Kategorie: Publikationen

Traditionell ist Ruß (CB) der vorherrschende verstärkende Füllstoff in Gummiverbundwerkstoffen. Diese Präferenz ist auf die überlegenen mechanischen Eigenschaften von CB zurückzuführen, die sich aus seiner einzigartigen Struktur auf hoher Kohlenstoffbasis und seiner hohen Reinheit ergeben. Die Herstellung von CB ist jedoch energieintensiv, birgt erhebliche Gesundheitsrisiken und ist umweltschädlich, da erhebliche Mengen an CO₂ freigesetzt werden. Folglich besteht ein wachsendes Interesse daran, nachhaltige Alternativen zu CB zu finden. Biochar (BC), ein weiterer kohlenstoffreicher Feststoff, der durch die Pyrolyse von Biomasse unter Sauerstofflimitierung hergestellt wird, wird weiterhin als vielversprechender, umweltfreundlicher und kostengünstiger Verstärkungsfüllstoff für Gummiverbundwerkstoffe untersucht. BC weist eine hohe Oberfläche, Stabilität und einen hohen Kohlenstoffgehalt auf, was es zu einem Anwärter auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Gummi macht. Für die Herstellung von BC wurden verschiedene Biomassematerialien verwendet, darunter Reishülsen, Maiskolben, Nussschalen, Getreideschalen und Palmkernschalen, wobei ihr Verstärkungspotenzial von den Produktionsbedingungen und der Art des Ausgangsmaterials beeinflusst wird. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Variation des Ausgangsmaterials und des Produktionsprotokolls Biochar mit unterschiedlichen Zusammensetzungs- und morphologischen Merkmalen zur Folge hat, was sich nachteilig auf die Eigenschaften des endgültigen Vulkanisats auswirken kann. Daher ist es wichtig, die maßgeblichen Faktoren zu verstehen, die die Leistung von BC in Gummiverbundwerkstoffen optimieren. Während BC zunehmend als vielversprechender Ersatz für CB als Verstärkungsfüller angesehen wird, fehlt eine detaillierte Bewertung seiner Verstärkungsfähigkeiten. In dieser Übersichtsarbeit wird die Eignung von BC als Alternative zu CB oder als teilweiser Ersatz von CB untersucht, wobei seine Umweltvorteile und seine Wirksamkeit bei Anwendungen von Gummiverbundwerkstoffen hervorgehoben werden. Die rheologischen und mechanischen Eigenschaften von BC-integrierten Gummiverbundwerkstoffen erreichten nicht die Standards von CB. Eine Mischung aus BC und CB, die den CB-Gehalt teilweise ersetzte, zeigte jedoch vielversprechende Ergebnisse. Daher sind weitere Studien erforderlich, um optimale Eigenschaften für BC zu finden, die in die Gummimatrix eingebaut werden können, um CB zu ersetzen.

Zitat:

Karunanayake, L. et al.: Role and potential of biochar as a sustainable alternative reinforcing filler to carbon black in rubber composites. Biochar 7(60), 2025

Die Rückgewinnung von Ressourcen aus der Abwasserbehandlung ist eine Komponente des nachhaltigen Umweltmanagements. Gereinigtes Abwasser (TWW) stellt nicht nur als Bewässerungswasser eine vielversprechende Möglichkeit dar, sondern auch als Quelle für Nährstoffe, die mit Adsorptionsmaterialien wie Biochar und Zeolith zurückgewonnen werden können. Diese Materialien adsorbieren effizient Phosphat bzw. Ammonium aus dem Abwasser und können, sobald sie angereichert sind, als Bodendünger dienen. In dieser Studie wurde der Einfluss von PO₄-angereicherter Biochar und NH₄-angereichertem Zeolith und die Bewässerung mit behandeltem Abwasser (TWW) auf die Bodenfruchtbarkeit und das Wachstum von Tomatenpflanzen durch ein Topfexperiment untersucht. Die TWW-Bewässerung, sowohl mit als auch ohne angereicherte Zusätze, verbesserte den Gesamt-N des Bodens und den verfügbaren P um 22 bzw. 15 %, erhöhte jedoch den Salzgehalt des Bodens, was sich in einem Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit um 27 % zeigt. Angereicherte und natürliche Biochar und Zeolith milderten jedoch effektiv den Salzeffekt, förderten eine salztolerantere mikrobielle Gemeinschaft und erhöhten den Kohlenstoffgehalt der mikrobiellen Biomasse. Diese Ergebnisse unterstützen die integrierte Verwendung von TWW mit nährstoffangereicherten Zusätzen, um den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft im Wassersektor zu unterstützen.

