DE102015010041A1

DE102015010041A1 - Terra Preta Humanidade, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE102015010041A1
Application number: DE102015010041.6A
Authority: DE
Inventors: Gregor Luthe; Robert Kock; Alois Ströing
Original assignee: Windplussonne GmbH
Current assignee: Windplussonne GmbH
Priority date: 2015-08-01
Filing date: 2015-08-01
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Stabile, humus- und nährstoffreichen sowie wasserspeichernde Bodenform oder Terra Preta Humanidade (11) mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio, herstellbar durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: (a) Herstellung von Biokohle oder pyrogenem Kohlenstoff (8) durch Pyrolyse oder hydrothermale Karbonisierung (7) von kohlenstoffhaltiger Biomasse (4, 5, 6), (b) Animpfung des Gemisches durch Beimischung einer Starterkultur aus Mikroorganismen (2) zur Durchführung einer anaeroben Fermentation von weiterer zu dem pyrogenen Kohlenstoff (8) zugesetzter Biomasse (4, 5, 6) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Initial (9), (c) Zugabe weiterer Mikroorganismen (2) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Aktiv (10) und (d) Zugabe von Bodenzusätzen (3) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade (11), wobei die Terra Preta Humanidade (11) mindestens einen Bestandteil (1) enthält, – der mindestens das Zehnfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann und der – als Nanopartikel, Mikropartikel und/oder Makropartikel vorliegt; Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Böden oder Bodensubstrate (im Folgenden »Terra Preta Humanidade« genannt) mit den Eigenschaften anthropogener Bodenarten wie Terra Preta oder Terra Preta do Indio.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Terra Preta Humanidade bei dem pyrogener Kohlenstoff und organische Biomasse einem Fermentationsprozess ausgesetzt wird.
Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Terra Preta Humanidade für die Bodenherstellung und Bodenverbesserung, für den nachhaltigen Einsatz in Landnutzungs- und Siedlungssystemen sowie für die Kreislaufwirtschaft, die Energiegewinnung und die Begrünung von Steppen und Wüsten.
Stand der Technik
Verschiedene Naturvölker und indianische Hochkulturen waren schon vor Jahrtausenden in der Lage, unfruchtbare und nährstoffarme Böden in außerordentlich produktive, fruchtbare Böden zu verwandeln, wie beispielsweise die Indianer-Schwarzerden, auch Terra Preta do Indio genannt.
Um heute auf unfruchtbarem Boden Pflanzenkulturen zu bewirtschaften, betreiben nicht nur einige Naturvölker, sondern auch Siedler Landrodung, bei der die Asche der niedergebrannten Bäume als Dünger wirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Felder immerhin bis zu mehreren Jahren zu bewirtschaften.
Das Geheimnis der Terra Preta do Indio liegt in deren Zusammensetzung und Herstellung. Historische Untersuchungen und wissenschaftliche Analysen ergaben, dass die frühen Naturvölker Holz in einem aufwändigen und heute nicht mehr erschlossenen Verfahren in Holzkohle verwandelten. Im Gegensatz zur Asche düngt jedoch Holzkohle nicht, sondern bindet Wasser und Nährstoffe im Boden. Daher sind mit Asche gedüngte Böden nach kurzer Zeit bereits nicht mehr kulturfähig, während die Böden mit Terra Preta do Indio über einen langen Zeitraum die Fähigkeit besitzen, Wasser und Nährstoffe im Boden zu halten und langsam an die Pflanzen abzugeben. Der hohe Holzkohleanteil der Terra Preta do Indio verhindert, dass der Regen die Nährstoffe aus dem Boden wäscht. Mittlerweile wurden zehntausende solcher natürlicher Terra Preta-Areale an verschiedenen Standorten auf der Welt verteilt entdeckt. Allen ist gemeinsam, dass auf dieser schwarzen Erde Pflanzen wesentlich schneller wachsen und einen mehrfachen Ertrag erbringen. Entsprechende Untersuchungen, beispielsweise im Amazonasbecken, lassen den Schluss zu, dass das Gebiet des heutigen Urwalds ursprünglich mehrere Millionen Menschen ernähren konnte.
Terra Preta do Indio kann man als ein solarbeeinflusstes Fließgleichgewicht von organomineralischen Bodenkolloiden in Symbiosen von ein- und mehrzelligen Bodenlebewesen, höheren Pflanzen, Nutztieren und Menschen bezeichnen.
Es hat in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Bodensubstrate mit den Eigenschaften anthropogener Bodenformen (Terra Preta do Indio) herzustellen.
So betrifft das europäische Patent EP 2 188 230 B1 und die korrespondierende amerikanische Patentanmeldung US 2010/0109734 A1 stabile, humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Bodensubstrate mit den Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio. Des Weiteren betrifft das europäische Patent ein Verfahren zur Herstellung dieser Bodenformen, bei dem pyrogener Kohlenstoff, organische Biomasse und/oder natürliche Mineralstoffe als Ausgangsstoffe in einem Fermentationsprozess eingebracht werden. Die resultierenden Bodensubstrate sollen zu einer nachhaltig hohen Bodenfruchtbarkeit führen, so dass für eine wirtschaftliche Nutzung keine Mineraldünger mehr benötigt werden. Ferner eignet sich der Boden als Bodenersatz, Bodensubstrat oder Bodenergänzungsmittel zur Begrünung von Siedlungen, zur Erosionshemmung, zur Verbesserung von regionalen Wasserhaushalten, zur Hochwasserprävention, zum Klimaschutz, zur Verminderung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre, zur Schmutzwasserreinigung- und -aufbereitung, zur Abluftreinigung und Gebäudeluftreinigung, zur Schaffung von Stoffstromkreisläufen aus biogenen Abfällen und/oder Abwässern zur Entwicklung und Nutzbarmachung von Landnutzungs- und Siedlungssystemen.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2014 004 445 U1 geht eine Vorrichtung zur Herstellung von Pflanzenkohle und Gewinnung von Wärme hervor. Die Vorrichtung weist eine motorisierte Brennstofffördereinrichtung zum Fördern von Biomassebrennstoff in einen Brenner zum Verkohlen des geförderten Biomassebrennstoffs in dem Brenner zu Pflanzenkohle und Verbrennen der frei werdenden flüchtigen Stoffe zur Wärmegewinnung. Außerdem weist die Vorrichtung eine Pflanzenkohlefördereinrichtung zum Abführen der in dem Brenner erzeugten Pflanzenkohle aus dem Brenner.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 102 530 A1 geht ein Verfahren hervor, mit dem Landflächen mit unfruchtbaren, d. h. schlechten, degradierten oder nur mäßig fruchtbaren Böden vergleichsweise kostengünstig und in vergleichsweise kurzer Zeit zu sehr fruchtbaren landwirtschaftlichen Nutzflächen aufbereitet werden können. Bei dem Verfahren wird in und/oder auf punktuelle Flächenabschnitte der Landfläche, die zu einer fruchtbaren landwirtschaftlichen Nutzung aufbereitet werden soll, Terra Preta ein- und/oder aufgebracht, wobei zumindest ein Teil der punktuellen Flächenabschnitte mit jeweils mindestens einer Kulturpflanze bepflanzt wird, die einer Anreicherung der organischen Bodensubstanz und ein dauerhaften Kohlenstoffeintrag bewirken kann.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 087 635 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung bodenverbessernder Substrate durch Aufbereitung von aus Biogasanlagen gewonnen Gärresten hervor. Dabei werden die Gärreste oder der flüssige Anteil der Gärreste mit zumindest einer Magnesiumionenquelle, zumindest einer Phosphationen- und/oder Hydrogenphosphationenquelle sowie vorzugsweise einer Kohlenstoffquelle vermengt oder in Kontakt gebracht. Anschließend wird den vorliegenden Substraten gegebenenfalls das Wasser ganz oder teilweise entzogen.
Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2012/0193271 A1 geht eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extraktion eines Produktstroms aus einer unkonventionellen Ölquelle hervor. Die Vorrichtung umfasst einander gegenüberstehend in einem Abstand voneinander angeordnete zentrifugale Impeller mit einer gemeinsamen Rotationsachse, die einen Arbeitsraum zwischen ihnen definieren, der von der Rotationsachse bis zur Peripherie reicht. Einer der Impeller umfasst eine zentral und axial angeordnete Materialeinfüllöffnung zur Extraktion des Produktstroms aus dem Arbeitsraum. Ein anderer Impeller umfasst eine zentral und axial angeordnete Austragungsöffnung. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Antriebsmotor, der mit den Impellern verbunden ist, so dass diese um die gemeinsame Rotationsachse gegeneinander rotieren. Nicht zuletzt sind Vorrichtungen zum Einbringen des Ausgangsmaterials in den Arbeitsraum über eine axiale Einfüllvorrichtung während des Rotierens vorgesehen.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 20 2012 000 031 U1 ist eine Zusammensetzung bekannt, die, bezogen auf ihre Gesamtmenge, aus 50 Gew.-% Biokohle, 17,5 Gew.-% Gartenerde, 10 Gew.-% Lavagestein, 10 Gew.-% Kompost, 5 Gew.-% tierische Knochen, 5 Gew.-% Muschelschalen, 2 Gew.-% Moorschlamm (kein Torf) und 0,5 Gew.-% Salpeter besteht.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 037 253 A1 ist ein Verfahren zur Vermehrung, Anzucht und Beschleunigung des Wachstums von rhizombildenden Pflanzen bekannt, mit dem sich die Zeit nach der Ausbringung bis zur ersten Ernte von Miscanthus und vergleichbaren Pflanzen verkürzen lassen soll. Dabei ist vorgesehen, dass junge, mehrtriebige Pflanzen-Ballen, die noch kein Rhizom ausgebildet haben, mechanisch geteilt, in Terra Preta gepflanzt und mit nährstoffbelastetem Wasser bewässert und gedüngt werden. So vermehrter Miscanthus soll entgegen herkömmlichen Vermehrungsverfahren nicht erst nach drei, sondern schon nach zwei Jahren das erste Mal geerntet werden können.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 053 867 geht ein Verfahren zur Herstellung von Bodenzusatzstoffen zur Verbesserung der Kationenaustauschkapazität, der Nährstoff- und der Wasserhaltefähigkeit von Böden durch biologische Fermentation hervor, bei dem der organischen Biomasse vor der Fermentation ein flüssiger Kohleschlamm zugefügt wird. Bei dem flüssigen Kohleschlamm handelt es sich um einen durch hydrothermale Karbonisierung behandelter Klärschlamm.
