DE102015010041A1 - Terra Preta Humanidade, process for its preparation and its use - Google Patents
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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.Stable, humus- and nutrient-rich and water-storing soil form or Terra Preta Humanidade (11) having properties of anthropogenic soil forms such as Terra Preta do Indio, producible by a process comprising the following process steps: (a) production of biochar or pyrogenic carbon (8) by pyrolysis or hydrothermal carbonization (7) of carbonaceous biomass (4, 5, 6), (b) inoculation of the mixture by admixing a starter culture of microorganisms (2) to perform anaerobic fermentation of further biomass added to the pyrogenic carbon (8) , 5, 6) for generating Terra Preta Humanidade Initial (9), (c) adding further microorganisms (2) to produce Terra Preta Humanidade Active (10) and (d) adding soil supplements (3) to produce Terra Preta Humanidade (11), wherein the Terra Preta Humanidade (11) contains at least one constituent (1), - which is at least 10 times its dry weight in water take and at least partially release and that - is present as nanoparticles, microparticles and / or macroparticles; Process for their preparation and their use.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
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.The present invention relates to humus-rich and nutrient-rich and water-storing soils or soil substrates (hereinafter referred to as "Terra Preta Humanidade") with the properties of anthropogenic soil types such as Terra Preta or 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.Moreover, the present invention relates to a method for producing a Terra Preta humanidade in which pyrogenic carbon and organic biomass is subjected to a fermentation process.
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.Last but not least, the present invention relates to the use of the Terra Preta Humanidade for soil preparation and soil improvement, for sustainable use in land-use and settlement systems as well as for the circular economy, the energy production and the greening of steppes and deserts.
Stand der TechnikState of the art
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.Millennia ago, various indigenous peoples and Native American civilizations were able to transform barren and nutrient-poor soils into extraordinarily productive, fertile soils, such as the Indian Black Soils, also known as Terra Preta do Indio.
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.In order to cultivate crops today on barren soil, not only a few indigenous peoples, but also settlers land clearing, in which the ashes of the burned-down trees acts as fertilizer. In this way it is possible to cultivate the fields for up to several years.
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.The secret of Terra Preta do Indio lies in their composition and production. Historical investigations and scientific analyzes showed that the early indigenous peoples converted wood into charcoal in a complex process that is no longer used today. Unlike ash, however, charcoal does not fertilize but binds water and nutrients in the soil. Therefore, ash-fertilized soils are not culturally viable after a short time, while Terra Preta do Indio soils have a long-term ability to retain water and nutrients in the soil and slowly release them to the plants. The high proportion of charcoal in the Terra Preta do Indio prevents the rain from washing the nutrients out of the soil. In the meantime, tens of thousands of such natural Terra Preta areas have been discovered at various locations around the world. All have in common that grow on this black earth plants much faster and yield a multiple yield. Corresponding studies, for example in the Amazon Basin, allow the conclusion that the area of today's jungle could originally feed several million people.
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.Terra Preta do Indio can be described as a solar-influenced steady-state equilibrium of organomineral soil colloids in symbioses of monocellular and multicellular soil organisms, higher plants, livestock and humans.
Es hat in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Bodensubstrate mit den Eigenschaften anthropogener Bodenformen (Terra Preta do Indio) herzustellen.There has been no lack of attempts in the past to produce soil substrates with the properties of anthropogenic soil forms (Terra Preta do Indio).
So betrifft das europäische Patent
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
Aus der deutschen Patentanmeldung
Aus der deutschen Patentanmeldung
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.US Patent Application US 2012/0193271 A1 discloses an apparatus for the continuous extraction of a product stream from an unconventional oil source. The apparatus comprises oppositely spaced centrifugal impellers having a common axis of rotation defining a working space therebetween that extends from the axis of rotation to the periphery. One of the impellers comprises a centrally and axially arranged Materialeinfüllöffnung for extraction of the product stream from the working space. Another impeller comprises a centrally and axially arranged discharge opening. Furthermore, the device comprises a drive motor, which is connected to the impellers, so that they rotate about the common axis of rotation against each other. Last but not least, devices for introducing the starting material into the working space via an axial filling device during rotation are provided.
Aus dem
Aus der deutschen Patentanmeldung
Aus der deutschen Patentanmeldung
Aus der
Aus der europäischen Patentanmeldung
Aus der internationalen Patentanmeldung
- (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.
- (a) mixing crushed and / or sieved pyrogenic carbon with previously reduced and homogenized, easily decomposable, organic biomass;
- (B) Inoculation of the mixture by admixing a starter culture of microorganisms for carrying out anaerobic fermentation in the form of a lactic acid fermentation and / or already produced soil substrates and / or a biomass exposed to the lactic acid fermentation process, and
- (C) incubation of the mixture with exclusion of air to carry out a lactic acid fermentation at a temperature between 30 ° C and 40 ° C and a pH in the acidic range, wherein a controlled soil drainage and degassing are provided during the fermentation process.
Laut dem europäischen Patent
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.Thus, the task continues to provide a method for producing a soil form or a Terra Preta Humanidade, which corresponds to the anthropogenic black soils with the described long-acting nutrient and water-storing properties or at least very similar, and the use and application of these to develop artificially generated soil forms that can lead to sustainable land use and settlement systems.
