Huminstoffe als Qualitätsparameter für Komposte und zur ...

12. bundesweiter Erfahrungsaustausch für Betreiber Wieselburg, 28. – 29.11.2007
von Kompostierungsanlagen und für Sachverständige
Forschungsprojekt „Huminstoffe als Qualitätsparameter für
Komposte und zur verfahrenstechnischen Optimierung von
Kompostanlagen“
Peter Lechner, Universität für Bodenkultur Wien / Institut für Abfallwirtschaft
Situation und Bedeutung der Projektergebnisse
Biogenes Material stellt in Österreich mit einem Potential von ca. 2,5 Mio t/a die
größte Wertstofffraktion dar:
• Biotonne 550.000 t/a
• Grünschnitt 1,300.000 t/a
• Organik im Restmüll 510.000 t/a
• Nahrungsmittel Handelsketten ~ 110.000 t/a
• Nahrungs- u. Genussmittelreste ?
Gesamt
ca. 2,5 Mio t/a
Bei geeigneter Erfassung und Behandlung könnten daraus jährlich ca. 600.000 t
hochwertige Komposte erzeugt werden.
In Ermangelung anderer Qualitätsparameter definieren die derzeitigen gesetzlichen
Regelungen (Kompostverordnung) die Kompostqualität lediglich über die im Kompost
enthaltenen bzw. nicht enthaltenen Schadstoffe, was nicht unwesentlich zum
Imageverlust der Komposte beigetragen hat. Der Bedeutung der Organischen
Substanz wird nur unzureichend Rechnung getragen.
Für eine verbesserte Akzeptanz von Komposten und Kompostprodukten ist es daher
unbedingt erforderlich, die nutzbringenden Eigenschaften der Organischen Substanz
und insbesondere der Huminstoffe herauszustreichen und diese als
Qualitätskriterium auch festzuschreiben. Im Forschungsprojekt wurden Methoden
entwickelt, welche eine diesbezügliche Qualitätssicherung erlauben.
Auch der Frage, welche Faktoren und Milieubedingungen den Aufbau von
Huminstoffen fördern, wurde nachgegangen. Mit den neuen Untersuchungsmethoden
lassen sich die Verfahrenstechniken bzw. Randbedingungen, welche die
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Huminstoffbildung fördern und damit die Kompostqualität verbessern, besser
beurteilen. Es ist nun auch möglich die Verfahrenstechniken entsprechend zu
modifizieren.
Im gesamten sollte es zukünftig möglich sein, dem Produkt Kompost wesentlich
bessere Marktchancen zu eröffnen.
Die Bedeutung der Huminstoffe
Der Anteil an stabilen Huminstoffen ist ein unbestrittenes Qualitätskriterium für die
organische Substanz von Komposten. Aus der Bodenforschung ist deren Bedeutung
schon lange bekannt. Sie fördern die Aggregatstabilität im Boden und beugen damit
Erosion vor, fördern das Wasser- und Nährstoffhaltevermögen und wirken aufgrund
ihrer dunklen Farbe regulierend auf die Bodentemperatur.
Die Huminstoffsynthese trägt im Gegensatz zur Mineralisierung, zur Fixierung von
Kohlenstoff in stabilen Biopolymeren bei und leistet damit auch einen Beitrag zum
Klimaschutz. Abgesehen von diesem umweltrelevanten Aspekt ist die Rückführung
stabiler organischer Substanz in den Boden eine Notwendigkeit geworden
angesichts der Verluste durch fehlgeleitete landwirtschaftliche Maßnahmen.
So weisen 75% der südeuropäischen Böden einen geringen (

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Als Maß für die Humifizierung der organischen Substanz werden am ABF-BOKU die
extrahierbaren Huminsäuren herangezogen. Aufgrund der uneinheitlichen, nicht
definierbaren stöchiometrischen Zusammensetzung der Huminstoffe ist eine
chemische Synthese nicht möglich. Das bedeutet, dass es zum biologischen Prozess
der Humifizierung keine Alternative gibt. So gesehen ist die Kompostierung eine
Humifizierungstechnologie.