Aus der internationalen Patentanmeldung 2009/149944 A1 geht eine ökotechnische Anlage zur Herstellung von Kultursubstraten und/oder Bodenhilfsstoffen und/oder organischen Düngern mit Eigenschaften anthropogener Terra Preta hervor. Die Anlage umfasst einen Fermenter, in dem unbelastete feste und flüssige organische Biomasse, Bioabfälle, Schmutz- und Abwässer und mineralische Stoffe einem anaeroben Fermentationsprozess, insbesondere einer anaeroben Milchsäuregärung, ausgesetzt werden, wobei in dem Fermenter zumindest inerter Kohlenstoff mit großem Porenvolumen oder einem Substitut desselben wie Lava, Zeolith, Bentonit, Blähton und/oder sonstige poröse Materialien enthalten sind. Die Anlage kann darüber hinaus einen dem Fermenter vorgeschalteten biologischen Austauschfilter, der in seiner Grundstruktur aus organischer Biomasse und/oder mineralischen Materialien und/oder inertem Kohlenstoff mit großem Porenvolumen und/oder einem Gemisch derselben besteht und über den flüssige organische Biomassen wie Gärreste, Gülle, Schlempe, Schmutz- und Abwässer geleitet werden, und/oder eine Intensivrotte zur Hygenisierung und Abtötung keimfähiger Samen über Temperaturerhöhung und/oder eine Trocknungsmiete zur Trocknung und Neutralisation der fermentierten Biomasse aufweisen.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 128 115 A1 sind Böden, die anthropogener Terra Preta ähneln, bekannt. Sie werden aus einem Gemisch, das Holzkohle, Zucker und Phosphorsäure sowie, bezogen auf ein Volumen der Mischung, 10 bis 100 Volumen Torf oder Kompost enthält, bei konstanter Luftfeuchtigkeit hergestellt.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2009/021528 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von stabilen humus- und nährstoffreichen sowie wasserspeichernden Böden oder Bodensubstraten mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen bekannt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Vermischung von zerkleinertem und/oder gesiebtem pyrogenem Kohlenstoff mit zuvor verkleinerter und homogenisierter, leicht zersetzbarer, organischer Biomasse,
(b) Animpfung des Gemisches durch Beimischung einer Starterkultur aus Mikroorganismen zur Durchführung einer anaeroben Fermentation in Form einer Milchsäuregärung und/oder bereits hergestellter Bodensubstrate und/oder eine dem Milchsäuregärungsprozess ausgesetzten Biomasse, sowie
(c) Inkubation des Gemisches unter Luftausschluss zur Durchführung einer Milchsäuregärung bei einer Temperatur zwischen 30°C und 40°C und einem pH-Wert im sauren Bereich, wobei während des Fermentationsprozess eine kontrollierte Bodenentwässerung und Entgasung vorgesehen sind.

Laut dem europäischen Patent EP 2 188 230 B1 , Spalte 2, Absätze [0010] und [0011], ist es dennoch bis heute nicht gelungen, die Schwarzerde ähnliche anthropogene Bodenform von Terra Preta do Indio künstlich zu erzeugen. Ein Verfahren zur Herstellung dieser anthropogenen Bodenformen wäre aber aus unterschiedlichen Gründen wünschenswert, beispielsweise um weltweit nachhaltige Landnutzungssysteme aufzubauen, die die Nahrungsversorgung der Menschen dauerhaft sichern, den lokalen Wasserhaushalt regulieren, Abwasser und Luft reinigen und zur Hochwasserprävention und zum Klimaschutz beitragen. Zudem wäre die „Entsorgung” von organischen Siedlungsabfällen, die den Menschen derzeit erhebliche Umweltprobleme bereiten, im Sinne einer ökologischen und ökonomischen Kreislaufwirtschaft gelöst.
So stellt sich nach wie vor die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Bodenform oder einer Terra Preta Humanidade bereitzustellen, die den anthropogenen Schwarzerden mit den beschriebenen langwirkenden nährstoff- und wasserspeichernden Eigenschaften entspricht oder diesen zumindest sehr ähnlich ist, sowie die Nutzung- und Anwendungsmöglichkeiten dieser künstlich erzeugten Bodenformen zu entwickeln, die zur nachhaltigen Landnutzungs- und Siedlungssystemen führen können.
Aus dem amerikanischen Patent US 8,361,185 B2 ist eine Mischung zur nachhaltigen Abgabe von Makronährstoffen in sauren Böden bekannt, die einen stickstoffhaltigen Makronährstoff wie Harnstoff, der an der Oberfläche von Hydroxylapatit-Nanopartikeln adsorbiert ist, enthält. Die beschichteten Hydroxylapatit-Nanopartikel sind zwischen den Schichten von Nanoclay eingelagert, so dass die Makronährstoffe nachhaltig an den Boden abgegeben werden.
Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2010/0285962 ist ein biologisch abbaubares Produkt für die Erosionskontrolle, den Pflanzenschutz und der Beschichtung von Samen bekannt, das ein pflanzenbasiertes Produkte wie ein pflanzliches Protein und ein Produkt, das pflanzliche Fasern enthält, aufweist. Das biologische abbaubare Produkt kann des Weiteren Pestizide, Insektizide, Düngemittel, Bakterizide, Abwehrmittel gegen Schädlinge, Samen, Organismen für die biologische Dekontaminierung, nützliche Organismen, Herbizide, Fungizide, Pflanzenwachstumsregulatoren, Natriumhydroxid, Säuremodifizierungsmittel, Ton, Nanoclay, oberflächenaktive Stoffe, Para-tertiär-octylphenoxypolyethylenglykol und Wasser absorbierende Stoffe enthalten.
Diesem Stand der Technik kann der Fachmann aber keine Anregungen und Hinweise entnehmen, die die Verwendung von Nanoclay und/oder Superabsorbern für die Herstellung von Terra Preta Humanidade nahe legen.
Aufgabe der Erfindung
Es stellt sich daher nach wie vor die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Bodenform oder einer Terra Preta Humanidade bereitzustellen, die den anthropogenen Schwarzerden (Terra Preta do Indio) mit den beschriebenen langwirkenden nährstoff- und wasserspeichernden Eigenschaften noch besser entspricht oder diesen noch ähnlicher ist als die bislang bekannten Bodenformen. Dadurch sollen sich bereits die Nutzungs- und Anwendungsmöglichkeiten dieser verbesserten künstlich erzeugten Bodenformen signifikant erhöhen und zu besonders nachhaltigen Landnutzungs- und Siedlungssystemen führen.
Lösung der Aufgabe
Demgemäß wurde die stabile, humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Bodenform oder Terra Preta Humanidade mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio gefunden, herstellbar durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Herstellung von Biokohle oder pyrogenem Kohlenstoff durch Pyrolyse oder hydrothermale Karbonisierung von kohlenstoffhaltiger Biomasse,
(b) Animpfung des Gemisches durch Beimischung einer Starterkultur aus Mikroorganismen zur Durchführung einer anaeroben Fermentation von weiterer zu dem pyrogenen Kohlenstoff zugesetzter Biomasse zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Initial,
(c) Zugabe weiterer Mikroorganismen zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Aktiv und
(d) Zugabe von Bodenzusätzen zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade,

– der mindestens das Zehnfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann und der
– als Nanopartikel, Mikropartikel und/oder Makropartikel vorliegt.

In Folgenden wird die neue stabile, humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Bodenform als »erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade« bezeichnet.
Außerdem wurde die neue Verwendung der Terra Preta Humanidade Initial, der Terra Preta Humanidade Aktiv und der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade zur Deodorisierung von übelriechender Biomasse und/oder Bodezusätzen, zur Bindung von wasserlöslichen Nitraten, Nitriten und/oder Phosphaten, als Bodenersatz, als Bodenergänzungsmittel, zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit, zur Begrünung von Siedlungen, zur Erosionshemmung, zur Verbesserung von regionalen Wasserhaushalten in gemäßigten Klimazonen, ariden und wüstenhaften Klimazonen und tropischen Klimazonen, zur Hochwasserprävention, als Mittel gegen das Trockenfallen von Böden, Hängen und Dämmen, zum Klimaschutz, zur Verminderung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre, zur Schmutzwasserreinigung- und -aufbereitung, zur Abluftreinigung und Gebäudeluftreinigung, zur Schaffung von Stoffstromkreisläufen aus biogenen Abfällen und/oder Abwässern zur Entwicklung und Nutzbarmachung von Landnutzungs- und Siedlungssystemen gefunden.
