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Einleitung

Durch Paludikultur können nachwachsende Rohstoffe für stoffliche, energetische und andere Zwecke genutzt werden, die fossile Rohstoffe ersetzen. Für eine wirtschaftliche Verwertung sind große Erntemengen und damit große Flächen notwendig. Das hat zur Folge, dass große Mengen transportiert und gelagert werden müssen. Eine wichtige Grundvoraussetzung ist die Entwicklung einer angepassten Logistik, die aus Ernte-, Verarbeitungs-, Transport-, Verdichtungs- und Lagerungstechnik besteht [2].

1. Stoffliche Nutzung

1.1. Gartenbausubstrat:

Biomasse aus Paludikultur kann als Rohstoff für die Herstellung von Substraten und Erden verwendet werden. Das Ziel ist, Torf zum Teil oder komplett zu ersetzen. Derzeit werden Versuche mit Torfmoosen sowie mit Rohrkolben und Schilf durchgeführt. Das Forum „Nachhaltiger Torfersatz aus nachwachsenden Rohstoffen für den Gartenbau" gegründet am Niedersächsischen Landwirtschaftsministerium, bietet Akteuren aus allen Bereichen - dem Gartenbau, der Land- und Forstwirtschaft, der Wissenschaft, der Wirtschaft sowie Vertretern von Verbänden und Behörden - eine Austausch-Plattform: Niedersächsisches Torfersatzforum.

1.1.1. Torfmoose:

Erste Ergebnisse zeigen, dass Torfmoose grundsätzlich als Ausgangsstoff für Gartenbausubstrate geeignet sind. Versuche an Topfazaleen (`Sachsenstern‘), Erica gracilis und Gaultheria procumbens zeigten bei allen drei Gattungen bei einer Zugabe von 50% Torfmoos nahezu gleiche pflanzenbauliche Ergebnisse wie reines Weißtorfsubstrat. Bei einem Gehalt von 100% Torfmoos kann es bei Kulturen mit längerer Standzeit, z.B. eineinhalb Jahren, zu einer Sackung und zu Wachstumsproblemen kommen. Zudem müssen die Gießintervalle und Düngungsmaßnahmen entsprechend angepasst werden [8].

Bei Orchideen ist Torfmoos aufgrund der besonderen Ansprüche schon heute ein begehrter Substratausgangsstoff. Die Vorstellung, Torfmoos als generelles Kultursubstrat einzusetzen ist dagegen neu.

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Sphagnum-Frischmasse und Hochmoortorfen sind weitgehend übereinstimmend. Insbesondere haben beide Stoffe einen geringen pH-Wert, geringe Nährstoffgehalte, eine sehr gute Wiederbenetzbarkeit, eine hohe Wasserspeicher- und Luftkapazität, ein sehr geringes Volumengewicht sowie eine geringe Stickstoffimmobilisierung. Sphagnum-Frischmasse hat eine bakterizide und fungistatische Wirkung. Andere Zuschlagstoffe wie bspw. Holzfaser oder Kompost haben einen höheren pH-Wert.

Laut IVG [5] bestehen Gartenbausubstrate in Deutschland derzeit zu 80% aus Torf. Andere Rohstoffe für die Herstellung von Gartenbausubstraten nehmen nur einen kleinen Teil ein. Das Potential für andere, nachhaltige Rohstoffe ist also sehr hoch.

Die abgebauten Torfmengen in Deutschland nahmen in den vergangenen Jahren kontinuierlich ab. Im Jahre 2015 wurden noch ca. 3 Millionen m³ Torf abgebaut. Die importierten Mengen nahmen demgegenüber dementsprechend zu. Inzwischen wird mehr als die Hälfte des inländischen Bedarfs des Rohstoffs für gärtnerische Substrate und Blumenerden durch Importe gedeckt. Daher sind nachhaltige Alternativen gefragt. Zurzeit werden in Deutschland ca. 9 Mio. m³ torfhaltige Substrate produziert. Ungefähr 56 % finden Anwendung im professionellen Gartenbau (IVG).

