DE102009058196A1

DE102009058196A1 - Biomasse-Kreislauf

Info

Publication number: DE102009058196A1
Application number: DE200910058196
Authority: DE
Inventors: Alexander Gastager
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011082926A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten Erzeugung von Biomasse, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man Biomasse anbaut, wobei dieser Biomasseanbau unter einer erhöhten CO₂-Konzentration in der Luft und einer Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln stattfindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur effizienten Erzeugung von Biomasse.
Wie die Untersuchungen aus Eisbohrkernen ergaben, lag die atmosphärische CO₂ Konzentration in den letzten 650 000 Jahren vor der industriellen Revolution nie höher als ca. 280 ppm. Die Flora hat sich im Laufe Ihrer Evolution daran angepasst, so dass ihr gesamter Stoffwechsel auf den gegebenen CO₂-Gehalt der Atmosphäre und der jeweils ortsgegebenen Nährstoffdynamik, optimal eingestellt arbeitet. Dieses Optimum ist jedoch nicht sehr flexibel, was einseitige Veränderungen im Gesamtnährstoffangebot betrifft. CO₂ ist letztendlich der Supermakronährstoff, da Kohlenstoff den bei weitem größten Teil der Pflanzentrockenmasse ausmacht. Nachdem der Kohlenstoff in der zweiten Phase der Photosynthese, der Dunkelreaktion, in den organischen Stoffwechsel der Pflanze eingegangen ist, werden die gebildeten Assimilate in den Stoffwechsel übernommen. Hier sind im Wesentlichen zwei Wege zu benennen. Zum einen der Kohlenhydratstoffwechsel und zum anderen der Proteinstoffwechsel.
Die beiden verschiedenen Stoffwechsel müssen möglichst aufeinander abgestimmt ablaufen, um ein gesundes Pflanzenwachstum zu garantieren. In den letzten Jahren wurden daher von wissenschaftlicher Seite, verschiedener Disziplinen viele Untersuchungen durchgeführt, um die möglichen Konsequenzen der angestiegenen und weiterhin steigenden CO₂-Konzentration der Atmosphäre, auf die Pflanzenwelt zu bestimmen. Hierbei wurden sowohl Versuche unter Labor- bzw. Gewächshausbedingungen durchgeführt, wie auch Freilandversuche, genannt: FACE (Free Air Carbondioxyd Enrichment). Die Ergebnisse zeigen, dass Pflanzen im Allgemeinen nur sehr begrenzt mit gesteigertem Wachstum auf ein erhöhtes Angebot von CO₂ reagieren. Das erhöhte Angebot von CO₂ führt zu einer einseitigen Förderung des Kohlehydrathaushaltes. Dies kann verschieden Folgen nach sich ziehen, wie Mangel verschiedener Stickstoffhaltiger Verbindungen, z. B. Proteine, oder anderer Stoffwechselstörungen, die durch ein komplexes Regulationssystem, das äußerst empfindlich auf Zucker- bzw. Stärkekonzentrationen in den Blättern reagiert, ausgelöst werden können.