Aus dem amerikanischen Patent
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.US Patent Application US 2010/0285962 discloses a biodegradable product for erosion control, crop protection and seed coating comprising a plant-based product such as a vegetable protein and a product containing vegetable fibers. The biodegradable product may further include pesticides, insecticides, fertilizers, bactericides, pest repellants, seeds, biological decontamination organisms, useful organisms, herbicides, fungicides, plant growth regulators, sodium hydroxide, acid modifiers, clay, nanoclay, surfactants, para-tertiary octylphenoxypolyethylene glycol and water-absorbing substances.
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.However, the person skilled in the art can not derive any suggestions and information on this prior art which suggest the use of nanoclay and / or superabsorbers for the production of Terra Preta Humanidade.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
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.It is therefore still the task of providing a method for producing a soil form or a Terra Preta Humanidade, which corresponds to the anthropogenic black soils (Terra Preta do Indio) with the described long-acting nutrient and water-storing properties even better or even more similar as the previously known soil forms. This should already significantly increase the possibilities of utilization and application of these improved artificially generated soil forms and lead to particularly sustainable land use and settlement systems.
Lösung der AufgabeSolution of the task
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.
- (a) production of biochar or fumed carbon by pyrolysis or hydrothermal carbonization of carbonaceous biomass;
- (B) Inoculation of the mixture by admixing a starter culture of microorganisms to perform anaerobic fermentation of further biomass added to the fumed carbon to produce Terra Preta Humanidade Initial,
- (c) adding further microorganisms to produce Terra Preta Humanidade Active and
- (d) adding soil additives to produce Terra Preta Humanidade,
- - Take up at least ten times its dry weight of water and at least partially release it and the
- - is present as nanoparticles, microparticles and / or macroparticles.
In Folgenden wird die neue stabile, humus- und nährstoffreiche sowie wasserspeichernde Bodenform als »erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade« bezeichnet.In the following, the new stable, humus-rich and nutrient-rich and water-storing soil form is referred to as "inventive Terra Preta Humanidade".
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.In addition, the new use of the Terra Preta Humanidade Initial, the Terra Preta Humanidade Active and the Terra Preta Humanidade according to the invention for deodorizing foul-smelling biomass and / or Bodezusätzen, for binding water-soluble nitrates, nitrites and / or phosphates, as a soil substitute, as a soil supplement, for improving soil fertility, greening settlements, eroding erosion, improving regional water resources in temperate climates, arid and desert climates and tropical climates, preventing floods, preventing dryness in soils, slopes and dams, mitigating climate change, reducing pollution the carbon dioxide content in the atmosphere, for wastewater treatment and treatment, for the purification of exhaust air and building air purification, for the creation of material flow circuits from biogenic waste and / or waste water for the development and utilization of land use and Siedlungssyst emen found.
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.Hereinafter, the new use of the Terra Preta Humanidade Initial, the Terra Preta Humanidade Active and the Terra Preta Humanidade according to the invention is referred to as "use according to the invention".
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.
- (a) production of biochar or fumed carbon by pyrolysis or hydrothermal carbonization of carbonaceous biomass;
- (b) inoculating the mixture by admixing a starter culture of microorganisms to effect anaerobic fermentation of further biomass added to the pyrogenic carbon to produce Terra Preta Humanidade Initial,
- (c) adding further microorganisms to produce Terra Preta Humanidade Active and
- (d) adding soil additives to produce Terra Preta Humanidade, wherein
- (e) before and / or after at least one process step (a), (b), (c) and / or (d) at least one constituent which absorbs at least ten times its dry weight of water and at least partially release it again and which Nanoparticles, microparticles and / or macroparticles is present, is added.
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.In the following the new process for the production of stable humus- and nutrient-rich and water-storing soil forms or Terra Preta Humanidade with properties of anthropogenic soil forms such as Terra Preta do Indio is referred to as "inventive process".
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
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.In view of the prior art, it was surprising and unforeseeable for the skilled person that the object underlying the present invention could be achieved by means of the Terra Preta humanidade according to the invention, the method according to the invention and the use according to the invention.
Insbesondere überraschten die breiten Nutzungs- und Anwendungsmöglichkeiten, die zur nachhaltigen Landnutzungs- und/oder Anwendungssystemen führten.In particular, the wide range of uses and applications that led to sustainable land use and / or application systems were surprising.
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.The Terra Preta Humanidade according to the invention led to a sustained high soil fertility, so that for an economic use of the soil surface no mineral fertilizer was required. Furthermore, the Terra Preta humanidade according to the invention is suitable as soil substrate, as soil substitute, as soil supplement, for greening of settlements, for erosion inhibition, for the improvement of regional water households, for flood prevention, for the reduction of the carbon dioxide content in the atmosphere (climate protection), for the purification of dirty water and wastewater treatment, for exhaust air purification and building air purification.
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.Last but not least, the process according to the invention had the advantage that the biogas produced during the production of the Terra Preta humanidade according to the invention could be used in combined heat and power plants (CHP plants) to generate electricity.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Ausgangsmaterialien für die Herstellung der erfindungsgemäßen Terra Preta Humanidade sind pyrogener Kohlenstoff und leicht zersetzbare organische Biomasse.Starting materials for the preparation of the Terra Preta humanidade according to the invention are pyrogenic carbon and easily decomposable organic biomass.
