Titelaufnahme

Titel
Challenging the global nutrient cycling using wood ash and organic resources : application in composting, grassland management and forestry / [Marina Fernández-Delgado Juárez]
VerfasserFernández-Delgado Juárez, Marina
Betreuer / BetreuerinInsam, Heribert
Erschienen2015
Umfang222 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeNovember 2015
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Boden / Holzasche / Biomasseasche / organische Düngemittel / Düngemittel / Kompost / Wald / Grünland / Bioabfall / Nährstoff / Bodeneluat / Pellet / Schwermetalle / Nährstoffkreislauf / Kalkdüngung / Kalkdüngung-Ersatz / Bodenhilfsstoffe / Kreislaufwirtschaft / Organische Resstoffe / Gärrest / Bodenmikrobiologie / Alpine Böden / Verwertungskreislauf
Schlagwörter (EN)Soil / Wood ash / Biomass ash / Organic amendment / Fertilizer / Compost / Digestate / Grassland / Alpine soils / Forest / Nutrient / Nutrient cycle / Liming / Circular economy / Soil conditioner / Bioenergy residues / Soil microbiology / Pellet / Biowaste / Soil Leachate / Heavy metals
Schlagwörter (GND)Boden / Holzasche / Organischer Abfall / Gärrest / Kompostierung / Kalkdüngung
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Zusammenfassung (Deutsch)

Energieunabhängigkeit und -autarkie sind nicht nur Schlagworte sondern Ziele vieler Länder weltweit in den letzten Jahren. Dieser Wunsch führte zu verstärktem Interesse an und verstärkter Anwendung von dezentralen Technologien, die auf der Transformation von organischen Reststoffen zur Erzeugung von Wärme und Elektrizität basieren. Ein Effekt dieser vermehrten Nutzung ist die zunehmende Megen an Rückständen wie Asche und Gärresten aus Biomasse-(Heiz)kraftwerken und Vergärungsanlagen. Diese Rückstände könnten jedoch auch als Makro- und Mikronährstoffquelle dienen und so bei richtig umgesetzter Verwendung und Behandlung als Ressource betrachtet werden. In der vorliegenden Arbeit werden mehrere Nutzungsaspekte eines dieser Rückstände, der Holzasche, präsentiert: ihre Verwendung als Zusatzstoff in der Kompostierung, sowie deren direkte und indirekte Anwendung in der Grünlandwirtschaft und der Forstwirtschaft. Diese Anwendung zeigt neue Erkenntnisse auf, und bestätigt vorhandene hinsichtlich der Wiederverwertung von Holzasche als umweltfreundliche Alternative zu traditionellen Düngemitteln, Nährstoffträgern und Bodenhilfsstoffen.

In den Kapiteln II und III wurde die Nutzung von Holzasche als Zusatzstoff im der Kompostierung von organischen Abfallstoffen untersucht. Hauptziele dieser Versuche waren die Feststellung des optimalen Mischungsverhältnisses Asche/Bioabfall und die Erforschung des Einflusses von Holzasche auf die mikrobielle Gemeinschaft im Laufe des Kompostierungsprozesses. Die Ergebnisse zeigen eine positive Wirkung der Aschezugabe zu Komposten aufgrund von höheren pH-Werten und Temperaturen in den Anfangsphasen des Prozesses, was zu einer Abnahme der pathogenen Mikroorganismen und dadurch zu einer besseren Komposthygienisierung führt. Außerdem erhöht die Aschezugabe den Anteil von Makronährstoffen wie Ca, Mg und K, aber auch den Gehalt an Schwermetallen. Basierend auf diesen Ergebnissen wird eine maximale Zugabe von 9% Asche zu biogenen Abfällen für Kompostierung empfohlen.