Für einen optimalen Ablauf des Nährstoffhaushalts der Pflanze ist unter anderem das besonders das Verhältnis zwischen der Quelle und der Senke der gebildeten Stoffwechselprodukte von Bedeutung. Im Falle einer Anreicherung von Kohlenhydraten in den Blättern, durch künstliche CO₂-Düngung, kann die Pflanze unter normalen Bedingungen zum einen keine entsprechende Senke (Verbrauchsort) entwickeln, an der die Kohlenhydrate verwendet würden, und zum andern kann ihr Wurzelsystem nicht die adäquate Menge an den übrigen Nährstoffen nachliefern, die zu einem harmonischen Gesamtwachstum erforderlich wären. Dies betrifft vor allem den Stickstoff, was zu verschiedenen Störungen im Proteinstoffwechsel der Pflanze führt. Dies gilt sowohl für konventionelle, als auch biologische Anbausysteme. In der Praxis findet daher eine begrenzte Düngung mit CO₂ nur unter Gewächshausbedingungen mit Fließrinnen- und Topfkulturen bei Gemüsearten und Blumen statt. Da in Wasserkulturen die gesamten Wurzeln sich in einer Nährstofflösung befinden, in der die Nährstoffe gelöst und somit absolut homogen verteilt, der gesamten Wurzel zur Verfügung stehen, kann in dieser Extremsituation die Stickstoffnachlieferung geringfügig eine erhöhtes Kohlenhydratangebot ausgleichen. Dies ist jedoch nicht auf Freilandbedingungen, wie bei Acker- und Baumkulturen übertragbar, da hier die Nährstoffdynamik vollkommen anders ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Biomasse noch effizienter als bislang bekannt erzeugen zu können und dabei gleichzeitig CO₂ aus der Atmosphäre oder anderen Quellen stärker als bisher bekannt abbauen zu können.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch ein Verfahren zur effizienten Erzeugung von Biomasse, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Biomasse anbaut, wobei dieser Biomasseanbau unter einer CO₂-Konzentration von wenigstens 410 vol. ppm in der umgebenden Atmosphäre und einer Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln beides unabhängig voneinander während wenigstens der Hälfte der Anbauzeit stattfindet.
Die Ammoniumverbindungen sind vorzugsweise Ammoniumsalze und besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe wässriger Lösungen von Ammoniumsulfat, Mono-Ammoniumphosphat, Di-Ammoniumphosphat, Harnstoff-/Ammoniumsulfat-Lösung (HAS-Lösung) und/oder Ammoniumnitrat-/Harnstoff-Lösung (AH-Lösung). Die Ammoniumverbindungen werden vorzugsweise in wässriger Lösung an den Wurzeln zugegeben. Besonders bevorzugt liegt die Konzentration der Lösung in einem Bereich von 10 bis 30% N. Diese Salze haben sich überraschend als besonders geeignet herausgestellt, das Wurzelwachstum zu verstärken und den Metabolismus der Pflanze so umzustellen, dass die Pflanze leichter eine erhöhte atmosphärische Konzentration von CO₂ metabolisieren kann.
Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Konzentration in Bezug auf Volumenanteile sein, die zu wenigstens der Hälfte der gesamten Anbauzeit wenigsten 10% über der durchschnittlichen CO₂-Konzentration bei NN (in Höhe des Meeresspiegels) liegt. Momentan liegt der Volumenanteil von Kohlenstoffdioxid in der freien Atmosphäre bei NN bei etwa 380 ppm Volumenanteil (Quelle: Wikipedia).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können als Biomasse beispielsweise holzbildende Pflanzen, insbesondere Bäume oder Mais angebaut werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde überraschend gefunden, dass durch die Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln dort auch ein stark erhöhter Verbrauch an Kohlenhydraten und somit eine stark erhöhte Wirkung als Kohlenhydratsenke festgestellt werden konnte. Somit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die potentielle Senkenwirkung soweit verbessert, dass nun auch ein künstlich erhöhtes Angebot an CO₂ in dem überirdischen Teil der Biomasse problemlos methabolisiert werden kann. Zum einen ist hier der Abtransport der gebildeten Kohlenhydrate aus dem Blättern heraus optimiert, so wie auch der Transport von Stickstoffverbindungen in die Blätter hinein. Bisher ist es nämlich nicht möglich gewesen, eine Erhöhung der Versorgung mit Pflanzennährstoffen, die über die Wurzeln aufgenommen werden mit denen, die über die Blätter aufgenommen werden, zu harmonisieren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun erstmals möglich, die Pflanzdichte stark zu erhöhen, da die Reihenabstände unter normalen Bedingungen durch den gegebenen CO₂-Gehalt der Atmosphäre limitiert sind, was zu einer Steigerung der Flächennutzung führt. Die mit dem erfindungsmäßen Verfahren erzeugte Biomasse ist im Prinzip auch eine lagerfähige Energiequelle.