Für den ganz überwiegenden Teil der Abbauflächen wurde in der Torfabbaugenehmigung die Wiedervernässung als Ersatzmaßnahme für den Eingriff Torfabbau festgeschrieben. Es gibt aber auch Abbauflächen, auf denen die Torfabbaugenehmigung noch andere, nicht natur- und klimaschutzkonforme Folgenutzungen zulässt.

Abgetorfte Flächen stehen grundsätzlich dann für den Sphagnum Anbau zur Verfügung, wenn die Torfabbaugenehmigung eine nicht natur- und klimaschutzkonforme Folgenutzungen zulässt.

Diese Flächen könnten einen gewissen Anteil der Nachfrage nach Weißtorf in Deutschland decken, sofern genügend Diasporen für den Torfmoosanbau vorhanden wären.

Ein größeres Flächenkontingent steht allerdings auf den bisher landwirtschaftlich genutzten Hochmoorflächen zur Verfügung. In Folge fortschreitender Höhenverluste durch Sackung und Moorzersetzung werden dort die hydrologisch günstigen Weißtorfe verschwinden (DGMT 2016). Ohne grundlegende Meliorationsmaßnahmen erreichen viele dieser Hochmoorstandorte in den nächsten Jahrzehnten die Grenzen ihrer landwirtschaftlichen Nutzbarkeit. Auf diesen Standorten wäre Paludikultur eine Alternative.

Der Anbau auf 35.000 ha der insgesamt 110.000 ha Hochmoor-Grünland- und Ackerflächen in Niedersachsen würde genügend Sphagnum Biomasse hervorbringen, um den Bedarf an Weißtorf für Substrate und Erden komplett zu decken [7] [9].

Um Torfmoos als Gartenbausubstrat zu nutzen, sind mehrere Schritte zur Aufbereitung notwendig, die teilweise noch in der Erprobung sind [4] [6]:

Separation:

Je nach Nutzung sollte das Material frei von Fremdstoffen sein. Eine Trennung von Fremdstoffen könnte z.B. durch Absieben erfolgen.

Trocknung:

Für die Trocknung kommen verschiedene Methoden in Frage:

• Auf Stapeln: Die Sphagnum Biomasse wird im Herbst geerntet und über Winter in kleinen Haufen gelagert. Im anschließenden Frühling erfolgt die Trocknung in Stapeln im Moor
• Auf dem Boden: Die Sphagnum Biomasse wird auf Betonboden ausgebreitet und in der Sonne getrocknet
• Im Lufttrockner einer Biogasanlage: Die Torfmoose sind bereits nach zwei Tagen trocken. Der Nachteil ist, dass die Torfmoose aus dem Trockner herausgenommen und von Hand gewendet werden müssen
• Conveyor dryer: Am besten kann der Trocknungsprozess in einem „conveyor dryer“ gesteuert werden. In dünnen Lagen sind die Moose nach ein oder zwei Tagen trocken
• Auspressen der Torfmoose

Der optimale Feuchtigkeitsgehalt ist noch nicht bekannt. Er ist aber vor allem von der Nutzung des Materials und dem Transport abhängig.

Hygienisierung:

Das Erntematerial enthält Samen und Pflanzenteile, die auskeimen bzw. austreiben können, dies kann zu einer Verunkrautung in der Kultur führen. Das muss verhindert werden, da das Material nicht für den Einsatz als Gartenbausubstrat geeignet wäre. Als beste Option hat sich die Dämpfung erwiesen. Hierfür kann eine vapour treatment facility genutzt werden. Eine andere Möglichkeit ist die Sterilisation mit Gammastrahlen.

Fraktionierung:

Für die Vermarktung sind einheitliche Verkaufseinheiten notwendig. Diese können durch Zerschneiden und Sieben hergestellt werden. Eine Volumenbestimmung sollte anschließend durchgeführt werden.

