Das REFERTIL Projekt wird von der Europäischen Union, Siebtes Rahmenprogramm, mitfinanziert. Fördernummer 289785.
2011-2015
R E F E R T I L N E W S L E T T E R
Ausgabe: September 2015 – Newsletter zur Biokohleanalytik biochar@3ragrocarbon.com www.refertil.info Sign up to the Newsletter
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REFERTIL
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In dieser Ausgabe
Das REFERTIL Projekt bietet fortschrittliche Lösungen für die aufwertende Umwandlung von Bio-Abfallströmen aus Europäischen Landwirtschaften und Lebensmittelindustrien.
Die angestrebten hochwertigen Produkte sollen den Einsatz von Mineraldüngern und Chemikalien in der Landwirtschaft reduzieren.
Hierdurch soll die ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit des Anbaus von Lebensmitteln verbessert werden. Der negative Carbon Footprint der Städte soll vermindert und insgesamt zum Klimaschutz beigetragen werden, während eine neue Bio-Ökonomie erschaffen wird.
Wenn Biokohle unwiderruflich in offenen und komplexen Bodenökosystemen appliziert werden soll, darf nur qualifizierte und sichere Biokohle verwendet werden. Akkreditierte chemische Analyse ist der einzige offizielle Weg, um die erforderliche Produktqualität zu gewährleisten und einen hohen Standard der Qualitätssicherung bei der Herstellung aufrechtzuerhalten.
Biokohle-ähnliche Produkte, die zu mehr als 1 t/Jahr hergestellt, importiert, vermarktet und angewendet werden, sind nicht als
„Biokohle“ im engeren Sinne
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einzustufen wenn: 1. Sie nicht die erforderlichen EU/MS/REACH Zulassungen zur Produktion, alsProdukt und zur
landwirtschaftlichen Anwendung haben; 2. Keine erweiterte Produkthaftung besteht; 3. Es sich um Holzkohle zur energetischen Verwendung handelt oder labile Kohlenstofffraktionen enthalten sind.
Die Eigenschaften des Ausgangsmaterials und die Qualität Pyrolyse-Technologie mit spezifischen Prozessbedingungen zusammen sind die beiden wichtigsten kritischen Elemente, die Eigenschaften, Qualität und Sicherheit des endgültigen Kohlenstoffproduktes
beeinflussen.
Die Eigenschaften des Ausgangsmaterials und die spezifischen Prozessbedingungen führen zu einem „Fingerandruck“
jedes Biokohle-Produktes. Ein verbessertes technisches Design
einer "Biokohle
produktspezifischen" Pyrolyse mit dem neuen Null-Emissions System der reduktiven thermischen Behandlung, der
"3R" -Technologie (Recycle- Reduce-Reuse), wurde von Edward Someus für eine hochwertige und sichere Biokohleproduktion entwickelt.
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REFERTIL in Kürze
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Was ist Biokohle?
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Akkreditierte Analytik bei Wessling Hungary Ltd.
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Nutzen von Biokohle im Boden Seite 3
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Risiko einer
Biokohleverwendung – PAK
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Analysemethoden
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Begründung für strengere Grenzwerte
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Risiko einer
Biokohleverwendung – PCBs und Dioxine
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Potentiell toxische Elemente
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Kontakte
Was ist Biokohle?
Biokohle ist ein auf pflanzlichen oder tierischen Biomasse-Nebenprodukten basierendes kohlenstoffhaltiges Material für
EU/MS/REACH zugelassene
landwirtschaftliche Anwendungen.
Pflanzen-Biokohle "PBC" ist ein Bodenverbesserer und wird aus Nebenprodukten der Land-, und
Forstwirtschaft sowie der Lebensmittelindustrie hergestellt. Knochen- Biokohle "ABC" ist ein organischer P Dünger der aus Knochenmehl mit Lebensmittelqualität hergestellt wird. Es gibt keine einfache Standardbeurteilung für alle Biokohleprodukte. Auf alle Fälle muss jedoch, wenn es in der EU um Biokohle mit mehr als 1 t/Jahr geht, diese hohe Sicherheitsstandards erfüllen. Erweiterte Produkthaftung ist genauso notwendig wie die obligatorischen EU/MS/REACH Genehmigungen hinsichtlich Produktion, Produktqualität, Vermarktung und landwirtschaftliche Anwendung.
