Berichte aus Energie- und Umweltforschung 12a/1997
Erforschung der Verwendungsmöglichkeiten von Aschen aus Hackgut und Rindenfeuerungen

Durch die verstärkte Nutzung biogener Energieträger (vorwiegend Waldhackgut und Sägenebenprodukte) zur Fern- und Prozesswärmebereitstellung in Österreich kommt der Frage nach einer sinnvollen und umweltverträglichen Verwertung der anfallenden Aschen eine stark steigende Bedeutung zu. Im Zentrum des Interesses steht dabei die Wiedereingliederung der Asche in natürliche Wachstumsprozesse im Bereich der forst- und landwirtschaftlichen Bodennutzung (Schließung des Mineralienkreislaufes der Natur). Ziel des vorliegenden Projektes war es, zu erforschen, ob und in welchem Ausmaß Holzasche als Sekundärrohstoff mit dünge- und bodenverbessernder Wirkung umweltverträglich eingesetzt werden kann.

Die Ergebnisse der durchgeführten Aschenanalysen und Stoffbilanzen um Biomasseheizwerke ergaben, dass der Mineralienkreislauf Boden - Biomasse - Asche - Boden in Form von Nass- und Trockendepositionen von Schadstoffen auf Bäume und Böden gestört wird. Um dennoch eine langfristig stabile Kreislaufwirtschaft mit Holzasche erreichen zu können, muss es eine Schnittstelle geben, über die ein schwermetallreicher Seitenstrom ausgeschleust werden kann.

Die durchgeführten Stoff Flussanalysen zeigen, dass im Normalfall ein Aschengemisch aus Grob- und Zyklonflugasche kreislaufwirtschaftlich verwertbar ist. Die zweite, feinere Flugaschenfraktion, die sog. Feinstflugasche, sollte aufgrund ihrer hohen Schwermetallgehalte getrennt gesammelt und deponiert bzw. industriell verwertet werden. Durch entsprechende Verfahrenstechniken sollte es in Zukunft möglich sein, die Technologie der fraktionierten Schwermetallabscheidung noch wesentlich effizienter zu gestalten und die Schwermetallgehalte im verwertbaren Aschenanteil damit weiter zu reduzieren.

Die Auswertung der durchgeführten Aschenanalysen brachte folgende Ergebnisse:

1. Die Nährstoffgehalte der untersuchten Hackgut-, Rinden- und Späneaschen sind durchaus beträchtlich und rechtfertigen deren Ausbringung auf land- und forstwirtschaftlichen Nutzflächen aus wirtschaftlicher Sicht. Stroh- und Einjahresganzpflanzenaschen sind im Vergleich zu Aschen holzartiger Biomasse-Brennstoffe deutlich Ca-ärmer aber K- und P-reicher.
2. Die Schwermetallgehalte der Aschengemische aus Grob- und Zyklonflugasche nach Anfall aus der untersuchten Hackgut- und der Rindenfeuerung liegen deutlich unter den Grenzwerten der Steiermärkischen Klärschlammverordnung. Bei den Aschengemischen aus der unter suchten Spänefeuerung wird der Grenzwert für Cadmium überschritten, für die übrigen Schwermetalle liegen keine Grenzwertsüberschreitungen vor. Aschengemische aus Grob- und Zyklonflugasche nach Anfall von Einjahresganzpflanzen- und Strohfeuerungen sind deutlich schwermetallärmer und halten normalerweise die Bodenrichtwerte ein.
3. Die Konzentrationen an organischen Schadstoffen in den anfallenden Grob- und Zyklonflugaschen sind gering und nach derzeitigem Wissensstand als ökologisch unbedenklich einzustufen, wenn der Gehalt an organischem Kohlenstoff in der Asche 5 Gew% d. TS nicht überschreitet.

Zur Prüfung der Umweltverträglichkeit der Holzaschen wurden Feldversuche auf Ackerland, Grünland und im Forst in durchgeführt. Dabei wurde für Ackerland und Grünland eine ungedüngte mit einer konventionell gedüngten und zwei holzaschedegüngten Parzellen (3.000 kg/ha*a und 6.000 kg/ha*a) verglichen, auf den Forstversuchsflächen jeweils nur eine ungedüngte und eine holzaschegedüngte Parzelle (15.000 kg/ha). Sämtliche Versuche wurden in vierfacher Wiederholung angelegt.