Im Folgenden wird die neue Verwendung der Terra Preta Humanidade Initial, der Terra Preta Humanidade Aktiv und der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet.
Nicht zuletzt wurde das neue Verfahren zur Herstellung von stabilen humus- und nährstoffreichen sowie wasserspeichernden Bodenformen oder Terra Preta Humanidade mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio, umfassend die Verfahrensschritte:

(a) Herstellung von Biokohle oder pyrogenem Kohlenstoff durch Pyrolyse oder hydrothermale Karbonisierung von kohlenstoffhaltiger Biomasse,
(b) Animpfung des Gemisches durch Beimischung einer Starterkultur aus Mikroorganismen zur Durchführung einer anaeroben Fermentation von weiterer zu dem pyrogenen Kohlenstoff zugesetzter Biomasse zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Initial,
(c) Zugabe weiterer Mikroorganismen zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Aktiv und
(d) Zugabe von Bodenzusätzen zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade, wobei
(e) vor und/oder nach mindestens einem Verfahrensschritt (a), (b), (c) und/oder (d) mindestens ein Bestandteil, der mindestens das Zehnfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann und der als Nanopartikel, Mikropartikel und/oder Makropartikel vorliegt, zugesetzt wird.

Im Folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung von stabilen humus- und nährstoffreichen sowie wasserspeichernden Bodenformen oder Terra Preta Humanidade mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio als »erfindungsgemäßes Verfahren« bezeichnet.
Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag mithilfe der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade, dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst werden konnte.
Insbesondere überraschten die breiten Nutzungs- und Anwendungsmöglichkeiten, die zur nachhaltigen Landnutzungs- und/oder Anwendungssystemen führten.
Die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade führte zu einer nachhaltig hohen Bodenfruchtbarkeit, so dass für eine wirtschaftliche Nutzung der Bodenfläche keine Mineraldünger mehr erforderlich waren. Ferner eignet sich die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade als Bodensubstrat, als Bodenersatz, als Bodenergänzungsmittel, zur Begrünung von Siedlungen, zur Erosionshemmung, zur Verbesserung von regionalen Wasserhaushalten, zur Hochwasserprävention, zur Verminderung des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosphäre (Klimaschutz), zur Schmutzwasserreinigung und Schmutzwasseraufbereitung, zur Abluftreinigung und zur Gebäudeluftreinigung.
Nicht zuletzt wies das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade anfallenden Biogase in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Erzeugung von Strom verwendet werden konnten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Ausgangsmaterialien für die Herstellung der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade sind pyrogener Kohlenstoff und leicht zersetzbare organische Biomasse.
Unter dem Begriff „pyrogener Kohlenstoff” versteht man die durch starke Erhitzung von organischem und vorzugsweise ligninhaltigen Material entstandenen Kohlenstoffstrukturen. Man findet pyrogenen Kohlenstoff beispielsweise in der Form von Holzkohle, Siebrückständen von Holzkohle, Schwarzerde und Holzasche.
Die Erfindung umfasst auch die geeignete Auswahl der Grund- und Ausgangsstoffe für die Herstellung der erfindungsgemäßen Bodenform mit den erwünschten Eigenschaften. Dazu gehören z. B. organische Siedlungsabfälle, organische Abfälle aus der Industrie, Gewerbe, Land- und Forstwirtschaft und Gartenbau sowie die ligninhaltigen Materialien, wie zum Beispiel Grünabfall, Mulchmaterial, Holzabfälle, Biogasanlagenabfälle, die getrocknet und/oder gefiltert sein können und die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem vollständigen Kreislaufwirtschaftssystem führen. Ferner umfasst sind die Entwicklung, Konzeption, Planung und Umsetzung von neuen, nachhaltigen Landnutzungs- und Siedlungssystemen, die erst durch die erfindungsgemäße Technologie ermöglicht werden.
Um die verschiedenen Produkte und Zwischenprodukte der erfindungsgemäßen Bodenformen zu bezeichnen, werden folgende Bezeichnungen eingeführt. Das in einer ersten Herstellungsphase hergestellte, bereits als Bodensubstrat verwendbare Zwischenprodukt wird als „Terra Preta Humanidade Initial” bezeichnet. Terra Preta Humanidade Initial wird erhalten, indem die Ausgangsmaterialien pyrogener Kohlenstoff und organische Biomasse vermischt und anschließend fermentiert werden. Gegebenenfalls kann bei diesem Schritt auch der Zusatz von natürlichen Mineralstoffen wie Stickstoff, Phosphor, Kalium usw., beispielsweise in Form von Mineralböden, erfolgen. Terra Preta Humanidade Initial kann bereits als Bodensubstrat, als Bodenersatz, zur Bodenverbesserung oder als Bodenergänzungsmittel verwendet werden.
Eine Weiterbehandlung der auf diese Weise erhaltenen Terra Preta Humanidade Initial führt zu einer weiteren Bodenform, die als »Terra Preta Humanidade Aktiv” bezeichnet wird. Hierbei wird die zuvor erwähnte Terra Preta Humanidade Initial mit Bodenlebewesen, wie beispielsweise Würmer, Milben und/oder Mykorrhiza, weiter behandelt. Dies kann entweder in getrennten Anlagen, Behältern oder direkt auf der zur Bodenverbesserung zu behandelnden Freiflächen erfolgen. In Letzterem Fall kann die Behandlung auch durch Einwanderung natürlicher Bodenlebewesen (z. B. Regenwürmer) erfolgen. Nach einer gewissen Zeitdauer unter Einwirkung der Bodenlebewesen ist aus der Terra Preta Humanidade Aktiv das Endprodukt, die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade, entstanden.
Für die vorliegende Erfindung ist es wesentlich, dass auf mindestens einer Verfahrenstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens den jeweils vorhandenen Materialien „Ausgangsstoffe”, „Terra Preta Initial”, „Terra Preta Initial Aktiv” und „Terra Preta Humanidade” mindestens ein Bestandteil zugesetzt wird, der mindestens das zehnfache, vorzugsweise mindestens das fünfzigfache, besonders bevorzugt mindestens das hundertfache und insbesondere das fünfhundertfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann und der als Nanopartikel, Mikropartikel und/oder Makropartikel vorliegt.
Vorzugsweise weisen die Nanopartikel eine massenmittlere Teilchengröße von 1 bis < 1000 nm, die Mikropartikel eine massenmittlere Teilchengröße ≥ 1000 nm bis < 1000 μm und die Makropartikel einer massenmittlere Teilchengröße ≥ 1000 μm auf.
Vorzugsweise wird dieser Bestandteil aus der Gruppe, bestehend aus Nanoclay und Superabsorbern, ausgewählt.
Nanoclays entstammen einer großen Klasse von natürlich vorkommenden Silikaten, von denen plättchenförmiger Montmorrillonit am häufigsten verwendet wird. Montmorillonit besteht aus ungefähr 1 nm dicken Aluminosilikat-Schichten, deren Oberfläche mit Metallionen substituiert ist und die ungefähr 10 μm starke Mehrschichtenstapel bilden. Sie werden beispielsweise als Additive für Kunststoffe verwendet.
Bevorzugt wird der Nanoclay aus der Gruppe, bestehend aus Bentoniten und Montmorilloniten, ausgewählt.
Bevorzugt wird der Superabsorber aus der Gruppe, bestehend aus

– Copolymerisaten der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure mit Alkaliacrylat und/oder Alkalimethacrylat,
– Copolymerisaten auf der Basis von Stärke und Acrylaten und/oder Methacrylaten und
– Copolymerisaten auf der Basis von Polyacrylamiden und Alkaliacrylaten und/oder Alkalimethacrylaten,

Superabsorber sind allgemein bekannte Stoffe und werden jährlich im 100.000-Tonnenmaßstab hergestellt. In der Hauptsache werden Superabsorber als saugfähiges Material in Windeln verwendet.
Insbesondere werden die vorstehend beschriebenen Bestandteile in Humus oder Kohle untergemischt, in der Kohle mit eingeschlossen oder an der Kohle, z. B. durch Linker gebunden zugefügt. Dies kann somit vor der Pyrolyse, während der Pyrolyse, nach der Pyrolyse, beim Auftrag auf das Feld, vor der Impfung mit Mikroben und/oder nach der Impfung mit Mikroben geschehen.
Die Menge an den vorstehend beschriebenen Bestandteilen, die den Ausgangsstoffen, der Terra Preta Humanidade Initial, der Terra Preta Humanidade Aktiv und/oder dem Endprodukt, die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade, zugesetzt wird, kann sehr breit variieren und richtet sich hauptsächlich danach, welche Wasserretention die erfindungsgemäße Bodenform haben soll. So können erfindungsgemäße Bodenformen, die in erster Linie auf Sandböden und ähnlich trockenen Böden aufgebracht werden, einen größeren Anteil an solchen Bestandteilen aufweisen, als die erfindungsgemäßen Bodenformen, die auf von Natur aus feuchten Böden ausgebracht werden.