In den Kapiteln IV und V wird die Nutzung von Holzasche als Kalkdüngersubstituent und Nährstoffversorger in Kombination mit organischen Düngemitteln (Rindergülle, Gärrest, Kompost) im alpinen Grünland evaluiert. Dafür wurden biologische und chemische Eigenschaften von Boden und Pflanzen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die organischen Düngemittel einen stärkeren Einfluss auf Boden- und Futterqualität haben als die „Kalkungsart“ (Asche oder traditionelle Kalkdüngung). Es lässt sich der Schluss ziehen, dass Asche einen gleichwertigen Ersatz für die traditionelle Kalkdüngung für Grünlandökosysteme darstellt.

In den Kapiteln VI und VII wird das Ausbringungspotential von unbehandelter Holzasche in alpinen Wäldern untersucht, um durch die Rückführung der Holzasche in den Wald den Nährstoff- und Verwertungskreislauf zu schließen. Ziel war die Entwicklung eines ökonomisch und ökologisch sinnvollen Verwertungskonzeptes. Dafür wurden unmittelbare Kosten (Pelletierung, Transport,...), Logistik und soziale Randbedingungen, sowie langfristige Wirkungen und technische Herausforderungen betrachtet. Zudem wurde ein Laborversuch durchgeführt um die Wirkung von pelletierter Asche auf vier repräsentative Böden für alpine Wälder zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden chemische und mikrobiologische Parameter, des Böden und der die Bodeneluate ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von pelletierter Asche den Säuregrad bestimmter Böden verbessert ohne extreme Effekte zu verursachen.

Die hier vorgestellte Arbeit gewährt vertiefende Einsicht inwiefern eine optimierte Abfallökonomie eine harmonische Energiegewinnung, eine globale Nutzung alternativer Nährstoffquellen und eine nachhaltige Land und Forstwirtschaft unterstützen kann.

Zusammenfassung (Englisch)

The wish for ensuring energy independence and autarchy has boosted the use of decentralized technologies, which are often based on the transformation of organic residues as a source of heat and electricity. The increasing implementation of these technologies leads to steady production of residues such as ashes from biomass combustion and digestates from anaerobic digestion. However, these wastes can as well be considered as a resource when thoughtfully administered for the right purpose. The presented work digs into several aspects of wood ash utilization as both macro and micro-nutrient source, combined with organic residues. More precisely, the work focussed on three main applications aspects: use in composting, agriculture and forestry, to further strengthen the scientific basis for the the recycling of energy by-products as an environmentally friendly nutrient source.

In the Chapters II and III the use of wood ash is studied considering two main goals: finding the optimal ratio ash/biowaste and studying the influence of this additive on the microbial community during the composting process. The results show the positive influence of ash addition to composts by enhancing pH and temperature at early composts stages, thus supporting hygenisation by reducing the presence of pathogenic organisms. Ash addition to composts is followed by an increase in the amount of macronutrients Ca, Mg, and K, but also on their heavy metals contents. Thus, we suggest an amendment of not more than 9% ashes to composts.

In Chapters IV and V the use of wood ash as liming agent and nutrient carrier for alpine grassland in combination with other organic amendments is evaluated considering soil and plant properties. The results indicate that influences on soil and forage properties, are more strongly related to the type of organic amendment than to the liming type. Furthermore, wood ash as substitute of traditional liming is found suitable for its use in grasslands.

In Chapters VI and VII a holistic study dealing with the application of wood ash pellets on alpine forest is presented. The benefits of spreading ashes on alpine soils was evaluated by an integral analysis taking into account product development, logistics, choice of the location for future ash-pellet production, present costs of wood ash disposal, and long-term benefits. Besides, to be able to evaluate the effects of the designed ash pellets, these products were tested in forest soils representing typical alpine forests. Product effects on soil chemical and microbiological parameter, as well as in their leachates were studied. The results show that ash amendment in form of pellets improves acidity levels of certain soils without causing extreme effects.

The findings also provide further insights into the global use of these resources promoting nutrient cycling by optimizing the use of residues; and paving alternative ways for harmonising the energy production and the sustainability of agricultural and forest ecosystems.