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Neues aus dem Delinat-Institut

Kleingärtner brauchen Kohle

Dies ist kein Aufruf zu Solidarität mit sozial bedürftigen Schrebergärtnern, sondern eine Zwischenbilanz zum Grossversuch des Delinat-Instituts. Im Frühjahr 2009 haben wir erstmals Biogärtner gesucht, die bereit sind, in ihrem Garten Versuche mit Biokohle zu machen. An rund 180 motivierte Freizeitforscher haben wir ein Paket mit 10kg Kohle und Anleitungen zum Versuchsaufbau verschickt. Die Biokohle stammt übrigens aus Grünabfällen, die in Europas erstem Pyrolyse-Reaktor in Lausanne verwertet werden.

Das Bild zeigt ein aufgebrochenes Holzkohlestück, das von einer Pflanzenwurzel durchwachsen ist. Die extrem feinen Wurzelhaare wachsen in die Mikroporen hinein und nehmen am regen Stoffwechsel im Innern der Kohle teil.

Bis Ende dieses Jahres werden am Delinat-Institut bereits Daten zu 65 Versuchen ausgewertet. Viele der Gärtner werden erst nächstes Jahr mit dem Versuch beginnen. Die Auswertung wird dann im Rahmen einer Masterarbeit fortgesetzt. Falls auch Sie Lust und Zeit haben, einen wertvollen Beitrag an dieses spannende Forschungsprojekt zu leisten, freut uns das. Wir suchen weitere Teilnehmer (s.u.) !

Der Versuch

Zur Auswahl standen bisher verschiedene Kulturen aus den Sparten Fruchtgemüse, Blatt- und Sprossgemüse, Wurzelgemüse, Beeren oder Blumen. Dieses Spektrum soll für eine bessere Verwertbarkeit der Daten in Zukunft reduziert werden. Es muss jeweils ein gleich grosses Beet mit Biokohle und eines ohne als Kontrolle/Referenz angelegt werden. Die Biokohle muss vorgängig mit Kompost vermischt werden. In Versuchs- und Kontrollfeld muss bei gleicher Fläche die gleiche Anzahl Pflanzen kultiviert werden. Die Gärtner sollen dann die Erntemengen während der Saison kontinuierlich protokollieren. Bei einjährigen Kulturen ist zudem erwünscht, dass sie nach der letzten Ernte die grüne oberirdische Biomasse wägen, welche nicht verwertet wird. Bei der Tomate sind dies beispielsweise der Spross mit den Blättern.

Auswertung

Die Analyse der ersten Daten zeigt wie erwartet kein einheitliches Bild. Immerhin ist die Anzahl der positiven Ergebnisse (Mehrertrag mit Biokohle > 10%) doppelt so gross wie die der negativen (Minderertrag mit Biokohle > 10%). Biokohle ist nicht einfach ein Dünger, sondern ein langfristig wirksamer Bodenverbesserer. Die Wirkung hängt zudem von vielen Faktoren ab, wie Bodentyp, Bodengeschichte, Bewässerung und Kompostqualität. Zudem reagieren unterschiedliche Pflanzenfamilien unterschiedlich auf Veränderungen im Boden. Kohlgewächse beispielsweise haben eine sehr positive Bilanz gezeigt, Karotten eher negativ auf die Kohle reagiert. Wenn sie an den Details interessiert sind, steht Ihnen unserer Ithaka-Artikel zur Verfügung.

Mitforschen

Für uns ist es eine tolle Erfahrung, mit Kleingärtnern aus der ganzen Schweiz zusammenzuarbeiten! Wenn sie gerne Teil des Forschungsnetzwerkes werden möchten, melden Sie sich einfach mit Ihrer Postadresse beim Delinat-Institut an. Da sich die Versandkosten und die Betreuungsstunden bei mehreren hundert Teilnehmern massiv summieren, müssen wir einen Unkostenbeitrag von CHF 35,– erheben.

Autor:
Claudio Niggli,
Delinat-Institut

Soil Erosion and Food Security

Soil Erosion and Food Security

December 17, 2010

Editor’s Note: A recent report from the Food and Agriculture Organization (FAO) of the UN has concluded that soil erosion is a critical threat to food security. Increasing world population means that more food will need to be produced. Yet little new land exists for cultivation. Further, farmland is being lost at an accelerating rate due to erosion, desertification and salinisation. Solutions to combat these problems are presented in this article from the Guardian including tree belts and crop substitution.

Soil erosion threatens to leave Earth hungry Arable land is turning to desert or to salt at an ever-faster rate, lessening the hope that we can feed our booming population

John Vidal Guardian Weekly, Tuesday 14 December 2010 14.00 GMT

Within 40 years, there will be around 2 billion more people – another China plus India – on Earth. Food production will have to increase at least 40%, and most of that will have to be grown on the fertile soils that cover just 11% of the global land surface.

There is little new land that can be brought into production, and existing land is being lost and degraded. Annually, says the UN’s food and agricultural organisation, 75bn tonnes of soil, the equivalent of nearly 10m hectares of arable land, is lost to erosion, waterlogging and salination; another 20m hectares is abandoned because its soil quality has been degraded.

The implications are terrifying. “The world is facing a serious threat of a major food shortage within the next 30 years. We are trying to grow more food on less land while facing increased costs for fertiliser, fuel and a short supply of water,” says Professor Keith Goulding, head of sustainable soils at Rothamsted research station and president of the British society of soil science.

Lester Brown, president of the Worldwatch Institute in Washington, says it takes between 200 and 1,000 years to renew 2.5cm of soil. “The thin layer of topsoil that covers the planet’s land surface is the foundation of civilisation. This soil, typically 6 inches [15cm] or so deep, was formed over long stretches of geological time as new soil formation exceeded the natural rate of erosion. But sometime within the last century, as human and livestock populations expanded, soil erosion began to exceed new soil formation over large areas.”

Soil erosion is not a high priority among governments and farmers because it usually occurs so slowly that its cumulative effects take decades to become apparent, says David Pimentel, professor of agricultural sciences at Cornell University. “The removal of 1 millimetre of soil is so small that it goes undetected. But over a 25-year period the loss would be 25mm, which would take about 500 years to replace by natural processes.”

Soil erosion also leads to lower crop productivity because of loss of water, organic matter and soil nutrients. A 50% reduction in soil organic matter has been found to reduce corn yields by 25%. Countries are losing soil at different rates. The US, which just avoided turning the Great Plains into a dust bowl in the 1930s, is still losing soil 18 times more rapidly than it is forming it.

China’s desertification may be the worst in the world, Brown says. “Wang Tao, a leading desert scholar, reports that from 1950 to 1975 an average of 600 square miles [1,550 sq km] turned to desert each year. By century’s end, nearly 1,400 square miles [3,600 sq km] were going to desert annually. Over the last half-century, some 24,000 villages in northern and western China have been entirely or partly abandoned as a result of being overrun by drifting sand.”

The problem is highly visible in the grasslands of Africa, the Middle East and central Asia. In 1950, Africa was home to 227 million people and 273 million livestock. By 2007, there were 965 million people and 824 million livestock.

Countries are waking up to the problem. The African Union has launched the Green Wall Sahara Initiative to combat desertification across the Sahel. This plan, originally proposed by Olusegun Obasanjo when president of Nigeria, calls for planting 300m trees on 3m hectares in a long band stretching across Africa.

Senegal, which is currently losing 50,000 hectares of productive land each year, would anchor the green wall at the west. Modou Fada Diagne, Senegal’s environment minister, says, “Instead of waiting for the desert to come to us, we need to attack it.”

In July 2005, the Moroccan government, responding to severe drought, announced that it was allocating $778m to cancelling farmers’ debts and converting cereal-planted areas into less vulnerable olive and fruit orchards.

China defends itself against the Gobi desert by planting a 4,480km, belt of trees from outer Beijing through Inner Mongolia. The goal was to plant trees on 10m hectares, but pressures to expand food production appear to have slowed the tree planting.

New farming practices are also being introduced. Instead of the traditional practices of ploughing land then harrowing it to prepare the seedbed, farmers drill seeds directly through crop residues into undisturbed soil, controlling weeds with herbicides. In the US, the no-till area went from 7m hectares in 1990 to 27m hectares in 2007. No-till farming has spread rapidly and now covers 26m hectares in Brazil, 20m hectares in Argentina, 13m in Canada and 12m in Australia.

The best hope may lie in the global climate change talks, which have recognised that nearly 30% of all carbon is released from deforestation, the conversion of peat lands and degradation of soils. If agreement can be reached to reward reforestation and conservation, there is some hope that the next 2 billion people may be fed.

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WHO WE ARE: Foodforethought is an information service that encourages dialogue and exploration of innovative trends in the global food system. The service is managed by James Kuhns of MetroAg Alliance for Urban Agriculture in collaboration with Wayne Roberts and the Toronto Food Policy Council. To subscribe, please contact editor@foodforethought.net.

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CABI | News & media | CABI to push for soil health knowledge in Africa

CABI to launch major push for improved soil health knowledge across Africa
Project will give farmers and policymakers in Sub-Saharan Africa knowledge they can use to improve soil fertility and boost farm productivity for millions
Press release, 6 December 2010

CABI, the non-profit science and development organization, has received funding from the Bill & Melinda Gates Foundation that will contribute to radical change in the understanding and use of Integrated Soil Fertility Management (ISFM) techniques in Sub-Saharan Africa, enabling smallholder farmers to grow more and better crops.

The four-year, $4.5 million project will work closely with scientists from research institutes in the region and Europe and in ongoing development initiatives, particularly the AGRA Soil Health Program. Using an open consortium approach, it will ensure that the wealth of research and new information available on the subject of ISFM is successfully brought together, communicated, and translated into action by everyone involved in farming systems development – from policymakers and university lecturers to extension workers, input suppliers and the farmers themselves.

“Soil fertility degradation has been described as the second most serious constraint to food security in Africa,” said Morris Akiri, Regional Director, CABI Africa. “After decades of reliance on biological approaches to soil fertility improvement, partly because fertilizer has not been easily available, agriculture experts now agree on the need to integrate fertilizer use with other aspects of soil fertility management. However, there is a desperate lack of knowledge, not only amongst farmers but amongst service-providers and decision-makers too. This project will address that knowledge gap.”


