Konversion von Bioreststoffmassen zu industriellen Ausgangsstoffen und Bodenverbesserern am Beispiel von Gärresten und Bagasse aus Brasilien

In den vergangenen Jahrzehnten hat der stetig voranschreitende Klimawandel globale Auswirkungen sowohl auf die unterschiedlichen Ökosysteme weltweit, als auch auf das menschliche Dasein. So sorgt er in Kombination mit einer intensivierten Landwirtschaft für eine globale Verschlechterung der Böden. Dies sorgt dafür, dass aktuell große Flächen landwirtschaftlich genutzter Böden akut von Desertifikation bedroht sind und mitunter nicht mehr vollumfänglich für den Anbau von Nutzpflanzen geeignet sind. Dies zeigt vor dem Hintergrund einer immer noch wachsenden Weltbevölkerung und dem damit verbundenen steigenden Nahrungsbedarf die Wichtigkeit der Erforschung von Maßnahmen zur Eindämmung dieser Entwicklung auf. Eine Möglichkeit zur präventiven Verbesserung der Böden stellt das Einbringen von Zusatzstoffen gemeinsam mit der standardmäßig durchgeführten Düngung dar. Hierdurch können unterschiedliche Eigenschaften wie z. B. die Wasseraufnahmekapazität, das Kationenaustauschpotenzial sowie der strukturelle Aufbau der Böden positiv beeinflusst werden. Als möglicher Einsatzstoff wird im Zuge der hier vorliegenden Arbeit Kohlenstoff betrachtet. Durch das Einbringen von Kohlenstoff in den Boden können mehrere positive Effekte generiert werden. Neben einer Verbesserung der Bodenqualität verbunden mit einer Steigerung der landwirtschaftlichen Erträge kann zusätzlich durch die Einbringung des biogenen Kohlenstoffs eine Sequestrierung, also eine permanente Einlagerung des CO2 auf dem Feld erreicht werden. Dieser Kohlenstoff wurde zuvor durch die zugrundeliegenden Pflanzen als CO2 via Photosynthese aus der Atmosphäre entnommen. Um die effiziente Einbringung des Kohlenstoffs in relevanten Mengen umsetzen zu können, ist es zuvor nötig, diesen in eine umschlag- und einsatzfähige Form zu überführen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit sind Untersuchungen zur Nutzbarmachung biogener Reststoffe für eine anschließende landwirtschaftliche Verwertung. Die Untersuchungen werden mit den beiden biogenen Reststoffen Zuckerrohrbagasse und Gärresten aus der Biogaserzeugung durchgeführt. Bei Bagasse handelt es sich um einen faserigen Reststoff, der bei der Verarbeitung des Zuckerrohrs hin zum Zucker anfällt. Hierfür wurden die betrachteten biogenen Reststoffe zunächst einer Pyrolyse unterzogen. Dabei wurden die Pyrolysen bei 600, 700 und 800 °C durchgeführt. Die resultierenden Biokokse wurden im Anschluss gemahlen und mit unterschiedlichen Bindemittelkombinationen versetzt um hiermit abschließend Agglomerate herzustellen. Diese wurden dann auf ihre mechanischen Eigenschaften hin untersucht. Im Vorfeld wurden darüber hinaus die eingesetzten Biokokse mit Blick auf ihre chemischen Eigenschaften hin charakterisiert, um die theoretische Eignung für eine landwirtschaftliche Nutzung sicherzustellen. Auf Basis der durchgeführten Untersuchungen konnte die Bindemittelkombination aus Melasse und Löschkalk als eine gute Möglichkeit zur Herstellung umschlagfähiger Agglomerate identifiziert werden. Mittels dieser Bindemittelkombination konnten sowohl mit allen Bagassekoksen als auch allen Gärrestekoksen entsprechende Briketts hergestellt werden. Eine nähere Betrachtung der hergestellten Agglomerate zeigt darüber hinaus, dass die Pyrolysetemperatur der eingesetzten Kokse einen relevanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Agglomerate hat. Insgesamt konnten innerhalb dieser Arbeit Rezepturen entwickelt werden, die die Basis für einen landwirtschaftlichen Einsatz der verschiedenen Biomassen liefern können.