Vorzugsweise werden die vorstehend beschriebenen Bestandteile bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Menge eingebracht, dass das die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade, bezogen auf die Terra Preta Humanidade, 0,01 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 80 Gew.-% und insbesondere 0,1 bis 70 Gew.-% der Bestandteile enthalten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade wird der pyrogene Kohlenstoff zu einem vorwiegend anaerob verlaufenden Fermentationsprozess, bei dem eine Fermentation eines organischen Biomassegemischs mittels Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze, Pilzsporen, Algen usw.) stattfindet, zugesetzt. Dabei lagern sich die freigesetzten Nährstoffe und Mineralien in die pyrogenen Kohlenstoffstrukturen ein.
Unter dem Begriff „Fermentierung” oder „Fermentation” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Umsetzung von biologischen, insbesondere organischen Materialien mit Hilfe von Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen oder Zellkulturen) verstanden. Eine Fermentation kann aber auch durch den Zusatz von stoffwechselaktiven Enzymen oder anderen biologisch aktiven Molekülen (z. B. Nährstoffsubstrate der Mikroorganismen) erfolgen. Die Fermentation kann sowohl aerobe Vorgänge (z. B. Essigsäuregärung) als auch anaerobe Vorgänge (z. B. Milchsäuregärung) einschließen.
Der Fermentationsprozess kann entweder in Behältern, Anlagen oder direkt auf der Freifläche stattfinden. Der Fermentationsprozess kann spontan mit den in der Biomasse natürlicherweise vorhandenen Mikroorganismen ablaufen. Alternativ können zur kontrollierten Steuerung des Prozesses und der Herstellung der Terra Preta Humanidade Initial Mikroorganismen oder Mischungen verschiedener Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Pilze, Zellkulturen) als Starterkulturen zugegeben werden.
Durch den unter Luftausschluss stattfindenden Fermentationsprozess entstehen humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Ton-Humus-Komplexe, die vergleichbare Eigenschaften mit denen der natürlichen Terra Preta do Indio besitzen. Die so hergestellten nährstoffreichen sowie wasserspeichernden Ton-Humus-Komplexe sind chemisch und biologisch stabil und dienen als dauerhafter Kohlenstoffspeicher mit langandauernder Bindungskapazität für Nährstoffe und Wasser.
Der pyrogene Kohlenstoff kann beispielsweise in Form von Holzkohle oder deren Siebrückstände oder Holzasche eingebracht werden und/oder durch einen Pyrolyseprozess in einer mobilen oder stationären Pyrolyseanlage aus vorwiegend ligninreichen, organischen Materialien, wie Holz, Pflanzenstängel, Obstkernen, Nussschalen oder Knochen gewonnen werden. Knochen hat den Vorteil, dass er besonders phosphorhaltig ist.
Vorzugsweise wird der Pyrolyseprozess unter Sauerstoffabschluss bei etwa 100 bis 1000°C betrieben. Der Fachmann versteht es jedoch, die entsprechenden Pyrolysebedingungen an die jeweiligen Gegebenheiten, wie die Art der Pyrolyseanlage, dem Umgebungsdruck und/oder der Menge, der Art und der Beschaffenheit des Pyrolysegutes anzupassen.
Zur Herstellung des pyrogenen Kohlenstoffs kann in einer bevorzugten Ausführungsform das Pyrolysematerial zuvor zerschnitten oder zerkleinert und zu Presslingen gepresst werden. Diese haben den Vorteil, dass der Pyrolyseprozess besser kontrollierbar ist und ein homogenes Pyrolyseprodukt liefert, das die anschließende Fermentation begünstigt. Ansonsten müsste für den Erhalt von pyrogenem Kohlenstoff das Pyrolysematerial z. B. nach Rinden, Gräsern, Holz oder Knochen entsprechend der Beschaffenheit zunächst getrennt werden, bevor es dem jeweiligen Pyrolyseprozess zugeführt wird.
Neben dem pyrogenen Kohlenstoff entstehen bei dem Pyrolyseprozess weitere nutzbare Produkte, wie Öl, Holzteer und/oder Gas, die beispielsweise zur Strom-, Wärme- und/oder Kälteproduktion eingesetzt werden können. Dadurch sind diese Nebenprodukte für eine sinnvolle Nutzung zum Beispiel zur Energiegewinnung verwertbar und im Sinne der Erfindung für nachhaltigen Landnutzungs- und Siedlungssystemen einsetzbar.
Die in der Pyrolyse entstehende warme Luft oder das Gas wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Optimierung des Fermentationsprozess verwendet. Gegebenenfalls muss die aus der Pyrolyse stammende heiße Abwärme auf die für den Fermentationsprozess erforderliche Temperatur von 30 bis 40°C abgekühlt werden.
In den Abgasen der Pyrolyse ist ferner Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser enthalten, die sich bei der Durchleitung durch den noch heißen pyrogenen Kohlenstoff in dessen Poren zu festem Ammoniumbicarbonat oder Hirschhornsalz umwandeln. Dieses Nebenprodukt kann wiederum als Langzeitdünger im Sinne der Erfindung eingesetzt werden. Ein weiterer positiver Aspekt für die Durchleitung dieser Gase durch den noch heißen pyrogenen Kohlenstoff ist darin zu sehen, dass die Abgase der Pyrolyse gereinigt werden. Dadurch können etwaige anfallende schädliche Stoffe auf natürliche Weise durch den Pyrolyseprozess selbst eliminiert werden.
Bei einem bevorzugten Pyrolyseverfahren zur Herstellung von pyrogenem Kohlenstoff wird fein zerkleinertes Holz auch mit Blattmasse in einer Miete aufgesetzt, verdichtet, bewässert und weit gehend luftdicht z. B. mit Erde abgedichtet. Alternativ kann das Verfahren auch mit Fahrsilos oder in speziellen Behältern durchgeführt werden. Nach einiger Zeit setzt ein thermischer Rotteeffekt ein, bei dem im Inneren Temperaturen bis zu 80°C entstehen. Als Hauptprodukt entsteht pyrogener Kohlenstoff, der dem Fermentationsprozess zugeführt werden kann. Bei dem Pyrolyseprozess kann auch ferner über einfache Wärmetauscher heißes Wasser mit einer Temperatur von etwa 60°C gewonnen werden. Außerdem entsteht Leichtgas, das zur Energiegewinnung genutzt werden kann.
Dem Fachmann sind neben der Pyrolyse auch weitere Verfahren zur Herstellung von pyrogenem Kohlenstoff bekannt. Als Beispiel sei das Verfahren der hydrothermalen Karbonisierung genannt.
Der durch diverse Verfahren hergestellte pyrogene Kohlenstoff weist intramolekulare Kohlenstoffstrukturen auf, die z. B. durch die Pyrolysebedingungen beeinflusst werden können. Dadurch können die Eigenschaften des für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten pyrogenen Kohlenstoffs im Hinblick auf eine hohe Nährstoff- und Wasserspeicherkapazität angepasst werden.
Weitere erfindungsförderliche Modifikationen sind Bestandteil der bevorzugten Ausführungsformen. Beispielsweise kann der pyrogene Kohlenstoff in einer bevorzugten Ausführungsform vor der erfindungsgemäßen Verwendung zerkleinert und/oder gesiebt und mit der organischen Biomasse homogenisiert werden. Der pyrogene Kohlenstoff kann zudem mit Urin und/oder Harnstofflösung und/oder andern harnstoffhaltigen Lösungen versetzt werden, um Stickstoff und Phosphor bereitzustellen, so dass die positiven Eigenschaften verstärkt werden.
Die für die Herstellung zu verwendende leicht zersetzbare organische Biomasse besteht vorzugsweise aus grünen Pflanzen und deren Resten, organischen Siedlungsabfällen, organischen Abfällen aus Industrie, Gewerbe, Land- und Forstwirtschaft und Gartenbau, wie Biomüll, Küchenabfällen, Grünschnitt, menschlichen oder tierischen Fäkalien, Gülle oder Fermentationsrückständen aus Biogasanlagen, Hornhobel, Haaren, Torf, Schlachtabfällen, Stallmist, Aspergillus Niger, Fischabfällen, Fischmehl und/oder Kleie.
Dabei ist hinsichtlich einer nachhaltigen Landnutzung der Eintrag von Schwermetallen und toxischen Substanzen zu vermeiden. Grobe organische Biomasse kann vor dem Herstellungsprozess von Terra Preta Humanidade zerkleinert und/oder gesiebt und/oder mit dem pyrogenen Kohlenstoff homogenisiert werden.
Die zur Herstellung benötigten Mineralstoffe können beispielsweise in Form von Mineralboden oder mineralischen Bodensubstraten entweder bereits in der Phase der Herstellung der Terra Preta Humanidade Initial zugeführt werden oder erst in der Phase der Flächenaufbringung von Terra Preta Humanidade Aktiv auf den Boden.
Der Mineralboden wird entweder in Behältern oder einer Anlage vor oder nach der Fermentation mit der organischen Biomasse und dem pyrogenen Kohlenstoff vermischt oder direkt auf die zu behandelnde Fläche aufgebracht oder ist bereits auf dem zu behandelnden Boden enthalten. Vorzugsweise werden die natürlichen Mineralböden zur Vermeidung von Transportkosten und/oder den umweltrelevanten Folgen von Transportern aus der Umgebung des Ortes der Herstellung gewonnen und am Ort der Anwendung eingesetzt.