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Does Biochar Deliver Carbon-Negative Energy? | Energy Seminar

Does Biochar Deliver Carbon-Negative Energy? | Energy Seminar

Does Biochar Deliver Carbon-Negative Energy?

Johannes Lehmann, Associate Professor of Soil Biogeochemistry and Soil Fertility Management, Cornell University

Wednesday, May 19, 2010 | 04:15 PM - 05:15 PM | Building 420, Room 40 | Free and Open to All

Averting dangerous climate change was central to the agenda in Copenhagen, but viable strategies to meet energy needs and at the same time reduce greenhouse gas emissions have not been sufficiently explored. Agricultural carbon provides tremendous theoretical opportunity, but just how to weave carbon sequestration by soils into modern carbon management is not clear.

Biochar systems may offer a theoretical way forward, but have been met with as much criticism as enthusiasm. Some herald biochar as the sole solution that can save us from climate collapse, while others see a scam of global proportions looming, or at best a failure as through past efforts to use biomass for energy. Whether friend or foe, scientific inquiry is starting to provide some answers to the most contentious issues. Basic assumptions have been addressed and show the site dependency that can be expected from managing agricultural landscapes and complex feedstock streams. But final assessment is still outstanding and will depend on evaluation of biochar systems at scale of implementation. The complexity of biochar systems may be both a strength in its ability to address multiple sustainability issues, but also a challenge in timely and global implementation.

Bio:
Johannes Lehmann, associate professor of soil biogeochemistry and soil fertility management at Cornell University, received his graduate degrees in Soil Science at the University of Bayreuth, Germany. Prior to his appointment at Cornell, he coordinated a research project on nutrient and carbon management in the central Amazon where he started work on Terra Preta soils. During the past 10 years, he has focused on nano-scale investigations of soil organic matter, the biogeochemistry of black carbon and the development of biochar and bioenergy systems. Dr. Lehmann is co-founder and Chair of the Board of the International Biochar Initiative, and member of the editorial boards of Nutrient Cycling in Agroecosystems and Plant and Soil.

Biochar: Building Synergies between Agriculture, Renewable Energy Production & Carbon Sequestration

Biochar: Building Synergies between Agriculture, Renewable Energy Production & Carbon Sequestration

GOODSPEED KOPOLO, PRESIDENT OF ZAMBIA BIOCHAR TRUST & BIOCHAR EUROPE CHRISTOPH STEINER, FOUNDER, BIOCHAR.ORG

Biochar offers one of those rare things in the climate change arena – a real win solution. As referred to under AFOLU – Agriculture, forestry and other land use have a unique potential to sequester carbon. Annual sequestration rates by living biomass amount to approximately 100 to 120 billion tons of carbon from the atmosphere.

Approximately the same amount is released by plant respiration and decay of dead plant material. The 60 billion tons released from decomposing biomass is almost 10 times more carbon than released by fossil fuel burning.

In light of this, it needs to be recognized that humans currently appropriate more than a third of the production of terrestrial ecosystems. This is a lot of carbon in our hands! It is important to consider the difficulties of changing a GHG source into a sink. Such a transformation needs to grapple with multiple considerations and ensure it doesn’t compete with food production as is the case with biofuels, soil fertility is not compromised, it is consistent with a changing climate and the change can be quantifiable.

Proposals for agricultural and forestry biomass utilization typically focus only on carbon sequestration or bioenergy production, failing to address the issues in tandem. Some suggest maximizing carbon sequestration by the burial of crop residues in the deep ocean or the storage of trees underground. On the other hand, maximizing renewable energy production from crops and crop residues should substitute for fossil fuels (an option currently eligible for carbon trading). However both these options neglect the removal of nutrients and carbon and its beneficial effects on soil fertility. It is imperative that carbon management does not compete with food production and/or compromise soil fertility.

The drawback of conventional carbon enrichment in soils (such as reduced tillage intensity) is that this carbon sink option depends on climate, soil type and site specific management. The issues of permanence, leakage and additionality are the greatest obstacles for land use and forestry (LULUCF and REDD) carbon projects. Furthermore, the permanence and vulnerability of these sinks is likely to change in a warming climate. Therefore carbon sequestered by LULUCF projects is generally considered only temporarily sequestered. The CDM board and Gold Standard deals with these challenges by either excluding or strictly limiting LULUCF projects.

Biochar Carbon Sequestration

Biochar may offer a tool to deal with these issues. Biochar is carbonized plant material produced by pyrolysis. Pyrolysis facilitates renewable energy production, and the remaining carbon (biochar) can be redistributed to agricultural fields to improve soil fertility. This facilitates crop residue utilization, soil carbon sequestration and enhancement of soil fertility in a synergistic way.

Carbonization of biomass increases the half-life time of the remaining carbon (50%) by order of magnitudes and can be considered a manipulation of the carbon cycle. While fire accelerates the carbon cycle the formation of biochar (= carbonized plant material, charcoal, black carbon) decelerates the carbon cycle. Biochar production transforms carbon from the active (crop residues or trees) to the inactive carbon pool. Therefore issues of permanence, land tenure, leakage, and additionalty are less significant for biochar projects.

Biochar sequestration of carbon might avoid difficulties such as accurate monitoring of soil carbon which is another main barrier to include agricultural soil management in emission trading. Independently from its use as soil amendment the turnover rate and the quantity of carbon could be used to assess the carbon sequestration potential.

Land tenure

The exclusiveness of rights to the land is one fundamental precondition for REDD and payments for environmental services. This poses another obstacle, in particular for small farmers. Insecure tenure reduces the incentive for long-term fertility improvements and those receiving the payments cannot exclude other people who could use forest and land resources in ways that are incompatible with providing the contracted service.

This does not apply for biochar carbon sequestration because the carbon once sequestered in the soil is permanent. There is no risk that altered management practices would reduce the carbon stock. Terra Preta soils in the Amazon Basin proof that.

An obstacle of acceptance:

Most carbon offset schemes do not accept the avoidance of CO₂ emissions from decomposing plant material. The definition of a carbon sink should be revised to include the difference between a sink to the inactive carbon pool, such as biochar, and a sink that remains in the active carbon pool, such as reforestation.

Nevertheless, article 3.3 of the Kyoto Protocol counts carbon stock change in soil, as well as biomass. Article 3.4 allows parties to include sequestration in plants and soil through management of cropland, grazing and land and existing forests. The Millennium Development Goals (MDG) Carbon Facility’s mission is to improve access to carbon finance enabling a wider range of developing countries and project types to participate in the carbon market. They promote projects that generate additional sustainable development and poverty reduction benefits, thereby contributing to all MDGs. The Facility operates within the framework of the Clean Development Mechanism and Joint Implementation and is a joint project between UNEP and Fortis Bank. As such it might provide support to include biochar C offsets in the compliance market.

In this way Biochar is different from trade reductions in current emissions. Because biochar is an effective and permanent carbon sink, it has the potential to recapture historic emissions, thus providing an important path for industrialized nations to reduce their historic carbon dept. Therefore, on top of all its other attractions, biochar may present a pathway for negotiating reductions in GHG emissions with fast-growing economies such as China and India.

Last Updated (Friday, 03 December 2010 11:37)

Biochar: Building Synergies between Agriculture, Renewable Energy Production & Carbon Sequestration

eGenesis Industries : TERRA-PRETA-BIOCHAR

Terra Preta & Biochar

Terra Preta (which means "dark soil" in Portuguese), refers to expanses of very dark soils found in the Amazon Basin.

This lost secret from the Amazon is now being studied extensively by thousands of scientists and a multitude of universities around the globe. Several articles have been written about this sustainable agricultural system that allowed millions of people to thrive on some of the world's worst soils. They study this subject matter under the scientific term biochar, instead of terra preta research. Dr. Lehmann of Cornell University has explained that these soils were formed due to large applications of charred biomass and "These applications were most likely a result of both habitation activities and deliberate soil application by Amerindian populations before the arrival of Europeans (Erickson et al. 2003). Large amounts of bio-char derived carbon stocks remain in these soils today, hundreds and thousands of years after they were abandoned."

Dr. Lehmann also explains that..." The application of bio-char, or biomass-derived black carbon (C)) to soil is proposed as a novel approach to establish a significant, long-term, sink for atmospheric carbon dioxide in terrestrial ecosystems. Apart from positive effects in both reducing emissions and increasing the sequestration of greenhouse gases, the production of bio-char and its application to soil will deliver immediate benefits through improved soil fertility and increased crop production. Conversion of biomass C to bio-char C leads to sequestration of about 50% of the initial C... Bio-char soil management systems can deliver tradable C emissions reduction, and C sequestered is easily accountable, and verifiable.

Research papers

Glaser, B., Lehmann, J. and Zech, W. 2002. "Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal - a review", Biology and Fertility of Soils 35 , 219-230.

Hansen, James, Makiko Sato, Pushker Kharecha, David Beerling, Valerie Masson-Delmotte, Mark Pagani, Maureen Raymo, Dana L. Royer, James C. Zachos, "Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?" , In press. [Supporting materials ]. [This key paper by leading climate scientist James Hansen explicitly mentions biochar as an important strategy needed to reduce atmospheric CO2 levels from the current 387ppm to 350ppm].

Lehmann, J. 2007. "A handful of carbon", Nature 447, 143-144.

Lehmann, .J, Gaunt, J. and Rondon, M. 2006. "Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems – a review", Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 11, 403-427.

Lehmann J. 2007. "Bio-energy in the black." Frontiers in Ecology and the Environment 5, 381-387.

Lehmann J. and Rondon M. 2006. "Bio-char soil management on highly weathered soils in the humid tropics". In Uphoff N. (ed.) Biological Approaches to Sustainable Soil Systems. CRC Press, Boca Raton , FL. pp.517-530.

Lehmann, J., da Silva Jr., J.P., Steiner, C., Nehls, T., Zech, W. and Glaser, B. 2003. "Nutrient availability and leaching in an archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon basin: fertilizer, manure and charcoal amendments", Plant and Soil 249 , 343-357.