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.The term "pyrogenic carbon" is understood to mean the carbon structures formed by strong heating of organic and preferably lignin-containing material. For example, pyrogenic carbon is found in the form of charcoal, sieve residues of charcoal, black earth and wood ash.
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.The invention also encompasses the appropriate selection of the basic and starting materials for the production of the inventive bottom mold having the desired properties. These include z. As organic municipal waste, organic waste from industry, commerce, agriculture and forestry and horticulture and the lignin-containing materials, such as green waste, mulch, wood waste, biogas plant waste, which may be dried and / or filtered and in conjunction with the invention Lead to a complete cycle management system. It also includes the development, conception, planning and implementation of new, sustainable land use and settlement systems, which are only made possible by the inventive technology.
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.To denote the various products and intermediates of the soil forms of the invention, the following terms are introduced. The intermediate product which has been prepared in a first production phase and can already be used as a soil substrate is referred to as "Terra Preta Humanidade Initial". Terra Preta Humanidade Initial is obtained by mixing the starting materials pyrogenic carbon and organic biomass and then fermenting them. Optionally, in this step, the addition of natural minerals such as nitrogen, phosphorus, potassium, etc., for example in the form of mineral soils occur. Terra Preta Humanidade Initial can already be used as a soil substrate, as soil substitute, for soil improvement or as a soil supplement.
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.Further processing of the Terra Preta Humanidade Initial obtained in this way leads to another soil form called "Terra Preta Humanidade Aktiv". Here, the previously mentioned Terra Preta Humanidade Initial is further treated with soil organisms, such as worms, mites and / or mycorrhiza. This can be done either in separate facilities, tanks or directly on the ground to be treated open spaces. In the latter case, the treatment can also be done by immigration of natural soil organisms (eg earthworms). After a certain period of time under the influence of soil organisms, the end product, the Terra Preta Humanidade Active according to the invention, has emerged from the Terra Preta Humanidade Active.
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.For the present invention, it is essential that at least one constituent is added to the respectively present materials "starting materials", "Terra Preta Initial", "Terra Preta Initial Active" and "Terra Preta Humanidade" on at least one process stage of the inventive method, the at least which can take up ten times, preferably at least fifty times, more preferably at least one hundred times, and in particular five hundred times, its dry weight of water and at least partially release it, and which is present as nanoparticles, microparticles and / or macroparticles.
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.Preferably, the nanoparticles have a mass-average particle size of 1 to <1000 nm, the microparticles a mass-average particle size ≥ 1000 nm to <1000 microns and the macroparticles of a mass-average particle size ≥ 1000 microns.
Vorzugsweise wird dieser Bestandteil aus der Gruppe, bestehend aus Nanoclay und Superabsorbern, ausgewählt.Preferably, this ingredient is selected from the group consisting of nanoclay and superabsorbents.
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.Nanoclays are derived from a large class of naturally occurring silicates, of which platy montmorillonite is the most widely used. Montmorillonite consists of approximately 1 nm thick aluminosilicate layers, the surface of which is substituted with metal ions and which form approximately 10 μm thick multilayer stacks. They are used, for example, as additives for plastics.
Bevorzugt wird der Nanoclay aus der Gruppe, bestehend aus Bentoniten und Montmorilloniten, ausgewählt.Preferably, the nanoclay is selected from the group consisting of bentonites and montmorillonites.
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,
- Copolymers of acrylic acid and / or methacrylic acid with alkali acrylate and / or alkali methacrylate,
- - based on starch and acrylates and / or methacrylates and
- Copolymers based on polyacrylamides and alkali acrylates and / or alkali methacrylates,
Superabsorber sind allgemein bekannte Stoffe und werden jährlich im 100.000-Tonnenmaßstab hergestellt. In der Hauptsache werden Superabsorber als saugfähiges Material in Windeln verwendet.Superabsorbents are well-known substances and are annually in the 100,000-ton scale produced. In the main, superabsorbents are used as absorbent material in diapers.
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.In particular, the ingredients described above are mixed in humus or coal, included in the coal or on the coal, for. B. added by linker added. This can thus be done prior to pyrolysis, during pyrolysis, after pyrolysis, when applied to the field, prior to microbe vaccination and / or after microbe vaccination.
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.The amount of the above-described ingredients added to the starting materials, the Terra Preta Humanidade Initial, the Terra Preta Humanidade Active and / or the final product, the Terra Preta Humanidade of the invention, can vary widely and depends primarily upon which water retention should have the bottom mold according to the invention. So soil forms according to the invention, which are applied primarily on sandy soils and similar dry soils, have a greater proportion of such components, as the soil forms according to the invention, which are applied to naturally moist soils.
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.Preferably, the ingredients described above are incorporated in the process according to the invention in an amount such that the Terra Preta Humanidade according to the invention, based on the Terra Preta Humanidade, 0.01 to 90 wt .-%, preferably 0.05 to 80 wt .-% and in particular 0.1 to 70 wt .-% of the ingredients.
