Häufig gestellte Fragen
Die Wissenschaft treibt unsere Mission voran, Kohlenstoff zu binden und zu speichern und gleichzeitig fruchtbaren Boden zu schaffen
Boden und Klima
Warum kann der Boden eine Klimalösung sein?
Eine wichtige Klimalösung befindet sich direkt unter unseren Füßen – im Boden. Böden sind ein nahrhafter Ort für die Vielfalt des Lebens mit einer faszinierenden Komplexität dynamischer Zusammenhänge. Ein Teelöffel Boden enthält mehr Organismen als es Menschen auf der Erde gibt. Diese Organismen und die Produkte ihres Lebens sind natürliche organische Kohlenstoffspeicher. Der Boden der Welt enthält zwei- bis dreimal mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre, was zeigt, welche Rolle der Boden bei der Abschwächung des Klimawandels spielt. Eine Erhöhung dieser Kohlenstoffspeicherung um nur 0,4 % pro Jahr in den obersten 30-40 cm des Bodens könnte den Anstieg des CO2 in der Atmosphäre stoppen [Quelle The international „4 per 1000“ Initiative: Soils for Food Security and Climate. 2021. Web. Accessed [2024]]. Huminstoffe ermöglichen die Aufnahme von Phosphat für ein besseres Pflanzenwachstum und führen zum Wachstum eines gesunden Bodenmikrobioms, das Kohlendioxid in organisch gebundene Stoffe im Boden umwandelt.
Was ist Kohlenstoffbindung im Boden und wie funktioniert sie?
Unter Kohlenstoffbindung versteht man den Prozess der Abscheidung, Bindung und Speicherung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Dahinter steht die Idee, Kohlenstoff in fester und gelöster Form zu stabilisieren, damit er nicht zur Erwärmung der Atmosphäre beiträgt. Kohlenstoff wird von Pflanzen durch Photosynthese im Boden gebunden und kann als organischer Kohlenstoff (SOC) im Boden gespeichert werden. Mit Huminsäuren erhöhen wir die Fähigkeit des Boden-Mkrobioms, Kohlenstoff zu binden, biologisch. Landwirtschaftliche Ökosysteme können sich verschlechtern und den SOC-Gehalt verringern, aber dieser Verlust an Kohlenstoff eröffnet auch die Möglichkeit, die Speicherung von Kohlenstoff durch neue Methoden der Landbewirtschaftung zu verbessern [Quelle Fei et al., 2021. Global warming solutions: Carbon capture and storage. E3S Web of Conferences, 308, 01024]. Da die so genannte “Next-Gen-Kohlenstoffbindung im Boden” Prozesse beschleunigt, die natürlicherweise im Boden ablaufen, kann sie Landwirten helfen, schneller von der konventionellen Landwirtschaft zu regenerativen Landwirtschaftsmethoden überzugehen. [Quelle Tang et al., 2021. Artificial humic substances improve microbial activity for binding CO2. iScience, 24(6),102647].
Was ist das Boden-Mikrobiom?
Das Mikrobiom des Bodens ist ein einzigartiges System aus Bakterien, Actinomyceten, Pilzen, Protozoen und Nematoden, die auf einfache und komplexe Weise miteinander interagieren und voneinander abhängig sind. Ein vitales Mikrobiom trägt u.a. zur Fähigkeit des Bodens, Kohlenstoff zu speichern, bei.
Warum müssen wir den Anteil an Huminstoffen im Boden erhöhen?
Mehr als 75 % der Landflächen der Erde sind in erheblichem Maße degradiert und 90 % der Landflächen der Erde könnten bis 2050 degradiert sein [Quelle. European Commission, Joint Research Centre. (2018). World Atlas of Desertification. Luxembourg: Publications Office of the European Union]
Die Verschlechterung der Böden wirkt sich negativ auf die Ernährungssicherheit aus und verringert die Fähigkeit des Bodens, Kohlenstoff zu binden. Ob wir im Jahr 2050 vor dem Hintergrund des Klimawandels 10 Milliarden Menschen ernähren können, hängt unter anderem von unserer Fähigkeit ab, die Böden lebendig zu halten. Die 4per1000-Initiative befürwortet die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Boden als wichtigen Hebel zur Bewältigung des Klimawandels und der Ernährungssicherheit. [Quelle United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division (2019). World Population Prospects 2019].