Zitat:

 Paliaga, S., Muscarella, S. M., Alduina, R., Badalucco, L., Bulacio Fischer, P. T., Di Leto, Y., … & Laudicina, V. A. (2025). The effects of enriched biochar and zeolite and treated wastewater irrigation on soil fertility and tomato growth. Journal of Environmental Management, 380, 124990.  

Foto: PivotIrrigationOnCotton.jpg

In der Landwirtschaft kann das Vorhandensein von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) in rezykliertem Wasser eine Bedrohung für bewässerte Kulturen und die menschliche Nahrungskette darstellen. Biochar stellt potenziell einen kostengünstigen und umweltfreundlichen Ansatz dar, um PFAS aus rezykliertem Wasser durch Adsorption zu entfernen. Die Identifizierung der wichtigsten Eigenschaften von Biochar, die für die erfolgreiche Adsorption von lang- und kurzkettigen PFAS verantwortlich sind, sowie die Entwicklung von Vorhersagemodellen sind entscheidend, um das Potenzial von Biochar zur Sanierung von PFAS in der Landwirtschaft zu identifizieren. In dieser Arbeit wurde eine systematische und umfassende Bewertung von 17 physikalisch-chemischen Eigenschaften von 24 Biochars durchgeführt, um die Hauptfaktoren zu bestimmen, welche die PFAS-Entfernung aus dem Wasser beeinflussen. Es wurden Batch-Studien durchgeführt und Hauptkomponentenanalysen sowie Korrelationsstudien verwendet, um jene Faktoren zu bestimmen, die die PFAS-Entfernung beeinflussen. Verschiedene Parameter hatten Einfluss auf die Entfernung von lang- und kurzkettigen PFAS (Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis, spezifische Oberfläche. Unter Verwendung dieser 24 Biochars als Trainingsdatensatz wurden lineare Modelle erstellt, um die Entfernung ausgewählter PFAS auf der Grundlage der Eigenschaften der Biochars vorherzusagen. Diese Modelle wurden verwendet, um eine kommerzielle Kiefernholzkohle auszuwählen, die bei der Entfernung von PFOS, PFOA, PFBS, PFHxS und PFNA in verschiedenen Matrices effektiv funktionierte. Die thermische Behandlung nach der Pyrolyse erleichterte die Aufrechterhaltung des Adsorptionspotenzials über nachfolgende Zyklen hinweg und bot gleichzeitig den zusätzlichen Vorteil, dass die Entfernung des kurzkettigen Sulfonats PFBS um das Zwei- bis Fünffache erhöht wurde. Eine sorgfältige, evidenzbasierte Auswahl von Biochar mit optimalen physiochemischen Eigenschaften kann eine hervorragende Entfernung sowohl lang- als auch kurzkettiger PFAS-Verbindungen aus dem Wasser ermöglichen.

Zitat:

Ramos, P. et al.: Biochar selection for removal of perfluoroalkyl substances from reclaimed water for agricultural irrigation. Biochar 7(56), 2025 

Es wurde eine Studie durchgeführt, um den Einfluss von Biochar-Zwischenschichten auf die Dynamik und Verteilung von Wasser und Salz in salzhaltigen Ödlandböden zu untersuchen, die mit Salzmelde (Suaeda salsa; S. salsa) bewirtschaftet wurden. In drei aufeinanderfolgenden Jahren wurde ein Feldversuch mit vier Ausbringungsmengen von Biochar durchgeführt: 0 Mg/ha (CK), 15 Mg/ha (M1), 45 Mg/ha (M2) und 75 Mg/ha (M3). Die Biochar wurde gleichmäßig in einer Tiefe von 40 cm verteilt und der ursprüngliche Boden aus der 0–40 cm dicken Schicht wieder verfüllt. Die Ergebnisse zeigen, dass Biochar-Zwischenschichten die Grundwasserverdunstung reduzierten und die Salzakkumulation an der Oberfläche während der Wachstumsphase minimierten, was zu einer Verringerung des Salzgehalts des Bodens um 13 % bis 50 % in der 0 bis 40 cm Schicht führte, wobei ein bimodales Salzverteilungsmuster in 0 cm und 45 cm Tiefe beobachtet wurde. Während der Wachstumsphase verbesserte Biochar die Wasserspeicherung erheblich und reduzierte den Salzgehalt. Der Wassergehalt stieg um 0,14 %–18,92 % und der Salzgehalt sank um 24,51 %–36,64 % innerhalb der 0–40 cm tiefen Bodenschicht, wobei sich das Salz in 40–60 cm Tiefe ansammelte. Das Wurzelsystem von S. salsa nutzte Wasser und Salz aus der Biochar-Zwischenschicht, was zu einem deutlichen Anstieg des Salzgehalts in den Pflanzenorganen führte. Die Ausbeute von S. salsa verbesserte sich um 22 % – 66 % und die Salzabsorptionseffizienz stieg um 31 % – 85 %. Übermäßige Ausbringung von Biochar kann jedoch die Entsalzung des Oberflächenbodens behindern und das Risiko einer Sekundärversalzung bergen. Daher wird eine moderate Ausbringungsmenge von 45 Mg/ha für eine effektive Wasserrückhaltung und Salzunterdrückung in salzhaltigem Ödland empfohlen.