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.In the method according to the invention for producing the Terra Preta humanidade according to the invention, the pyrogenic carbon is added to a predominantly anaerobic fermentation process in which a fermentation of an organic biomass mixture by means of microorganisms (eg bacteria, fungi, fungal spores, algae, etc.) takes place. In the process, the released nutrients and minerals are incorporated into the pyrogenic carbon structures.
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.In the context of the present invention, the term "fermentation" or "fermentation" is understood to mean the reaction of biological, in particular organic, materials with the aid of microorganisms (bacteria, fungi or cell cultures). However, fermentation can also be effected by the addition of metabolically active enzymes or other biologically active molecules (eg nutrient substrates of the microorganisms). The fermentation may include both aerobic processes (eg, acetic acid fermentation) and anaerobic processes (eg, lactic acid fermentation).
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.The fermentation process can take place either in containers, plants or directly on the open space. The fermentation process can take place spontaneously with the microorganisms naturally present in the biomass. Alternatively, for controlled control of the process and preparation of the Terra Preta Humanidade Initial, microorganisms or mixtures of various microorganisms (eg, bacteria, fungi, cell cultures) may be added as starter cultures.
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.The fermentation process, which is carried out under exclusion of air, produces humus-rich, nutrient-rich and water-storing clay-humus complexes which have comparable properties to those of the natural Terra Preta do Indio. The nutrient-rich and water-storing clay-humus complexes produced in this way are chemically and biologically stable and serve as a permanent carbon reservoir with long-lasting binding capacity for nutrients and water.
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.The pyrogenic carbon can be introduced, for example, in the form of charcoal or its sieve residues or wood ash and / or obtained by a pyrolysis process in a mobile or stationary pyrolysis of predominantly lignin-rich, organic materials such as wood, plant stems, fruit pits, nut shells or bones. Bone has the advantage that it is particularly phosphorus-containing.
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.Preferably, the pyrolysis process is operated under oxygen exclusion at about 100 to 1000 ° C. However, the person skilled in the art understands that the corresponding pyrolysis conditions can be adapted to the respective conditions, such as the type of pyrolysis plant, the ambient pressure and / or the amount, the nature and the nature of the pyrolysis product.
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.To produce the pyrogenic carbon, in a preferred embodiment, the pyrolysis material may be previously cut or crushed and pressed into compacts. These have the advantage that the pyrolysis process is better controllable and provides a homogeneous pyrolysis product, which favors the subsequent fermentation. Otherwise would need for the preservation of pyrogenic carbon, the pyrolysis z. B. after bark, grasses, wood or bone according to the nature of first be separated before it is fed to the respective pyrolysis.
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.In addition to the pyrogenic carbon produced in the pyrolysis process other useful products, such as oil, wood tar and / or gas, which can be used for example for power, heat and / or refrigeration. As a result, these by-products can be utilized for sensible use, for example for energy production, and within the meaning of the invention sustainable land use and settlement systems.
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.The resulting in the pyrolysis warm air or the gas is used in a preferred embodiment of the invention for optimizing the fermentation process. If necessary, the hot waste heat from the pyrolysis must be cooled to the temperature of 30 to 40 ° C required for the fermentation process.
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.In the exhaust gases of the pyrolysis ammonia, carbon dioxide and water is also included, which convert in the passage through the still hot pyrogenic carbon in the pores to solid ammonium bicarbonate or deer horn salt. This by-product can in turn be used as a long-term fertilizer in the context of the invention. Another positive aspect for the passage of these gases through the still hot pyrogenic carbon is the fact that the exhaust gases of the pyrolysis are purified. As a result, any resulting harmful substances can be eliminated naturally by the pyrolysis process itself.
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.In a preferred pyrolysis process for the production of pyrogenic carbon finely crushed wood is also placed with leaf mass in a rent, compacted, watered and largely airtight z. B. sealed with earth. Alternatively, the method can also be carried out with silos or in special containers. After some time, a thermal rotting effect begins, in which temperatures up to 80 ° C arise inside. The main product is fumed carbon, which can be added to the fermentation process. In the pyrolysis process, hot water with a temperature of about 60 ° C. can also be obtained via simple heat exchangers. In addition, light gas is generated, which can be used to generate energy.
Dem Fachmann sind neben der Pyrolyse auch weitere Verfahren zur Herstellung von pyrogenem Kohlenstoff bekannt. Als Beispiel sei das Verfahren der hydrothermalen Karbonisierung genannt.In addition to pyrolysis, the skilled worker is also familiar with other processes for the production of pyrogenic carbon. As an example, the method of hydrothermal carbonization may be mentioned.
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.The produced by various methods pyrogenic carbon has intramolecular carbon structures, the z. B. can be influenced by the pyrolysis. As a result, the properties of the pyrogenic carbon used for the process according to the invention can be adapted in view of a high nutrient and water storage capacity.
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.Other modifications to the invention are part of the preferred embodiments. For example, in a preferred embodiment, the pyrogenic carbon may be comminuted and / or sieved before use according to the invention and homogenized with the organic biomass. The pyrogenic carbon may also be treated with urine and / or urea solution and / or other urea-containing solutions to provide nitrogen and phosphorus so that the beneficial properties are enhanced.