Bisherige Plantagensysteme für Biomasse waren nicht in der Lage, eine besonders hohe Holzproduktion zu bewirken, sondern waren darauf ausgelegt eine möglichst hohe Produktion an Blättern bzw. Früchten zu erzielen. Bei Baumplantagen konnte bislang das Stammwachstum nicht signifikant gesteigert werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde nun festgestellt, dass durch die Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln in Verbindung mit der erhöhten CO₂-Konzentration in der Atmosphäre der Cytokininhaushalt so verbessert werden kann, dass eine Stammbildung bzw. Cambiumaktivität gefördert und verstärkt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren könnten im Prinzip auch sehr unfruchtbare Gegenden in hochproduktive ”Solaranlagen” umgewandelt werden, indem dort sehr effizient Biomasse gewonnen werden kann.
Die angebaute Biomasse kann anschließend in Pellets, Brennholz, Holzchips, Holzspäne und/oder Holzmehl verarbeitet werden. Dies hat den Vorteil, dass diese Formen der Biomasse lagerbar und transportierbar sind. Besonders bevorzugt kann die Biomasse in einem Trocknungsofen auf Mikrowellenbasis getrocknet werden und anschließend in Pellets gepresst werden. Diese speziellen Pellets haben den besonderen Vorteil, dass sie in etwa den gleichen Energiegehalt wie beispielsweise Steinkohle haben.
Vorteilhafterweise wandelt man beim erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Anbau der Biomasse diese so erzeugte Biomasse durch Verbrennung in Wärmeenergie und/oder Strom um. Diese Umwandlung kann beispielsweise mit Hilfe eines Kraftwerks, insbesondere eines Kraftwerks mit CCS-Technologie (Carbon Capture Storage) geschehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Asche nach Verbrennung der Biomasse als Pflanzendünger vorteilhafterweise wieder an der Ausgangsort des Biomasseanbaus zurückgeführt werden. So entsteht ein geschlossener Kreislauf.
Beispielsweise kann man aber auch nach dem Anbau der Biomasse diese so erzeugte Biomasse zu Papier oder Baumaterialien weiterverarbeiten.
Vorzugsweise kann man nach der Verbrennung das dabei entstehende CO₂ dem Biomasseanbau zuführen und so einen geschlossenen CO₂-Kreislauf erhalten.
Wenn man nämlich ein herkömmliches Kohlekraftwerk betrachtet, so verbrennt dieses Brennstoffe, die schon vor Millionen von Jahren eigentlich sequestriert worden waren, sprich sie lagen festgebunden als Kohle in der Erde.
Durch die Verbrennung wird dann die in der Kohle gespeicherte Energie frei. Bei einem normalen Kohlenkraftwerk wird das gesamte CO₂ einfach in die Atmosphäre geblasen und damit beispielsweise der Treibhauseffekt erhöht. Ein modernes Kraftwerk mit CSS-Technologie (Carbon Capture Storage) ist in der Lage, das gesamte CO₂ aus dem Rauchgas abzufangen und zu speichern. Kurzfristig wird das CO₂-Problem so angegangen, da es zwar nicht umgehend in die Atmosphäre geblasen wird, sondern nun gespeichert in Tanks vorliegt. Es gibt bislang jedoch keine Lösung für die Endlagerung dieses gespeicherten CO₂. Es wurde auch schon von verschiedenen Forschungsgruppen in sogenannten FACE-Experimenten (Free Air Carbon Enrichment, Freiluft Kohlenstoffanreicherung) versucht, Pflanzen einem erhöhten Angebot an CO₂ auszusetzen. Unabhängig voneinander sind verschiedene Forschungsgruppen jedoch zu dem Ergebnis gekommen, dass schon eine leichte Erhöhung des CO₂-Gehaltes in der Atmosphäre normalerweise langfristig zu einer Verlangsamung des Wachstums führen kann.