Liang, B. , Lehmann, J., Solomon, D., Kinyangi, J., Grossman, J., O'Neill, B., Skjemstad, J.O., Thies, J., Luizão, F.J., Petersen, J. and Neves, E.G. 2006. "Black carbon increases cation exchange capacity in soils", Soil Science Society of America Journal 70: 1719-1730.

Marris, E. 2006. "Black is the new green", Nature 442: 624-626.

Mikan, C.J. and Abrams, M.D. 1995. "Altered forest composition and soil properties of historic charcoal hearths in southeastern Pennsylvania", Canadian Journal of Forestry Research 25, 687-696.

Okimori, Y., Ogawa, M. and Takahashi, F. 2003. "Potential of CO2 emission reductions by carbonizing biomass waste from industrial tree plantation in south Sumatra , Indonesia", Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 8 , 261-280.

Pessenda, L.C.R., Gouveia, S.E.M. and Aravena, R. 2001. "Radiocarbon dating of total soil organic matter and humin fraction and its comparison with 14 C ages of fossil charcoal", Radiocarbon 43 , 595-601.

Schmidt, M.W.I. and Noack, A.G. 2000. ‘Black carbon in soils and sediments: analysis, distribution, implications, and current challenges', Global Biogeochemical Cycles 14 , 777-794.

Seifritz, W. 1993. "Should we store carbon in charcoal?", International Journal of Hydrogen Energy 18 , 405-407.

Shindo, H. 1991. "Elementary composition, humus composition, and decomposition in soil of charred grassland plants", Soil Science and Plant Nutrition 37 , 651-657.

Sombroek, W., Nachtergaele, F.O. and Hebel, A. 1993. "Amounts, dynamics and sequestering of carbon in tropical and subtropical soils", Ambio 22, 417-426.

Steiner, C., Teixeira^, W. G., Lehmann J., Nehls, T., Vasconcelos de Macêdo, J. L. V., Blum, W. E. H. and Zech, W. 2007. "Long term effects of manure, charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil", Plant and Soil. 291, 275-290.

Warnock, D.D., Lehmann, J., Kuyper, T.W. and Rillig, M.C. 2007. "Mycorrhizal responses to biochar in soil – concepts and mechanisms", Plant and Soil 300, 9-20.

Woods, William I., Newton P. S. Falcão, and Wenceslau G. Teixeira. 2006. "Biochar Trials aim to enrich soil for smallholders". Nature 443:144.

Woolf, Dominic. "Biochar as a Soil Amendment - A review of the Environmental Implications" , January 2008, Swansea University.

Yaman, S. 2004. "Pyrolysis of biomass to produce fuels and chemical feedstocks", Energy Conversion and Management 45 , 651-671.

Yanai, Y., Toyota, K. and Okazani, M. 2007. "Effects of charcoal addition on N2O emissions from soil resulting from rewetting air-dried soil in short-term laboratory experiments." Soil Science and Plant Nutrition 53, 181-188.

International Rice Research Institute: "Black Soil, Green Rice", Rice Today (April-June 2007).

Books

Lehmann, Johannes; Kern, Dirse C.; Glaser, Bruno and Woods, William I. Amazonian Dark Earths: Origin, Properties, Management. Springer, January 2004, 523 pages.

Steiner, Christoph. Slash and Char as Alternative to Slash and Burn - soil charcoal amendments maintain soil fertility and establish a carbon sink . Cuvillier Verlag, Bayreuth. December 2007. [Summary].

Conferences and symposia

Biochar at the UNCCD Side event at the United Nations Climate Change Conference Bali, 13 December 2007

Goodspeed Kopolo; UNCCD (presentation). Harnessing the results in a sustainable loop that enhances adaptation to and mitigation of climate change effort in synergistic ways that also help achieve the Millennium Development Goals.

Prof. Dr. Wolfgang Zech; University of Bayreuth (presentation). An overview of naturally occurring soil carbon, its depletion and how to redress this trend. The origin of Terra Preta soils and how their replication could have the most significant impact on the achievement of the targets of the World Food Summit.

Dr. Christoph Steiner; University of Georgia (presentation). Soil charcoal amendments: maintaining soil fertility, reducing soil vulnerability, and establishing a carbon sink.

Symposium at the Annual Meeting of the American Academy for the Advancement of Science (AAAS) on "Amazonian Dark Earths - New Discoveries" in February 2006.

Symposium and Workshop at the World Congress of Soil Science (WCSS) "Amazonian Dark Earth Soils (Terra Preta and Terra Preta Nova): A Tribute to Wim Sombroek" and Workshop "Bio-char as a Soil Amendment - Research Priorities and Challenges" in July 2006.

On April 29-May 2, 2007, the International Agri-char Initiative (IAI), founded at the WCSS in 2006, held its first international meeting in Terrigal, Australia. Read more about it under http://www.iaiconference.org/. Information about the presentations can be found here.

Documentaries

ABC Science TV: Catalyst, 2007: Agrichar - A Solution to Climate Change? [Streaming video, or Youtube ]. Presents an overview of biochar research, trials and potential in Australia. The film also shows a pyrolysis technology that yields both char and syngas. The syngas powers the pyrolysis process, excess is used for electricity generation. [Transcript here].

BBC Horizon documentary, 2002. "The Secret of El Dorado." 46 minutes. Explores the science behind terra preta soils. Near the end of the programme, the makers show contemporary research and trials with biochar.

MDR/ARTE documentary, 2005. "Terra Preta - Das schwarze Gold des Amazonas". [Fragment one , fragment two ]

Interviews

Beyond Zero Emissions: Drawing down carbon - Johannes Lehmann of Cornell University talks Biochar. [Podcast: mp3 format, 28 minutes]: Professor Lehmann explains the concept and says we can and should start to implement it right away because it allows us to remove CO2 from the atmosphere.

Beyond Zero Emissions: Australian of the Year 2007, Tim Flannery talks biochar and why we need to move into the renewable age. [Podcast: mp3 format, 26 minutes]: Professor Tim Flannery explains why Terra Preta (Amazonian Dark Earths) and biochar are so important in the climate fight. The potential of the concept is discussed as well as its costs. Flannery is a paleontologist and conservationist, and former director of the South Australia Museum. He is a professor at Macquarie University (Sydney) and was a professor of Australian Studies at Harvard University.

Beyond Zero Emissions: More Carbon for Soils, More Carbon for Crops - Carbon Negative Farming with Biochar . [Podcast: mp3 format, 28 minutes]: Dr Lucas Van Zwieten, senior research scientist of the NSW Department of Primary Industries (DPI), Australia, discusses biochar trials. In a latest series of trials he found a doubling of biomass and grain yields for sweet corn and 'very significant' differences in corn production. Likewise, some biochars have shown "very, very significant reductions in nitrous oxide emissions from the soil; between five- and ten-fold reductions in nitrous oxide emissions." Van Zwieten is currently conducting large scale tests with biochar on sugarcane.

Bio Char Links

Biochar Wiki
Biochar Fund.
Biochar.org
International Biochar Initiative





eGenesis Industries : TERRA-PRETA-BIOCHAR

Ithaka-Journal für Terroirwein, Biodiversität und Klimafarming » Blog Archiv » Guidelines for the Production and Use of Biochar in Organic Farming

Ithaka-Journal für Terroirwein, Biodiversität und Klimafarming » Blog Archiv » Guidelines for the Production and Use of Biochar in Organic Farming

Guidelines for the Production and Use of Biochar in Organic Farming

by Biochar Science Network

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In order to unleash the huge environmental potential of biochar, quality and environmental standards are urgently needed. The Biochar Science Network (BCSN) has therefore developed a discussion paper for the certification of biochar for organic farming purposes.

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Introduction

Biochar is carbon produced through pyrolysis for use in agriculture. For biochars that do not meet the minimum standard set for agricultural purposes, the generic term pyrochar should be used.

Pyrochar refers to all coal, produced through pyrolysis of biomass. Biomass pyrolysis applies to the thermochemical decomposition of organic matter under anaerobic conditions at temperatures of 350 to 900 ° C. Torrefaction, hydrothermal carbonisation, coking and combustion are further charring processes whose end products cannot be described as pyrochar.

Biochars are therefore special pyrochar which are characterised by additional environmentally sustainable production, quality and conditions of use and are certified. The following criteria related to the feedstock used, the method of pyrolysis, the properties of the biochar and the application of biochar should be met for the use of biochar in organic farming.

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A. Feedstocks

1. Pure organic waste materials without relevant toxic pollution by heavy metals, paint, solvents, etc. Clean separation of non-organic wastes such as electronic waste, plastics, rubber, etc. must be assured.[In an appendix, a whitelist with suitable biomass feedstocks will be added: tree and grass clippings, bark, sawdust, fermentation residues, organic household waste, sewage sludge, manure, food waste, animal waste ...]

2. Agricultural and forestry residues such as husks, fruit peels, fruit seeds, pulp, bark, etc. [whitelist]

3. Agricultural products from cultivation of energy crops which are produced without synthetic pesticides, herbicides, mineral fertilisers and genetically modified seeds. The means of producing biomass for carbon sequestration and energy production has to favour the biodiversity and the stability of the agro-ecosystem.

4. The cultivated surface for energy crops should not exceed 15% of all agricultural land in a region. [this 15% threshold should limit competition with food production, the exact percentage is to be discussed]

5. Biochar may only be obtained from forest wood if the sustainable management of the forest is assured (PEFC, FSC). In particular, deforestation of rain forests, as is currently done for the production of charcoal in wide areas of the world, must be prevented.

6. The maximum distance for transport of the feedstock for biochar production should not exceed 80 km.

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B. Pyrolysis

1. The pyrolysis of biomass must occur as an energy-autonomous process. The energy used to operate the plant (electricity for propulsion, ventilation and BMSR) must not exceed 3% of the calorific value of the biomass being pyrolysed. [The exact percentage is to be discussed. The important thing is to have a limit to ensure that fossil fuels are not used to heat the reactor (beyond start-up) and that unused hot exhaust gases do not simply escape into the atmosphere (as in traditional charcoal kilns).]