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.The readily decomposable organic biomass to be used for the production preferably consists of green plants and their residues, organic municipal waste, organic waste from industry, commerce, agriculture and forestry and horticulture, such as organic waste, kitchen waste, green waste, human or animal feces, manure or Fermentation residues from biogas plants, horn plane, hair, peat, slaughterhouse waste, manure, Aspergillus niger, fish waste, fish meal and / or bran.
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.The entry of heavy metals and toxic substances should be avoided with regard to sustainable land use. Coarse organic biomass can be crushed and / or screened and / or homogenized with the pyrogenic carbon prior to the Terra Preta Humanidade manufacturing process.
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.The minerals required for the production can be supplied, for example, in the form of mineral soil or mineral soil substrates either already in the phase of preparation of the Terra Preta Humanidade Initial or only in the phase of the surface application of Terra Preta Humanidade Active on the ground.
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.The mineral soil is either mixed in containers or a plant before or after the fermentation with the organic biomass and the pyrogenic carbon or applied directly to the surface to be treated or is already contained on the soil to be treated. Preferably, the natural mineral soils are obtained to avoid transport costs and / or the environmentally relevant consequences of transporters from the environment of the place of manufacture and used at the place of application.
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.The minerals (eg nitrogen, phosphorus, potassium) can be used as fertilizer, lime or in the form of mineral soils or other mineral soils substrates, for example of kaolinite, mullite, lime, potsherds, volcanic ash, zeolites, porcelain, ceramics, earthenware, silicon dioxide containing hard sedimentary rock in ground form from 11 to 12 wt .-% quartz, 21 to 22 wt .-% calcite, 21 to 22 wt .-% dolomite, 12 to 14 wt .-% albite and 41 to 44 wt .-% X-ray amorphous Fraction, sand, stones, loam, loess, and / or fertilizer supplied.
Es können aber auch im Wesentlichen inerte Schaumstoffpartikel aus Polyethylen, Polypropylen und/oder Styropor verwendet werden. However, essentially inert foam particles of polyethylene, polypropylene and / or polystyrene can also be used.
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.If the supply of natural minerals is already in the production phase of Terra Preta Humanidade Initial, it may be necessary to mince and / or sieve the mineral soils beforehand. Also, a mixture with other mineral soil is possible.
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, 1,3bevorzugt 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):
5,5etwa 6,5,bis - – Stickstoff: mindestens 2 g/kg,
- – Phosphor: mindestens 2 g/kg,
- – C:N-Verhältnis: etwa 15 und
- – Kationenaustauscherkapazität: etwa 150 mM/kg.
- Density: 1.2 to 1.6 g / cm 3 , preferably 1.3 to 1.4 g / cm 3
- Water content: about 20 to 30% by weight, preferably 22 to 27% by weight,
- - fusible particles (<0.2 mm): at least 500 g / kg,
- - organic carbon: about 40 g / kg, of which at least 15 g / kg pyrogenic carbon,
- PH (H 2 O): about 5.5 to 6.5,
- - nitrogen: at least 2 g / kg,
- Phosphorus: at least 2 g / kg,
- - C: N ratio: about 15 and
- - Cation exchange capacity: about 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.The minerals were already mixed with the starting materials in this example. The natural mineral soil or the natural minerals can be added later in a further production form and / or in the course of the soil formation process, d. H. the formation of Terra Preta humanidade according to the invention from Terra Preta Humanidade Aktiv. The same applies to the nanoclays to be used according to the invention.
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.The fermentation process can be carried out according to the invention in containers, silos, boxes, rents, soil troughs, etc., which may consist of various materials such as concrete, steel, stainless steel, carbon, clay, clay or ceramic.
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.Another embodiment of the invention consists in the surface fermentation, wherein the starting materials are sealed as airtight as possible with plastic plates, films and / or a mineral seal. For the safe design of the fermentation process almost anaerobic environmental conditions are brought about.
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.Relevant for the invention is the lactic acid fermentation, in which sugar from the biomass is converted by means of microorganisms into lactic acid. For the lactic acid fermentation preferably homofermentative bacteria, heterofermentative bacteria, Bifidobakterien or combinations of different fermentatiefer strains are used. The fermentation lowers the pH to a value of 4. By adding mineral soil or lime after the fermentation process, the pH in the soil substrate can be neutralized again. The mineral soil or lime thus has a double function: on the one hand it serves as a source of minerals, on the other hand as a buffer system for the 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.Depending on the starting materials, a biological starter culture, preferably of ubiquitous microorganisms and / or already prepared Terra Preta humanidade according to the invention and / or of biomass already exposed to a lactic acid fermentation process, can be mixed in to safely design the fermentation process.
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.The addition of the biological starter culture can be carried out manually and / or automatically already during the mixing of the starting materials and / or only during the introduction into the fermentation plant and / or only in the fermentation plant.
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.The fermentation is preferably carried out at a temperature between 30 and 40 ° C. In the sense of a sustainable value-added chain, local sources of surplus heat can be accessed as a source of heat, for example in the pyrolysis process, in fermentation processes in biogas plants, in composting and / or arises during operation of cogeneration units. By a controlled fermentation in which the lactic acid fermentation and / or other bacterial and / or fungal outcrops play an essential role, the readily convertible organic starting materials are conserved and stabilized against microbial degradation.
Vorzugsweise beträgt die Fermentationsdauer etwa 2 bis 6 Wochen.Preferably, the fermentation time is about 2 to 6 weeks.