Das REFERTIL Projekt wird von der Europäischen Union, Siebtes Rahmenprogramm, mitfinanziert. Fördernummer 289785.
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Akkreditierte Analytik bei Wessling Hungary Ltd.
Das Aussehen des ABC und PBC sind sehr ähnlich, obwohl sich ihre Zusammensetzung stark unterscheidet. PBC ist mikro- und mesoporöses Material pflanzlichen Ursprungs mit stabilem Kohlenstoffanteil. ABC ist ein makroporöses Apatitmaterial mit geringem Kohlenstoff- und hohem Calciumphosphatgehalt.
Allerdings sind manche analytische Prüfverfahren für beide geeignet. Im REFERTIL Projekt ist WESSLING Ungarn Ltd. für die detaillierte und akkreditierte analytische Charakterisierung von ABC, PBC und aller Probenströme verantwortlich.
Um die Qualitäts- und Sicherheitseigenschaften von Biokohle zu bestimmen, werden international akkreditierte Methoden und Standards notwendig. Eine Akkreditierung der Analysetätigkeit im Zusammenhang mit den REFERTIL Projekt ist ein wichtiger Schritt, um die Forschungsarbeiten des Projektes mit einer Analytik zu unterstützen, die ein anerkanntes Qualitätsmanagement und zusätzlich die erforderliche Professionalität repräsentiert. Es ist ebenfalls ein wichtiger Schritt die rechtliche Standardisierung und verbindliche Genehmigungsverfahren von Biokohle Industrieproduktion, Produktanwendungen und Vermarktung, einschließlich der erweiterten Produkthaftung und Haftungsrechtsfragen zu unterstützen
Die meisten der für die Biokohlebewertung verwendeten Standards wurden aus den aktuell gültigen CEN/ISO-Normen ausgewählt. Weil Biokohle ein neues Produkt ist, ist es notwendig für eine Anzahl von Parametern Verfahren der Boden- und Abfallanalytik zu übernehmen, die hinsichtlich ihrer analytischen Leistung beurteilt werden mussten. Hierzu wurden Validierungsmethoden entwickelt, um die Eignung nicht völlig kongruenter Standardverfahren in der Laborpraxis zu überprüfen. Nach fast zwei Jahren kontinuierlicher Arbeit wurde das Akkreditierungsverfahren bei der NAT (nationale Akkreditierungsstelle) initiiert. Während dieser Zeit gewann WESSLING umfangreiche Erfahrung in diesem analytischen Bereich
und konnte die externen und internen
Qualitätssicherungsmaßnahmen aufrechterhalten. Das Umwelt- Untersuchungslabor der Firma WESSLING ist das erste Labor in Europa, das die Akkreditierung für umfassende Analysen von Biokohleproben erhalten hat: Wessling-NAT-1- 1398/2012 (2014.10.08). Gemäß der Übereinkommen zur gegenseitigen Anerkennung1;2 werden die Akkreditierungen durch NAT sowie die von NAT akkreditierten Organisationen international von allen anderen Unterzeichnern anerkannt.
1 Multilaterale Vereinbarung der Europäischen Kooperation für Akkreditierung (EA MLA) in den Bereichen Analyse, Kalibrierung, Kontrolle, Produkt-Zertifizierung, Zertifizierung von Managementsystemen und Personenzertifizierung.
2 Übereinkommen der Europäischen Kooperation für Akkreditierung in den Bereichen Analyse und Kalibrierung.
Nutzen von Biokohle im Boden
Pflanzen-Biokohle (PBC) Bodenverbesserer, Substratzusatz
● Hergestellt aus Biomasse pflanzlichen Ursprungs.
● >90% stabiler Kohlenstoffanteil.
● Hoher Speicherkapazität für Wasser und Nährstoffe.
● Marginaler P und Ca Gehalt – kein direkter Düngeeffekt auf wirtschaftlichem Niveau.
● Dosierung: 3 t/ha - 20 t/ha.
● Dose: 3t/ha - 20 t/ha.
Knochen-Biokohle "ABC", ein organischer P Dünger, Bodenverbesserer und Substratzusatz
● Hergestellt aus Knochenmehl der Kategorie 3.