Lagerung:

Die Lagerung der Torfmoose sollte nicht zu nachteiligen chemischen, biologischen und physikalischen Veränderungen, z.B. der Änderung von Nährstoffgehalten, führen. Hier konnten bisher gute Ergebnisse erreicht werden.

Mischung:

Je nach Nutzung müssen die Torfmoose ggf. mit anderen Substratrohstoffen, wie z.B. Weißtorf gemischt werden.

1.1.2. Rohrkolben, Schilf:

Neben Torfmoos gibt es weitere nachwachsende Rohstoffe für die Herstellung von Gartenbau-Substraten und Erden. Aus Paludikultur können Rohrkolben und Schilf verwendet werden. Zu den Aufbereitungsverfahren gehören:

• Zerkleinerung
• Zerfaserung
• Fraktionierung / Siebung
• Hygienisierung (Dämpfung)
• Kompostierung
• Mischung

Da es kaum Kenntnisse und Erfahrungen gibt, werden zurzeit Forschungs- und Entwicklungsvorhaben durchgeführt.

Die Paludikulturbiomasse aus Niedermooren kann auch durch pyrolytische Verkohlung oder hydrothermaler Carbonisierung (HTC) zu Biokohle verarbeitet werden. Diese könnten als Gartenbausubstrat-Rohstoffe, Bodenverbesserungsmittel oder Aktivkohle verwendet werden. In Böden eingesetzt dienen sie zusätzlich als Kohlenstoffspeicher. Allerdings können wachstumshemmende Stoffe auftreten, was für den pflanzenbaulichen Einsatz wieder von Nachteil wäre.

1.2. Dämmstoffe:

Dämmstoffe aus Rohrkolben und Schilf sind sehr innovative Baustoffe und weisen vielfältige positive Eigenschaften auf:

• Nachwachsender Rohstoff und Rückführbarkeit in den Stoffkreislauf (C2C; cradle to cradle)
• Dämmplatten: Kombination aus Dämmung und Tragfähigkeit
• Schimmelpilz- und Fäulnisresistenz
• Guter Brand-, Schall- und sommerlicher Wärmeschutz
• Gute akustische Eigenschaften
• Einfache Verarbeitbarkeit
• Materialverträglichkeit bei historischen Gebäuden
• Diffusionsoffen, kapillaraktiv, feuchtigkeitsregulierend
• Energiearme Produktion, geringer Druck bei Plattenherstellung
• Relativ unempfindlich gegenüber Produktionsschwankungen

Bisher sind diese Dämmstoffe in Deutschland nicht zugelassen. Einige Gebäude in Deutschland – sowohl Neubauten als auch Altbauten –wurden bereits in Pilotprojekten mit Rohrkolben gedämmt. Die Erfahrungen sind durchweg positiv zu bewerten.

1.2.1. Einblasdämmstoff, Schüttdämmstoff:

Aus der Biomasse von Rohrkolben und Schilf kann Einblasdämmstoff hergestellt werden. Insbesondere Rohrkolben eignen sich hierfür, da die oberirdische Biomasse aufgrund der beson-deren Struktur des Aerenchyms sehr gute Voraussetzungen für die Nutzung als Dämmmaterial bietet. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit ist ähnlich anderer biologischer Dämmstoffe, wie z.B. Hanf: 0,04 bis 0,045 W/mK. Auch als Hitzeschutz im Sommer und zur Schalldämmung sind Rohrkolben und Schilf gut geeignet. Ein Hektar Rohrkolben liefert Material für Dachfläche von sechs Einfamilienhäusern [11].

