Das Projekt CarboTip zielt auf die Entwicklung eines emissionsarmen und umweltfreundlichen Abfallmanagements im Tierpark Berlin durch Nutzung der Pflanzenkohletechnologie ab.

Der Tierpark Berlin ist mit einer Fläche von 160 ha der größte Landschaftstiergarten Europas, mit einem hohen Aufkommen an organischen Abfallstoffen wie Mist, Laub, Holz und Grünschnitt, die bisher weitestgehend entsorgt werden. Ziel des Forschungsprojektes CarboTIP war es, u. a. zu untersuchen, wie die Pflanzenkohle-Technologie die CO₂-Bilanz des Abfallmanage-ments im Tierpark verändern würde bzw. könnte. Als Grundlage diente die Analyse der Abfallströme im TIP und einer theoretischen Kreislaufschließung im Sinne einer CO₂-Einsparung und Wertschöpfung der Abfallstoffe. Dabei wurde die Herstellung von PK mit Laub und Stroh(Festmist)abfällen und die Wirkungen von PK auf die Festmistkompostierung untersucht und bewertet. Mit dem hergestellten PK-Kompost wurden hinsichtlich einer gärtnerischen Anwendung Parzellen- und Lysimeterversuche durchgeführt. Neben der technischen und betriebswirtschaftlichen Betrachtung, wurde besonders die Klimawirkung (CO₂-Bilanz) der Implementierung dieser Technologie im TIP analysiert.

Im Tierpark können vor allem Laub, Teile des Festmists sowie Ast- und Stammholz für die PK-Herstellung genutzt werden. Laub und Festmist wurden näher untersucht und die Eignung zur Karbonisierung überprüft. Nach einer Aufbereitung der Biomassen mittels Siebung, Zerkleinerung und Pelletierung wurden verschiedene Karbonisierungsversuche durchgeführt. In Abhängigkeit zum Anteil an mineralischen Komponenten (25 % und 15 % Verschmutzungsgrad) und der Karbonisierungstemperatur (350 °C, 550 °C, 750 °C und 900 °C) konnten unterschiedliche Pflanzenkohlen gewonnen werden, die den Ansprüchen des Europäischen Pflanzenkohle-zertifikats entsprechen und stabil Kohlenstoff speichern.

Die nicht zur Karbonisierung nutzbaren Festmist- und Grünschnittbestandteile wurden hinsichtlich ihrer Kompostierbarkeit mit Pflanzenkohle in einer offenen Mietenkompostierung untersucht. Nach dem Ansetzen der Kompostmieten erreichten alle Varianten innerhalb von 4 Tagen die Phase der Heißrotte. Der Einfluss der Pflanzenkohle auf den Kompostierungsprozess war teilweise signifikant und zeigte vor allem eine Reduzierung der Emission von Methan und Schwefelwasserstoff durch die Verbesserung des Rottemilieus während der Intensivrotte. Die Versuche zeigten ebenfalls eine Verringerung der Mineralisierung von organischer Substanz im Kompost unter Beisein von Pflanzenkohle. In Laborstudien zeigte dabei die Variante mit der höchsten Karbonisierungstemperatur (950 °C) den größten Minderungseffekt, was unter anderem auf die zunehmende innere Oberfläche der PK bei ansteigender Karbonisierungstemperatur zurückzuführen ist.

Der hergestellte Kompost (mit und ohne PK) und Pflanzenkohlen mit unterschiedlich großen Oberflächen wurden in Pflanzversuchen (Gefäß-, Parzellen und Lysimetern) eingesetzt und auf ihre Umwelteffekte hin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die hergestellten Komposte und die Pflanzenkohlen eine positive Wirkung auf das längerfristige Nachlieferungs-vermögen an pflanzenverfügbarem Phosphor und Kalium haben. Der Stickstoff ist, in Abhängigkeit des Substrates/Bodens, eingesetzten Komposte und Pflanzenkohlen, nicht in diesem Maße für die Pflanzen verfügbar und es Bedarf tlw. einer Ergänzungsdüngung. Durch das Einbringen der organischen Substanz wurde das C/N-Verhältnis erhöht. Die Erhöhung der pH-Werte mit der Einbringung der Komposte und Pflanzenkohlen wirkte sich positiv auf die Schwermetallimmobilisierung von Zink und Kuper aus, was in einer geringeren SM-Aufnahme in Pflanzen resultiert.