Zitat:

 Xu, Q., Xu, Y., Xia, H., Han, H., Li, M., Gong, P., Wang, C., Li, Y., Li, P., & Liu, H. (2025). Mitigation of soil salinity by biochar and halophytes. Geoderma, 454, 117191

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Die Salzlandwirtschaft ist eine mögliche Lösung für die Produktion von Nahrungsmitteln auf salzbelasteten Böden mit Salzwasser zur Bewässerung. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen der Anwendung verschiedener Arten und Mengen von Biochar auf salzhaltige Böden unter Bewässerung mit salzhaltigem Wasser auf Indikatoren für Bodenqualität, Wachstumsparameter und Ertrag von Rucola (Garten-Senfrauke) zu untersuchen. Vier Arten von Biochar wurden in den Töpfen in Mengen von 1 %, 3 % und 5 % (w/w) auf den Boden in den Töpfen ausgebracht: Bananenblatt-Biochar (BLB), Reisstroh-Biochar (RSB), Sorghumstiel-Biochar (SSB) und Holzspäne-Biochar (WCB). Dieser Topfversuch wurde mit Rucola unter Bewässerung mit Salzwasser (6,2 dS m^{− 1}) kultiviert. Die Kationenaustauschkapazität, der insgesamt verfügbare Stickstoff und das verfügbare Kalium stiegen im Vergleich zur Kontrollbehandlung (unveränderter Boden) signifikant an. Im Vergleich zur Kontrollbehandlung verbesserte sich die frische Biomasse der Rucolapflanze signifikant um 57-146 %. Der höchste Wert an frischer Biomasse, Stickstoffaufnahme und Phosphoraufnahme der Rucolapflanzen wurde bei 3% SSB-Anwendungen beobachtet.

Zitat:

Elsaman, N.K. et al.: Comparative effects of different types and doses of biochar on soil quality indicators and arugula growth under saline conditions. Scientific Reports  15, Article number: 10046 (2025) 

Foto: pixabay.com Filmbetrachter

Wer unter einem Mangel an aktuellen Fachbüchern zum Thema Biochar leidet, dem kann geholfen werden: unsere Bücher-Liste enthält 23 Titel, welche 2024 oder 2025 herausgekommen sind oder noch 2025 herauskommen werden.

In dieser Sammlung sind Taschenbücher, gebundene Ausgaben und E-Books enthalten. Thematisch reichen die Inhalte vom Do-it-yourself-Führer für den Gartenbau über landwirtschaftliche Anwendungen für Bodenverbesserung und Klimawandel-Adaption, umwelttechnologische Anwendungen, Bodensanierung, industrielle Anwendungen wie der Einsatz in Baustoffen (Beton) bis zu den wissenschaftlichen Grundlagen der Biochar-Produktion, ‑Anwendung und ‑Wirkung.

Der Umfang der Bücher reicht vom schmalen Bändchen für die Praxis bis zum an die 1000 Seiten umfassenden Lehrbuch. Gemeinsam ist den 23 Büchern die englische Sprache. Wer deutschsprachige Biochar-Literatur aus 2024 sucht, sei auf die Biokohle-Broschüre des Fachbeirates für Bodenfruchtbarkeit und Bodenschutz im BML verwiesen:

https://info.bml.gv.at/service/publikationen/landwirtschaft/biokohle-potential-und-grenzen-der-anwendung-in-der-land-und-forstwirtschaft.html

Für den Aufbau Ihrer Biochar-Bibliothek stehen Ihnen die Buchhandlung Ihres Vertrauens und Online Plattformen (Amazon etc.) zur Verfügung. Die große Auswahl an Titeln, die nur 2024 oder 2025 veröffentlicht worden sind, lässt erahnen, um wieviel mehr Literatur es aus den Jahren zuvor gibt. Der Vollständigkeit halber soll auch auf die reichen Online-Quellen zu Biochar auf den Homepages der deutschen, schweizerischen, italienischen und österreichischen Fachverbände, des UKBRC sowie auf die  informativen Plattformen von EBI, IBI, USBI und ANZBIG hingewiesen werden (Links finden Sie unter https://oebika.com/links/) . 