Komposthuminsäuren sind im Vergleich zu Bodenhuminsäuren „jung“. Sie machen
schon während der Kompostierung Umwandlungsprozesse durch, die auch nach
dem Ausbringen bzw. der Anwendung des Kompostes nicht abgeschlossen sind. Die
Qualität eines Kompostes resultiert somit aus einem tief greifenden Umwandlungsprozess
der organischen Substanz, der in einem „stabilen“ Zustand endet.
Ziele des Forschungsprojekts
Die Projektziele waren, die Huminsäuregehalte der Komposte als Qualitätskriterium
zu definieren und die Inputmaterialien sowie Prozessbedingungen hinsichtlich deren
Beitrag zur Humifizierung zu untersuchen. Mit dem Huminsäuregehalt sollte die
Grundlage für ein quantifizierbares Qualitätsmerkmal der Komposte geschaffen
werden, das dem „Produkt Kompost“ in Zukunft zu einem höheren Marktwert verhilft.
Biogene Abfälle bringen aufgrund ihrer vielfältigen Mischung von Biomolekülen mit
verschiedenen chemischen und physikalischen Eigenschaften und mineralischen
Komponenten günstige Voraussetzungen für die Humifizierung mit.
Projektverlauf
Im ersten Projektjahr wurden die Vorversuche zur Entwicklung eines kleinen Labor-
Kompostiersystems und die Grundlagen für die Anwendung der Infrarotspektroskopie
und Thermoanalyse zur Beurteilung der Kompostqualität durchgeführt. Das kleine
Labor-Kompostiersystem mit Einwaagen von 200 bis 300 g Kompost und einer
Partikelgröße < 10 mm erwies sich für die Auswahl unterschiedlicher
Zusammensetzungen des Inputmaterials als hilfreich. Es zeigte sich, dass der Ablauf
des Huminsäureaufbau in den Kompostieranlagen in dem kleinen System über
einen Zeitraum von 4 Wochen gut abgebildet wird.
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Zahlreiche in- und ausländische Komposte bzw. Anlagenendprodukte wurden durch
herkömmliche Parameter, durch ihre Infrarotspektren und thermoanalytische Daten
charakterisiert. Die nasschemische Bestimmung der Huminsäuregehalte stellte eine
wesentliche Grundlage für die Bewertung der Komposte und die Entwicklung des
Vorhersagemodells basierend auf den Infrarotspektren dar. Aus den
Huminsäuregehalten dieser Komposte konnten erste Informationen über den Einfluss
der Inputmaterialien gewonnen werden.
Um die Entwicklung der Huminsäuren und die relevanten Prozessbedingungen zu
beobachten, wurden fünf Kompostieranlagen ausgewählt und über den gesamten
Prozessverlauf intensiv beprobt. Die Auswahlkriterien orientierten sich vor allem an
den erzielten Huminsäuregehalten, am Inputmaterial und am Verfahren. Im ersten
Projektjahr wurde jener Kompostierprozess untersucht, der in der Serie der
Anlagenendprodukte das beste Ergebnis mit 45,6 % (oTM) Huminsäuren geliefert
hatte (Bioabfall mit geringen Mengen an Speiseresten). In folgenden Projektjahr
wurden jene Anlagen ausgewählt, deren Komposte die „geringste
Huminsäurebildung“ (Klärschlammkompost) oder „konstant gute Huminsäurebildung“
(Biotonne/ Grünschnittkompost) aufwies. Ein Kompostierprozess von ausschliesslich
Biotonne mit vergleichsweise geringer Huminsäurebildung und ein „trockenes“
Anaerobverfahren mit aerober Nachbehandlung standen im dritten Projektjahr im
Mittelpunkt der Prozessuntersuchungen. Während das zweite Projektjahr die
Anwendung der Untersuchungsmethoden Infrarotspektroskopie und thermische
Analyse und die Modellentwicklung zur Huminsäurevorhersage als Schwerpunkt
hatte, diente das dritte Projektjahr der Überprüfung und Bestätigung der in den
vorangegangenen Projektjahren erzielten Ergebnisse. Außerdem wurden
Laborexperimente mit dem Outputmaterial aus zwei Anaerobanlagen durchgeführt,
um die Auswirkung auf die Huminstoffbildung in einem anschließenden aeroben
Prozess zu untersuchen. Im Zusammenhang mit der Frage der
Rückstandsbehandlung aus Anaerobanlagen schien dieses Experiment interessant.