Das Material für die Einblasdämmung muss auf der einen Seite rieselfähig, auf der anderen Seite setzungssicher sein. Dies wird entweder dadurch erreicht, dass glatte Fasern und aufgefasertes Material vermischt werden oder durch eine einheitliche mäßige Zerfaserung. Verarbeitungsschritte sind:

• auf Stücke schneiden oder häckseln
• zerkleinern (z.B. in Hammermühle oder mittels Messerwellenzerspaners)
• vermischen (z.B. in einem Trommelmischer)

1.2.2. Dämmplatte und Bauplatte:

Für die Herstellung von Dämmplatten eignet sich Biomasse aus Rohrkolben und Schilf. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit beträgt ungefähr 0,055 W/mK. Die Platten erfüllen die Anforderungen an den Brandschutz und weisen mehrere Vorteile gegenüber anderen Baustoffen auf: Das spezifische Gewicht ist niedriger und die Platten sind leichter zu verarbeiten. Die Wirkung auf das Raumklima ist sehr gut, da das Material eine große Wasserdampfoffenheit hat. Darüber hinaus scheinen die Platten praktisch wasserresistent zu sein. Bei der Herstellung wird deutlich weniger Energie benötigt als bei anderen Dämmstoffen. Die Dämm- und Bauplatten sind normal belastbar und sind für den Innenausbau gut geeignet. Der Baustoff ist nur wenig anfällig für Schimmel aufgrund der hohen Silikatgehalte [1] [11].

Verarbeitungsschritte der Dämmplatten sind:

• Sortierung
• Zerkleinerung
• Siebung
• Leimen (z.B. Sprühverfahren in einer Mischtrommel mit Magnesitkleber)
• Pressung (Heißpressverfahren)
• Trocknung (wenige Tage an der Luft)

1.3. Papierherstellung:

Schilf hat einen hohen Gehalt an Zellulose (40–50 %) und lange Fasern und eignet sich daher für die Papierherstellung. Rohrglanzgras hat hervorragende Eigenschaften für die Produktion von Feinpapier: Die Pflanze hat kurze schmale Fasern (im Mittel 0,72 mm Länge) und liefert Zellstoff mit mehr Fasern als die meisten Harthölzer. Papier mit hoher Qualität setzt Zellstoff mit einer großen Zahl an Fasern je Gewichtseinheit sowie steife kurze Fasern voraus. Bei der Ernte im Frühjahr ist von einem 20 %ig höheren Zellstoffertrag auszugehen als bei der Ernte im Sommer. Die Zellstoffherstellung ist relativ einfach mit vorhandenen Techniken durchzuführen [2].

1.4. Weitere Nutzungen für Paludikultur im Hochmoor:

• Verpackungsmaterial: Torfmoos
• Biologisch abbaubare Blumentöpfe: Torfmoos
• Dachbegrünung und Wandbegrünung: Torfmoos
• Saatmaterial für Moorrenaturierung: Torfmoos

1.5. Weitere Nutzungen für Paludikultur im Niedermoor:

• Dachreet: Schilf
• Schilfmatten: Schilf
• Brandschutzplatte: Schilf
• Dämmputz: Schilf
• Pfeile: Schilf
• Pfeifenstiel: Schilf
• Möbelbau, Furnier: Schwarz-Erle, Schilf

2. Energetische Nutzung

Die energetische Nutzung sollte grundsätzlich erst erfolgen, wenn die stoffliche Nutzung der Biomasse ausgeschöpft ist, da die stoffliche Verwertung eine höhere Wertschöpfung erzielt. Unabhängig davon vereint Biomasse als Energieträger viele Vorteile. Biomasse ist [2]:

• speicherbar
• transportierbar
• konvertierbar
• verfügbar und bezahlbar und
• bezüglich der Energiebilanz immer positiv