Biochar, welche bei 800 °C aus Abfallholz pyrolysiert wurde, hatte für die Unterstützung von mikrobiologischen Synthesewegen zur Herstellung aromatischer Aminosäuren aus Ammonium-Stickstoff optimale Eigenschaften. Insbesondere die hohe Elektronen-Akzeptor-Kapazität einer solchen Biochar förderte die Produktion von jenen Aminosäuren, welche sich als pflanzliche Biostimulantien eignen. Das Upcycling von Ammoniak (NH₃) aus Abfällen zu Aminosäuren und abgeleiteten pflanzlichen Biostimulantien stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft und zur Abschwächung der durch bioaktive Stickstoff-Emissionen verursachten Klimaveränderungen dar.

Zitat:

Tang, Y. et al.: Waste Nitrogen Upcycling to Amino Acids during AnaerobicFermentation on Biochar: An Active Strategy for Regulating Metabolic Reducing Power. Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 20060−20072.

In dieser Übersichtsarbeit werden Faktoren, die die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Biochar beeinflussen, und deren Optimierungsmethoden sowie der Einfluss der Biochar-Zugabe auf verschiedene Zementkomposite und deren potenzielle Anwendungen analysiert. Darüber hinaus werden die jüngsten Fortschritte im Bereich des maschinellen Lernens zur Vorhersage der Eigenschaften von Verbundwerkstoffen und der umweltökonomischen Auswirkungen von Materialien überprüft. Die Fortschritte und Herausforderungen bei BC-Zement-Verbundwerkstoffen werden erörtert und mögliche Explorationsrichtungen aufgezeigt. Es wird angeregt, die lokalen Bedingungen für passende Kommerzialisierungspfade zu erforschen und Modelle des maschinellen Lernens zur Leistungsvorhersage und Lebenszyklusanalyse zu entwickeln, um so die breite Anwendung von Biochar in der Industrie und im Bauwesen zu fördern.

Zitat:

Ye, P., Guo, B., Qin, H. et al. The state-of-the-art review on biochar as green additives in cementitious composites: performance, applications, machine learning predictions, and environmental and economic implications. Biochar 7, 21 (2025). https://doi.org/10.1007/s42773-024-00423-1

Der Artikel beschreibt die Entwicklung und in-vitro-Testung eines Pflanzenkohle-basierenden Präparates durch die Pyrolyse eines Gemisches aus Weizenstroh, Aluminiumsilikaten, Eisensulfat und Zinkoxid bei 600 °C mit nachfolgender Aktivierung durch Essigsäure, Propionsäure und Kaliumnitrat.

Das Präparat wies eine große Oberfläche und hohe Konzentrationen an freien Radikalen und sauerstoffhaltigen Bindungen auf. Eine Beimischung von 6,0 % (Trockenmasse) zu einem Grasheu-Substrat reduzierten die kumulierten Gas- und Methanproduktionen nach 48 Stunden um 12,7 % bzw. 29,3 %.

Zitat:

Tahery, S., Parra, M.C., Munroe, P. et al. Developing an activated biochar-mineral supplement for reducing methane formation in anaerobic fermentation. Biochar 7, 26 (2025). https://doi.org/10.1007/s42773-024-00403-5

Foto: pixabay.com Christina9999

Dieser Marktbericht stammt zwar aus den USA zum Stand 11/2023, versucht aber einen globalen Überblick zu geben. Die globale Biochar-Marktgröße wurde für 2023 mit USD 542 Mio. und für 2024 mit USD 615 Mio. geschätzt. Für die weitere Marktentwicklung werden bis 2030 jährliche Zunahmen von ca. 14 % für realistisch gehalten. Nordamerika wird als marktdominierend mit 58 % Marktanteil am Umsatz (market revenue share) und 80 % der großen und mittelgroßen Produzenten angesehen. Der landwirtschaftliche Einsatz von Biochar dominiert mit einem Anteil von 77 %. Unter den Technologiesegmenten wird Pyrolyse mit 65 % als am wichtigsten angesehen, mit kleineren Anteilen für Vergaser- und hydrothermale Karbonisierungstechnologien.