Erst beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde festgestellt, dass es bei gleichzeitiger Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln und einem erhöhten CO₂-Angebot in der Atmosphäre zu einer verbesserten Stammbildung und einer effizienten Biomasseproduktion kommt. Der besondere Vorteil des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in der bevorzugten Ausführungsform der Rückführung des bei der Verbrennung entstehenden CO₂ zum Biomasseanbau ein geschlossener CO₂-Kreislauf entstehen kann.
Schon mit dem erfindungsmäßen Verfahren, aber ganz besonders mit den bevorzugten Ausführungsformen, kann ein Biobrennstoff erhalten werden, der vom Energiegehalt mit Kohle gleichgesetzt werden kann, der absolut nachhaltig angebaut werden kann und der bei weitem sauberer verbrennt als Kohle. Das bei der Verbrennung entstehende CO₂ kann vorteilhafterweise also zumindest teilweise nicht in die Atmosphäre entlassen werden, sondern kann im erfindungsgemäßen Verfahren als Rohstoff wieder eingesetzt werden. Diese Rückführung kann beim erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise mit Tanks oder mit Pipelines geschehen. Das erfindungsgemäße System kann also prinzipiell ohne CO₂-Freisetzung in die Atmosphäre durchgeführt werden. Stattdessen kann das beispielsweise bei der Verbrennung entstehende CO₂ sofort wieder beim Anbau der Biomasse eingesetzt werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform geht also das CO₂ dahin zurück, wo es hergekommen ist, nämlich zur Herstellung des Ausgangsmaterials. Der CO₂-Kreislauf ist dann geschlossen. Durch die Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln wurde nämlich überraschend gefunden, dass die Pflanzen im Unterschied zu bisherigen FACE-Experimenten dadurch eine erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre tolerieren können und sogar in ein verstärktes Wachstums des Stamms umsetzen können.
Besonders bevorzugt geschieht die Verbrennung beim erfindungsgemäßen Verfahren in einem CSS-Kraftwerk mit Oxyfuel-Verbrennung. Bei einem CSS-Kraftwerk wird nämlich alles CO₂ aus dem Rauch abgefangen und gespeichert. Mit der Oxyfuel-Technologie wird bei der Verbrennung reiner Sauerstoff verwendet, da das Hauptproblem bei der normalen Verbrennung ist, das CO₂ vom Stickstoff zu trennen.
Die bevorzugte Ausführungsform der Rückführung des bei der Verbrennung entstehenden CO₂ in den Biomasseanbau kann man sich im übertragenen Sinne wie einen Akkumulator vorstellen. Der Akkumulator im ungeladenen Zustand entspricht dem Kohlenstoff im gasförmigen Zustand als CO₂. Durch die Sonnenenergie wird über den Prozess der Photosynthese der Akkumulator dann in Form von Biomasseproduktion geladen. Der geladene Akkumulator wird dann in Form von beispielsweise Pellets zum Ort der Verbrennung transportiert. Die Verbrennung entspricht dann der Entleerung des Akkus und der Freisetzung von Energie. Der Akkumulator geht dann in den ungeladenen Zustand über. Der feste Kohlenstoff beispielsweise in organischer Form in Form von Biomasse wird dabei wieder zu gasförmigem Kohlenstoff, beispielsweise in Form von CO₂. Anschließend kann der Kreislauf wieder von vorne beginnen, in dem das CO₂ wieder an den Ort der Biomasseproduktion zurücktransportiert wird und dort wieder beispielsweise in Baumkronen eingeblasen wird.
