Verbundvorhaben Nachwuchsgruppe: Regional anfallende Reststoffe und nachwachsende Rohstoffe als Torfersatz: Aufbereitung – Verwendung – Bewertung; Teilvorhaben 2: Aufbereitung und Verfahrensoptimierung

Hintergrund des Projekts

Die Nachwuchsgruppe verfolgt einen interdisziplinären Ansatz, um die Herausforderungen der Torfminderung für den Gartenbau zu meistern und wissenschaftliche Nachwuchskräfte für unterschiedliche Aspekte der Torfminderung auszubilden. Das Kernthema der Nachwuchsgruppe ist die Erprobung neuer Torfersatzstoffe auf Basis von regional anfallenden Reststoffen und nachwachsenden Rohstoffen sowie die Ausweitung der Verwendungsmöglichkeiten bei bereits genutzten Stoffen. Die Arbeiten zielen dabei sowohl auf die Erzeugung, Bereitstellung und Aufbereitung von Torfersatzstoffen als auch auf die Herstellung von torfreduzierten bzw. torffreien Blumenerden und Kultursubstraten sowie deren Nachhaltigkeitsbewertung in der gärtnerischen Verwendung.

Vorrangig soll neben der Nutzung regionaler Reststoffe (z. B. Hopfenrebenhäcksel) vor allem die Verwendung von Material aus der (Niedermoor-)Paludikultur sowie aus nachhaltig erzeugter Biomasse (u.a. KUP-Holz, Faserhanf) im Mittelpunkt stehen. Begleitet werden diese Arbeiten von Untersuchungen zur Qualität sowie zur Nachhaltigkeit der geprüften Torfersatzstoffe bzw. der daraus hergestellten Blumenerden und Kultursubstrate. Ein wesentlicher Aspekt im Rahmen der Qualitätsprüfung ist dabei die Entwicklung eines auf der Nah-Infrarotspektroskopie (NIRS) basierenden Verfahrens zum quantitativen Nachweis von Torf in Blumenerden und Kultursubstraten sowie die allgemeine Nutzung der NIRS als innovatives analytisches Werkzeug bei der Qualitätsbeurteilung.

Projektziel

Durch den interdisziplinären Ansatz der Nachwuchsgruppe sollen vor allem die ressourcenschonen-de Aufbereitung, die optimierte Verwendung sowie die Nachhaltigkeitsbewertung der regionalen Reststoffe und nachwachsenden Rohstoffe sowie der daraus hergestellten Blumenerden und Kultursubstrate adressiert werden. Die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele mit Blick auf die Verwendung von regional anfallenden Reststoffen und nachwachsenden Rohstoffen sind:

• Ressourcenschonende Aufbereitung von faserhaltigen Stoffen mittels Refinern
• Stabilisierung des N-Haushalts von zellulosereichen Stoffen während der Aufbereitung z. B. durch Kompostierung
• Pflanzenbauliche Prüfung auf die Eignung als Torfersatzstoff
• Optimierung von Substratmischungen und Kulturverfahren im Hinblick auf eine möglichst vollständige Substitution von Torf
• Entwicklung einer Prüfmethode zur Quantifizierung des Torfanteils von Blumenerden und Kultursubstraten basierend auf der Nah-Infrarotspektroskopie (NIRS)
• Methodische Weiterentwicklung der Verfahren zur Qualitätsbeurteilung von Substratausgangsstoffen sowie Blumenerden und Kultursubstraten mit einem Schwerpunkt auf dem Einsatz der NIRS
• Erstellung von Ökobilanzen sowohl für die Ausgangsstoffe als auch die daraus hergestellten Blumenerden und Kultursubstrate entlang der Wertschöpfungskette und Bewertung ihrer Nachhaltigkeit unter Berücksichtigung der ökologischen, ökonomischen und sozialen Dimension
• Ermittlung der mit einer Umstellung auf torfreduzierte Substrate verbundenen betrieblichen und volkswirtschaftlichen Kosten

Projektablauf

Das an der Technischen Hochschule Rosenheim angesiedelte Teilvorhaben 2 gliedert sich in folgende Arbeitspakete (AP):

AP 1: Beschaffung geeigneter Materialien

AP 2: Aufbereitung potentiell geeigneter Materialien

AP 3: Optimierung der Aufbereitung

AP 4: Untersuchung der chemischen Zusammensetzung löslicher und volatiler Bestandteile von bei erhöhten Prozesstemperaturen hergestellten Holzfaserstoffen 

Schwerpunkt der Aufgabe ist die Optimierung der Aufbereitung von regional anfallenden Reststoffen und nachwachsenden Rohstoffen für die Verwendung als Torfersatz. Alle Untersuchungen er-folgen in enger Kooperation mit dem / der Bearbeiter:in des Teilvorhabens 1 an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT).

Zu Beginn werden potentiell geeignete Stoffe identifiziert, über entsprechende Bezugsquellen beschafft und für eine grundlegende Eignungsprüfung in möglichst einfacher Weise aufbereitet (AP 1). Die ausgewählten Materialien werden im weiteren Projektver-lauf mittels unterschiedlicher thermischer, mechanischer und thermisch-mechanischer Verfahren aufbereitet, wobei der Schwerpunkt auf der Auffaserung mittels Refiner liegt (AP 2).

Im fortwährenden Austausch mit dem / der Bearbeiter:in des Teilvorhabens 1 an der HSWT wird die Aufbereitung dabei schrittweise für den jeweiligen Einsatzbereich optimiert (AP 3). Dies betrifft insbesondere die Fasergeometrie und damit maßgeblich die physikalischen Eigenschaften der Stoffe. Zusätzlich zur Bestimmung geometrischer und fasermorphologischer Partikeleigenschaften erfolgt speziell für Holzfaserstoffe eine Untersuchung des Effektes erhöhter Prozesstemperaturen (> 100 °C) auf die chemische Zusammensetzung der löslichen und volatilen Holzbestandteile (AP B4).

Während aller Aufbereitungsschritte werden die Prozesskenndaten (Energiebedarf, Durchsatz, Materialverlust) engmaschig für die Ökobilanzierung und Nachhaltigkeitsbewertung dokumentiert. Die Optimierung der Aufbereitung orientiert sich abschließend neben pflanzenbaulichen Kriterien und Aspekten der Nachhaltigkeit auch an Fragen zur späteren Umsetzbarkeit in die Praxis.

Innovation

Basierend auf den im Rahmen des Vorhabens gewonnenen Erkenntnissen können Substratproduzenten ihre Prozessparameter und Anlagentechnik materialspezifisch optimieren und so den Anteil an regional anfallenden Rest- und nachwachsenden Rohstoffen in Substraten signifikant erhöhen ohne ein erhöhtes Kulturrisiko für den Gärtner zu verursachen. Die gesteigerte Qualität und Zuverlässigkeit ausgewählter Torfersatzstoffe trägt ebenso wie die Optimierung des Herstellungsprozesses im Hinblick auf Energieaufwand, Durchsatz, Maschinenverschleiß sowie Materialverluste dazu bei, dass regional anfallende Rest- und nachwachsender Rohstoffe im Vergleich zu anderen Substratausgangsstoffen, insbesondere Torf, wettbewerbsfähiger werden.