Vom Baum zum Torfersatz - Analyse und Optimierung der Herstellungskette von Holzfaserstoffen; Teilvorhaben 1: Holzfaserstoffherstellung (Akronym: Holzfaserstoff)

Hintergrund des Projekts

Holzfaserstoffe sind der bedeutsamste Torfersatzstoff im Erwerbsgartenbau. Das Hauptproblem bei ihrer Verwendung in Kultursubstraten ist die durch mikrobiellen Abbau verursachte Stickstoffimmobilisierung, die Stickstoffmangel an der Pflanze verursachen und somit die Kultursicherheit gefährden kann. Um diesem Problem zu begegnen, widmet sich das Vorhabens der systematischen Untersuchung des Einflusses der verwendeten Hölzer, deren Aufbereitung zu Hackschnitzeln sowie der Prozessführung bei der Auffaserung auf die Stickstoffimmobilisierung. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen soll die gesamte Herstellungskette dahingehend optimiert werden, dass die erzeugten Holzfaserstoffe eine möglichst geringe oder zumindest eine sehr gleichbleibende Stickstoffimmobilisierung aufweisen.

Projektziel

Übergeordnetes Ziel ist die Herstellung qualitativ hochwertiger Holzfaserstoffe mit hoher Kultursicherheit und gleichbleibender Qualität als Torfersatz. Dies betrifft insbesondere das Problem der Stickstoffimmobilisierung. Durch eine veränderte Prozessführung sowie eine systematische Betrachtung des gesamten Produktionsprozesses soll diese möglichst stark reduziert werden oder zumindest besser kalkulierbar werden.

Dadurch würde die Kultursicherheit maßgeblich verbessert und es könnten deutlich höhere Anteile an Holzfaserstoffen in Kultursubstraten und Blumenerden eingesetzt werden. Vor diesem Hintergrund sollen erstmalig in voller Breite über alle relevanten Holzrohstoffsortimente und etablierten Zerfaserungstechnologien die möglichen wirtschaftlichen und technischen Potentiale von Holzfaserstoffen zur Verwendung in Kultursubstraten aufgezeigt werden.

Die Ziele des Vorhabens im Einzelnen sind:

• Verbesserung der Beständigkeit von Holzfaserstoffen und einer damit einhergehenden Verringerung der Stickstoffimmobilisierung durch die Prozessführung.
• Optimierung der Prüfverfahren zur Ermittlung der Stickstoffimmobilisierung von Holzfaserstoffen sowohl im Hinblick auf die Aussagekraft der Ergebnisse als auch bezüglich von Zeit- und Arbeitsaufwand.
• Erweiterung der Rohstoffbasis bei der Herstellung von Holzfaserstoffen durch Einbeziehung anderweitig wenig genutzter Holzsortimente und rohstoffbezogene Anpassung der Zerfaserung.
• Analyse und Optimierung von Refiner- und Retruderverfahren zur Faserherstellung aus wirtschaftlicher und technischer Sicht durch Variation der Aufschlussbedingungen.

Projektablauf

Das Forschungsvorhaben ist in vier große Teilprojekte (TP) gegliedert:

1. TP A: Rohstoffbeschaffung und -aufbereitung
2. TP B: Holzfaserherstellung mittels Extruder- und Refinertechnologie
3. TP C: Pflanzenbauliche Prüfung der Holzfaserstoffe
4. TP D: Zusammenführung der Erkenntnisse und ganzheitliche Bewertung

Die Teilprojekte bilden die Säulen des Vorhabens, wobei diese nicht isoliert nebeneinanderstehen, sondern durch eine enge Vernetzung und eine Vielzahl säulenübergreifender Feedbackschleifen gekennzeichnet sind. Das Projekt hat dabei den Anspruch, die gesamte Herstellungskette für Holzfaserstoffe – von der Auswahl und Ernte der Bäume bis zum fertigen Kultursubstrat – systematisch zu analysieren und zu optimieren. Zu Beginn des Projektes werden unterschiedliche Holzsortimente beschafft. Diese werden unter genau definierten Bedingungen zu Hackschnitzeln zerkleinert (TP A) und mittels Refiner- bzw. Retrudertechnologie aufgefasert (TP B).

Während beiden Aufbereitungsschritten werden die Prozessparameter (Temperatur, Energieeinsatz, Durchsatz) engmaschig erfasst. Des Weiteren wird der Einfluss einer thermischen Vorbehandlung des Holzes bzw. der Holzhackschnitzel sowie eine Nachbehandlung der Holzfaserstoffe untersucht. Alle Holzfaserstoffe werden umfassend bezüglich ihrer chemischen, biologischen und physikalischen Eigenschaften charakterisiert sowie auf ihre pflanzenbauliche Eignung geprüft (TA C).

Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Stabilität des Stickstoffhaushalts. Da der derzeit zur Bewertung der Stickstoffstabilität verwendete Brutversuch aufwendig und nur bedingt aussagekräftig ist, sind in diesem Zusammenhang auch umfangreiche methodische Arbeiten zur Etablierung schnellerer und zuverlässigerer Verfahren geplant. Im letzten Teilprojekt (D) werden alle Erkenntnisse zusammengeführt und unter Berücksichtigung pflanzenbaulicher, technologischer und ökonomischer Aspekte bewertet. Zudem werden Empfehlungen für technologie- und holzspezifisch optimierte Herstellungsprozesse abgeleitet.

Innovation

Basierend auf den im Rahmen des Vorhabens abgeleiteten Empfehlungen können Substratwerke ihre Holzfaserherstellung technologie- und holzspezifisch optimieren und so den Anteil an Holzfaserstoffen in ihren Substraten signifikant erhöhen ohne die Kultursicherheit für den Gärtner zu reduzieren. Des Weiteren kann der Herstellungsprozess durch die Optimierung im Hinblick auf Energieaufwand, Maschinenverschleiß, Durchsatz sowie Materialverluste effizienter gestaltet werden, wodurch Holzfaserstoffe im Vergleich zu anderen Substratausgangsstoffen, insbesondere Torf, wettbewerbsfähiger werden.

Aus Sicht der Qualitätssicherung bei Kultursubstrate bieten die methodischen Arbeiten zur Beurteilung der Stabilität des Stickstoffhaushalts erhebliches Potential: Zum einen kann die Validität der Bewertung erhöht werden und zum zweiten kann der Zeit- und Arbeitsaufwand und damit die Kosten erheblich gesenkt werden.