Welche Vorteile bietet die Kohlenstoffbindung im Boden?
Erstens verbessert die Bindung von Kohlenstoff im Boden dessen Kohlenstoffsenkenkapazität und damit den Klimawandel. Zweitens ist Kohlenstoff der beste Indikator für gesunde Böden und damit eine Voraussetzung für unsere Fähigkeit, im Jahr 2050 10 Milliarden Menschen zu ernähren. [Quelle: Vereinte Nationen, Hauptabteilung Wirtschaft und Soziales, Bevölkerungsabteilung (2019). World Population Prospects 2019].
Die Initiative 4per1000 befürwortet auch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Boden als wichtigen Hebel zur Bekämpfung des Klimawandels und der Ernährungssicherheit.
https://www.4p1000.org/
Humus
Was ist Humus?
Humus ist ein dunkles, organisches Material, das sich im Boden bildet, wenn pflanzliche und tierische Stoffe verrotten. Es ist ein wesentlicher Bestandteil des Bodens und trägt zu seiner Fruchtbarkeit und Struktur bei. Humus entsteht durch die Zersetzung von Blättern, Pflanzenmaterial und tierischen Überresten durch Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze. Humus besteht aus komplexen organischen Molekülen, darunter zersetzte Proteine, Lignin und Zellulose. Diese Moleküle sind resistent gegen weiteren Abbau, was dem Humus seine stabile, langlebige Beschaffenheit verleiht. Humus enthält wichtige Nährstoffe und verbessert die Bodenstruktur, indem er die Fähigkeit des Bodens erhöht, Feuchtigkeit und Luft zu speichern, die für das Wurzelwachstum und die mikrobielle Aktivität entscheidend sind. Humus hilft, den pH-Wert des Bodens zu puffern und verhindert, dass er zu sauer oder zu alkalisch wird, was die Pflanzengesundheit beeinträchtigen könnte. Er wirkt als Kohlenstoffsenke, reduziert anthropogene Treibhausgase und unterstützt Bodenmikroorganismen, die für den Nährstoffkreislauf wichtig sind. [Quelle Bundesregierung. „Was ist Humus und Welche Rolle Spielt Er Beim Klimaschutz?“ Bundesregierung, Accessed [2024]].
Was ist der Unterschied zwischen Humus und Kompost?
Humus und Kompost sind beides organische Materialien, die für die Gesundheit des Bodens wichtig sind, aber sie unterscheiden sich in ihrer Entstehung, Zusammensetzung und den Stadien der Zersetzung. Humus ist das Endprodukt der Kompostierung, wenn sich alle leicht verdaulichen organischen Stoffe zersetzt haben. Erst dann gilt er als natürlich entstandener Kompost, während es sich bei Kompost, wie ihn die meisten Menschen kennen, um künstlich hergestellte organische Stoffe handelt, die in der Regel aus Lebensmittelabfällen bestehen und die beginnen, sich zu zersetzen, Humus ist aufgrund des langwierigen natürlichen Zersetzungsprozesses in der Regel frei von Schadstoffen. Kompost kann hingegen Schadstoffe wie Schwermetalle, Krankheitserreger und andere Verunreinigungen enthalten, die für das Grundwasser und die Oberflächengewässer gefährlich sein können. Humus besteht aus komplexen organischen Molekülen, die sehr abbauresistent sind. Dank dieser Stabilität kann er Kohlenstoff über lange Zeiträume speichern und ihn so effektiv aus der Atmosphäre fernhalten, wo er zu den Treibhausgaskonzentrationen beitragen würde.
[Quelle Landwirtschaft.de. „Richtig Kompostieren – So Geht’s.“ Accessed [2024]].
[Quelle Umweltbundesamt. „Humusstatus der Böden.“ Accessed [2024]].
[Quelle Umweltbundesamt. „Compost and Sewage Sludge.“ Accessed [2024]].
[Quelle Umweltbundesamt. „Optimierung der Verwertung Organischer Abfälle.“ 2018. Accessed [2024]].
Gibt es verschiedene Arten von Humus?