2. The syngases produced during pyrolysis must be captured and not be allowed to escape into the atmosphere.

3. Combustion of syngases must comply with prevailing emission limits for wood-burning [as long as there are no specific rules for emission limits of pyrolysis plants. Appendix: Emission limits for NOx, etc]

4. The sustainable use of waste heat resulting from the combustion of syngases must be guaranteed. Energy loss through heat must not exceed 15% of the calorific value of the pyrolysed biomass.

In order to meet the requirements listed in B, each production plant must be approved and certified.

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C. Characteristics of Biochar

1. Carbon content >25% [The C content of biochar generally varies between 25 and 95% depending mainly on the feedstock and the process temperature. (For example: chicken manure has about 30% C, beech 85%). To what extent a higher carbon content implies a higher quality of biochar as a soil additive has been difficult to determine to date. The C content is relatively unimportant for organic certification; as long as it is assured that the non-carbon components do not lead to subsequent contamination. The specification of the C content is, however, particularly relevant for the generation of CO2 certificates.]

2. Bulk density [The density may vary between 100-1000 g/l depending on biomass and maximum pyrolytic temperature. It is therefore not an exclusion criterion. The density is easily determined and is an indicator of the pore volume. It should therefore be reported in order to characterise the biochar.]

3. Specific surface area and pore volume [Two central values for the characterisation of biochar. Both values depend both on the pyrolysed biomass and the pyrolysis process used (especially maximum temperature, residence time, particle size). The determination of both values is not yet methodologically standardised. The values vary greatly depending on the method used. No exclusion criteria based on these two values can be given thus far.]

Biochars are such complex substances that they are like individuals in that they can be similar but are never the same. This makes their characterisation and classification very difficult. photo: Carola Holweg

.

4. Nutrient content levels must adhere to fertiliser regulations [The variations in the nutrient content of different biochars are very high (between 170 g/kg and 905 g/kg). According to most fertiliser regulations, soil nutrient levels must be determined in any case. The identified nutrient content levels establish the maximum allowable amounts for soil incubation. But absolute nutrient content is not as relevant as nutrient availability, which is difficult to determine (e.g. nutrient availability of phosphorus is around 15%, that of nitrogen is sometimes under 1%). According to prevailing fertiliser regulations, however, only the absolute values are considered (and despite many years of discussion still only the absolute values are accepted in most compost ordinances). The limits set by the soil regulations are well below the relevant nutrient availability values for biochar and are therefore sufficient as an exclusion criterion.]

5. H/C ratio <0.6>0.1 [The H / C ratio is a good indicator of the aromatic structure and quality of biochar. It varies depending on the biomass feedstock and production procedures. Values outside this range are suggestive of inferior coal and inadequate pyrolysis processes.]

6. Heavy metal content adhere to the standard guidelines of the prevailing Compost Ordinance [As with composting, almost the entire quantity of heavy metals from the feedstock biomass is retained in the biochar, with the final substrate being more concentrated. Unlike in the case of compost, heavy metals are readily fixed by biochar and are blocked for the long term. Presently, how durable this blockage is cannot be determined with certainty. Since biochar, unlike compost, is introduced only once into the soil (or several times up to a maximum final concentration), toxic accumulation of heavy metals is unlikely to take place. Nevertheless, it is politically improbable to allow higher heavy metal content levels for biochar than for compost. At the very least it would entail a lengthy road through public bureaucracies. However, there is no reason not to comply with the prescribed limits set by the Compost Ordinance for heavy metals. For the more polluted pyrochar sufficient other applications exist.]

7. pH levels – [The pH values fluctuate between 6 and 10 and are not critical for denial of certification. However, they have to be specified, since a shift in the soil pH value has an enormous influence on soils.]

8. PAH Contents <16>This value corresponds to the Compost Ordinance. However, biochar binds PAH efficiently, and allows bacteria to degrade them at least partly. Hence, the PAH-risk is relatively low. Nevertheless, for the time being no higher PAH and PCB levels than those for compost should be allowed.]

9. Furans <0.5>

For points 8 and 9, each facility should be inspected regularly, since not every batch can be checked due to the high costs of analysis. Points 1-7 must each be checked once for identical feedstocks and processes.

.

D. Application of Biochar

1. Application into the soil should only be done in combination with organic carbon (compost, humus-rich soil, Bokashi compost, molasses, manure, etc).

2. Application should only be on permanently vegetated soils or grounds with permanent green or mulch cover. Otherwise biochar will be degraded via erosion and could partly spread as aerosols in the air.

Biochar is not a panacea, but must be part of a comprehensive climate-farming concept. photo: Patrick Rey, Mythopia

.

3. Minimal tillage, since otherwise loss of humus and biochar and consequent decreased attainment of the desired carbon sink levels will result.

4. If application into the soil does not take place in conjunction with dust-preventive binding materials such as moist compost, soil, Bokashi, etc., a granule size of > 5 mm or the use of an efficient dust fixing fluid must be ensured. The same has to be observed for transportation and decharging.

Point D is to be controlled through farmers, points A – C by the manufacturer.

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The present guidelines are a first draft. Amendatory propositions and critics are welcome and will be integrated into the following consultations.

Contact:

Delinat Institute for Ecology and Climate Farming,

www.delinat-institut.org, info@delinat-institut.org

1. Pure organic waste materials without relevant toxic pollution by heavy metals, paint, solvents, etc. Clean separation of non-organic wastes such as electronic waste, plastics, rubber, etc. [In an appendix, a whitelist with suitable biomass feedstocks will be added: tree and grass clippings, bark, sawdust, fermentation residues, organic household waste, sewage sludge, manure, food waste, animal waste ...]

2. Agricultural and forestry residues such as husks, fruit peels, fruit seeds, pulp, bark, etc. (whitelist)

3. Agricultural products from cultivation of energy crops which are produced without synthetic pesticides, herbicides, mineral fertilisers and genetically modified seeds. The production of biomass for carbon sequestration and energy production has to be done in a way that preserves the biodiversity and stability of the agro-ecosystem.

4. The cultivated surface for energy crops should not exceed 15% of all agricultural land in a region. [this 15% threshold should limit competition with food production, the exact percentage is to be discussed]

5. Biochar may only be obtained from forest wood if the sustainable management of the forest is assured (FSC-standard). In particular, deforestation of rain forests, as is currently done for the production of charcoal in wide areas of the world must be prevented.

6. The maximum distance for transport of the feedstock for biochar production should not exceed 80 km.

VN:F [1.9.4_1102]

Die besonderen Potenziale von Terra Preta: Blühende Landschaften - taz.de

19.11.2010


Die besonderen Potenziale von Terra Preta
Blühende Landschaften

Die Indios nutzten schon vor 7.000 Jahren die Fruchtbarkeit von Schwarzerde. Terra Preta kann beim Kampf gegen Welthunger und Klimakrise helfen. Ein Besuch bei den Pionieren. VON UTE SCHEUB

Schwarzerde wurde im Amazonasgebiet schon lange vor der Kolonialzeit eingesetzt. Foto: imago/photoshot/evolve

Und plötzlich Schwärme von Schmetterlingen. Vor dem Hintergrund blauer Viertausender flattert und flirrt es in allen Farben und Formen. Bläulinge, weißbunte Schwalbenschwänze, Kleine Wiesenvögelchen und Scheckenfalter lutschen an Luzernen, die neben Weinstöcken wuchern.

Nur wenige Schritte weiter, zwischen den konventionell bewirtschafteten Reben des Nachbarn, wirkt alles steril - Monokultur im Schweizer Wallis. Wie militärisch aufgereiht stehen: Reben, Reben, Reben. "Vor fünf Jahren, als wir den Weinberg übernahmen, hatten wir auch fast toten Boden", lacht Hans-Peter Schmidt, Leiter des Forschungsweinguts Mythopia. Hier darf sich die Vielfalt der Natur frei entfalte(r)n - die Schmetterlinge sind Indikatoren der Pflanzendiversität.

Mythopia, das ist ein Wortspiel aus Mythos und Utopie. Hans-Peter Schmidt, studierter Philosoph, hager und braun gebrannt, liebt solche Anspielungen. Ithaka, so hat er das von ihm betreute Internetjournal von Mythopia genannt. Die meisten Bewohner von Odysseus Heimatinsel sind mangels Lebensgrundlagen ausgewandert.

"Ithaka steht für die Sehnsucht der von der Landwirtschaft vertriebenen Schmetterlinge, Bienen, Libellen, Gottesanbeter, in absehbarer Zukunft wieder ihre angestammten Lebensräume in den Weinbergen, Wiesen und Feldern zu bewohnen", heißt es auf www.ithaka-journal.net.
Terra Preta

Geschichte: Terra Preta do Indio, zu Deutsch Indianerschwarzerde, hat in den Gartenstädten des vorkolonialen Amazonasgebiets Millionen Menschen ernährt und den nährstoffarmen Regenwaldboden in einen der fruchtbarsten Böden der Welt verwandelt.

Bestandteile: In den 1990er Jahren fanden Forscher heraus, dass die bis zu 7.000 Jahre alten und etwa zwei Meter dicken Schwarzerdeschichten aus organischen Abfällen, Holzkohle, tierischen und menschlichen Exkrementen, Knochen und Tonscherben bestehen. Offenbar ließen die Indios ihre Siedlungsabfälle in Tongefäßen unter Luftabschluss einige Monate fermentieren, nahmen danach die Deckel ab und pflanzten Obstbäume und Gemüse in die so entstandene Schwarzerde. Das Wissen um deren Produktion ging jedoch mit der Ausrottung der Ureinwohner durch die Spanier verloren.

Technik: 2005 wurde die Herstellung experimentell wiederentdeckt. Der Aufwand ist gering. Die Milchsäurefermentierung wird durch gepresste organische Abfälle in luftdichten Behältern in Gang gesetzt - eine Technik, die seit Jahrtausenden zur Nahrungskonservierung genutzt wird, etwa bei Sauerkraut. Gibt man Holzkohlenstaub hinzu, siedeln sich in der porösen Kohle komplexe Lebensgemeinschaften von Mikroorganismen an. Zudem bindet die Kohle Schadstoffe, unterdrückt Fäulnis und Krankheitserreger.