Anhand von Pflanzenverträglichkeitstest konnte gezeigt werden, welchen Einfluss die Lagerung der Komposte auf das Pflanzenwachstum sowie die positive Wirkung von Pflanzenkohle auf die Keimrate und das Wurzellängenwachstum hat. Generell sind die Pflanzen mit Kompost und Pflanzenkohlekompost in allen durchgeführten Versuchen besser gewachsen.

Um die Wirkung von Pflanzenkohle auf das Freisetzungsverhalten von Nähr- und Schadstoffen zu bestimmen, wurden verschiedene Untersuchen im Labor (Elutionsversuche) und Freiland (Lysimeterversuche) durchgeführt. Dabei wurden Komposte und Pflanzenkohle-komposte sowie pure Pflanzenkohlen in verschiedene Matrices eingemischt und angewendet. Ein deutlicher Effekt der Anwendung von Pflanzenkohle und auch Pflanzenkohlekompost ist die signifikante Erhöhung der Wasserhaltefähigkeit und Verringerung von Sickerwasser-mengen, in Verbindung mit einem starken Biomassezuwachs. In den Lysimeterversuchen wurden Reduzierungen der Sickerwassermengen von 66 – 83 % gegenüber des Kontroll-bodens ermittelt. Durch die Verringerung an Sickerwassermengen kommt es zu reduzierten Nährstofffrachten von Nitrat, Phosphor, Kalium und Schwefel, d. h. die Auswaschung dieser Nährstoffe Richtung Grundwasser wird vermindert und sie stehen der Pflanze zur Aufnahme länger zur Verfügung. Darüber hinaus werden die ausgetragenen Frachten an Schwermetallen wie Kupfer und Zink reduziert, was einen Beitrag zum Grundwasserschutz bedeutet.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Anwendung von PK, im optimalsten Fall Co-kompostiert in PK-Kompost, in nahezu allen Leaching-Versuchen einen Effekt auf die Freisetzung von Nähstoffen wie Nitrat, Phosphor und Kalium sowie Schwermetalle wie Kupfer und Zink zeigt. In der Regel werden dabei die Konzentrationen im Sickerwasser oder Eluat verringert und ein Austrag vermindert.

Abhängig von den jeweiligen Standortvoraussetzungen, z. B. geringe Wasserspeicher-fähigkeit, hohe Nährstoffverluste und hohe Salzfrachten oder geringe Gehalte an organischer Substanz und hohe Gehalte an Schwermetallen, lassen sich Substrate auf Pflanzenkohlebasis gezielt einsetzen. Neben zahlreichen Effekten hinsichtlich der Verbesserung der Boden- und Substratqualität kann somit ein wichtiger Beitrag zur Verringerung des Wasser- und Düngemittelbedarfs sowie zur Erhöhung des Grundwasserschutzes geleistet werden.

Die Herstellung und Anwendung von Pflanzenkohle könnte im Tierpark, durch eine Reduzierung der Entsorgung, der Nutzung der Prozesswärme der Karbonisierung zur Gebäudeheizung, bei gleichzeitiger Reduzierung des Erdgasverbrauches, sowie der stabilen Speicherung von Kohlenstoff, die CO₂-Bilanz um 850 bis 1.750 Mg CO_2eq verringern. In Abhängigkeit zur Menge an für die Karbonisierung nutzbarer Biomasse bzw. der Anlagengröße ist die nutzbare Wärmeenergie und die hergestellte Pflanzenkohle für die Bilanz ausschlaggebend. In der größten betrachteten Karbonisierungsanlage können durch die Wärmebereitstellung ca. 870 Mg CO_2eq durch die Substitution von Erdgas und 800 Mg CO₂ durch die Fixierung von Kohlenstoff in der PK eingespart werden (Ergebnis Gutschrift minus Lastschrift PK-Herstellung).