Die Mineralstoffe (z. B. Stickstoff, Phosphor, Kalium) können als Dünger, Kalk oder in Form von Mineralböden oder anderen mineralischen Böden Substraten, beispielsweise aus Kaolinit, Mullit, Kalk, Tonscherben, Vulkanasche, Zeolithe, Porzellan, Keramik, Steingut, Siliciumdioxid haltiges Hartsedimentgestein in gemahlener Form aus 11 bis 12 Gew.-% Quarz, 21 bis 22 Gew.-% Calcit, 21 bis 22 Gew.-% Dolomit, 12 bis 14 Gew.-% Albit und 41 bis 44 Gew.-% röntgenamorphe Fraktion, Sand, Steine, Lehm, Löß, und/oder Kunstdünger, zugeführt werden.
Es können aber auch im Wesentlichen inerte Schaumstoffpartikel aus Polyethylen, Polypropylen und/oder Styropor verwendet werden.
Wenn die Zuführung der natürlichen Mineralstoffe bereits in der Phase der Herstellung von Terra Preta Humanidade Initial erfolgt, kann zuvor eine Zerkleinerung und/oder Siebung der Mineralböden erforderlich sein. Auch eine Vermischung mit weiteren mineralischen Böden ist möglich.
Wie zuvor erwähnt wird in der ersten Herstellungsphase von Terra Preta Humanidade bereits als Bodensubstrat verwertbares Produkt Terra Preta Humanidade Initial gewonnen. Dies geschieht vorzugsweise über die Vermischung der Ausgangsmaterialien pyrogener Kohlenstoff und leicht zersetzbare organische Biomasse und gegebenenfalls Mineralstoffe oder Mineralboden oder mineralische Bodensubstrate in geeigneten Mischungsverhältnissen und die anschließende Einleitung eines Fermentationsprozesses. Die Menge an Mineralboden ist unkritisch. Allerdings sollten die Nährstoffe bestimmte Konzentrationen nicht übersteigen, um keine schädlichen Wirkungen hervorzurufen. Das geeignete Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien wird nach den Gehalten an Kohlenstoff, Wasser, Nährstoffen sowie nach dem pH-Wert in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der vor Ort verfügbaren Ausgangsmaterialien berechnet. Vorzugsweise werden pyrogener Kohlenstoff in einer Menge von mindestens 5 Gew.-% und die organische Biomasse in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% eingesetzt. Das bevorzugte Verhältnis liegt in einem Bereich von 10 bis 20 Gew.-% pyrogener Kohlenstoff und 80 bis 90 Gew.-% organischer Biomasse. Die andere Menge an Mineralstoffen, inklusive die erfindungsgemäß zu verwendenden Nanoclays und/oder Superabsorber, wird je nach Bedarf und Anwendungsform der erfindungsgemäßen Bodenform beigemischt. Vorzugsweise sollen sich die charakteristischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade im Bereich der folgenden Parameter bewegen:

– Dichte: 1,2 bis 1,6 g/cm³, bevorzugt 1,3 bis 1,4 g/cm³
– Wassergehalt: etwa 20 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 22 bis 27 Gew.-%,
– abschlemmbare Teilchen (< 0,2 mm): mindestens 500 g/kg,
– organische Kohlenstoff: etwa 40 g/kg, davon mindestens 15 g/kg pyrogener Kohlenstoff,
– pH-Wert (H₂O): etwa 5,5 bis 6,5,
– Stickstoff: mindestens 2 g/kg,
– Phosphor: mindestens 2 g/kg,
– C:N-Verhältnis: etwa 15 und
– Kationenaustauscherkapazität: etwa 150 mM/kg.

Die Mineralstoffe wurden bei diesem Beispiel bereits mit den Ausgangsstoffen vermischt. Der natürlichen Mineralboden bzw. die natürliche Mineralstoffe können in einer weiteren Herstellungsform auch erst später zugemischt und/oder im Verlauf des Bodenbildungsprozesses, d. h. der Bildung von erfindungsgemäßer Terra Preta Humanidade aus Terra Preta Humanidade Aktiv, zugeführt werden. Gleiches gilt für die erfindungsgemäß zu verwendenden Nanoclays.
Der Fermentationsprozess kann erfindungsgemäß in Behältern, Silos, Boxen, Mieten, Bodenmulden usw. durchgeführt werden, die aus verschiedenen Materialien wie Beton, Stahl, Edelstahl, Kohlenstoff, Ton, Lehm oder Keramik bestehen können.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform besteht in der Flächenfermentation, wobei die Ausgangsmaterialien mit Kunststoffplatten, Folien und/oder einer mineralischen Dichtung möglichst luftdicht abgedichtet werden. Zur sicheren Gestaltung des Fermentationsprozesses werden nahezu anaerobe Milieubedingungen herbeigeführt.
Für die Erfindung relevant ist die Milchsäuregärung, bei der Zucker aus der Biomasse mithilfe von Mikroorganismen in Milchsäure umgewandelt wird. Für die Milchsäuregärung werden vorzugsweise homofermentative Bakterien, heterofermentative Bakterien, Bifidobakterien oder Kombinationen verschiedener fermentatiefer Stämme verwendet. Durch die Gärung wird der pH-Wert auf einen Wert von bis zu 4 abgesenkt. Durch Zugabe von Mineralboden oder Kalk nach dem Fermentationsprozess kann der pH-Wert in dem Bodensubstrat wieder neutralisiert werden. Der Mineralboden oder Kalk hat also eine Doppelfunktion: er dient einerseits als Mineralstofflieferant, andererseits als Puffersystem für den pH.
Zur sicheren Gestaltung des Fermentationsprozesses kann in Abhängigkeit von den Ausgangsmaterialien eine biologische Starterkultur vorzugsweise aus ubiquitären Mikroorganismen und/oder aus bereits hergestellter erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade und/oder aus bereits einem Milchsäuregärungsprozess ausgesetzte Biomasse beigemischt werden.
Die Beimischung der biologischen Starterkultur kann manuell und/oder automatisch bereits bei der Vermischung der Ausgangsmaterialien und/oder erst bei der Einbringung in die Fermentationsanlage und/oder erst in der Fermentationsanlage erfolgen.
Die Fermentation wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 30 und 40°C durchgeführt. Als Wärmequelle kann im Sinne einer nachhaltigen Wertschöpfungskette auf örtlich vorhandene überschüssige Wärme zugegriffen werden, wie sie beispielsweise beim Pyrolyseprozess, bei Vergärungsprozessen in Biogasanlagen, bei der Kompostierung und/oder beim Betrieb von Blockheizkraftwerken entsteht. Durch eine gesteuerte Fermentation, bei der die Milchsäuregärung und/oder weitere bakterielle und/oder fungale Aufschlüsse eine wesentliche Rolle spielen, werden die leicht umsetzbaren organischen Ausgangsmaterialien konserviert und gegen den mikrobiellen Abbau stabilisiert.
Vorzugsweise beträgt die Fermentationsdauer etwa 2 bis 6 Wochen.
Durch die Fermentationsprozess wird der pH-Wert in den sauren Bereich, d. h. bis auf pH = 4, abgesenkt. Diese pH-Absenkung bewirkt vorteilhaft, dass pathogene Mikroorganismen abgetötet werden, wodurch ein pathogenfreies Bodensubstrat erhalten wird. Die Anhebung des pH-Wertes erfolgt nach dem Fermentationsprozess durch die Zugabe von Mineralboden oder Kalk, wodurch eine Neutralisierung auf einen optimalen pH-Wert von 5 bis 6,5 erreicht wird.
Die so hergestellte erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade Initial kann bei kühlen Temperaturen für längere Zeit gelagert werden, ohne ihre Struktur wesentlich zu verändern.
In einer sich anschließenden bevorzugten zweiten Herstellungsphase zur Herstellung von erfindungsgemäßer Terra Preta Humanidade wird aus der zuvor beschriebenen Terra Preta Humanidade Initial eine Terra Preta Humanidade Aktiv gewonnen. Vorzugsweise geschieht dies durch die Einbringung und/oder Einwanderung von Bodenlebewesen wie Regenwürmern, Kompostwürmern, Mykorrhiza, Käfern und/oder Milben. Dieser Prozess kann sowohl in den Behältern oder Fermentationsanlagen stattfinden, in denen zuvor die Terra Preta Humanidade Initial hergestellt wurde, oder in speziellen Behältern oder Anlagen sowie auf offenen Bodenflächen.
Durch die Aktivitäten dieser höheren Bodenlebewesen entstehen stabile Ton-Humus-Komplexe sowie die Symbiosen von Mikro- und Makroorganismen. Dadurch kommt es zur weit gehenden organischen Festlegung von Pflanzennährstoffen und den Aufbau von komplexen physikalischen und chemischen Puffersystemen. Gasförmige und flüssige Nährstoffverluste werden somit vermieden und Kohlenstoff in hohem Maße akkumuliert. Es entsteht ein Ausgangsmaterial mit optimalen Lebensbedingungen für höhere Pflanzen. Vorzugsweise wird der Prozess derart gestaltet, dass sich die höheren Bodenlebewesen optimal entwickeln können, wie beispielsweise durch Feuchtigkeits- und Temperaturregulierung.
Erfindungsgemäß ist auch die Zumischung von Kalk, z. B. Algenkalk, sinnvoll, um die Bodenbildungsprozesse zu optimieren.
Je nach Prozessbedingungen dauert die Herstellung von Terra Preta Humanidade Aktiv zwischen drei Monaten und einem Jahr.
