist, dass Hufkrankheiten, Gerüche und Nährstoffverluste reduziert werden. In Tiefstreulaufställen ausgebracht, fördert die Pflanzenkohle an feuchten Stellen die Verrottung und hemmt zudem die Entwicklung von Fliegenlarven.
   
• Zugabe zu Gülle: Zugabe von rund einem Volumenprozent Pflanzenkohle mindestens vier Wochen vor der Ausbringung der Mischung. Auch hier wird berichtet, dass Gerüche und Verluste flüchtiger Nährstoffe reduziert werden.
   
• Zugabe zu Komposten: Empfohlen wird eine Zugabe von etwa zehn Volumenprozent. Die Pflanzenkohle sollte nach Möglichkeit von Anfang an im Kompostprozess eingesetzt werden, um sich ausreichend mit Nährstoffen aufladen zu können und gleichzeitig die Kompostemissionen und Nährstoffverluste zu senken.

Hinweis: Die Anwendungsempfehlungen verschiedener Pflanzenkohle-Anbieter können zum Teil von den oben genannten abweichen.

CO2-Zertifikate und Pflanzenkohle

Als Kohlenstoffsenke (CO₂-Senke) bietet Pflanzenkohle Vorteile gegenüber anderen CO₂-Senken wie Wald oder Humus: Solange man Pflanzenkohle nicht verbrennt, bleibt sie zusammen mit dem in ihr gespeicherten Kohlenstoff über lange Zeit stabil. Wald hingegen kann durch Brand unabsichtlich vernichtet werden oder Humus kann bei falscher Bewirtschaftung abgebaut werden. Beides mit der Folge, dass der gebundene Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre gelangt.

Inzwischen gibt es verschiedene Unternehmen (z. B. Carbonfuture, Puro.Earth), die pflanzenkohlebasierte Kohlenstoffsenken-Zertifikate anbieten. German Biochar empfiehlt die Zertifizierung nach dem EBC-Senken-Standard.

Für Landwirtinnen und Landwirte, die Pflanzenkohle in ihren Betrieben anwenden, bedeutet das, dass sie vom Hersteller entweder günstigere Pflanzenkohle erhalten, da der Verkauf von C-Senken-Zertifikaten den Preis verringert. Oder aber sie kaufen das C-Senken-Zertifikat zusammen mit der Pflanzenkohle und verkaufen das Zertifikat dann selbst weiter oder behalten es als Ausgleich unvermeidbarer Restemissionen.