Allerdings hat Biomasse gegenüber fossilen Energieträgern einen höheren Sauerstoffgehalt und der Kohlenstoff liegt in teiloxidierter Form vor. Daher ist der Energieertrag je Gewichtseinheit geringer (siehe Tabelle). Die Feuerungstechnik von Biomasse-Heizkesseln muss entsprechend angepasst werden, da Biomasse aus Paludikultur andere Brennstoffeigenschaften als fossile Brennstoffe hat (Ascheschmelzpunkt, -anteil, Inhaltsstoffe). Wie bei Feuerungsanlagen von Stroh sollte z. B. das Rost beweglich sein, der Feuerungsraum sowie der Wärmetauscher sollten korrosionsgeschützt sein und Filteranlagen müssen eingebaut sein. Die Aschekonzentration der Paludikultur-Gräser ist in derselben Größenordnung wie bei Stroh und Miscanthus, aber höher im Vergleich zu Holz (siehe Tabelle). Auf der anderen Seite ist die Ascheerweichungstemperatur bei bspw. Rohrglanzgras und Schilf höher als bei Stroh und damit die Gefahr der Schlackebildung niedriger. Verbrennungskritische Inhaltsstoffe sind teilweise höher und teilweise niedriger im Vergleich zu Holz; dasselbe gilt im Vergleich zu Stroh und Miscanthus. Die durchschnittlichen Stickstoffkonzentrationen liegen teilweise leicht über dem Grenzwert von 0,6%. Praktische Tests haben ergeben, dass es keine Probleme bei den Verbrennungsabläufen gibt. Verbesserungsbedarf gibt es aber bei der Zuführung der Biomasse und der Verteilung der Biomasse im Brennraum. Auch hinsichtlich der Staub- und Feinstaubemissionen gibt es noch Forschungsbedarf [10] [11].

Das bundesweit erste Paludikultur-Biomasse-Heizwerk steht in Malchin (Mecklenburg-Vorpommern) und wurde 2014 von der Agrotherm GmbH in Betrieb genommen. Die Anlage, die als ein gutes Beispiel dient, verbrennt Biomasse aus wiedervernässten Niedermooren, die eine Gesamtfläche von ungefähr 300 Hektar einnehmen. Die erzeugte Wärme versorgt über das bestehende Fernwärmenetz der Stadt Malchin 1.000 Wohnein¬heiten, eine Schule und eine Kindertagesstätte. Jährlich produzieren ca. 800 bis 1.000 Tonnen Brennstoff 2,9 bis 3,8 GWh. Das entspricht 290.000 bis 380.000 Liter Heizöl. Die Biomasse wird als Rundballen mit angepasster Grünlandtechnik im Sommer geerntet [3].

2.1. Direktverfeuerung

Für die Verwertung als Energieträger in der Direktverfeuerung eignen sich Rohrkolben, Schilf, Rohrglanzgras, Seggen und Schwarzerle. Diese Pflanzen sind hochproduktiv und haben hohe Heizwerte. Die im Winter, außerhalb der Vegetationsperiode, geerntete Biomasse weist bessere Brennstoffeigenschaften auf als während der Vegetationsperiode geerntete Biomasse. Der Trockenmassegehalt ist höher und verbrennungskritische Inhaltstoffe sind durch Auswaschung sowie Rückverlagerung in den Wurzelraum reduziert [2].

Aus Sicht der Wirtschaftlichkeit können diese nachwachsenden Energieträger allerdings derzeit nicht mit fossilen Energieträgern mithalten.

Für die Direktfeuerung wird gehäckseltes Material oder Biomasse in Ballen verwendet. Um gehäckseltes Material zu lagern, darf der Feuchtegehalt nicht zu hoch sein. Als Obergrenze wird 25% angegeben. Für eine sichere Lagerung über einen längeren Zeitraum, z.B. ein Jahr, sollte der Feuchtegehalt höchstens 18% betragen. Anderenfalls ist eine Ventilierung notwendig. Die kostengünstigste Option ist die Lagerung unter freiem Himmel als Haufen abgedeckt mit atmungsaktiver Folie. Eine andere Möglichkeit der Lagerung ist die Silage der Biomasse [2].

In größeren Verbrennungsanlagen ist die Nutzung von Ballen möglich. Die Kompaktierung findet auf der Fläche oder am Flächenrand statt. Auf eine weitere Aufbereitung kann verzichtet werden. Großballen, die einen Feuchtegehalt von höchstens 25% haben sollten, sind schwierig zu trocknen [2].