Das organische Material im Boden wird im Wesentlichen aufgespalten und in zwei wichtige Teile umgewandelt: den sogenannten Nährhumus und den Dauerhumus. Der Nährhumus macht etwa ein Drittel des Bodenhumus aus. Er dient als Nahrungsquelle für Bodenorganismen und regt so die biologische Aktivität im Boden an. Die dort gebundenen Nährstoffe werden schnell freigesetzt und können von den Pflanzen zum Wachstum genutzt werden. Die anderen zwei Drittel werden zu Dauerhumus. Dabei handelt es sich um sehr stabile Verbindungen, die von den Mikroorganismen nur sehr langsam abgebaut werden. Dadurch werden die darin enthaltenen Pflanzennährstoffe nur in geringen Mengen freigesetzt. Dauerhumus ist daher eine langsam fließende Nährstoffquelle für Pflanzen. Ein wichtiger Bestandteil des Dauerhumus sind Huminstoffe – komplexe organische Verbindungen, die eine braune bis schwarze Farbe haben. [Quelle Bundesregierung. „Was ist Humus und Welche Rolle Spielt Er Beim Klimaschutz?“ Bundesregierung, Accessed [2024]
Wie kann Humus die Umwelt schützen?
Humus kann große Mengen an Kohlenstoff über einen längeren Zeitraum im Boden speichern: Je höher der Humusgehalt des Bodens, desto mehr Kohlenstoff wird gebunden. Im Gegensatz zu anderen Formen organischer Materie, die sich schnell zersetzen und CO2 wieder in die Atmosphäre freisetzen, wirkt Humus als langfristige Kohlenstoffsenke. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Humus die Umwelt schützt, indem er Kohlenstoff bindet, die Bodenfruchtbarkeit und -struktur verbessert, das Wasserrückhaltevermögen erhöht, Schadstoffe puffert, die biologische Vielfalt fördert und den pH-Wert des Bodens stabilisiert. Diese Vorteile tragen insgesamt zu gesünderen Ökosystemen und einer nachhaltigeren Umwelt bei. Während beispielsweise Ackerland (mit abnehmender Menge an Huminstoffen) durchschnittlich etwa 80 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar speichert, sind es bei Grasland in gemäßigten Breiten durchschnittlich 236 Tonnen pro Hektar [Quelle Visual Capitalist. „Visualizing Carbon Storage in Earth’s Ecosystems.“ Visual Capitalist, 2022, Accessed [2024].
Künstlichen Huminstoffen (A-HS)
Was sind Huminstoffe und warum sind sie wichtig?
Huminstoffe sind komplexe, organische Makromoleküle, die durch den Abbau von Pflanzen- und Tierresten entstehen. Sie sind ein Hauptbestandteil der organischen Substanz im Boden und spielen eine entscheidende Rolle für die Bodenfruchtbarkeit. Sie verbessern die Bodenstruktur, Wasserspeicherkapazität, Nährstoffverfügbarkeit und mikrobielle Aktivität.Die Humifizierung gilt nach der Photosynthese als der zweitwichtigste Schritt im Kohlenstoffkreislauf. Als häufigster Bestandteil der organischen Bodensubstanz machen Huminstoffe 60-80 % davon aus und sind entscheidend für die Erhaltung der Funktionen des Bodenökosystems und die Kohlenstoffbindung im Boden. Huminstoffe werden auf der Grundlage ihrer Löslichkeit in Säuren und Basen in drei Typen eingeteilt: Huminstoffe, Huminsäuren und Fulvosäuren. [Quelle Bundesregierung. „Was ist Humus und Welche Rolle Spielt Er Beim Klimaschutz?“ Bundesregierung, Accessed [2024]
Was sind künstliche Huminstoffe und wie unterscheiden sie sich von natürlichen Huminstoffen?
Künstliche Huminstoffe (A-HS) sind Materialien, die chemisch und funktionell natürlichen Huminstoffen ähneln, aber durch einen viel schnelleren Prozess aus Biomasse hergestellt werden. Während natürliche Huminstoffe durch komplexe, biologische Prozesse im Boden über Jahrtausende entstehen, können A-HS in wenigen Stunden bis Tagen durch Verfahren wie die hydrothermale Humifizierung (HTH) gewonnen werden. Chemisch ähneln sich natürliche und künstliche Huminstoffe stark, wobei A-HS eine höhere Reinheit und definiertere Zusammensetzung aufweisen können. [Quelle Yang et al., 2020. Artificial humic acids: Sustainable materials against climate change. Advanced Science, 7(3), 201902992.]
