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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

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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.

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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

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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

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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

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

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Lucia Stove

Save live of 1,6 million every year

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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

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

Greenpeace: Gas im geplanten Endlager Gorleben
Neue Aktenfunde: Gaslecks bei Schachtvorbohrungen wurden verschleiert
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* Artikel veröffentlicht am: 02.11.2010,
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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.
See Also:
Plants & Animals

* Soil Types
* Agriculture and Food
* Nature

Earth & Climate

* Global Warming
* Energy and the Environment
* Environmental Issues

Reference

* 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

The rising price of charcoal | Video | Reuters.com

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