● 90% mineralische Bestandteile und 10%
Kohlenstoff.
● 30% P2O5 und 38-42% CaO + Mg, K.
● Kontrolliert freigesetzter organischer Dünger mit verschiedenen
Formulierungsoptionen.
● Dosierung: 0,1 t/ha - <1 t/ha.
PBC: mikro-mesoporös 1-50 nm
ABC: makroporös 50-63.000 nm
Nährstoffgehalts in verschiedenen Biokohlen: PBC und ABC
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Ausgabe: September 2015 – Newsletter zur Biokohleanalytik
Risiko einer Biokohleverwendung – organische Schadstoffe: PAKs
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) sind eine Gruppe von Kohlenwasserstoffen, von denen viele als krebserregend bekannt oder im Verdacht sind, und deren Konzentrationen in der Umwelt daher von Interesse sind. PAKs sind toxisch, persistent im Boden und mit Potenzial zur Kontamination des Grundwassers, daher ist es sehr wichtig, dass nur zertifizierte Biokohle mit niedrigen PAK- Konzentration in der Landwirtschaft verwendet wird. Außerdem sind PAKs in die Liste der prioritären Stoffe aufgenommen worden: Richtlinie 2008/105/EG listet PAKs als prioritärer Gefahrstoffe.
Das Vorkommen von PAKs in Biokohle wird vor Allem durch veraltete, schlechte entwickelte und ineffiziente Pyrolysetechnologie verursacht. Bei Pflanzen-Biokohle können sie auch von kontaminierten und schlecht ausgewählten Ausgangsmaterialien stammen.
Pflanzen-Biokohle kann erheblich zur Bodenverseuchung mit PAKs beitragen, wenn die PAK-Gesamtkonzentration in der Pflanzenkohle hoch ist und/oder hohe Aufwandmengen angewendet werden, um die gewünschten Effekte zu erzielen.
Was sind PAKs? Analysemethoden
Es gibt mehrere Arten von PAKs in Abhängigkeit von der Anzahl der Benzolringe. Um Informationen über spezifische PAKs in Biokohle zu erhalten, müssen nicht nur die 16 prioritären PAKs (basierend auf dem US EPA Vorschlag) gemessen werden, sondern die 19 häufigsten Komponenten.
Die Konzentration von PAKs in Biokohle wurde nach CEN/TS 16181:2013 mit einer GC-MS-Methode nach Schwefelkohlenstoffextraktion bestimmt.Die Verwendung von Schwefelkohlenstoff bei der Probenvorbereitung wurde durch WESSLING anstelle der traditionelleren Hexan-, Petrolether- oder Toluolmethode gewählt und validiert weil eine angemessener Extraktionsrate auch ohne zeitraubende Soxhlet- Extraktion erreicht werden kann, selbst wenn PAKs mit hoher Siedetemperatur vorhanden sind.
Begründung für strengere Grenzwerte
Der PAK-Gehalt von Biokohle ist in erster Linie abhängig von der technologischen Qualität der Karbonisierung, sie bestimmt die Verarbeitungsbedingungen. Im REFERTIL Projekt wurden mehr als hundert Biokohleproben, sowohl PBC als auch ABC, untersucht. Sowohl innerhalb von REFERTIL hergestellte Biokohle als auch Proben von mehreren EU-Herstellern wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass alle hochwertigen Biokohlen weniger als 1 mg/kg PAH16 enthielten. In diesem Zusammenhang hat es sich gezeigt, dass die fortgeschrittene Thermodynamik der modern und hochwertig konzipierten Hochleistungs-Pyrolyseverfahren eine Bildung von PAKs und Dioxinen nicht fördert. Im REFERTIL Dokument zur Unterstützung der Novellierung der Düngemittelverordnung EG 2003/2003 wurde der für PAK16 maximal zulässige Grenzwert auf 6 mg/kg festgelegt, die Mitgliedstaaten können jedoch aus Gründen des Umweltschutzes strengere Grenzwerte festsetzen. Zum Beispiel fordert die nationale Regelung in Ungarn (36/2006 (V.18.) FVM Dekret) für Bodenverbesserungsmittel PAK19 Gehalte unter 1 mg/kg.