Die Ergebnisse des vierjährigen Grünlandversuches zeigen keine statistisch gesicherten Ertragsunterschiede zwischen mit Mineraldüngern und mit Holzasche gedüngten Parzellen. Die Artenvielfalt wurde weder durch die Düngung mit Holzasche noch durch den Handelsdüngereinsatz beeinträchtigt.

Die Ertragsfeststellung bei Winterweizen (1992 und 1995), Körnermais (1993) und Sojabohne (1994) ergab 1993 und 1995 einen statistisch gesicherten Unterschied zwischen gedüngten (Holzaschen- und Handelsdüngervarianten) und ungedüngten Versuchsgliedern. Innerhalb der gedüngten Versuchsglieder traten in keinem der vier Versuchsjahre nennenswerte Differenzen auf.

Bezüglich der Nährstoff- und Schwermetallkonzentrationen im Erntegut der Grünlandfläche und im Kleeaufwuchs der Ackerlandfläche nach vierjähriger Holzaschendüngung ergab die Varianzanalyse, dass mit Ausnahme von Mo kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Mittelwerten der mineral- und aschegedüngten Varianten besteht. Die Mo-Konzentrationen im Erntegut der aschegedüngten Parzellen lagen statistisch signifikant höher, jedoch in keiner ökologisch bedenklichen Größenordnung.

Die durchgeführten Bestandserhebungen auf den Forstversuchsflächen zeigten, dass die Zuwachsleistungen über 4 Jahre auf den aschegedüngten Parzellen etwas höher lagen, jedoch nicht in statistisch gesichertem Ausmaß. Die jährlich durchgeführten Bodenvegetationsaufnahmen ergaben deutliche und als positiv zu bewertende Änderungen durch die Aschedüngung: die Flächenbedeckung war wesentlich höher, die Bodenstreu erschien besser aufgearbeitet und die Anzahl nährstoffliebender Pflanzenarten nahm deutlich zu. Im dritten und vierten Versuchsjahr durchgeführte Sickerwasseranalysen zeigten, dass mit Ausnahme des Elementes Mn auf asche-gedüngten Parzelle mit eher geringeren Auswaschraten zu rechnen ist.

Für alle durchgeführten Feldversuche ergab sich eine statistisch signifikante Anhebung des Boden-pH-Wertes durch die Holzaschendüngung. Zur Prüfung der Nährstoffverfügbarkeit wurden zwei Gefäßversuche durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass der in der Holzasche enthaltene Phosphor im ersten Jahr der Anwendung zu ca. 10% (im Vergleich zu CaEP04) und das Kalium vollständig (im Vergleich zu KCI) verfügbar sind. Die jährlichen Aufwandsmengen von Hackgut- und Rindenasche für Ackerland sollten 1.000 kg/ha nicht überschreiten, um eine umweltverträgliche Vorgangsweise sicherzustellen. Für Grünland wären rund 750 kg/ha zu veranschlagen. Die durchgeführten Stoff Flussanalysen zeigen, dass bei diesen Aufwandsmengen insbesondere die Cd- und Zn-Einträge noch deutlich über den Ernteentzugsmengen liegen. Durch die Technologie der fraktionierten Schwermetallabscheidung erscheint es jedoch realistisch die Cd- und Zn-Konzentrationen im verwertbaren Aschenanteil um 50 - 80% der derzeitigen Gehalte zu reduzieren. Gelingt dies, so wäre die Cd-und Zn-Bilanz bei einer Aschedüngung mit der einer ungedüngten Agrarfläche, auf die nur die Depositionsbelastung einwirkt, vergleichbar.

Die Aufwandsmengen von Holzasche im Wald sollten nach strengen ökologischen Gesichtspunkten, insbesondere unter Bedachtnahme auf die Schwermetallbilanz, so bemessen werden, dass die Schadstoffeinträge durch die Aschenausbringung den Schadstoffaustrag durch die Holzernte nicht übersteigen. Als Richtwert auf der Basis durchgeführter Stoff Flussanalysen ergibt sich dadurch eine Holzaschenmenge von 3.000 kg/ha, errechnet für das am stärksten limitierende Element Cd. Diese Düngung sollte maximal einmal in fünfzig Jahren durchgeführt werden.