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.Through the fermentation process, the pH in the acidic area, d. H. down to pH = 4, lowered. This pH reduction advantageously has the effect that pathogenic microorganisms are killed, as a result of which a pathogen-free soil substrate is obtained. The pH is increased after the fermentation process by the addition of mineral soil or lime, which neutralizes to an optimum pH of 5 to 6.5.
Die so hergestellte erfindungsgemäße Terra Preta Humanidade Initial kann bei kühlen Temperaturen für längere Zeit gelagert werden, ohne ihre Struktur wesentlich zu verändern.The Terra Preta Humanidade Initial of the invention thus prepared can be stored at cool temperatures for a long time without substantially altering its structure.
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.In a subsequent preferred second production phase for the production of Terra Preta Humanidade according to the invention, a Terra Preta Humanidade Initial is obtained from the previously described Terra Preta Humanidade Initial. Preferably, this is done by the introduction and / or immigration of soil organisms such as earthworms, compost worms, mycorrhiza, beetles and / or mites. This process can take place either in the tanks or fermentation plants where the Terra Preta Humanidade Initial was previously made, or in special containers or plants, as well as on open ground surfaces.
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.The activities of these higher soil organisms produce stable clay-humus complexes as well as the symbioses of microorganisms and macroorganisms. This leads to the far-reaching organic determination of plant nutrients and the construction of complex physical and chemical buffer systems. Gaseous and liquid nutrient losses are thus avoided and carbon is accumulated to a high degree. It creates a starting material with optimal living conditions for higher plants. Preferably, the process is designed so that the higher soil organisms can develop optimally, such as by moisture and temperature regulation.
Erfindungsgemäß ist auch die Zumischung von Kalk, z. B. Algenkalk, sinnvoll, um die Bodenbildungsprozesse zu optimieren.According to the invention, the admixture of lime, z. As algae lime, useful to optimize the soil formation processes.
Je nach Prozessbedingungen dauert die Herstellung von Terra Preta Humanidade Aktiv zwischen drei Monaten und einem Jahr.Depending on the process conditions, the production of Terra Preta Humanidade Active takes between three months and one year.
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.If, after this time, the soil formation processes of the Terra Preta Humanidade Active have largely progressed, it can be assumed that Terra Preta Humanidade according to the invention has now arisen. A particular property of the Terra Preta humanidade according to the invention is that it continues to grow upon entry of organic biomass, i. H. that the carbon compounds and minerals of the biomass are stable and permanently integrated into the soil structure.
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.For carrying out the method according to the invention, the invention further relates to a stationary or mobile device, with which it is possible to produce the bottom mold according to the invention, if desired, on site.
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.The device according to the invention comprises a fermenter system in which a fermentation of the biomass takes place with the aid of microorganisms. The fermenter system can be operated both stationary and mobile. A modular construction of the fermenter system for the different production phases is also possible.
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.Preferably, the fermenter plants have facilities, such as drainage, floor drains, openings, etc., so that a controlled liquid and gas leakage can be ensured. Furthermore, the fermenter systems according to the invention may have facilities that ensure adjustable constant temperatures during the process. An automatic process control of the fermentation process can be carried out by measuring sensors, which detect, for example, the temperature, the pH, the carbon dioxide content, the methane content and / or the hydrogen sulfide content.
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.The device further comprises, in a preferred embodiment, a pyrogenic plant for the production of pyrogenic carbon, in which the thermal decomposition of the chemical compounds of the lignin-rich, organic material with exclusion of oxygen, d. H. under near anaerobic conditions, takes place.
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.Before the pyrolysis plant, a crushing and pressing plant can be connected upstream, and to obtain a pressure from different ligninreichen material. Further, the plant may include a screening means such as a drum screen.
Ferner umfasst die Fermenteranlage Einrichtungen, die es ermöglichen, dass die während der Pyrolyse erzeugte Abwärme der Fermenteranlage zur Optimierung des Fermentationsprozess zugeführt wird. Furthermore, the fermenter system includes facilities that allow the waste heat generated during the pyrolysis of the fermenter to optimize the fermentation process is supplied.
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.The Terra Preta Humanidade produced according to the invention leads to an increase in soil fertility over a longer period, which z. B. can not be reached by the previously made interference of ash, charcoal, compost, manure, manure, digestate, humus and / or fertilizer in the soil to this extent.
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 vermiedenDue to the incorporation of organic substances into the pyrogenic carbon structures, the Terra Preta humanidade according to the invention with its particularly large surface area and low degradability acts as a long-term storage and buffer system in the soil. Furthermore, rapid remineralization of stored organic substances and nutrients is avoided
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.The Terra Preta Humanidade according to the invention is characterized by a stable biological microsystem in which biological, physical and chemical processes are in equilibrium for a long time. This makes it suitable for arid and humid land use systems. Through the use of a mobile pyrolysis furnace and the subsequent fermentation process, it is possible to produce the clay-humus complexes according to the invention in almost every location of the earth. Biomass that was previously only incinerated or disposed of as waste (eg green waste, manure, faeces or biowaste from the cities) can now be used economically.