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Ergebnisse
• Die Entwicklung der Huminsäuren während des Kompostierprozesses sowie
ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften werden anhand einiger
Huminsäuren, die aus Endprodukten österreichischer Anlagen isoliert wurden,
dargestellt.
• Die Huminsäuregehalte zahlreicher Komposte und Anlagenendprodukte aus
Österreich und aus dem Ausland werden gezeigt.
• Die Untersuchungen zur Charakterisierung der Komposte und zur
Bestimmung der Huminsäuren wurden durch die für die Abfallwirtschaft neuen
Untersuchungsmethoden „Infrarotspektroskopie“ und „thermische Analyse“
unterstützt.
• Mithilfe der Infrarotspektroskopie und multivariater statistischer Verfahren
wurde ein Vorhersagemodell zur Quantifizierung der Huminsäuren in Komposten
entwickelt. Damit gelang der Schritt von der Grundlagenforschung zur praktischen
Anwendung dieser Methode.
• Eine Broschüre zur Anleitung für die Praxis ging aus diesen Untersuchungen
hervor (die Broschüre ist über den KGVÖ kostenlos erhältlich).
• Ein weiteres Modell, ebenfalls auf Infrarotspektroskopie und multivariater
Statistik basierend, erlaubt die klare Unterscheidung von Komposten aus
Biotonnematerial aus der getrennten Sammlung von anderen kompostierten,
biogenen Materialien (z.B. Klärschlamm) oder von Restmüll.
• Die Huminsäuregehalte, die Atmungsaktivität und der Gehalt an organischer
Substanz der fünf detailliert untersuchten Kompostierprozesse werden verglichen
und die daraus resultierenden Erkenntnisse in Hinblick auf die Inputmaterialien und
die Prozessführung diskutiert.
• Die Beziehung dieser Parameter untereinander und der Zusammenhang mit
anderen Parametern werden mit multivariater Statistik näher beleuchtet.
Das Projektteam dankt dem FFG, dem KGVÖ und allen Kompostierbetrieben, die
durch finanzielle Unterstützung, Bereitstellung von Probenmaterial, Hilfe bei der
Probenahme und Weitergabe von Informationen das Projekt gefördert haben.
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Literatur
Bundesgesetzblatt 292/2001, Teil II vom 14. August 2001: Verordnung des
Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft über
Qualitätsanforderungen an Komposte aus Abfällen (Kompostverordnung).
Commission of the European Community, 2002: Towards a Thematic Strategy for
Soil Protection, Bericht COM(2002), 179 final
Montanarella L., 2002: Organic matter levels in European Agricultural soils.
Tagungsband des Workshops “Biological treatment of biodegradable waste –
technical aspects”, Brüssel.
Österreichisches Normungsinstitut, 1993: ÖNORM S 2200 Gütekriterien für
Komposte aus biogenen Abfällen. Österreichisches Normungsinstitut, Wien.
Schachtschabel P., Blume H.-P., Brümmer G., Hartge K.H., Schwertmann U., 1998:
Lehrbuch der Bodenkunde (Scheffer/ Schachtschabel). Ferdinand Enke Verlag,
Stuttgart.
Smidt E., Binner E., Lechner P., 2007: Huminstoffe als Qualitätsparameter für
Komposte und zur verfahrenstechnischen Optimierung von Kompostanlagen –
Bericht über den 2.Projektabschnitt; FFG-Projekt-Nr. 808753/7872 KA/SA, Wien
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