2.2. Briketts und Pellets:

Für die Herstellung von Briketts (140–170 kg/m³) und Pellets (500–700 kg/m³) eignen sich Rohrkolben, Schilf, Rohrglanzgras und Seggen. Die Aufbereitung zu Briketts und Pellets hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Direktfeuerung. Die Eigenschaften des Brennstoffs werden optimiert: Der Brennstoff wird homogener, die Lagerungs- und Transportdichte werden erhöht und der Einsatz in kleineren Anlagen und mit hohem Automatisierungsgrad wird ermöglicht. Außerdem ist es einfacher zu handhaben gegenüber gehäckseltem Material. Neben stationären Anlagen gibt es auch mobile Anlagen für die Pelletierung, was den Vorteil hat, dass die Rohbiomasse nicht weit transportiert werden muss. Der Nachteil ist allerdings, dass ein höherer Energie- und Kostenaufwand vorhanden ist. Ein Praxistest mit Schilfbriketts zeigte, dass es keine Schwierigkeiten mit der Bildung von Agglomeraten bzw. mit einer Verschlackung gab. Die Grenzwerte für gasförmige Emissionen, wie z.B. NOx, für Kleinfeuerungsanlagen wurden eingehalten. Auf der anderen Seite gab es Probleme mit dem Transport der Asche aus dem Brennraum. Der Brennraum wurde außerdem verschmutzt durch die Kondensation gasförmiger anorganischer Bestandteile. Beides dürfte sich technisch lösen lassen [2] [11].

2.3. Biokraftstoffe:

Zur Herstellung von Biogas, Bioethanol und synthetischem Biokraftstoff kann die im Sommer oder Herbst geerntete Biomasse von Rohrkolben, Schilf, Seggen und Rohrglanzgras verwendet werden. Das Methanpotential von Rohrglanzgras beträgt 3.800 bis 4.200 m³ CH4 ha-1 a-1, das Brutto Energie Potential beträgt 37 bis 41 MWh ha-1 a-1. Mit einer jährlichen Ernte von einem Hektar könnte ein PKW umgerechnet 47.000 bis 53.000 Kilometer fahren. Wie bei anderen energetischen Verwertungen steht auch hier die Ernte- und Verarbeitungstechnik noch am Anfang der Entwicklung. [2] [10] [11].

3. Andere Nutzung

Rohrglanzgras ist ein gutes Futtergras und kann als Weidegras, Silage oder Heu verwertet werden [2].

Literatur

[1] Baulinks

[2] El Bassam (2010): Handbook of Bioenergy Crops, A Complete Reference to Species, Development and Applications, Earthscan, London, Washington, DC

[3] Gaudig et al. (2014): Moornutzung neu gedacht: Paludikultur bringt zahlreiche Vorteile, Re-thinking mires: Advantages of paludiculture, ANLIEGEN NATUR 36(2): 67–74, ISBN 978-3-944219-10-3

[4] Graf et al. (2017): Torfmooskultivierung auf Schwarztorf: ein neues Forschungsprojekt in Niedersachsen, Sphagnum farming on strongly decomposed peat: a new research project in Lower Saxony, Telma, Band 47, 109-128

[5] IVG

[6] Kumar (2017): Sphagnum moss as a growing media constituent: some effects of harvesting, processing and storage, Mires and Peat, Volume 20, Article 07, 1–11

[7] Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz (2016): Programm Niedersächsische Moorlandschaften - Grundlagen, Ziele, Umsetzung

[8] Ueber und Gaudig (2014): Azerca-Kulturen: Torfmoos als Substratbestandteil geeignet, Taspo Nr. 19

[9] Wichmann et al. (2017): Establishing Sphagnum cultures on bog grassland, cut-over bogs, and floating mats: procedures, costs and area potential in Germany, Mires and Peat, Volume 20, Article 03, 1–19

[10] Wichtmann et al. (2014): Combustibility of biomass from wet fens in Belarus and its potential as a substitute for peat in fuel briquettes, Mires and Peat, Volume 13, Article 06, 1–10

[11] Wichtmann et al. (2016): Paludikultur - Bewirtschaftung nasser Moore, Klimaschutz - Biodiversität - regionale Wertschöpfung, Schweizerbart