Ernteerfolge: Dank ihrer stabilen Struktur baut sich Humus in Terra-Preta-Böden nicht ab, Biokohle speichert wie ein Akku Energie, Nährstoffe, Wasser und Luft in Bodenleben. Nutzpflanzen ernähren sich bedarfsgerecht, im Vergleich zu kunstdüngerversorgten Pflanzen sind sie größer, resistenter und ertragreicher. Oft verdoppeln bis verachtfachen sich die Ernten. Selbst ausgelaugte oder trockene Böden können wieder bewirtschaftet werden, wie erste Versuche in der Sahara belegen.

Infos: www.palaterra.eu, www.triaterra.de

****************

Pioniere weltweit

Traditionen: Manche Schwarzerden sind menschengemacht, manche natürlich entstanden. Der japanische Dünger "haigoe" wurde aus Siedlungsabfällen plus Holzkohle aus Reisspelzen produziert. Im afrikanischen Benin wird Schwarzerde traditionellerweise von Frauen hergestellt; bisher ist es niemandem gelungen, die Geheimrezeptur zu erfahren.

Neue Techniken: Die neue "schwarze Revolution" geht vom deutschsprachigen Raum aus. Die Ökoregion Kaindorf, ein Zusammenschluss von sechs Gemeinden, will bis 2020 kohlendioxidneutral werden. Ein Teilprojekt ist der Humusaufbau mittels Terra Preta. Im Winter soll dort die erste Pyreganlage Österreichs zur Verkohlung von Knochen und Papierfaserschlamm in Betrieb gehen.

Vorreiter: Im Chiemgau experimentieren Landwirte um Christoph Fischer mit Biokohle. Im nördlichen Brandenburg stellt Marco Heckel auf seinem Hof Terra-Preta-Zutaten her, zu beziehen unter www.triaterra.de. Terra-Preta-Versuche gibt es auch in Algerien, auf den Philippinen, in Ghana und weiteren Ländern.

Diesen Bericht über Terra Preta und viele andere Texte mehr lesen Sie in der sonntaz vom 20./21. November 2010. Diese sonntaz-Ausgabe enthält einen Schwerpunkt zum regionalen Wirtschaften mit Erfolgsmodellen von Energie bis Ernährung. Die sonntaz kommt jetzt auch zu Ihnen nach Hause: per Wochenendabo. Foto: taz

Auch der gebürtige Sachse Schmidt sieht sich im französischsprachigen Wallis als Wanderer zwischen den Welten, als Vagabund, der sein Herz nicht an Reichtümer hängt, sondern an die Natur. In Mythopia duftet es nach Thymian und Salbei, Curry und Lavendel. Zwischen den Reben stehen Wildkräuter, Rosen und Ringelblumen, alte Getreidesorten, Tomaten, Kürbisse und Gemüse aller Art.

Obstbäume für Insekten und Menschen

Um Inseln für nützliche Insekten, Bakterien und Pilze zu schaffen, ließ Schmidt mindestens alle 50 Meter einen Obstbaum pflanzen: Apfel, Quitte, Pfirsich, Kirsche, Aprikose, Mandel oder Feige. Kästen mit Schlupflöchern dienen als "Wildbienenhotels", auch Schlupfwespen wohnen hier und verspeisen die Plage der benachbarten Monokultur.

Hier und da kleben Wissenschaftler wie große Insekten im Weinberg. Der Biologe Claudio Niggli freut sich: Er hat insgesamt 47 tagaktive Schmetterlingsarten und über 150 verschiedene Wildpflanzen gezählt. Die rasant gestiegene Biodiversität ist indes nur eine der Besonderheiten der Domaine de Mythopia, die andere ist das "Klimafarming" mit Terra Preta.

Auf 3.000 Quadratmetern findet hier der erste und bisher größte Feldversuch in Europa statt. Der US-Bodenwissenschaftler Andrew Crane-Droesch von der Universität Berkeley, der gerade die Wasserspeicherkapazität der Erde misst, ist begeistert: Anders als auf den Nachbargrundstücken, wo in den heißen Sommern des Wallis ständig Sprenkler laufen, muss in Mythopia kaum gewässert werden, weil die Biokohle Feuchtigkeit speichert. Auch sind die Weinstöcke auf der Schwarzerde größer und ertragreicher als vergleichbare Bio- oder konventionelle Reben.

Humusaufbau durch Schwarzerde

Schwarzerde ist nicht nur gut für Schmetterlinge, sondern für alle Lebewesen, weil sie Dauerhumus bildet. Derzeit wird durch Raubbau, Klimakrise und Agroindustrie weltweit 6.000-mal so viel Humus ab- wie aufgebaut.

Nach UN-Zahlen ist in den letzten 20 Jahren fast ein Viertel der globalen Landfläche degradiert; rund 1,5 Milliarden Kleinbauern ernten immer weniger, vor allem in Afrika. Humuswirtschaft mittels selbst erzeugter Schwarzerde würde sie unabhängig machen von Kunstdünger und Agrokonzernen und ihnen damit ein wirksames Mittel gegen den Hunger an die Hand geben.

Bruno Glaser von der Universität Bayreuth ist überzeugt, Terra Preta könne "aus eigentlich unfruchtbaren Böden blühende Landschaften" machen. Auch Haiko Pieplow vom Bundesumweltministerium sieht darin eine "Jahrhundertinnovation".

Schmidt ließ sich vor fünf Jahren samt Familie auf der Domaine de Mythopia nieder und produziert seither Bioweine für den Versandhandel Delinat. Dessen Inhaber Karl Schefer hat eine Stiftung gegründet, die das seit Juni 2009 im Wallis ansässige Delinat-Institut für Ökologie und Klimafarming finanziert.

Unter Schmidts Leitung betreiben zehn Mitarbeiter Feldforschung, arbeiten über das Netzwerk Biokohle mit diversen Universitäten zusammen und veröffentlichen alle Ergebnisse auf der Website www.delinat-institut.org.

In diesem Jahr hat das Institut 500 Kleinbauern und Hobbygärtnerinnen eingeladen, sich an Versuchen mit Biokohle zu beteiligen; auch deren Ergebnisse werden ins Internet gestellt. "500 überzeugte Kleingärtner erzählen das je 25 Leuten weiter, deshalb wird sich die Idee rasant durchsetzen", glaubt Hans-Peter Schmidt. "Wir haben einen Traum, ein Ziel", schreibt er im Ithaka-Journal. "Wenn es gelingt, werden bis 2020 - zumindest in der Schweiz - die meisten Landwirte Klimafarming betreiben."

Seit zweieinhalb Jahren wird in Mythopia Schwarzerde in 25 Meter langen Rotten auf einer Talwiese aus Kompost und Biokohle innerhalb von sechs Wochen hergestellt. Die Kohle dafür liefert seit Anfang 2010 eine "Pyreg"-Pyrolyseanlage von Swiss Biochar in Lausanne. Sie optimiert die Klimafreundlichkeit der Biokohle, aber rein technisch ist sie nicht nötig.

In Mythopia geht es um die Freiheit aller Lebewesen. Unabhängig sollen auch die 90 Suchtabhängigen werden, die weiter bergauf unter Anleitung des Delinat-Instituts seit Anfang des Jahres Gemüse auf Terra-Preta-Böden züchten. Ihr Leiter Philippe Mottet ist zuversichtlich, dass die gärtnerischen Erfahrungen ihnen zur Gesundung verhelfen. Erste Erfolge seien schon sichtbar, eine magersüchtige Frau etwa habe ihre Tochter wieder annehmen können.

Revolutionäre in einem pfälzischen Weiler

Schmetterlinge sind freie Gesellen, sie wechseln oft den Ort, und wir ziehen mit ihnen weiter. Dort, wo die westdeutsche Pfalz am ländlichsten ist und am wenigsten Arbeit und Zukunftsperspektiven bietet, liegt inmitten von weichen Hügeln der Weiler Hengstbacherhof. Auf den sieben Bauernhöfen leben 30 Bewohner, es gibt Hühner, Enten und Gemüsebeete, ein Bauerncafé, einen Teich und ein Indianerzeltdorf mit wehender schwarzer St.-Pauli-Fahne.

Hier wohnt der quirlige Joachim Böttcher, gebürtiger Hesse, Antiatom- und Startbahn-West-Kämpfer und nun Schwarzerde-Pionier. Der Oberrevolutionär von 1848, Friedrich Hecker, habe sich in Hengstbacherhof versteckt, erzählt er stolz, auch der Schinderhannes, der "Robin Hood vom Hunsrück", sei hier gewesen. Das Bauerncafé trägt seinen Namen.

Das Gut ernährt seine Leute im Überfluss. Im Gemüsegarten, seit 2008 voller Terra-Preta-Erde, "wächst alles viel zu schnell", sagt der gelernte Gärtner Böttcher. Auch hier flattern Falter, mangels Luzernen aber nicht so viele wie im Wallis.

Das Maggikraut ist 2,50 Meter in die Höhe geschossen, die Radieschen sind groß wie Hühnereier, eine Kartoffelknolle brachte ein ganzes Kilo auf die Waage. Auch im Sommer werden die Pflanzen nicht gegossen und wachsen dennoch schneller als anderswo. "Damit ist die Welternährung gesichert", lacht Joachim Böttcher ein jungenhaftes Lachen.

Schwarzerdeproduktion begann in einer Garage

In einem Schuppen begann er 2005 seine Experimente zur Schwarzerdeproduktion. "Die Bill-Gates-Garage", sagt Böttcher selbstbewusst. Schräg gegenüber leuchtet in der Sonne die nagelneue Anlage für jährlich 500 Kubikmeter Terra Preta, die wie ein größeres Gewächshaus aussieht.

Betreiber mit bislang fünf Beschäftigten ist die Palaterra Vertriebsgesellschaft, die Böttcher zusammen mit der Wind-, Bio- und Solarfirma Juwi gegründet hat. Auch in Hengstbacherhof stellt eine "Pyreg"-Anlage Biokohle her; auf fünf Rotten wird aus Grünschnitt, Biogasanlagen-Abfall, Mist und Chinaschilf in einem mehrwöchigen Prozess Terra Preta.