Wenn nach dieser Zeit die Bodenbildungsprozesse der Terra Preta Humanidade Aktiv weit gehend fortgeschritten sind, kann man davon ausgegangen werden, dass nunmehr erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade entstanden ist. Eine besondere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade besteht darin, dass sie bei Eintrag organischer Biomasse weiter wächst, d. h. dass die Kohlenstoffverbindungen und Mineralstoffe der Biomasse stabil und dauerhaft in das Bodengefüge eingebunden werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Erfindung ferner eine stationäre oder mobile Vorrichtung, mit der es möglich ist, die erfindungsgemäße Bodenform, wenn erwünscht, vor Ort herzustellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Fermenteranlage, in der mithilfe von Mikroorganismen eine Fermentation der Biomasse erfolgt. Die Fermenteranlage kann sowohl stationär als auch mobil betrieben werden. Ein modularer Aufbau der Fermenteranlage für die verschiedenen Herstellungsphasen ist ebenfalls möglich.
Vorzugsweise verfügen die Fermenteranlagen über Einrichtungen, wie Dränagen, Bodenabläufe, Öffnungen usw., so dass ein kontrollierter Flüssigkeits- und Gasaustritt gewährleistet werden kann. Des Weiteren können die erfindungsgemäßen Fermenteranlagen über Einrichtungen verfügen, die einstellbare konstante Temperaturen während des Prozesses gewährleisten. Eine automatische Prozesssteuerung des Fermentationsprozesses kann über Messsensoren erfolgen, die beispielsweise die Temperatur, den pH-Wert, den Kohlendioxidgehalt, den Methangehalt und/oder den Schwefelwasserstoffgehalt erfassen.
Die Vorrichtung umfasst ferner in einer bevorzugten Ausführungsform eine Pyrolyseanlage zur Herstellung von pyrogenem Kohlenstoff, in der die thermische Spaltung der chemischen Verbindungen des ligninreichen, organischen Materials unter Sauerstoffausschluss, d. h. unter nahezu anaeroben Verhältnissen, stattfindet.
Vor der Pyrolyseanlage kann eine Zerkleinerungs- und Pressungsanlage vorgeschaltet sein, und aus unterschiedlichem ligninreichen Material eine Pressung zu erhalten. Ferner kann die Anlage eine Siebeinrichtungen, wie zum Beispiel einen Trommelsieb enthalten.
Ferner umfasst die Fermenteranlage Einrichtungen, die es ermöglichen, dass die während der Pyrolyse erzeugte Abwärme der Fermenteranlage zur Optimierung des Fermentationsprozess zugeführt wird.
Die erfindungsgemäß hergestellte Terra Preta Humanidade führt zu einer Steigerung der Bodenfruchtbarkeit über einen längeren Zeitraum, was z. B. durch die bislang erfolgte Einmischung von Asche, Holzkohle, Kompost, Gülle, Mist, Gärresten, Humus und/oder Kunstdünger in den Boden in diesem Umfang nicht erreicht werden kann.
Durch die Einlagerung von organischen Substanzen in die pyrogenen Kohlenstoffstrukturen wirkt die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade mit ihrer besonders großen Oberfläche und geringen Abbaubarkeit als Langzeitspeicher und Puffersystem im Boden. Ferner wird eine schnelle Remineralisierung von eingelagerten organischen Substanzen und den Nährstoffen vermieden
Die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade zeichnet sich durch ein stabiles biologisches Mikrosystem aus, bei dem biologische, physikalische und chemische Prozesse lange Zeit im Gleichgewicht sind. Dadurch eignet sie sich für aride und humide Landnutzungssysteme. Durch den Einsatz eines mobilen Pyrolyseofens und dem sich anschließenden Fermentationsprozess ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Ton-Humus-Komplexe an nahezu jedem Ort der Erde möglich. Biomasse die bislang nur verbrannt oder als Abfall (z. B. Grünschnitt, Gülle, Fäkalien oder Bioabfälle der Städte) entsorgt wurde, kann nun wirtschaftlich genutzt werden.
Weiterhin können die künstlich erzeugten erfindungsgemäßen Ton-Humus-Komplexe bei großflächiger Anwendung eine bedeutende Rolle für den Klimaschutz haben. Pflanzen brauchen für ihr Wachstum das in der Atmosphäre gelöste Kohlendioxid, das sie der Luft entnehmen. Verkohlt man ligninreiche Biomasse und arbeitet den so gewonnenen pyrogenen Kohlenstoff nach erfolgter Fermentation in den Erdboden ein, entzieht man der Atmosphäre dauerhaft Kohlendioxid. Ebenso geschieht dies durch die Konservierung von Biomasse durch den Fermentationsprozess und die anschließende Einlagerung in Form von Dauerhumus.
Durch die wesentlich höhere Flächenproduktivität der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade lassen sich darüber hinaus auch die klimarelevanten Treibhausgasemissionen von Methan und Lachgas aus landwirtschaftlichen Flächen reduzieren. Den ökologischen Landbau und der Erschließung von Nährstoffkreisläufen in hoch verdichteten globalen Räumen, werden damit völlig neue Perspektiven eröffnet.
Als erfindungsgemäß bevorzugten Nutzungs- und Anwendungsformen der Terra Preta Humanidade Initial und Terra Preta Humanidade Aktiv stehen zahlreiche Möglichkeiten und Varianten zur Verfügung.
In einer bevorzugten Variante können die erfindungsgemäßen Produkte direkt auf den Boden oder die Fläche der zukünftigen Anbindung aufgebracht und/oder eingearbeitet und/oder in Dämmen aufgeschüttet werden. Falls die Herstellung von Terra Preta Humanidade Initial und/oder Terra Preta Humanidade Aktiv bereits auf den Flächen und/oder den Böden stattgefunden hat, kann auf die Aufbringung oder Einarbeitung verzichtet werden.
Eine erfindungsgemäße Nutzungsform für diese Anwendung besteht in der nachhaltigen Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit beispielsweise zur Steigerung der gärtnerischen und/oder landwirtschaftlichen und/oder forstwirtschaftlichen Produktion und/oder im Verzicht auf künstliche Bodendüngung. Damit wäre global gesehen beispielsweise eine erhebliche Steigerung der Nahrungsmittelproduktion möglich, was wiederum zur weltweiten Hungerbekämpfung beitragen könnte. Durch die Steigerung der Flächenproduktion von Land- und forstwirtschaftlichen Böden würden sich zudem neue Möglichkeiten bei den erneuerbaren Energien z. B. durch Energiepflanzenproduktion bzw. Energiespeicherung durch grüne Pflanzen ergeben.
Eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Anwendungsform ist die Einbringung von Terra Preta Humanidade, Terra Preta Humanidade Initial und/oder Terra Preta Humanidade Aktiv in Beeten, Friedhöfen, öffentlichen Anlagen, Pflanzgefäßen, Behältern, Atrien, Wintergärten, Gewächshäusern usw. beispielsweise zur Innenraumbegrünung, Siedlungs- und Gebäudebegrünung und Nutz- und Zierpflanzenanbau. Hierdurch werden beispielsweise für Architektur und/oder Städteplanung völlig neue Möglichkeiten zur Gestaltung und Kreislaufwirtschaftsmodelle geschaffen. Siedlungsabfällen, wie Biomüll, Abwasser oder Fäkalien können mit der erfindungsgemäßen Technologie in kleinen Kreisläufen eingebunden werden und zur Grüngestaltung und Nahrungsproduktion beitragen.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform ist die Humusanreicherung und Stabilisierung von Böden in ariden oder humiden Gebieten zur Erosionshemmung und/oder Wasserspeicherung.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform besteht in der Verbesserung von Böden in Steppen- und/oder Wüstenregionen zur Eindämmung und/oder Rückbildung von Steppen- und Wüstengebieten. Durch eine gezielte Rekultivierung solcher Flächen mit ortgerechten Pflanzen könnte wiederum die Nahrungs- und/oder die Energiepflanzenproduktion gesteigert werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform besteht in der Verbesserung der Wasseraufnahmekapazität von Böden und somit in der Verbesserung von regionalen Wasserhaushalten und in der Hochwasserprävention. Ein erheblicher Teil der weltweiten Ackerflächen sind aufgrund mangelnder Humusgehalte nicht in der Lage, größere Niederschlagswassermengen zu Puffern bzw. zu speichern, so dass diese relativ schnell in Bäche, Flüsse und Seen abfließen und hier unter Umständen zu Hochwasser führen können. Gleichzeitig fehlt dieses Wasser im regionalen Wasserhaushalt. Die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade und/oder Terra Preta Initial und/oder Terra Preta Humanidade Aktiv sind in der Lage, bis zu 200 l/m² Flüssigkeit aufzunehmen bzw. zu speichern. Das gespeicherte Wasser wird nun langsam an Pflanzen und/oder an das Grundwasser abgegeben, was den regionalen Wasserhaushalt ausgleicht und gleichzeitig Hochwasserprävention bedeutet.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform liegt in gezielten Beiträgen zum Klimaschutz. Dies geschieht allein schon durch eine flächendeckende Anwendung der Erfindung, weil Kohlenstoffverbindungen aus Biomasse in hohem Maße stabil in den Boden eingelagert werden und somit nicht als Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen, wie dies beispielsweise bei aeroben Abbauprozessen der Fall ist. Insbesondere in der Landwirtschaft entstehen durch Ausbringung von Gülle aus der Viehhaltung und/oder Gärresten aus Biogasanlagen erhebliche klimaschädliche Methan- und Lachgasemissionen. Durch eine gezielte Anwendung der Erfindung, z. B. bei der Einbindung dieser landwirtschaftlichen Biomasse in die Herstellung der erfindungsgemäßen Bodenformen und/oder durch Ausbringung dieser Biomassen auf mit erfindungsgemäßer Terra Preta Humanidade bewirtschafteten Ackerflächen, können klimaschädliche Methan- und/oder Lachgasemissionen deutlich reduziert werden. Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform liegt in der Anwendung im Bereich der Schmutzwasserreinigung und -aufbereitung. Dabei können in einer bevorzugten Anwendung mit erfindungsgemäßer Terra Preta Humanidade bewirtschaftete Flächen mit Schmutzwasser häuslicher, kommunaler, gewerblicher und/oder landwirtschaftlicher Herkunft beaufschlagt werden. Die durch die erfindungsgemäße Anwendung gesteigerte Akkumulationsfähigkeit der Flächen führt zu einer stabilen Einlagerung von Kohlenstoffverbindungen und Nährstoffen sowie zu einer Speicherung von Wasser. Dadurch eignen sich diese Flächen einerseits hervorragend für den Anbau von wasserzehrendenNutzpflanzen, z. B. als Energiepflanzenplantage mit Schilf und/oder Miscanthus, und andererseits werden wertvolle Kohlenstofffraktionen und Nährstoffe aus dem Schmutzwasser sinnvoll und wertschöpfend genutzt, während sie bei der konventionellen Behandlung unter Energieeinsatz vernichtet werden müssen.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform liegt in der Anwendung im Bereich der Abluftreinigung und Gebäudeluftaufbereitung. Dabei können in einer bevorzugten Anwendung mit Terra Preta Humanidade bewirtschaftete Flächen, Beete oder Anlagen zur Reinigung von Abluft und/oder Aufbereitung von Gebäudeluft verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zu reinigende oder aufzubereitende Luft über Verteilereinrichtungen durch das Bodensubstrat geleitet und dabei von Mikroorganismen oder Pilzen in den Stoffwechsel aufgenommen und dabei in molekulare Einzelstrukturen zerlegt. Diese werden wiederum stabil im Bodensubstrat eingelagert und stehen Pflanzen zur Humus- und Nährstoffversorgung zur Verfügung. Eine erfindungsgemäß neue Anwendungsform liegt in der gezielten Nutzung von mit Terra Preta Humanidade gefüllten Beeten, Pflanzenbehältern und Anlagen innerhalb und/oder außerhalb von Gebäuden zur Gebäudeluftaufbereitung und gleichzeitiger Begrünung. Dabei wird die Gebäudeluft über Vorrichtungen, wie z. B. Ventilatoren, in die Verteilereinrichtungen der mit Terra Preta Humanidade gefüllten Beete, Pflanzenbehältern oder Anlagen befördert, dort gereinigt und aufbereitet und anschließend über die Oberflächen und/oder Öffnungen wieder in die Gebäude zurückgeführt.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform liegt in der Anwendung im Bereich der Schaffung von Stoffstromkreisläufen aus biogenen Abfällen und/oder Abwässern aus unterschiedlichen Nutzungseinheiten, wie Einzelhaushalten, Gebäuden, Siedlungen, Ortschaften, Städten, Forst- und Landwirtschaft, Gartenbau, Gewerbe und Industrie mit der erfindungsgemäßen Technologie können zahlreiche biogenen Abfälle und/oder Abwässer aus den jeweiligen Nutzungseinheiten innerhalb dieser behandelt, aufbereitet und beispielsweise zur Bodenverbesserung, Nahrungsbeschaffung, Energie- und Nutzpflanzenproduktion sowie Wasser- und Luftreinigung verwendet werden.
Dabei umfasst die Erfindung sowohl die Herstellung von Terra Preta Humanidade, Terra Preta Humanidade Initial und/oder Terra Preta Humanidade Aktiv mit den oben beschriebenen Anwendungsbereichen, als gleichermaßen auch die Entsorgung und gleichzeitige Verwertung von Siedlungsabfällen oder Abwässern, die oft zu erheblichen Umweltbelastungen führen können.
Demnach umfasst die Erfindung auch die Auswahl der Grundstoffe für die Herstellung von Terra Preta Humanidade, Terra Preta Humanidade Initial und/oder Terra Preta Humanidade Aktiv, wie organische Abfälle, Abwässer, Gärreste, Gülle, Grünschnitt, ligninhaltige Materialien und Aschen die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einem vollständigen Kreislaufwirtschaftssystem führen.
Hierzu zählt des Weiteren die erfindungsgemäße Zugabe der vorstehend beschriebenen Bestandteile, die auf allen Verfahrensstufen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann.
Ein weiterer positiver Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass übelriechende Biomassen und Bodenzusätze, wie organische Abfälle, Abwässer, Gärreste, Stallmist, Jauche, Gülle, Silageflüssigkeit, flüssiger Biogasanlagenrückstand, Urin, Kot, Fäkalien, Fischmehl und/oder Fischabfall durch Zugabe von pyrogenen Kohlenstoff und Nanoclay deodorisiert werden können.
Zu einer weiteren erfindungsgemäßen Anwendungsform gehört die Entwicklung, Konzeption, Planung und Umsetzung von neuen, nachhaltigen Landnutzungs- und Siedlungssystemen, die erst durch die erfindungsgemäße Technologie ermöglicht werden.
Nicht zuletzt ist es ein besonderer Vorteil der Erfindung der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ihrer Herstellung, dass bereits die Terra Preta Humanidade Aktiv, die Terra Preta Humanidade Initial und die erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade in der Form von abgepackten, dosierbaren Pulvern, abgepackten, dosierbaren wässrigen Dispersionen und Pasten sowie genormten Tabletten und Tabs hergestellt, gelagert, transportiert und verwendet werden können.
Die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten spiegelt sich in den zahlreichen geeigneten Methoden des Aufbringens der Terra Preta Humanidade Aktiv, der Terra Preta Humanidade Initial und der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade wieder. So können die Produkte als Festkörper ausgestreut oder als Flüssigkeit ausgegossen oder vernebelt werden. Sie sind auch hervorragend für die Tropfapplikation geeignet. Des Weiteren können sie durch unterpflügen, rakeln, eggen, vergraben oder rechen appliziert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die 1 näher erläutert.
Bei der 1 handelt es sich um ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens, das die vorliegende Erfindung erläutert und in keiner Weise beschränkt. Der Fachmann kann anhand der Beispiele und des Fließschemas weitere Ausführungsformen ohne erfinderische Tätigkeit angeben.
Bezugszeichenliste

→: Materialzugabe
1: Nanoclay und/oder Superabsorber
2: Mikroorganismen, Bodenlebewesen und/oder Mykorrhiza
3: Bodenzusätze
4: Abfälle von Biogasanlagen
5: Grünabfälle
6: Biomüll
4, 5, 6: Biomasse
7: Pyrolyse/Verkohlung oder hydrothermale Karbonisierung
8: Biokohle oder pyrogener Kohlenstoff
9: Terra Preta Humanidade Initial
10: Terra Preta Humanidade Aktiv
11: Terra Preta Humanidade
12: Kreislaufwirtschaft/Containernutzung
13: Biogas
14: Blockheizkraftwerk
15: Strom

Beispiel 1
Verfahren zur Herstellung von Terra Preta Humanidade gemäß Fig. 1
Die 1 veranschaulicht anhand eines Fliessschemas die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Abfälle von Biogasanlagen 4, Grünabfälle 5 und Biomüll 6 wurden einer Pyrolyse 7 oder, in einer weiteren Ausführungsform, einer hydrothermalen Karbonisierung unterworfen.
In weiteren Ausführungsformen wurde den Abfällen von Biogasanlagen 4, Grünabfällen 5 und/oder Biomüll 6 in erfindungsgemäßer Verfahrensweise Nanoclay und/oder Superabsorber 1 zugesetzt.
Das bei der Pyrolyse 7 entstandene Biogas 13 wurde einem Blockheizkraftwerk 14 zur Gewinnung von Strom 15 zugeführt. Die bei der Pyrolyse 7 entstandene Biokohle oder der entstandene pyrogene Kohlenstoff 8 wurde mit Mikroorganismen 2 versetzt, wodurch Terra Preta Humanidade Initial 9 resultierte.
In weiteren Ausführungsformen wurde in erfindungsgemäßer Verfahrensweise der Pyrolyse 7 und/oder der Terra Preta Humanidade Initial 9 Nanoclay 1 zugesetzt.
Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Terra Preta Humanidade Initial 9 erneut oder in einer weiteren Ausführungsform zum ersten Mal Mikroorganismen 2 zugesetzt, so dass Terra Preta Humanidade Aktiv 10 resultierte.
In einer weiteren Ausführungsform wurde der Terra Preta Humanidade Aktiv 10 noch Nanoclay und/oder Superabsorber 1 zugesetzt.
Der Terra Preta Humanidade Aktiv 10 wurden anschließend Bodenzusätze 3 wie Kaolinit, Mullit, Humus, Blumenerde, Kalk, Hornhobel, Haare, Torf, Tonscherben, Schlachtabfälle, Vulkanasche, Stallmist, Jauche, Gülle, Urin, Kot, Fäkalien, Pilze wie schwarzer Schimmel, Zeolithe, Blähtone, Fischmehl, Fischabfall, Kleie, Mineralien, Porzellan, Keramik Steingut, Siliciumdioxid haltiges Hartsedimentgestein in gemahlener Form aus 11 bis 12 Gew.-% Quarz, 21 bis 22 Gew.-% Calcit, 21 bis 22 Gew.-% Dolomit, 12 bis 14 Gew.-% Albit und 41 bis 44 Gew.-% röntgenamorphe Fraktion, Sand, Steine, Lehm, Löss, Kunstdünger und/oder Schaumstoffpartikel auf der Basis von Polystyrol, Polyethylen und/oder Polypropylen zugesetzt. Hierdurch resultierte die Terra Preta Humanidade 11.