Wie beeinflussen künstliche Huminstoffe die mikrobielle Aktivität im Boden?
A-HS können die mikrobielle Aktivität im Boden positiv beeinflussen, indem sie als Nahrungsquelle für Mikroorganismen dienen und deren Wachstum fördern. Studien zeigen, dass A-HS die Populationen von Bakterien und Pilzen erhöhen und die Aktivität von Enzymen im Boden stimulieren können, die am Nährstoffkreislauf beteiligt sind. [Quelle Tang et al., 2021. Artificial humic substances improve microbial activity for binding CO2. iScience, 24(6),102647].
Wie werden künstliche Huminstoffe hergestellt?
Bei der HTH wird Biomasse in Wasser bei erhöhter Temperatur und Druck behandelt. Dieser Prozess ahmt die natürliche Humifizierung im Zeitraffer nach und erzeugt A-HS mit ähnlichen Eigenschaften wie natürliche Huminstoffe. [Quelle Yang et al., 2020. Artificial humic acids: Sustainable materials against climate change. Advanced Science, 7(3), 201902992.]
Was sind die Vorteile der Verwendung von künstlichen Huminstoffen?
Die Verwendung von A-HS bietet mehrere Vorteile:
Nachhaltigkeit: A-HS werden aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen und tragen so zur Schonung fossiler Ressourcen bei.
Effizienz: Die Herstellung von A-HS ist wesentlich schneller als die Entstehung natürlicher Huminstoffe.
Skalierbarkeit: Die HTH-Technologie zur Herstellung von A-HS ist skalierbar und ermöglicht eine industrielle Produktion.
Kontrolle: Die Zusammensetzung und Eigenschaften von A-HS können durch die Wahl der Biomasse und der Prozessparameter gezielter gesteuert werden.
[Quelle Yang et al., 2020. The sleeping giant: A polymer view on humic matter in synthesis and applications. Progress in Polymer Science, 100, 101182.]
Welche Anwendungen gibt es für künstliche Huminstoffe?
A-HS haben ein breites Anwendungsspektrum:
Bodenverbesserung: A-HS können die Bodenstruktur, Wasserspeicherkapazität, Nährstoffverfügbarkeit und mikrobielle Aktivität verbessern.
Kohlenstoffbindung: A-HS können Kohlenstoff langfristig im Boden speichern und tragen so zum Klimaschutz bei.
Sanierung: A-HS können Schadstoffe im Boden binden und so die Umweltbelastung reduzieren.
Düngemittel: A-HS können die Nährstoffverfügbarkeit im Boden erhöhen und das Pflanzenwachstum fördern.
Materialwissenschaften: A-HS können als nachhaltige Rohstoffe für verschiedene Anwendungen in der Materialwissenschaft eingesetzt werden. [Quelle Yang et al., 2020. Artificial humic acids: Sustainable materials against climate change. Advanced Science, 7(3), 201902992.].
Wie können künstliche Huminstoffe zur Kohlenstoffbindung beitragen?
A-HS können zur Kohlenstoffbindung beitragen, indem sie Kohlenstoff langfristig im Boden speichern. Da A-HS aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden, kann ihre Herstellung und Anwendung zu einem geschlossenen Kohlenstoffkreislauf beitragen.
[Quelle Tang et al., 2021. Artificial humic substances improve microbial activity for binding CO2. iScience, 24(6), 102647.].
Sind künstliche Huminstoffe sicher für die Umwelt und die menschliche Gesundheit?
Bisherige Studien deuten darauf hin, dass A-HS sicher für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sind. Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um die langfristigen Auswirkungen von A-HS auf verschiedene Ökosysteme und die menschliche Gesundheit umfassend zu bewerten. [Quelle Yang et al., 2021. Natural and artificial humic substances to manage minerals, ions, water, and soil microorganisms. Chemical Society Reviews, 50(6), 6221-6239.]