Die Stoffströme der Anlage sind geschlossen: Gase werden wieder eingeblasen, in einer Pflanzenkläranlage filtert Chinaschilf das Wasser, die entstehende Überschusswärme geht in die Fußbodenheizung. Und wenn alles gut läuft, werden 2011 im nahen Energiepark Morbach und im fernen Schanghai größere Anlagen gebaut. Ein chinesischer Regierungsbeauftragter will Palaterra die Generallizenz für China erteilen, auch etliche europäische Länder sind interessiert.

Lange Jahre hat der umtriebige Böttcher vor allem Pflanzenkläranlagen und Naturschwimmbäder gebaut, die Region ist voll davon. 2005 lernte er den Bodenwissenschaftler Haiko Pieplow und den Mikrobiologen Alfons Krieger kennen, gemeinsam tüftelten sie aus, wie die Indios wohl ihre Schwarzerde hergestellt haben.

Uneinigkeit in der Szene über Patentantrag

Als Proben ergaben, dass die Terra Preta vom Amazonas und die vom Hengstbacherhof weitgehend identisch sind, meldete Böttcher das Verfahren als Patent an - "das ist schließlich auf meinem Mist gewachsen". Ein Schritt, den andere Schwarzerde-Pioniere heftig kritisieren. "Das Patent ist ein Verrat an der Idee", schimpft etwa Hans-Peter Schmidt. Kleingärtner sollten machen, was sie wollen, von denen werde man keine Lizenzgebühren eintreiben, verteidigt sich Joachim Böttcher.

"Aber bei Großanlagen wollen wir ein Wörtchen mitreden." Kommunen sollen beim Stoffstrommanagement begleitet werden, und Böttcher will dafür sorgen, dass das ganze Verfahren nicht durch Trittbrettfahrer oder Hygieneprobleme in Verruf gebracht wird. Die Anerkennung durch das Europäische Patentamt steht aber noch aus, und vielleicht kommt sie auch gar nicht, weil uralte Kulturtechniken nicht patentierbar sind.

Bei einem anderen Thema sind sich Schmidt und Böttcher einig: Auch Biokohle kann missbraucht werden. Im Rahmen des globalen Treibhausgashandels und der derzeitigen massiven Landkäufe in Afrika sei es denkbar, dass Großkonzerne Wälder abholzen und in Form von Holzkohle unter die Erde bringen, um auf diese extrem fragwürdige Weise Kohlendioxid einzusparen.

"Biokohle muss immer in regionale Stoffströme eingebettet werden", fordert Böttcher. Deshalb betreibt er zusammen mit den Bauernaktivisten Michael Diestel und Christoph Fischer die Gründung einer Art Muttergenossenschaft, die ein Gütesiegel für gutes Stoffstrommanagement entwickelt und Terra-Preta-Genossenschaften bei der Gründung hilft. "Wir brauchen noch Leute mit Ideen, auch die taz-Genossen sind herzlich zum Mitmachen eingeladen", sagt er.

Noch in einem weiteren Punkt gleichen sich die Pioniere Schmidt und Böttcher: Sie haben Ausstrahlung, sie haben Visionen, und sie wollen die Unabhängigkeit von der Agroindustrie. Schmetterlings-Schmidt schwärmt von Biodiversität, Chinaschilf-Böttcher von naturnahen Gewässern und Waldstädten. Der Pfälzer hat die konservativen Landwirte von Rockenhausen in einer Zukunftswerkstatt so sehr begeistert, dass deren Gesamtgemeinderat vor etwa einem Jahr mit Zustimmung aller Fraktionen beschloss, bis 2020 Nullemissionsort zu werden.

Die Anzeichen in der Region sind jetzt schon unübersehbar: Wind-, Solar- und Pflanzenkläranlagen allüberall. In St. Alban steht ein "Sonnenpark", in dem Ingenieur Klaus Becher raffiniert gebaute Biosolarhäuser ohne Heizung verkauft. Auf dem Hügel nebenan betreibt Juwi neben einem Solarpark das größte Binnenwindrad Europas. Und auf vielen Höfen glänzen Solardächer. Die strukturschwache Region Pfalz ist drauf und dran, Avantgarde zu werden.

Mit Schmetterlingen im Bauch.

Geschichte: Terra Preta do Indio, zu Deutsch Indianerschwarzerde, hat in den Gartenstädten des vorkolonialen Amazonasgebiets Millionen Menschen ernährt und den nährstoffarmen Regenwaldboden in einen der fruchtbarsten Böden der Welt verwandelt.

Bestandteile: In den 1990er Jahren fanden Forscher heraus, dass die bis zu 7.000 Jahre alten und etwa zwei Meter dicken Schwarzerdeschichten aus organischen Abfällen, Holzkohle, tierischen und menschlichen Exkrementen, Knochen und Tonscherben bestehen. Offenbar ließen die Indios ihre Siedlungsabfälle in Tongefäßen unter Luftabschluss einige Monate fermentieren, nahmen danach die Deckel ab und pflanzten Obstbäume und Gemüse in die so entstandene Schwarzerde. Das Wissen um deren Produktion ging jedoch mit der Ausrottung der Ureinwohner durch die Spanier verloren.

Technik: 2005 wurde die Herstellung experimentell wiederentdeckt. Der Aufwand ist gering. Die Milchsäurefermentierung wird durch gepresste organische Abfälle in luftdichten Behältern in Gang gesetzt - eine Technik, die seit Jahrtausenden zur Nahrungskonservierung genutzt wird, etwa bei Sauerkraut. Gibt man Holzkohlenstaub hinzu, siedeln sich in der porösen Kohle komplexe Lebensgemeinschaften von Mikroorganismen an. Zudem bindet die Kohle Schadstoffe, unterdrückt Fäulnis und Krankheitserreger.

Ernteerfolge: Dank ihrer stabilen Struktur baut sich Humus in Terra-Preta-Böden nicht ab, Biokohle speichert wie ein Akku Energie, Nährstoffe, Wasser und Luft in Bodenleben. Nutzpflanzen ernähren sich bedarfsgerecht, im Vergleich zu kunstdüngerversorgten Pflanzen sind sie größer, resistenter und ertragreicher. Oft verdoppeln bis verachtfachen sich die Ernten. Selbst ausgelaugte oder trockene Böden können wieder bewirtschaftet werden, wie erste Versuche in der Sahara belegen.

Infos: www.palaterra.eu, www.triaterra.de

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Pioniere weltweit

Traditionen: Manche Schwarzerden sind menschengemacht, manche natürlich entstanden. Der japanische Dünger "haigoe" wurde aus Siedlungsabfällen plus Holzkohle aus Reisspelzen produziert. Im afrikanischen Benin wird Schwarzerde traditionellerweise von Frauen hergestellt; bisher ist es niemandem gelungen, die Geheimrezeptur zu erfahren.

Neue Techniken: Die neue "schwarze Revolution" geht vom deutschsprachigen Raum aus. Die Ökoregion Kaindorf, ein Zusammenschluss von sechs Gemeinden, will bis 2020 kohlendioxidneutral werden. Ein Teilprojekt ist der Humusaufbau mittels Terra Preta. Im Winter soll dort die erste Pyreganlage Österreichs zur Verkohlung von Knochen und Papierfaserschlamm in Betrieb gehen.

Vorreiter: Im Chiemgau experimentieren Landwirte um Christoph Fischer mit Biokohle. Im nördlichen Brandenburg stellt Marco Heckel auf seinem Hof Terra-Preta-Zutaten her, zu beziehen unter www.triaterra.de. Terra-Preta-Versuche gibt es auch in Algerien, auf den Philippinen, in Ghana und weiteren Ländern.

Diesen Bericht über Terra Preta und viele andere Texte mehr lesen Sie in der sonntaz vom 20./21. November 2010. Diese sonntaz-Ausgabe enthält einen Schwerpunkt zum regionalen Wirtschaften mit Erfolgsmodellen von Energie bis Ernährung. Die sonntaz kommt jetzt auch zu Ihnen nach Hause: per Wochenendabo. Foto: taz

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Carbon Credits and Cooking

Lucia Stove

LuciaStove 1 from davide bonaldo on Vimeo.

Lucia Stove

Save live of 1,6 million every year

Kitchen CO2 - ita from davide bonaldo on Vimeo.

Aus Müll wird Kohle

Aus Müll wird Kohle

Geschrieben von: Hans-Peter Schmidt, Delinat-Institut 02.11.10

Kartoffelschalen, Olivenkerne und Essenreste müssen nicht im Abfall landen, sondern können direkt als Brennstoff für moderne Kochherde verwendet werden. Gerade in vielen Ländern der Dritten Welt, wo noch auf offenen Holzfeuern gekocht wird, könnte kostbares Holz gespart und zugleich gesundheitsschädigenden Russemissionen verhindert werden. Als Rückstand des Kochens ensteht wertvolle Biokohle.

Das Kochen von Gemüse und Fleisch gehört zu den ältesten Errungenschaften der Menschheitsgeschichte. Gemäss Richard Wranghams höchst plausibler Theorie hat sogar das Kochen den Menschen überhaupt erst zum Menschen gemacht. Wann genau unsere Vorfahren zu kochen begonnen haben, darüber besteht unter den Wissenschaftlern noch Streit. Doch egal, ob es nun 700 000 Jahre oder über eine Millionen Jahre her sein mag, sicher ist, dass die Menschen die allerlängste Zeit ihrer Geschichte am Holzfeuer gekocht haben.

Je stärker jedoch die Bevölkerungszahlen anwuchsen, desto knapper wurde das in unmittelbarer Nähe zum Wohnort nachwachsende Brennholz. Wie die Beispiele in Mesopotamien, am Indus, am Nil oder in Hellas noch heute vor Augen führen, wurden riesige Gebiete komplett entwaldet. Dies führte nicht nur zu Hungerkatastrophen und ökologischen Desastern, sondern insbesondere auch zur Verknappung von Brennstoffen und damit zu schwer lösbaren Problemen der Nahrungsmittelzubereitung.