Vorzugsweise stellt man beim erfindungsgemäßen Verfahren die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre am Hauptstamm der Pflanze in Höhe von 2/3 der Höhe der Gesamtpflanze auf wenigstens 450 ppm (Volumenanteile), insbesondere 600 ppm (Volumenanteile) bei NN (Höhe des Meeresspiegels), ganz besonders bevorzugt wenigstens 1000 ppm, während wenigstens 50% der gesamten Anbauzeit der jeweiligen Pflanze, oder, wenn die Anbauzeit länger als 100 Tage dauert, an wenigstens 50 Tagen von einem zusammenhängenden Zeitraum von 100 Tagen, ein. Die CO₂-Zuführung kann dabei beispielsweise über Schläuche in das überirdische obere Drittel der Pflanzen geschehen. Abhängig vom Wind kann vorzugsweise die CO₂-Abgabe entsprechend reguliert werden, um die Abgabe von CO₂ in die Atmosphäre zu verringern.
Vorzugsweise realisiert man die Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln durch Einbettung in Depots von Ammoniumverbindungen zwischen den Pflanzen und/oder durch ein Schlauchsystem im Substrat mit Abgabevorrichtungen, wie beispielsweise Düsen oder Löchern. Bislang gibt es das Vorurteil, dass Ammoniumverbindungen phytotoxisch sind und somit das Wachstum der Pflanzen behindern können. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde jedoch vor allem bei der Anlage von Depots von Ammoniumverbindungen zwischen den Pflanzen und/oder bei der Verwendung eines Schlauchsystems mit Abgabevorrichtung wie beispielsweise Düsen oder Löchern in Verbindung mit dem erhöhten CO₂-Angebot in der Atmosphäre ein besonders starkes Wurzelwachstum in Verbindung mit einer besonders starken Stammbildung beobachtet werden.
Die Depots oder Schläuche können beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise in einer Tiefe von 5 bis 20 cm unter der Erdoberfläche vorgesehen werden. Unabhängig davon können beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die Depots oder Schläuche mittig zwischen den einzelnen Pflanzen angeordnet werden. Depots werden beispielsweise so angelegt, indem die genannten wässrigen Lösungen zwischen den Pflanzen einmalig oder mehrfach je Wachstumsperiode oder Jahr in einer Menge in einem Bereich von 0,5 bis 50 Litern in den Boden eingebracht werden. Im Fall der Schläuche kann die Abgabemenge pro Pflanze beispielsweise in einem Bereich von 0,1 bis 200 Liter pro Jahr oder Wachstumsperiode eingestellt werden.
Vorzugsweise wählt man beim erfindungsgemäßen Verfahren als Biomasse Bäume. Diese Art Biomasse hat nämlich den besonderen Vorteil, dass das sekundäre Dickenwachstum praktisch unbegrenzt ist.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem man als Biomasse Bäume wählt, wählt man vorzugsweise einen Pflanzabstand in einem Bereich von 0,5 bis 2 m, insbesondere in einem Bereich von 1 bis 1,5 m. Bei einer bisher bekannten Plantage würde das fehlende CO₂-Angebot zwischen den Bäumen die Biomasseproduktion pro m² Grundfläche deutlich eingeschränkt sein. Durch die Kombination der Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln und der erhöhten CO₂-Konzentration in der Luft zwischen den Pflanzen wird bei dem engeren Pflanzabstand beobachtet, dass bei stärkerer Stammbildung als normal, schmalere Baumkronen gebildet werden, die tiefer auf den Boden herunterreichen. Die Gesamtzahl der Blätter an einem Baum kann also ähnlich wie bei normalen Bäumen, nur auf fast die gesamte Höhe des Baums verteilt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann so eine Baumplantage erhalten werden, die pro m² Grundfläche eine wesentlich höhere Holzausbeute ermöglicht. Die CO₂-Abgabe in den Baumkronen kann dabei beispielsweise mit Schläuchen geschehen, die über Mikroporen verfügen und bei denen mit Sensoren der CO₂-Gehalt zwischen den Bäumen ständig kontrolliert werden kann und durch Steuerung des Druckes von CO₂ in den Schläuchen ständig eine konstante CO₂-Atmosphäre zwischen den Bäumen erhalten werden kann. Vorzugsweise kann man sogar beim erfindungsgemäßen Verfahren die unter den Baumkronen in der Nähe des Bodens austretende Luft abziehen, die mit Sauerstoff angereichert ist (Photosynthese). Die Gasschläuche können von einem über den Baumkronen gespannten Netz getragen werden und parallel zu den Stämmen gehängt werden. Durch den sehr engen Baumabstand in der bevorzugten Ausführungsform kann so praktisch ein geschlossenes System wie bei einem Gewächshaus entstehen. Die CO₂-Atmosphäre kann so sehr exakt kontrolliert werden.