In weiteren Ausführungsformen wurde(n) in erfindungsgemäßer Verfahrensweise der Terra Preta Humanidade Aktiv 10 Nanoclay und/oder Superabsorber 1 zusammen mit oder separat den Bodezusätzen 3 zugesetzt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren war es somit wesentlich, dass in mindestens einer Verfahrenstufe Nanoclay und/oder Superabsorber 1 zugesetzt wurde(n). Vorzugsweise wurden, bezogen auf die Terra Preta Humanidade, 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 2 Gew.-% Nanoclay 1 verwendet.
Die erfindungsgemäße Nanoclay und/oder Superabsorber 1 enthaltende Terra Preta Humanidade 11 konnte problemlos ohne Verlust ihrer Aktivität transportiert werden. Beispielsweise konnte sie einer Kreislaufwirtschaft (12) zugeführt werden, bei der sie beispielsweise in leeren Containern, die ansonsten hätten leer zum Absender zurückgeschickt werden müssen, ohne Verlust ihrer Aktivität problemlos verfrachtet werden.
Beispiel 2
Deodorisierung von Gülle (3) und anderer übelriechender Bodezusätze (3) mit pyrogenen Kohlenstoff (8) und Nanoclay (1)
Gülle (3) wurde in einem Güllebehälter mit pyrogenen Kohlenstoff (8) und Nanoclay (1) versetzt. Verwendet wurden pro Kubikmeter Gülle (3) 9000 g pyrogener Kohlenstoff (8) und 3000 g Nanoclay (1). Die resultierende Mischung wurde zur vollständigen Verteilung der Zuschlagstoffe gerührt. Dadurch wurde der üble Geruch von Gülle (3) beseitigt und es kam bei der Ausbringung der Gülle auf das Feld zu keiner Geruchsbelästigung mehr.
Der Versuch wurde mit einer Mischung (3) aus Stallmist, Jauche, Silageflüssigkeit, flüssigem Biogasanlagenrückstand, Urin, Kot, Fäkalien, Fischmehl und Fischabfall wiederholt. Auch hier konnte sie Geruchsbelästigung beseitigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2188230 B1 [0009, 0020]
DE 202014004445 U1 [0010]
DE 102013102530 A1 [0011]
DE 102011087635 A1 [0012]
DE 202012000031 U1 [0014]
DE 102010037253 A1 [0015]
DE 102009053867 [0016]
WO 2009/149944 A1 [0017]
EP 2128115 A1 [0018]
WO 2009/021528 [0019]
US 8361185 B2 [0022]

Claims

Stabile, humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Bodenform oder Terra Preta Humanidade (11) mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio, herstellbar durch ein Verfahren, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: (a) Herstellung von Biokohle oder pyrogenem Kohlenstoff (8) durch Pyrolyse oder hydrothermale Karbonisierung (7) von kohlenstoffhaltiger Biomasse (4, 5, 6), (b) Animpfung des Gemisches durch Beimischung einer Starterkultur aus Mikroorganismen (2) zur Durchführung einer anaeroben Fermentation von weiterer zu dem pyrogenen Kohlenstoff (8) zugesetzter Biomasse (4, 5, 6) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Initial (9), (c) Zugabe weiterer Mikroorganismen (2) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Aktiv (10) und (d) Zugabe von Bodenzusätzen (3) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Terra Preta Humanidade (11) mindestens einen Bestandteil (1) enthält, – der mindestens das Zehnfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann und der – als Nanopartikel, Mikropartikel und/oder Makropartikel vorliegt.
Terra Preta Humanidade (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil (1) mindestens das Fünfzigfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann.
Terra Preta Humanidade (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil (1) aus der Gruppe, bestehend aus Nanoclay und Superabsorbern, ausgewählt ist.
Terra Preta Humanidade (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Nanoclay (1) aus der Gruppe, bestehend aus Bentoniten und Montmorilloniten, ausgewählt ist und – der Superabsorber (1) aus der Gruppe, bestehend aus – Copolymerisaten der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure mit Alkaliacrylat und/oder Alkalimethacrylat, – Copolymerisaten auf der Basis von Stärke und Acrylaten und/oder Methacrylaten und – Copolymerisaten auf der Basis von Polyacrylamiden und Alkaliacrylaten und/oder Alkalimethacrylaten, ausgewählt ist.
Terra Preta Humanidade (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (1) eine massenmittlere Teilchengröße von 1 bis < 1000 nm, die Mikropartikel (1) eine massenmittlere Teilchengröße ≥ 1000 nm bis < 1000 μm und die Makropartikel (1) eine massenmittlere Teilchengröße ≥ 1000 μm aufweisen.
Terra Preta Humanidade (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Terra Preta Humanidade (11) den Bestandteil (1) in einer Menge von, bezogen auf die Terra Preta Humanidade (11), 0,01 bis 90 Gew.-% enthalten ist oder sind.
Terra Preta Humanidade (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kaolinit, Mullit, Humus, Blumenerde, Kalk, Hornhobel, Haare, Torf, Tonscherben, Schlachtabfälle, Vulkanasche, Stallmist, Jauche, Gülle, Silageflüssigkeit, flüssiger Biogasanlagenrückstand, Urin, Kot, Fäkalien, Windeln, Pilze wie schwarzer Schimmel, Zeolithe, Blähtone, Fischmehl, Fischabfall, Kleie, Mineralien, Porzellan, Keramik, Steingut, Siliciumdioxid haltiges Hartsedimentgestein in gemahlener Form aus 11 bis 12 Gew.-% Quarz, 21 bis 22 Gew.-% Calcit, 21 bis 22 Gew.-% Dolomit, 12 bis 14 Gew.-% Albit und 41 bis 44 Gew.-% röntgenamorphe Fraktion, Sand, Steine, Lehm, Löss, Kunstdünger und/oder Schaumstoffpartikel auf der Basis von Polystyrol, Polyethylen und/oder Polypropylen als Bodenzusätze (3) zugesetzt werden.
Verwendung der Terra Preta Humanidade Initial (9), der Terra Preta Humanidade Aktiv (10) und der Terra Preta Humanidade (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Deodorisierung von übelriechender Biomasse (4, 5, 6) und/oder Bodezusätzen (3), zur Bindung von wasserlöslichen Nitraten, Nitriten und/oder Phosphaten, als Bodenersatz, als Bodenergänzungsmittel, zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit, zur Begrünung von Siedlungen, zur Erosionshemmung, zur Verbesserung von regionalen Wasserhaushalten in gemäßigten Klimazonen, ariden und wüstenhaften Klimazonen und tropischen Klimazonen, zur Hochwasserprävention, als Mittel gegen das Trockenfallen von Böden, Hängen und Dämmen, zum Klimaschutz, zur Verminderung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre, zur Schmutzwasserreinigung- und -aufbereitung, zur Abluftreinigung und Gebäudeluftreinigung, zur Schaffung von Stoffstromkreisläufen aus biogenen Abfällen und/oder Abwässern zur Entwicklung und Nutzbarmachung von Landnutzungs- und Siedlungssystemen.
Verwendung der Terra Preta Humanidade Initial (9), der Terra Preta Humanidade Aktiv (10) und der Terra Preta Humanidade (11) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Terra Preta Humanidade Initial (9), die Terra Preta Humanidade Aktiv (10) und die Terra Preta Humanidade (11) in der Form von abgepackten, dosierbaren Pulvern, abgepackten, dosierbaren wässrigen Dispersionen und Pasten sowie genormten Tabletten und Tabs hergestellt, gelagert, transportiert und verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung von stabilen humus- und nährstoffreichen sowie wasserspeichernden Bodenformen oder Terra Preta Humanidade (11) mit Eigenschaften anthropogener Bodenformen wie Terra Preta do Indio, umfassend die Verfahrensschritte: (a) Herstellung von Biokohle oder pyrogenem Kohlenstoff (8) durch Pyrolyse oder hydrothermale Karbonisierung (7) von kohlenstoffhaltiger Biomasse (4, 5, 6), (b) Animpfung des Gemisches durch Beimischung einer Starterkultur aus Mikroorganismen (2) zur Durchführung einer anaeroben Fermentation von weiterer zu dem pyrogenen Kohlenstoff (8) zugesetzter Biomasse (4, 5, 6) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Initial (9), (c) Zugabe weiterer Mikroorganismen (2) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade Aktiv (10) und (d) Zugabe von Bodenzusätzen (3) zur Erzeugung von Terra Preta Humanidade (11), dadurch gekennzeichnet, dass es (e) vor und/oder nach mindestens einem Verfahrensschritt (a), (b), (c) und/oder (d) mindestens ein Bestandteil (1), der mindestens das Zehnfache seiner Trockenmasse an Wasser aufnehmen und zumindest teilweise wieder abgeben kann und der als Nanopartikel, Mikropartikel und/oder Makropartikel vorliegt, zugesetzt wird.