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 unvermeidbare Restemissionen ausgeglichen werden können, die auch dann noch anfallen, wenn Deutschland im Jahr 2045 treibhausgasneutral ist, das heißt alle vermeidbaren Emissionen vermieden werden.

Wie groß der tatsächliche Netto-Klimanutzen von Pflanzenkohle ausfällt, hängt jedoch von der gesamten Prozesskette ab. Entscheidend ist unter anderem, welche Biomasse eingesetzt wird, wie energieeffizient die Pyrolyse erfolgt, wie Nebenprodukte wie Pyrolysegas, Pyrolyseöl oder Abwärme genutzt werden und wie hoch der stabile Kohlenstoffanteil der jeweiligen Pflanzenkohle ist. 

Soll Pflanzenkohle zukünftig in größerem Ausmaß als Negativemission genutzt werden, muss auch geklärt werden, in welchem Umfang geeignete Biomasse verfügbar ist und inwiefern ihre Pyrolyse mit anderen Verwendungsformen konkurriert – etwa mit der energetischen oder stofflichen Nutzung sowie mit dem Humusaufbau.

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.

Demnach kann Pflanzenkohle aufgrund ihrer porösen Struktur und ihrer gewaltigen inneren Oberfläche dazu beitragen, Wasser und Nährstoffe im Boden zu speichern und bestimmte Schadstoffe zu binden. In den ausgewerteten Studien wurden außerdem positive Effekte auf das Wurzelwachstum, Bodenstruktur und den Humusaufbau sowie geringere Schwermetallverfügbarkeit, Lachgasemissionen und Nitratauswaschungen beschrieben.

Insbesondere auf tropischen Böden, häufig nährstoffarmen oder sauren Böden, so ein weiteres Fazit der Studie, kann der Einsatz von Pflanzenkohle zu Ertragssteigerungen führen, wenn sie zuvor mit Nährstoffen "beladen" wird. Auf den meist gut versorgten und intensiv bewirtschafteten Böden Mitteleuropas fallen solche Effekte dagegen deutlich geringer aus oder bleiben ganz aus.

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

Wissenschaftlicher Beirat mahnt mehr und praxisnähere Langzeitforschung an

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

Der WBD greift in seiner Analyse viele Erkenntnisse aus der Agroscope- und der IfLS-Studie auf, weist aber darauf hin, dass die zugrunde liegenden Versuche teilweise zu variablen, verschiedentlich sogar widersprüchlichen Ergebnisse führten. Außerdem fehle es an Langzeitversuchen 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". Unbeladene Pflanzenkohle kann mit ihrem hohen Speichervermögen vorübergehend Nährstoffe binden und damit die Nährstoffverfügbarkeit für die Pflanzen verringern.

Terra Preta

Zur "Aufladung" mit Nährstoffen wird Pflanzenkohle häufig zur Güllebehandlung, als Zusatz zu Komposten oder als Stalleinstreu verwendet. Dabei kann sie Nährstoffe aufnehmen, die später im Boden zur Nährstoffversorgung der Pflanzen beitragen können. 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. Eine solche Anwendung kann dazu beitragen, Gerüche und Nährstoffverluste zu verringern. Auch positive Effekte auf Stallhygiene und Tiergesundheit werden beschrieben.
   
• 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.

Unterschied zwischen Pflanzenkohle und Biokohle

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.

Für pflanzenkohlebasierte Kohlenstoffsenken haben sich inzwischen verschiedene Zertifizierungs- und Handelsstrukturen entwickelt. Standards und Methodologien – etwa der Global Biochar C-Sink Standard oder der Puro Standard – legen fest, wie die CO₂-Senke berechnet und geprüft wird. Plattformen und Register wie Puro.earth oder Carbonfuture dienen dazu, entsprechende Zertifikate auszugeben, nachzuverfolgen oder zu vermarkten.

Für landwirtschaftliche Betriebe ist wichtig: Der Klimanutzen der Pflanzenkohle kann nur einmal beansprucht werden. Wer Pflanzenkohle einsetzt, sollte deshalb vertraglich klären, ob das zugehörige C-Senken-Zertifikat bereits vom Hersteller oder Händler vermarktet wurde, ob es den Preis der Pflanzenkohle mindert oder ob der Betrieb selbst berechtigt ist, die Kohlenstoffsenke geltend zu machen. 

Text: Jörg Planer