Nach der Fällung eines Baums kann beim erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens zwei Mal der Wiederaustrieb des Baums bis zur Neupflanzung genutzt werden.
Wählt man als Biomasse nicht Bäume, sondern beispielsweise Mais, so beträgt der Pflanzabstand beispielsweise höchstens 30 cm.
Vorzugsweise baut man die Biomasse beim erfindungsgemäßen Verfahren in Parzellen an, wobei die Pflanzen in einer Parzelle dasselbe Alter aufweisen. Dadurch kann die Ernte der Biomasse wesentlich einfacher automatisiert werden. Die einzelnen Parzellen können zudem mit Windhindernissen geschützt werden, um die CO₂-Atmosphäre zwischen den Bäumen möglichst konstant halten zu können. Diese Windhindernisse können auch gasdicht sein. Einzelne Parzellen können auch in einem Gewächshaus untergebracht werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform gibt also immer einige Parzellen mit beispielsweise gerade gepflanzten Bäumen, dann Parzellen mit Bäumen in verschiedenen Entwicklungsstadien bis hin zu den Parzellen der ”technische ausgewachsenen Bäume”, die dann beispielsweise zu Holzpellets verarbeitet werden können. Wie groß die Parzellen sein müssen und wie viel CO₂ pro Fläche in welcher Zeit in wie viel Biomasse umgewandelt werden kann, hängt ganz wesentlich von der Art der Biomasse ab.
Den Biomasseanbau im erfindungsgemäßen Verfahren kann man vorzugsweise in einem Substrat durchführen, das ausgewählt ist aus Erde, Hydrokultur und/oder Sand.
Vorzugsweise kann man die Biomasse bei der Auskeimung oder zumindest vor der Pflanzung mit Mykorrhiza infizieren. Dadurch wird während des Anbaus Glomalin produziert. Glomalin enthält etwa 30 bis 40 Gew.-% Kohlenstoff und formt kleine Erdklümpchen in Verbindung auch mit sehr unfruchtbaren Böden wie Sand. Dieses so entstandene Granulat kann dann sehr unfruchtbaren Erdboden oder Sandboden auflockern und bindet Kohlenstoff im Boden. So kann auch die Luftdurchlässigkeit und Wasserspeicherung des Bodens erhöht werden.
Weiterhin kann vorzugsweise die Biomasse in Holzkohle umgewandelt werden und nach dem Vorbild der Terra-Preta-Dos-Indios als Bodenverbesserung in bis dato unfruchtbare Böden eingemischt werden. So können innerhalb kurzer Zeit unfruchtbare Böden in sehr fruchtbare Böden umgewandelt werden.