Bei der Grenzwertdefinition ist es sehr wichtig die Anzahl der relevanten PAK Komponenten zu definieren. Das PAK19
Konzentration kann doppelt so hoch sein wie PAK16 da 1- und 2-Methylnaphthaline (nur unter PAK19 gemessen) über die typischen PAK16 Komponenten hinaus in Biokohle wichtig sind: meist Naphthaline und Phenanthrene, aber in einigen ABC Proben auch Anthracene und Phenanthrene. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe können als organische Schlüsselschadstoffe und als Indikatoren für Produktqualität von Biokohle angesehen werden.
Vergleich der PAK16 und PAK19 Gehalte in ABC und verschiedenen Pflanzen-Biokohlen.
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Ausgabe: September 2015 – Newsletter zur Biokohleanalytik
Haftungsausschluss: Der Autor ist allein für den Inhalt dieses Newsletters verantwortlich, der nicht die Meinung der Europäischen Gemeinschaft repräsentiert.
Kontakt zum Koordinator Edward Someus (biochar S&T senior engineer)
biochar@3ragrocarbon.com http://www.3Ragrocarbon.com
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In keinem Fall wurden polychlorierte Dibenzo-p-dioxine (PCDDs) oder polychlorierte Dibenzo-furane (PCDFs) als Verunreinigungen identifiziert. Diese Verbindungen bilden sich überwiegend bei Temperaturen über 1000 °C, wenn die Ausgangsmaterialien geringe Chlorgehalte hatten. Daher ist die Gefahr einer Kontamination mit Dioxinen und Furanen in Biokohle gering.
PCB7 wurden in den untersuchten mehr als hundert Biokohleproben nicht nachgewiesen (in REFERTIL hergestellt oder als industrielles Referenzmaterial erhalten), die aus traditionellen Ausgangsmaterialien (Agrarrückständen, Holzbiomasse, Nebenprodukten der Lebensmittelindustrie) oder tierischen Nebenprodukten der Kategorie 3 hergestellt waren.
Risiko einer Biokohleverwendung – organische Schadstoffe: PCBs und PCDDs/PCDFs
Potentiell toxische Elemente
Bestimmte potenziell toxische Elemente (PTEs) wie Quecksilber, Kadmium, Nickel und Blei sind in die Liste der prioritären Stoffe aufgenommen. Richtlinie 2008/105/EG listet Kadmium und Quecksilber als prioritärer gefährlicher Stoffe.
Das Messen von PTEs (Metallen) in Biokohlen ist sehr wichtig wegen der drei- bis fünffachen Anreicherungstendenz im Herstellungsprozess. Dies führt zu viel höheren PTE- Konzentrationen im festen Produkte als in den Ausgangsmaterialien. Je höher der Gehalt an organischer Substanz im Ausgangsmaterial ist, desto geringer ist die Ausbeute an Biokohle, deswegen kommt es vor allem in PBC zu hoher PTE Anreicherung. Die Anreicherungsrate der relevanten Elemente ist abhängig vom Strom des Ausgangsmaterials und der Ausbeute an Pflanzenkohle unter der gegebenen Pyrolysetechnologie. Die PTE- Konzentration im Ausgangsmaterial bestimmt oft die sichere Applikationsmenge von Biokohle. Alle aus Nebenprodukten hergestellten ABCs und hochwertigen PBCs lagen hinsichtlich der PTEs deutlich unter einer strengen MS Vorschrift und den von REFERTIL empfohlen Biokohle Qualitäts- und Sicherheitsparametern.
Im Falle einer Pyrolyse von Abfallmaterial mit hohen oder variablen PTE Konzentrationen besteht ein hohes Risiko, dass die PTEs in den Biokohle-Produkten die empfohlenen und festgesetzten Grenzwerte überschreiten.
Daher muss die Konzentration von PTEs im Ausgangsmaterial regelmäßig überwacht werden. Mehrere organische Abfallströme sind dafür bekannt, in der Regel einen hohen Gehalt an Leicht- und Schwermetallen zu haben, die unverändert oder konzentriert in den Biokohlen wieder erscheinen.
Detektion von PTE mit ICP-OES PTE Gehalte von Pflanzen-Biokohle und ABC
1MS Verordnung (Ungarn)
