Kategorie: Publikationen

Biochar – evidence on potential environmental impacts and social implications

In diesem Bericht werden die Evidenzdaten in Bezug auf ökologische und soziale Auswirkungen von Biochar zusammengefasst. Der Bericht ist wie folgt aufgebaut:

• Eine Beschreibung, wie Biochar zur Entfernung von Treibhausgasen beiträgt, und Überlegungen für die Anwendung von Biochar

• Synthese von Evidenz zu potenziellen Umweltauswirkungen der Anwendung von Biochar

• Synthese von Evidenz zu potenziellen sozialen Auswirkungen der Anwendung von Biochar

• Eine Zusammenfassung der Evidenz und Identifizierung von Evidenzlücken

Wie bei dieser Art von Berichten üblich, werden ein signifikanter Forschungsbedarf und diverse Evidenzlücken festgestellt. Viele der angesprochenen Fragen und vermuteten Evidenzlücken hätten die AutorInnen jedoch beantworten bzw. füllen können, wenn sie den Inhalt der Richtlinien für das Europäische Biochar-Zertifikat (EBC) sowie aktuelle Meta-Analysen und Review-Artikel in der wissenschaftlichen Literatur umfassender berücksichtigt hätten.

Phosphor-dotierte Biochar weist eine bemerkenswerte 400-fache Steigerung der Adsorptionskapazität für elementares Quecksilber im Vergleich zu unbehandelter Biochar auf und zeigt damit ihr Potenzial als überlegene Alternative zu kommerzieller Aktivkohle für die Umweltsanierung und Schadstoffentfernung.

Durch die strategische Einbeziehung von Elementen wie Stickstoff, Schwefel und Phosphor erschließen Wissenschaftler neue Anwendungsoptionen für Biochar. Diese Übersichtsarbeit unterstreicht die entscheidende Bedeutung einer „Preparation-Structure-Performance-Application“ zur Optimierung von Dotierungs-Strategien und der Elementauswahl für gezielte Anwendungen.

Zitat: Zhao, J., Jiang, Y., Chen, X., Wang, C., & Nan, H. (2025). Unlocking the potential of element-doped biochar: from tailored synthesis to multifunctional applications in environment and energy.  Biochar, 7(77).

Erhöhte Ammoniakemissionen (NH₃) aus der Einstreu sind in der modernen Hühnermastproduktion ein Problem und können sich negativ auf die Leistung und das Wohlergehen auswirken. Kommerziell erhältliche Streuzusätze werden zwar häufig zur Minderung von Ammoniakemissionen eingesetzt, ihre Wirksamkeit ist jedoch oft nur von kurzer Dauer, was das Interesse an nachhaltigeren Alternativen wie Biochar weckt. Ziel dieses Projekts war es, die Auswirkungen verschiedener Biochar-Applikationsbehandlungen (oberflächenappliziert vs. gemischt) auf NH₃-Verflüchtigungen aus gebrauchter Masthühner-Einstreu zu untersuchen. Biochar wurde in Mengen von 0,48, 0,97, 1,46 und 1,95 kg/m2 auf die Einstreu aufgetragen und in Mengen von 7,5, 15,0, 22,5 und 30,0 % v/v beigemischt. Ein kommerzielles Referenzprodukt wurde mit einer Menge von 0,73 kg/m2 oberflächlich ausgebracht, und eine Kontrolle der nicht veränderten Einstreu wurde ebenfalls eingeschlossen.

Das Mischen von Pflanzenkohle in die Einstreu sorgte für einen verbesserten Kontakt mit dem Einstreuprofil und führte zu signifikant niedrigeren NH₃-Gesamtkonzentrationen als bei der Oberflächenbehandlung. Die gemischten Anwendungen mit 22,5 und 30 % v/v führten zu den niedrigsten NH3-Konzentrationen für die Biocharbehandlungen. Die NH₃-Konzentrationen waren jedoch bei allen Behandlungen mit Biochar signifikant höher als bei Verwendung des kommerziellen Referenzprodukts.

Zitat: Linhoss, J. E., Gruber, J. D., Remus, J. C., Adhikari, S., Davis, J. D., & Purswell, J. L. (2025). Effects of biochar application methods on ammonia (NH3) volatilization from used broiler litter. Journal of Applied Poultry Research, 34 (4), 100614.

