Vom Baum zum Torfersatz - Analyse und Optimierung der Herstellungskette von Holzfaserstoffen

Motivation und Zielsetzung

Die Torfminderungsstrategie der Bundesregierung verlangt bis 2030 eine möglichst weitgehende Reduzierung des Torfanteils sowohl in Kultursubstraten für den Erwerbsgartenbau als auch in Blumenerden für den Freizeitgartenbau. Der derzeit neben Grüngutkompost wichtigste Torfersatzstoff ist – mit stark steigender Tendenz – Holzfaser. Allerdings ist der Anteil von Holzfasern im Substrat derzeit auf Grund ihres instabilen Stickstoffhaushalts auf maximal 20 bis 40 Vol.-% begrenzt, da ansonsten die bedarfsgerechte Stickstoffversorgung der Pflanzen nicht gewährleistet und damit die Kultursicherheit gefährdet ist.

Übergeordnetes Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch eine veränderte Prozessführung qualitativ hochwertige Holzfaserstoffe gleichbleibender Qualität herzustellen, bei denen die Stickstoffimmobilisierung auf ein Minimum reduziert oder zumindest durch geringe Schwankungen besser kalkulierbar ist. Dadurch würde das Kulturrisiko maßgeblich verringert und es könnten demzufolge erheblich höhere Anteile an Holzfaserstoffen in Kultursubstraten und Blumenerden eingesetzt werden. Neben der Schonung der endlichen Ressource Torf gäbe dies Substratherstellern deutlich mehr Sicherheit bei der Entscheidung in eine entsprechende Auffaserungstechnik zu investieren.

Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, das zurzeit eingesetzte Verfahren zur Überprüfung des Stickstoffhaushalts von Holzfaserstoffen zu optimieren oder durch eine neue Methode zu ersetzen. Im Vordergrund steht dabei eine Verringerung des Zeit- und Arbeitsaufwands sowie eine Erhöhung der Aussagekraft der Ergebnisse.

Holzfasern

Unterschiedlich hergestellte Holzfasern

Vorgehensweise

Um das grundlegende Wissen bezüglich der Herstellung von Holzfaserstoffen zu erweitern, soll der gesamte Produktionsprozess systematisch betrachtet werden: beginnend bei der Auswahl der in Frage kommenden Hölzer, deren Aufbereitung zu Hackschnitzeln, den möglichen Auffaserungstechniken mit Variation der dabei einstellbaren Parameter bis hin zum gebrauchsfertigen Substratausgangsstoff. Der Einfluss der einzelnen Produktionsschritte auf pflanzenbaulich relevante chemische, biologische und physikalische Eigenschaften der produzierten Holzfaserstoffe wird umfassend laboranalytisch untersucht. Des Weiteren erfolgt eine Evaluierung der Eignung als Substratausgangsstoff in pflanzenbaulichen Exaktversuchen und unter Praxisbedingungen in Gartenbaubetrieben.

Das Forschungsprojekt wird von der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) in Kooperation mit der Technischen Hochschule Rosenheim (Gesamtprojektleitung) und der Klasmann-Deilmann GmbH, dem führenden Hersteller von Kultursubstraten durchgeführt. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit wird eine wissenschaftlich fundierte Basis für die Herstellung von Holzfaserstoffen als Torfersatz erarbeitet, die nicht nur eine Analyse und Optimierung der Herstellungskette von Holzfaserstoffen unter pflanzenbaulichen Gesichtspunkten, sondern auch im Hinblick auf ökologische und ökonomische Aspekte ermöglicht.

Keimpflanzentest

Wachstumstest mit Chinakohl in unterschiedlichen Holzfasern zur Bilanzierung ihrer N-Immobilisierung

Wissenschaftliche Poster

New approaches to assess stability of wood fiber

Beuth, E.; Schreiner, M.; Lohr, D.; Meinken, E. (2022)

31. International Horticultural Congress (IHC2022); International symposium on innovative technologies and production strategies for sustainable controlled environment horticulture.

 

In the wake of the decarbonisation of the entire economy, the use of peat in horticulture is under increasing pressure. In Germany, wood fibre is by far the most important substitute in growing media for professional horticulture. However, due to readily microbial degradability and a wide C:N ratio, nitrogen immobilization is a major problem of wood fibre products and considerably limits their use. Concurrently, stability of wood fibre is assessed by incubation experiments in which the change of mineral nitrogen is measured. However, these experiments have three shortcomings: First, they are quite labour and time-consuming as incubation period is up to 21 days. Second, if long-term fertilizers – especially urea-aldehyde condensation products – are applied by the manufacturer, the experiments only provide information about the stability of the N balance, but not about the stability of the material itself. Third, comparability and repeatability of the incubation experiments are rather poor. To overcome these shortcomings new approaches to evaluate stability of wood fibre were tested.

The setup of the first approach is similar to the currently used incubation experiments. However, the incubation period is only five days and additionally to change in mineral nitrogen from the beginning to the end of the experiment, carbon mineralization is analysed continuously by Oxitop®-C measuring heads. The second approach focusses on the characterization of readily decomposable nitrogen and carbon fractions in the wood fibre. On the one hand, hydrolysable nitrogen and carbon is measured and on the other hand, a stepwise thermal fractionation of carbon under pyrolytic conditions is done.

The results of the two approaches are compared to nitrogen immobilization measured in common incubation experiments and further validated by nitrogen balances deduced form short-term pot experiments with Chinese cabbage.

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Verbundprojektleitung

Prof. Dr. Andreas Michanickl
Technische Hochschule Rosenheim

Teilprojektleitung


Projektbearbeitung


Projektmitwirkung

Prof. Dr. Elke Meinken

Projektmitwirkung extern

Robert Famers
Andritz Fiedler GmbH

Dr, Sebastian Kipp
Klasmann-Deilmann GmbH

Projektdauer

01.07.2021 - 30.06.2024

Projektpartner

Projektträger

Projektförderung

Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe des BMEL

Förderkennzeichen 2220MT004B