Pflanzenkohle ist eine vielversprechende Negativemissionstechnologie (NET) und hat sich als vielseitiger Zuschlagstoff für Böden und Substrate als vorteilhaft erwiesen. Die Wirkung von Pflanzenkohlekompost und Pflanzenkohlesubstrate auf das Auswaschungsverhalten von Nähr- und Schadstoffen sowie auf die Wasserspeicherung in Böden wurde bisher nahezu nicht untersucht. Die vorliegende Dissertation setzt an dieser Stelle an und untersucht die Effekte von Pflanzenkohlen auf das Elutionsverhalten von Nähr- und Schadstoffen aus Komposten, Pflanzsubstraten und Böden im Bereich des Gartenbaus und der Landwirtschaft, auf Konversionsflächen sowie im urbanen Bereich der gemäßigten Klimazone. Proben- sowie methodenübergreifend (Schüttel- und Säulenperkolationsverfahren) betrachtet, führt die Co-Kompostierung von Pflanzenkohle i.d.R. zu einer Reduzierung der Nährstofffreisetzung sowohl aus frisch hergestellten als auch gealterten (gelagerten) Komposten. So wird die Auswaschung von Nitrat um 22 %, Phosphor um 20 %, Kalium um 5 %, Magnesium um 9 %, Calcium um 21 % und Schwefel um 2 % verringert. Im Falle von Nitrat, Phosphor und Magnesium zeigen 75 % der Materialien eine Verringerung der Auswaschung dieser Nährstoffe. Zudem konnte eine effektive Reduzierung des Torfeinsatzes durch die Anwendung pflanzenkohlebasierter spezifischer Pflanzsubstrate für Pflanzen verschiedener Klimazonen umgesetzt werden. Der in Parzellenversuchen untersuchte Effekt von Pflanzenkohle und Pflanzenkohlesubstrat-Einmischungen auf die Auswaschung aller 16 Einzel-PAK nach EPA ist vor allem bei den höhermolekularen PAK deutlich zu erkennen. Hier werden durchgängig Reduzierungen der PAK-Freisetzungen um bis zu 90 % gegenüber dem Kontrollboden beobachtet, oftmals sogar statistisch hochsignifikant. Im Tierpark Berlin-Friedrichsfelde angelegte Lysimeterversuche mit einer Versuchsdauer von 1.156 Tagen untersuchten den Effekt von Kompost, Pflanzenkohlekompost und Pflanzenkohle auf die Wasserspeicherung sowie das dynamische Freisetzungsverhalten von Makronährstoffen und Kupfer sowie Zink aus einem typischen bauschuttreichen urbanen Boden unter Freilandbedingungen. Die Zugabe von Kompost (mit/ohne Pflanzenkohle) führt zu einer signifikanten Verringerung der Sickerwassermengen, zu einer Erhöhung des pH-Wertes und der organischen Substanz sowie zu einer Verringerung der Rohdichte in den Lysimetern. Die Anwendung co-kompostierter Pflanzenkohle zeigt die besten Ergebnisse, alle ausgetragenen Frachten an Anionen und Kationen sowie der TOC-Austrag werden signifikant reduziert. Zusammenfassend kann hinsichtlich eines Einsparpotenzials von Gießwasser und Düngemittel, einer Reduzierung von Nährstoff- und PAK-Auswaschungen sowie einer Verringerung der Kupfer- und Zink-Frachten eindeutig die Anwendung von co-kompostierter Pflanzenkohle sowohl im Gartenbau, im urbanen Bereich als auch bei der Sanierung von kontaminierten Böden empfohlen werden. Das Zusammenwirken von organischem Material und co-kompostierter Pflanzenkohle zeigt die vielversprechendsten Ergebnisse hinsichtlich einer Steigerung des Umweltentlastungspotenzials durch die Reduzierung der Gefahr der Auswaschung von Nähr- und Schadstoffen in Richtung Grundwasser.
Biochar is a promising negative emission technology (NET) and has proven beneficial as a multifaceted additive for soils and substrates. The effect of biochar compost and biochar substrates on the leaching behavior of nutrients and pollutants as well as on water storage in soils has hardly been investigated to date. This dissertation addresses this point and examines the effects of biochar on the leaching behavior of nutrients and pollutants from composts, planting substrates and soils in the scope of horticulture and agriculture, on conversion areas and in urban areas in the temperate climate zone. When viewed across samples and methods (batch and column percolation tests), co-composting of biochar usually leads to a reduction in nutrient release from both freshly produced and aged (stored) composts. The leaching of nitrate is reduced by 22%, phosphorus by 20%, potassium by 5%, magnesium by 9%, calcium by 21% and sulfur by 2%. In the case of nitrate, phosphorus and magnesium, 75% of the materials show a reduction in leaching of these nutrients. In addition, an effective reduction in the use of peat could be achieved through applying biochar-based specific planting substrates for plants in different climate zones. The effect of biochar and biochar substrate mixtures on the leaching of all 16 individual PAHs according to EPA, which was examined in plot experiments, can be clearly seen, especially for the higher molecular weight PAHs. Here, reductions in PAH releases of up to 90% compared to the control soil are consistently observed, often even statistically highly significant. Lysimeter tests set up at the Berlin-Friedrichsfelde Zoo with a test duration of 1,156 days examined the effect of compost, biochar compost and biochar on water storage as well as the dynamic release behavior of macronutrients and copper and zinc from a typical urban soil rich in building debris under field conditions. The addition of compost (with/without biochar) leads to a significant reduction in the amount of leachate, an increase in the pH and organic matter as well as a reduction in the bulk density in the lysimeters. The use of co-composted biochar shows the best results; all discharged loads of anions and cations as well as the TOC discharge are significantly reduced. In summary, with regard to the potential for saving irrigation water and fertilizers, reducing nutrient and PAH leaching and reducing copper and zinc loads, the use of co-composted biochar can clearly be recommended in horticulture, urban areas and in the remediation of contaminated soils are recommended. The interaction of organic material and co-composted biochar shows the most promising results in terms of increasing the environmental relief potential by reducing the risk of nutrients and pollutants leaching into groundwater.