Foto: Flickr.com – to.wi

Der Zusatz von Karbonisaten (Biochar und Hydrochar) ist eine Option, um die klimatischen Auswirkungen landwirtschaftlicher Böden zu verringern. Ihre Wirkung kann jedoch je nach Karbonisat und Bodeneigenschaften, Vegetationstyp und deren Wechselwirkungen variieren. Bei einer dreimonatigen Mesokosmenstudie, die ein typisches boreales Futter-Leguminosen-Grünland darstellte, wurden die Auswirkungen der Ausbringung von Biochar und Hydrochar auf Treibhausgasemissionen (THG), organische Kohlenstoffpools (SOC) im Boden und den Biomasseertrag untersucht. Das Autorenteam zeigt, dass nur die N2O-Emissionen (nicht CO2 und CH4) beeinflusst wurden, wenn Kohle in einer einheitlichen Menge mit Dünger N hinzugefügt wurde. Biochar erhöhte die N2O-Emissionen signifikant im Vergleich zur Kontrolle, während Hydrochar N2O im Vergleich zur Kontrolle einschränkte und im Vergleich zu Pflanzenkohlebehandlungen signifikant sank. Biochar mit N-Änderung erhöhte die Brutto-NO3-Produktion (Bruttonitrifikation) und die N2O-Emissionen signifikant, was auf einen Zusammenhang zwischen einer erhöhten Nitrifikationsaktivität und N2O-Emissionen hindeutet. Hydrochar mit N-Zusatz zeigte niedrigere Bruttonitrifikationsraten und N2O-Emissionen, was auf eine geringere Nitrifikationsaktivität und N2O-Emissionen im Vergleich zu Pflanzenkohle hinweist. Interessanterweise zeigte Hydrochar ohne N-Änderung die geringsten N2O-Emissionen mit wenigen N2O-Aufnahmeereignissen und ähnlichen Brutto-NO3-Verbrauchs- und Produktionsraten, was auf einen verbesserten N2O-Reduktions-/Senkenmechanismus im Boden hindeutet, insbesondere bei aktiv photosynthetisierender Vegetation.

Zitat: Bhattarai, H. R., Honkanen, E., Ruhanen, H., Soinnie, H., Gil, J., Saghir, S., Lappalainen, R., & Shurpali, N. J. (2025). Effects of biochar, hydrochar and nitrogen fertilization on greenhouse gas fluxes, soil organic carbon pools, and biomass yield of a boreal legume grassland. Biochar, 7(1), 114.

Anthropogene Aktivitäten tragen zu überhöhten Nitratkonzentrationen (NO₃-) in Wasser- und Bodenökosystemen bei und können sich negativ auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit auswirken. Biochar kann dazu beitragen, die negativen Auswirkungen von NO₃ zu minimieren und die landwirtschaftliche und ökologische Nachhaltigkeit voranzutreiben. Eine kritische Diskussion über die praktische Anwendbarkeit von NO₃−Entfernung aus kontaminierten Böden und Wasser und Kosten-Nutzen-Analysen für die Skalierung von Biochar-Anwendungen stehen noch aus. Daher betont diese Übersichtsarbeit die praktischen Anwendungen und die Machbarkeit von Biokohle bei der NO₃-Entfernung durch die Behandlung natürlich kontaminierter Boden- und Wasserumgebungen.

Im Allgemeinen besitzt modifizierte oder technisch hergestellte Biochar (mit physikalischer oder chemischer Aktivierung) eine höhere Adsorptionsleistung als frische, unveränderte Biochar. Zum Beispiel zeigte Lanthan-gekoppelte kationische tensidmodifizierte Biochar in Festbettsäulenstudien eine maximale NO₃-Entfernungskapazität von 18,99 mg g^-1.

Bei der Verwendung als Bodenverbesserungsmittel (als in-situ-Anwendung) reduzierte die Einarbeitung von Biochar die Auswaschung von NO₃ in das Grundwasser, eine der Hauptquellen für Kontaminationen, erheblich. Untersuchungen an der Bodensäule zeigen, dass Pflanzenkohle aus brasilianischem Pfefferholz und Erdnussschalen die NO₃-Auswaschung in sandigen Böden um etwa 34 % reduziert.