Durch die Entdeckung von Kohle und Erdöl sowie die Erfindung von Zement wurde dem Raubbau am Wald zumindest in Europa ein vorläufiges Ende gesetzt. Hausbau, Heizung und Nahrungszubereitung konnten fortan auf Basis der neuen Energieträger und Baustoffe gewährleistet werden. Doch diese energetische Wende hin zum Fossilen täuschte zu lange darüber hinweg, dass der Raubbau an der Natur lediglich in tiefere geohistorische Schichten verlagert wurde.
Was nach den Kriterien der Nachhaltigkeit zum Heizen, Bauen, Transportieren und Kochen an Energie zur Verfügung steht, ist lediglich das, was sich im gleichen Tempo des Verbrauches auch wieder erneuert. Das heisst, verbraucht werden dürfte nur das, was die Sonne tagtäglich der Erde an Strahlungsenergie zur Verfügung stellt und das durch die bestehenden Ökosysteme oder Technologien zwischengespeichert wird.

Um eine ausgeglichene Energiebilanz aufzuweisen, dürften die Menschen lediglich die Brennstoffe und Energien nutzten, die jedes Jahr in der Biomasse akkumuliert oder ansonsten in Form von Wind, Wasserkraft, Wärme oder Photonen durch die Sonnenstrahlung nutzbar gemacht werden können. Fast alle anderen Energien sind von der Erdgeschichte geraubt und führen zu einer Destabilisierung der Energiebilanzen und damit auch der Ökosysteme.

In Entwicklungsländern, in denen insbesondere der verarmten und enteigneten Landbevölkerung der Zugang zu fossilen Brennstoffen sowie zu Elektrizität verwehrt ist, werden aufgrund des galoppierenden Bevölkerungswachstums die nachwachsenden Ressourcen derart ausgebeutet, dass es häufig nicht nur an Nahrungsmitteln, sondern auch an Brennstoffen zur Zubereitung der wenigen Nahrungsmittel fehlt. So belaufen sich in Darfur, um ein besonders extremes Beispiel zu geben, die täglichen Kosten für Brennstoffe zum Kochen rund 2 US-Dollar, wohingegen die täglichen Kosten für Lebensmittel lediglich 5 Cents betragen.

In vielen Regionen der Welt sind Brennstoffe zu einem knappen Gut geworden, dessen Beschaffung nicht nur kilometerweite Sammelwege erfordert, sondern vor allem auch die umgebende Natur ihrer Regenerationskraft beraubt. Das Beschaffen von Brennstoffen zum Kochen und das Erzeugen von Grundnahrungsmitteln wird so zu einem sich gegenseitig beschleunigenden Teufelskreislauf.
Pyrokocher könnten hier eine Abhilfe schaffen, da nicht nur Holz, sondern auch sämtliche biologische Abfallstoffe als Brennstoff verwendet werden können. Der Einsatz solcher Pyrokocher führt zudem zu einer wesentlichen Reduktion der Luftbelastung in Wohnräumen und ganz nebenbei entsteht auch noch Biokohle. Diese kann zur Bodenverbesserung benutzt und damit zur Verbesserung der Nahrungsmittelproduktion eingesetzt werden.
Funktionsweise eines Pyrokochers

Es existiert bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Pyrokocher in allen Preisklassen. Das Grundprinzip ist aber immer das gleiche: Der Ofen besteht aus zwei ineinander geschobenen Zylindern. Der innere Zylinder ist die nach oben offene Pyrolysekammer. Am jeweils oberen und unteren Ende der Zylinderaußenwand sind Löcher gebohrt, aus denen das brennbare Gas aus- bzw. einströmen kann.

Der äussere Zylinder umschliesst den inneren und schließt ihn am oberen Ende luftdicht ab. Am unteren Ende des äußeren Zylinders befinden sich Öffnungen, durch die Außenluft für die Verbrennung angesaugt wird. Das Ansaugen kann, wie in der nebenstehenden Grafik dargestellt, durch einen Ventilator unterstützt und reguliert werden, was aber nicht unbedingt nötig ist. Im Grunde lässt sich solch ein Ofen aus zwei alten Blechbüchsen, einem Bohrer und einem Lötkolben herstellen.

Der innere Zylinder wird mit vorgetrockneter Biomasse (Gemüseschalen, Zweige, Trockenmist etc) befüllt und mit etwas Zunder oben angezündet. Durch den Luftstrom, der in der äußeren Kammer nach oben fließt, werden die Pyrolysegase in der inneren Kammer nach unten gesaugt. Durch die unten angebrachten Löcher treten die Gase in die äußere Kammer, wo sie mit Luft vermischt nach oben steigen, um dort oberhalb des Brennstoffs wieder in die innere Kammer einzutreten. Am oberen Ende des inneren Zylinders verbrennen die Gase mit sehr sauberer Flamme und ohne Rußbildung.
Der Vorgang hält solange an, bis die gesamte Biomasse des inneren Zylinders zu Biokohle umgewandelt ist und die Flamme erlischt. Ist die Verkohlungstemperatur von ca. 400 Grad jedoch einmal erreicht, kann für eine längere Brenndauer problemlos zusätzliches Brennmaterial in den inneren Zylinder nachgeschüttet werden.
Vorteile von Pyrokochern

Die grossen Vorteile von Pyrolysekochern sind die saubere Verbrennung, die hohe Variabilität der Brennstoffe und die Gewinnung von Biokohle. Die Vermeidung der hohen Luftbelastung, wie sie durch ein offenes Feuer in einem geschlossenen Raum entsteht, wäre ein beträchtlicher Fortschritt. Gehören Rauchgasvergiftungen doch noch heute in vielen Ländern zu den häufigsten Todesursachen.
Grosse Vielfalt an Pyrokochern

Weltweit werden zahlreiche Modelle angeboten, die vom Campingmodel für den ökologisch bewussten Wanderer (Hobostove) bis hin zu kleineren und grösseren Kocher für den Einsatz in Entwicklungsländern reichen. Es gibt Varianten, die auf bestimmte Brennmaterialen wie z.B. Reisspelzen spezialisiert sind. Andere Modelle versuchen entweder die Biokohleproduktion oder die Energieleistung zu optimieren. Besonders erwähnenswert sind die Pyrokocher der Firma Worldstove, mit denen dank eines internationalen Grossprojekts nach dem Erdbeben auf Haiti die dortige Bevölkerung ausgestattet wurde. Die Webseite des Herstellers wartet mit ausführlichem Informationsmaterial, Filmen, Dokumentationen und auch mit einer Anleitung zum Eigenbau von Biokohlekochern auf.

Pyrokocher werden mittlerweile fast weltweit hergestellt. Zu den interessantesten Herstellern und Modellen gehören: Oorja (India), Daxu (China), Tn Orient (China), Champion TLUD (India), Navagni (India), Philips Natural Draft Woodstove (India), Sampada (India), MJ Biomass Gas Stove (Indonesia), LuciaStoves (Italy), BMC Rice Husk Gas Stove (Philippines), MJ Rice Husk Gas Stove (Indonesia), Mayon Turbo Stove (Philippines / Gambia / Senegal)
SAMPADA Pyrokocher aus Indien

Im indischen Pune wurde am Appropriate Rural Technology Institute ein mobiler Pyrokocher entwickelt, der zum Zubereiten kleiner Mahlzeiten und von Getränken geeignet ist. Als Brennstoff können Pellets, Holzschnitzel, kleine Ästchen und anderes mehr verwendet werden. Die Öfen werden für rund 24 Euro verkauft. Mit einer Füllung kann eine Stunde lang gekocht werden, wobei der Ofen auch problemlos während des Betriebs nachgefüllt werden kann. Aus einem Kilo trockener Biomasse entstehen rund 250-300 Gramm Biokohle. Die Biokohle kann später ebenfalls als Brennstoff an offenen Feuerstellen verwendet oder eben als Bodenverbesserer in Garten oder Landwirtschaft eingesetzt werden. Bei einem täglichen Betrieb mit einem Kilo trockener Biomasse würde innerhalb eines Jahres genügend Biokohle hergestellt, um einen Gemüsegarten von 100m2 zu langfristig gesteigerter Fruchtbarkeit zu verhelfen.



Zur Person:
Hans-Peter Schmidt ist Leiter des Delinat-Instituts für Ökologie und Klimafarming in Arbaz VS. Das Institut ist im Sommer 2009 als unabhängige Stiftung von Delinat-Gründer Karl Schefer gegründet worden. Es betreibt praxisnahe ökologische Forschung auf wissenschaftlicher Grundlage.
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Aus Müll wird Kohle

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Neue Aktenfunde: Gaslecks bei Schachtvorbohrungen wurden verschleiert
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Details zum Artikel:

* Artikel veröffentlicht am: 02.11.2010,
* Artikel veröffentlicht von:
Sigrid Totz

Bei beiden Vorbohrungen zu den heutigen Schächten des geplanten Atommüllendlagers Gorleben stießen die Bohrmannschaften 1982 auf brennbare Kohlenwasserstoffgase. Entsprechende Bohrberichte hat die unabhängige Umweltorganisation Greenpeace in Akten der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) gefunden.
Arbeiter bei Abteufarbeiten auf der Schachtsohle im niedersächsischen Salzstock Gorleben. Befunde unabhängiger Wissenschaftler belegen, dass der Salzstock Kontakt mit Grundwasser...

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Zudem trafen die Bergleute auch beim Bau der Transportstrecken im Erkundungsbereich auf verflüssigte Kohlenwasserstoffgase. Die Betreiberfirma Deutsche Gesellschaft zum Bau und Betrieb von Endlagern (DBE) spielte die Funde herunter und zog keinerlei Konsequenzen daraus. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) empfahl in ihrem damaligen Zwischenbericht an die Bundesregierung, die untertägige Erkundung des Salzstocks trotzdem fortzusetzen.