Ausführungsbeispiel:
In einem Gewächshaus mit einer quadratischen Grundfläche einer Kantenlänge von 100 m wurden 10 gleichmäßige Parzellen in Streifenform von 10 m Breite und 100 m Länge mit Mutterboden als normalem Substrat gebildet. In diesen 10 so gebildeten Parzellen wurden anschließend im Jahresabstand mit Mykorrhiza infizierte Setzlinge von Eukalyptusbäumen im Abstand von 1,5 m in jeder Parzelle gepflanzt. Der übliche Pflanzabstand von Eukalyptus beträgt bei normalen Plantagen aus dem Stand der Technik etwa 3 m. In jeder Parzelle befanden sich dann also Eukalyptuspflanzen gleichen Alters. Eukalyptuspflanzen benachbarter Parzellen hatten jeweils einen Altersunterschied von einem Jahr. Über den Parzellen wurde jeweils ein Netz ausgespannt, von dem mikroporöse Schläuche senkrecht an den Stämmen der Eukalyptusbäume heruntergelassen wurden, durch die wiederum CO₂ abgegeben wurde. Zwischen den Eukalyptusstämmen befanden sich CO₂-Sensoren, die in 2/3 Höhe der jeweiligen Eukalyptusbäume angebracht waren. Die CO₂-Abgabe wurde dann so in den jeweiligen Parzellen reguliert, dass diese Sensoren eine CO₂-Konzentration von möglichst konstant 700 ppm (Volumenanteile) messen konnten. Zwischen den einzelnen Pflanzen wurde in den Parzellen im Substratboden ein Schlauchsystem verlegt, mit dem genau zwischen den einzelnen Pflanzpunkten Ammoniumsalze in einer Tiefe von etwa 15 cm abgegeben wurden. Dazu wurde eine wässrige Lösung von Ammoniumsulfat (21% N) eingesetzt.
Nach einer Anbauzeit von 5 Jahren pro Parzelle wurden die Bäume der jeweiligen Parzelle gefällt und in einem Trockenofen mit Mikrowellentechnik getrocknet und anschließend zu Holzpellets verarbeitet. Diese Holzpellets wurden anschließend in einem Versuchskraftwerk mit CCS-Technologie verbrannt, wobei das rückgeführte Kohlendioxid wieder in diesem Gewächshaus vollständig eingesetzt wurde. Die bei der Verbrennung entstandene Wärmeenergie wurde in Strom umgewandelt. Nach der Fällung der Bäume in einer jeweiligen Parzelle wurde zwei Zyklen lang der Wiederaustrieb der Eukalyptusbäume genutzt, nachdem dann nach dem letzten 5-Jahres-Zyklus neue Setzlinge, wie eingangs beschrieben, gepflanzt wurden.

Claims

Verfahren zur effizienten Erzeugung von Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass man Biomasse anbaut, wobei dieser Biomasseanbau unter einer CO₂-Konzentration von wenigstens 410 vol. ppm in der umgebenden Atmosphäre und einer Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln beides unabhängig voneinander während wenigstens der Hälfte der Anbauzeit stattfindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nach dem Anbau der Biomasse diese so erzeugte Biomasse durch Verbrennung in Wärmeenergie und/oder Strom umwandelt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nach dem Anbau der Biomasse diese so erzeugte Biomasse zu Papier oder Baumaterialien weiterverarbeitet.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Verbrennung das dabei entstehende CO₂ dem Biomasseanbau zuführt und so einen geschlossenen CO₂-Kreislauf erhalten kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre am Hauptstamm der Pflanze in Höhe von 2/3 der Höhe der Gesamtpflanze auf wenigstens 450 ppm, insbesondere wenigstens 600 ppm während wenigstens 50% der gesamten Anbauzeit der jeweiligen Pflanze, oder, wenn die Anbauzeit länger als 100 Tage dauert, an wenigstens 50 Tagen von einem zusammenhängenden Zeitraum von 100 Tagen, einstellt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zugabe von Ammoniumverbindungen an den Wurzeln durch Einbettung in Depots von Ammoniumverbindungen zwischen den Pflanzen und/oder durch ein Schlauchsystem mit Abgabevorrichtungen wie beispielsweise Düsen oder Löchern realisiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Biomasse Bäume wählt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Pflanzabstand höchstens die Hälfte der Höhe des ausgewachsenen Baums nach 3 Jahren Wachstum wählt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Biomasse in Parzellen anbaut, wobei die Pflanzen in einer Parzelle dasselbe Alter aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Biomasseanbau in einem Substrat durchführt, das ausgewählt ist aus Erde, Hydrokultur und/oder Sand.