Zitat: Kumar, R., Rahman, A., Lamba, J., Adhikari, S., & Torbert, H. A. (2025). Harnessing biochar for nitrate removal from contaminated soil and water environments: Economic implications, practical feasibility, and future perspectives. Biochar, 7(94).

Biochar bietet doppelten Nutzen für eine nachhaltige Tierhaltung, die gleichzeitig die Tiergesundheit verbessert und die Umweltbelastung reduziert. Studien zeigen, dass eine Futter-Ergänzung mit Biochar die enterischen Methanemissionen bei Wiederkäuern um bis zu 22 % senken und die Körpermasse von Mutterschafen um 8,1 % verbessern kann, was auf das Potenzial zur Senkung der Futterkosten und des Treibhausgas-Fußabdrucks hinweist.

Zitat: Kazemi, M. (2025).  Biochar in Animal Agriculture: Enhancing Health, Efficiency and Environmental Sustainability. Veterinary Medicine and Science, 11(3), e70629.

Am 17.9.2025 unterhielten sich 4 Experten aus Wissenschaft und Praxis unter der Moderation von Thomas Lewis über das Thema: „Kann Pflanzenkohle den Klimawandel mindern und den Boden verbessern?“

In dem Talk wird der Lebenszyklus der Kohle von Herstellung bis hin zu ihren Einsatzmöglichkeiten diskutiert. Schlüsselfragen, mögliche Missverständnisse und konkrete Einwände werden ebenso beleuchtet wie die Frage nach der Bezugsquelle der Rohstoffe, nach den Akteuren und nach der Finanzierung sowie die zentrale Frage nach der Wirksamkeit.

Die Aufzeichnung des Talks kann ab sofort abgerufen werden:

Die Verschwendung von Nährstoffen aus Exkrementen und Lebensmittelabfällen auf der einen Seite und das Fehlen der für die Pflanzenproduktion benötigten Nährstoffen auf der anderen Seite hat zu globaler Umweltverschmutzung, einem unverhältnismäßigen Energiebedarf und Nährstoffverlusten geführt. Diese Studie untersucht, welche Rolle Biochar bei der Umwandlung von Nährstoffen aus Rückständen, insbesondere Exkrementen, die eine Umweltbelastung darstellen, in Düngemittel für den Anbau von Nutzpflanzen spielen kann. Zum Beispiel würde N-Dünger aus menschlichen Fäkalien nur etwa 2 % (2,0 bis 2,4 Tg N pro Jahr) der aktuellen globalen N-Anwendung erzeugen, während die Einbeziehung von Urin diesen Anteil auf 16 bis 17 % (15,7 bis 16,9 Tg N pro Jahr) erhöhen könnte.

Zitat:

Lehmann, J. et al.: Biochar in the circular bionutrient economy. PNAS 122 (33), e2503668122 (2025).

IBI (International Biochar Initiative) gibt einen Überblick über die im letzten Jahr erzielten Fortschritte bei der Skalierung der Biochar-Industrie, über abgehaltene Ausbildungs- und Trainingskurse sowie organisierte Veranstaltungen.

Eine neue Studie ergab, dass eine 5%ige Beimischung von Klärschlammkohle zu Beton das Treibhauspotenzial um 33% reduzierte und eine Druckfestigkeit von 32 MPa erreichte, vergleichbar mit einer Kontrollmischung mit 100% Zement. Diese nachhaltige Alternative verwandelte Klärschlamm von einem Abfallprodukt in eine wertvolle Ressource für das Bauen.

Diese Studie führte einen neuartigen Bewertungsrahmen ein, indem sie die Eigenschaften von Biochar-Beton, Kriterien der Ökobilanz (LCA) und wirtschaftliche Überlegungen mit der Erreichung der Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) verband.

Zitat:

Mekky, K. M., Nasr, M., Sharobim, K., Fujii, M., & Ibrahim, M. G. (2025). Sludge valorization towards sustainable concrete: a biochar-based framework integrating life cycle assessment, and socio-economic impacts. Innovative Infrastructure Solutions, 10(413), 1–14.