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.Furthermore, the artificially produced clay-humus complexes according to the invention can have an important role for climate protection in the case of widespread application. For their growth, plants need the carbon dioxide dissolved in the atmosphere, which they extract from the air. If charring lignin-rich biomass and working the thus obtained pyrogenic carbon after fermentation in the soil, one deprives the atmosphere permanently carbon dioxide. This is also done through the preservation of biomass through the fermentation process and the subsequent storage in the form of permanent humus.
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.In addition, the climate-relevant greenhouse gas emissions of methane and nitrous oxide from agricultural land can be reduced by the significantly higher area productivity of the Terra Preta Humanidade according to the invention. Organic farming and the development of nutrient cycles in highly dense global areas will open up completely new perspectives.
Als erfindungsgemäß bevorzugten Nutzungs- und Anwendungsformen der Terra Preta Humanidade Initial und Terra Preta Humanidade Aktiv stehen zahlreiche Möglichkeiten und Varianten zur Verfügung.As inventively preferred uses and applications of Terra Preta Humanidade Initial and Terra Preta Humanidade Active are numerous options and variants available.
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.In a preferred variant, the products according to the invention can be applied and / or incorporated directly onto the floor or the area of the future connection and / or poured into dams. If the production of Terra Preta Humanidade Initial and / or Terra Preta Humanidade Active has already occurred on the surfaces and / or floors, application or incorporation may be omitted.
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.A use of the invention for this application consists in the sustainable improvement of soil fertility, for example, to increase the horticultural and / or agricultural and / or forestry production and / or waiving artificial soil fertilization. For example, this would enable a significant increase in food production globally, which in turn could contribute to global hunger reduction. By increasing the area production of agricultural and forestry soils would also open up new opportunities in renewable energy z. B. by energy crop production or energy storage by green plants.
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.Another preferred embodiment of the invention is the introduction of Terra Preta Humanidade, Terra Preta Humanidade Initial and / or Terra Preta Humanidade Active in beds, cemeteries, public facilities, planters, containers, atria, conservatories, greenhouses, etc., for example, for indoor greening, settlement and Building greening and commercial and ornamental plant cultivation. As a result, for example, architecture and / or urban planning creates completely new opportunities for design and circular economy models. Municipal waste such as organic waste, sewage or feces can be integrated with the technology of the invention in small circuits and contribute to the green design and food production.
Eine weitere erfindungsgemäße Nutzungsform ist die Humusanreicherung und Stabilisierung von Böden in ariden oder humiden Gebieten zur Erosionshemmung und/oder Wasserspeicherung.Another use according to the invention is the humus enrichment and stabilization of soils in arid or humid areas for erosion inhibition and / or water storage.
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.Another use according to the invention consists in the improvement of soils in steppe and / or desert regions for the containment and / or regression of steppe and desert areas. By a targeted reclamation of such areas with localized plants could turn the food and / or the energy crop production are increased.
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.Another use according to the invention consists in the improvement of the water absorption capacity of soils and thus in the improvement of regional water households and in flood prevention. Due to a lack of humus content, a significant part of the world's arable land is unable to buffer or store larger amounts of precipitation water, so that they drain relatively quickly into streams, rivers and lakes and can possibly lead to flooding here. At the same time, this water is missing in the regional water balance. The Terra Preta Humanidade and / or Terra Preta Initial and / or Terra Preta Humanidade Active according to the invention are capable of taking up or storing up to 200 l / m 2 of liquid. The stored water is now slowly released to plants and / or to the groundwater, which balances the regional water balance and at the same time means flood prevention.
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.Another use according to the invention lies in targeted contributions to climate protection. This is done solely by a nationwide application of the invention, because carbon compounds from biomass are stored to a high degree stable in the soil and thus do not enter the atmosphere as carbon dioxide, as is the case for example in aerobic degradation processes. Especially in agriculture, the production of manure from livestock and / or digestate from biogas plants generates considerable climate-damaging methane and nitrous oxide emissions. By a targeted application of the invention, for. B. in the integration of agricultural biomass in the production of the soil forms of the invention and / or by applying these biomasses on Terra Preta humanidade managed arable land, climate-damaging methane and / or nitrous oxide emissions can be significantly reduced. Another use of the invention is in the application in the field of wastewater treatment and treatment. In this case, in a preferred application with Terra Preta humanidade cultivated areas according to the invention, contaminated water of domestic, municipal, commercial and / or agricultural origin can be applied. The increased accumulation capability of the surfaces due to the use according to the invention leads to a stable incorporation of carbon compounds and nutrients as well as to storage of water. As a result, these surfaces are on the one hand excellent for the cultivation of water-consuming crops, z. As energy plant plantation with reeds and / or Miscanthus, and on the other hand valuable carbon fractions and nutrients from the dirty water are used meaningful and value added, while they must be destroyed in conventional treatment with energy use.
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.Another use according to the invention is the application in the field of exhaust air purification and building air conditioning. Here, in a preferred application with Terra Preta Humanidade cultivated areas, beds or plants for cleaning exhaust air and / or treatment of building air can be used. In a preferred embodiment, the air to be purified or treated is passed through distributor devices through the soil substrate and thereby taken up by microorganisms or fungi in the metabolism and thereby decomposed into individual molecular structures. These in turn are stably stored in the soil substrate and are available to plants for humus and nutrient supply. A novel application form according to the invention lies in the targeted use of terrains filled with Terra Preta humanidade, plant containers and plants inside and / or outside buildings for building air conditioning and simultaneous greening. In this case, the building air on devices such. As fans, transported in the distributors of Terra Preta Humanidade filled beds, plant containers or equipment, there cleaned and prepared and then returned through the surfaces and / or openings back into the building.