Die DBE gibt den Flamm- und Brennpunkt des Gases mit 20 Grad Celsius an. Die Einlagerungsbehälter für hochradioaktiven Atommüll (Pollux-Behälter) entwickeln an ihrer Oberfläche eine Temperatur von bis zu 200 Grad Celsius. Die Wärme des Strahlenmülls verursacht eine Ausdehnung des Gases und dadurch einen Druckanstieg im Salzstock. So entstehen Haarrisse und Klüfte, die neue Wegsamkeiten für Wasser und Gas schaffen. Während der geplanten Einlagerungsbohrungen können zudem Explosionen durch die Verbindung von Methangasen und Sauerstoff nicht ausgeschlossen werden. Greenpeace fordert erneut, den ungeeigneten Endlagerstandort Gorleben sofort aufzugeben.
Grafik: Gas im Salzstock Gorleben

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"Mit explosivem Gas in unmittelbarer Nähe der geplanten Atommüllkammern ist Gorleben im wahrsten Sinne des Wortes verbrannt. Der Salzstock würde zu einer tickenden Zeitbombe, sollte es zur Einlagerung der gefährlichsten Abfälle kommen, die die Menschheit jemals hervorgebracht hat", warnt Greenpeace-Atomexperte Mathias Edler. "Vor dem Hintergrund dieser verschleierten Tatsachen muss Umweltminister Röttgen jetzt Konsequenzen ziehen und alle internen und bisher unveröffentlichten Akten auf den Tisch legen."
Bergamt Celle warnte vor weiterem Tiefergehen der Bohrungen

Bei der ersten Schachtvorbohrung im Juni 1982 stießen die Arbeiter in 870 und 940 Metern Tiefe auf Gasvorkommen. Die Bohrmannschaft bekam das Gasleck nur schwer in den Griff. Auch in der zweiten Schachtvorbohrung und einer weiteren Tiefbohrung wurde mehrfach Gas angetroffen. Wegen der plötzlichen Gasfunde wurden die Schachtvorbohrungen oberhalb der geplanten Tiefe von 1000 Metern gestoppt. Das zuständige Bergamt Celle warnte die Betreiberfirma DBE vor einem weiteren Tiefergehen, da bei erneutem "Antreffen von Gas (...) eine Abdichtung kaum möglich sein wird".

Der Geologe Ulrich Schneider war bis 1981 an der obertägigen Untersuchung des Salszstocks beteiligt. Nach seiner Aussage handelt es sich bei den Gasfunden um sogenanntes Zechsteingas, das schon 1969 bei einer Gasbohrung im ehemaligen DDR-Teil des Salzstocks Gorleben-Rambow in 3400 Metern Tiefe zu einer schweren Explosion führte. Die DBE behauptet jedoch, es handele sich um isolierte Gase aus organischen Prozessen innerhalb des Salzes.

Als Entstehungsort gibt die DBE geologische Schichten an der Salzstockbasis auf 2000 bis 3000 Metern Tiefe an. Ulrich Schneider: "Wenn das Gas aber aus fast 3000 Metern Tiefe durch geologische Störungen oder den Salzaufstieg bis in die Schächte und Strecken des Bergwerks gelangen kann, dann kommt es auch bis zu den Atommüllbehältern. Diese sollen schließlich bis zu 300 Meter unter der 840 Meter-Sohle in Bohrungen versenkt werden."

Im Jahr 1983 stellte die DBE ihre Ergebnisse in Fachkreisen vor. Auf den folgenden Behördenebenen wurden die Funde zunehmend verharmlost. Über Gasvorkommen im DDR-Teil des Salzstocks Gorleben-Rambow, so schreibt die PTB in ihrem Zwischenbericht, lägen "keine zuverlässigen Informationen vor". Die Gasexplosion in Rambow verschweigt der Bericht.
Source:

Greenpeace: Gas im geplanten Endlager Gorleben - Greenpeace, Presseerklärungen zum Thema Atomkraft

Charcoal takes some heat off global warming: Biochar can offset 1.8 billion metric tons of carbon emissions annually

Science News
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Charcoal Takes Some Heat Off Global Warming: Biochar Can Offset 1.8 Billion Metric Tons of Carbon Emissions Annually

ScienceDaily (Aug. 12, 2010) — As much as 12 percent of the world's human-caused greenhouse gas emissions could be sustainably offset by producing biochar, a charcoal-like substance made from plants and other organic materials. That's more than what could be offset if the same plants and materials were burned to generate energy, concludes a study published August 10 in the journal Nature Communications.
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* Humus
* Carbon cycle
* Consensus of scientists regarding global warming
* Carbon dioxide sink

"These calculations show that biochar can play a significant role in the solution for the planet's climate change challenge," said study co-author Jim Amonette, a soil chemist at the Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory. "Biochar offers one of the few ways we can create power while decreasing carbon dioxide levels in the atmosphere. And it improves food production in the world's poorest regions by increasing soil fertility. It's an amazing tool."

The study is the most thorough and comprehensive analysis to date on the global potential of biochar. The carbon-packed substance was first suggested as a way to counteract climate change in 1993. Scientists and policymakers have given it increasing attention in the past few years. The study was conducted by Dominic Woolf and Alayne Street-Perrott of Swansea University in Wales, U.K., Johannes Lehmann of Cornell University in Ithaca, N.Y., Stephen Joseph of the University of New South Wales, Australia, and Amonette.

Biochar is made by decomposing biomass like plants, wood and other organic materials at high temperature in a process called slow pyrolysis. Normally, biomass breaks down and releases its carbon into the atmosphere within a decade or two. But biochar is more stable and can hold onto its carbon for hundreds or even thousands of years, keeping greenhouse gases like carbon dioxide out of the air longer. Other biochar benefits include: improving soils by increasing their ability to retain water and nutrients; decreasing nitrous oxide and methane emissions from the soil into which it is tilled; and, during the slow pyrolysis process, producing some bio-based gas and oil that can offset emissions from fossil fuels.

Making biochar sustainably requires heating mostly residual biomass with modern technologies that recover energy created during biochar's production and eliminate the emissions of methane and nitrous oxide, the study also noted.

Crunching numbers and biomass

For their study, the researchers looked to the world's sources of biomass that aren't already being used by humans as food. For example, they considered the world's supply of corn leaves and stalks, rice husks, livestock manure and yard trimmings, to name a few. The researchers then calculated the carbon content of that biomass and how much of each source could realistically be used for biochar production.

With this information, they developed a mathematical model that could account for three possible scenarios. In one, the maximum possible amount of biochar was made by using all sustainably available biomass. Another scenario involved a minimal amount of biomass being converted into biochar, while the third offered a middle course. The maximum scenario required significant changes to the way the entire planet manages biomass, while the minimal scenario limited biochar production to using biomass residues and wastes that are readily available with few changes to current practices.

Amonette and his colleagues found that the maximum scenario could offset up to the equivalent of 1.8 petagrams -- or 1.8 billion metric tons -- of carbon emissions annually and a total of 130 billion metric tons throughout in the first 100 years. Avoided emissions include the greenhouse gases carbon dioxide, methane and nitrous oxide. The estimated annual maximum offset is 12 percent of the 15.4 billion metric tons of greenhouse gas emissions that human activity adds to the atmosphere each year. Researchers also calculated that the minimal scenario could sequester just under 1 billion metric tons annually and 65 billion metric tons during the same period.

But to achieve any of these offsets is no small task, Amonette noted.

"This can't be accomplished with half-hearted measures," Amonette said. "Using biochar to reduce greenhouse gas emissions at these levels is an ambitious project that requires significant commitments from the general public and government. We will need to change the way we value the carbon in biomass."

Experiencing the full benefits of biochar will take time. The researchers' model shows it will take several decades to ramp up biochar production to its maximum possible level. Greenhouse gas offsets would continue past the century mark, but Amonette and colleagues just calculated for the first 100 years.

Biochar and bioenergy work together

Instead of making biochar, biomass can also be burned to produce bioenergy from heat. Researchers found that burning the same amount of biomass used in their maximum biochar scenario would offset 107 billion metric tons of carbon emissions during the first century. The bioenergy offset, while substantial, was 23 metric tons less than the offset from biochar. Researchers attributed this difference to a positive feedback from the addition of biochar to soils. By improving soil conditions, biochar increases plant growth and therefore creates more biomass for biochar productions. Adding biochar to soils can also decrease nitrous oxide and methane emissions that are naturally released from soil.

However, Amonette and his co-authors wrote that a flexible approach including the production of biochar in some areas and bioenergy in others would create optimal greenhouse gas offsets. Their study showed that biochar would be most beneficial if it were tilled into the planet's poorest soils, such as those in the tropics and the Southeastern United States.

Those soils, which have lost their ability to hold onto nutrients during thousands of years of weathering, would become more fertile with the extra water and nutrients the biochar would help retain. Richer soils would increase the crop and biomass growth -- and future biochar sources -- in those areas. Adding biochar to the most infertile cropland would offset greenhouse gases by 60 percent more than if bioenergy were made using the same amount of biomass from that location, the researchers found.

On the other hand, the authors wrote that bioenergy production could be better suited for areas that already have rich soils -- such as the Midwest -- and that also rely on coal for energy. Their analysis showed that bioenergy production on fertile soils would offset the greenhouse gas emissions of coal-fired power plants by 16 to 22 percent more than biochar in the same situation.

Plantations need not apply

The study also shows how sustainable practices can make the biochar that creates these offsets.

"The scientific community has been split on biochar," Amonette acknowledged. "Some think it'll ruin biodiversity and require large biomass plantations. But our research shows that won't be the case if the right approach is taken."

The authors' estimates of avoided emissions were developed by assuming no agricultural or previously unmanaged lands will be converted for biomass crop production. Other sustainability criteria included leaving enough biomass residue on the soil to prevent erosion, not using crop residues currently eaten by livestock, not adding biochar made from treated building materials to agricultural soils and requiring that only modern pyrolysis technologies -- those that fully recover energy released during the process and eliminate soot, methane and nitrous oxide emissions -- be used for biochar production.

"Roughly half of biochar's climate-mitigation potential is due to its carbon storage abilities," Amonette said. "The rest depends on the efficient recovery of the energy created during pyrolysis and the positive feedback achieved when biochar is added to soil. All of these are needed for biochar to reach its full sustainable potential.

The study was funded by the Department of Energy's Office of Science, DOE's Office of Fossil Energy, the Cooperative State Research Service of the Department of Agriculture, the New York State Energy Research and Development Authority, the United Kingdom's Natural Environment Research Council (NERC) and Economic and Social Research Council (ESRC), and VenEarth Group LLC.
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The above story is reprinted (with editorial adaptations by ScienceDaily staff) from materials provided by DOE/Pacific Northwest National Laboratory.


Charcoal takes some heat off global warming: Biochar can offset 1.8 billion metric tons of carbon emissions annually