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.Another use of the invention is in the application in the field of creating material flow circuits from biogenic waste and / or waste water from different use units, such as individual households, buildings, settlements, towns, cities, forestry and agriculture, horticulture, commerce and industry with the technology of the invention For example, numerous biogenic wastes and / or effluents from the respective use units within these can be treated, treated and used, for example, for soil improvement, food procurement, energy and crop production as well as water and air purification.
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.The invention includes both the production of Terra Preta Humanidade, Terra Preta Humanidade Initial and / or Terra Preta Humanidade Active with the applications described above, as well as the disposal and simultaneous recovery of municipal waste or wastewater, which can often lead to significant environmental impact.
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.Accordingly, the invention also includes the selection of the raw materials for the production of Terra Preta Humanidade, Terra Preta Humanidade Initial and / or Terra Preta Humanidade Active, such as organic wastes, effluents, fermentation residues, manure, green waste, lignin-containing materials and ashes which, in conjunction with the process of the invention, result in a complete cycle management system.
Hierzu zählt des Weiteren die erfindungsgemäße Zugabe der vorstehend beschriebenen Bestandteile, die auf allen Verfahrensstufen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann.This also includes the inventive addition of the above-described components, which can be carried out at all stages of the process according to the invention.
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.Another positive effect of the method according to the invention is that foul-smelling biomass and soil additives, such as organic waste, wastewater, fermentation residues, manure, manure, manure, silage liquid, liquid biogas plant residue, urine, feces, faeces, fish meal and / or fish waste by adding pyrogenic Carbon and nanoclay can be deodorized.
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.A further application form according to the invention includes the development, design, planning and implementation of new, sustainable land use and settlement systems, which are made possible only by the inventive technology.
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.Last but not least, it is a particular advantage of the invention of the Terra Preta humanidade and the method according to the invention for its production that the Terra Preta Humanidade Aktiv, the Terra Preta Humanidade Initial and the Terra Preta Humanidade according to the invention are already in the form of packaged, dosable powders, packaged, metered aqueous dispersions and pastes and standardized tablets and tabs can be prepared, stored, transported and used.
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.The variety of applications is reflected in the numerous suitable methods of applying the Terra Preta Humanidade Active, the Terra Preta Humanidade Initial and the Terra Preta Humanidade according to the invention. Thus, the products can be spread as solid or poured out as a liquid or nebulized. They are also excellent for the drip application. Furthermore, they can be applied by plowing, squeezing, harrowing, burying or raking.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die
Bei der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- →→
- Materialzugabeaddition of material
- 11
- Nanoclay und/oder SuperabsorberNanoclay and / or superabsorber
- 22
- Mikroorganismen, Bodenlebewesen und/oder MykorrhizaMicroorganisms, soil organisms and / or mycorrhiza
- 33
- Bodenzusätzesoil additives
- 44
- Abfälle von BiogasanlagenWaste from biogas plants
- 55
- Grünabfällegreen waste
- 66
- Biomüllbiowaste
- 4, 5, 64, 5, 6
- Biomassebiomass
- 77
- Pyrolyse/Verkohlung oder hydrothermale KarbonisierungPyrolysis / charring or hydrothermal carbonation
- 88th
- Biokohle oder pyrogener KohlenstoffBiochar or fumed carbon
- 99
- Terra Preta Humanidade InitialTerra Preta Humanidade Initial
- 1010
- Terra Preta Humanidade AktivTerra Preta Humanidade Active
- 1111
- Terra Preta HumanidadeTerra Preta Humanidade
- 1212
- Kreislaufwirtschaft/ContainernutzungRecycling / container usage
- 1313
- Biogasbiogas
- 1414
- BlockheizkraftwerkCHP
- 1515
- Stromelectricity
Beispiel 1example 1
Verfahren zur Herstellung von Terra Preta Humanidade gemäß Fig. 1Process for the preparation of Terra Preta humanidade according to FIG. 1
Die
Abfälle von Biogasanlagen
In weiteren Ausführungsformen wurde den Abfällen von Biogasanlagen
Das bei der Pyrolyse
In weiteren Ausführungsformen wurde in erfindungsgemäßer Verfahrensweise der Pyrolyse
Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Terra Preta Humanidade Initial
In einer weiteren Ausführungsform wurde der Terra Preta Humanidade Aktiv
Der Terra Preta Humanidade Aktiv
In weiteren Ausführungsformen wurde(n) in erfindungsgemäßer Verfahrensweise der Terra Preta Humanidade Aktiv
Für das erfindungsgemäße Verfahren war es somit wesentlich, dass in mindestens einer Verfahrenstufe Nanoclay und/oder Superabsorber
Die erfindungsgemäße Nanoclay und/oder Superabsorber
Beispiel 2Example 2
Deodorisierung von Gülle (
Gülle (
Der Versuch wurde mit einer Mischung (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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