Tannennadeln von der Brandgefahr in erneuerbaren Brennstoff verwandeln

19. Juni 2023

Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und gleichzeitig die Glaubwürdigkeit des Inhalts sichergestellt:

faktengeprüft

Korrekturlesen

von SciDev.Net

Die Entflammbarkeit von Kiefernnadeln, eine große Brandgefahr in den Nadelwäldern des riesigen Sub-Himalaya-Gürtels Indiens, macht sie zu einer reichlichen Quelle erneuerbarer Energie, sagen Forscher.

Umgestürzte Kiefernnadeln müssen vom Waldboden entfernt werden, da sie sich bei Trockenheit entzünden und verheerende Waldbrände auslösen können, sagen die Forscher des staatlichen indischen Zentralinstituts für Agrartechnik (CIAE).

Ihre in Current Science veröffentlichte Studie untersuchte, wie das Verkohlen und Brikettieren von Kiefernnadeln möglicherweise dazu beitragen könnte, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

Der leitende Forscher Sandip Mandal, leitender Wissenschaftler in der landwirtschaftlichen Energie- und Energieabteilung der CIAE in Bhopal, Indien, erklärt gegenüber SciDev.Net: „Kiefernnadeln können leicht zu Briketts mit hohem Heizwert verdichtet werden, die für jede thermische Anwendung verwendet oder verarbeitet werden können.“ durch chemische Prozesse hochwertigen Biokraftstoff gewinnen.“

Durch Pyrolyse – ein Prozess, bei dem organisches Material in Abwesenheit von Sauerstoff erhitzt wird – können Kiefernnadeln in Bioöl mit einem Heizwert von 28,52 Megajoule pro Kilogramm umgewandelt und in gemischten Kraftstoffen für Verbrennungsmotoren oder als Heizöl verwendet werden, so die Studie gefunden.

Im Vergleich dazu beträgt der Heizwert von Diesel etwa 45,5 Megajoule pro Kilogramm.

„Die Flammpunkt-, Brennpunkt- und Pourpoint-Werte von Bioöl waren höher als die von Hochgeschwindigkeitsdiesel“, heißt es in der Studie und fügte hinzu, dass das Öl auch für weit verbreitete Kompressionseinspritzmotoren geeignet sei.

Alternativ können aus den Nadeln hergestellte Briketts in Ziegelöfen oder zum Befeuern von Kesseln verwendet werden, die Strom erzeugen und einen sauberen, erschwinglichen Brennstoff für die häusliche Küche darstellen.

Bei der Brikettierung handelt es sich um die Verdichtung sogenannter „Lignozellulose“-Biomasse, die aus trockenem Pflanzenmaterial gewonnen wird, zu Blöcken, die einen hohen Heizwert haben und gelagert und transportiert werden können.

Biomasse übertrifft andere erneuerbare Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser aufgrund ihres schieren Vorkommens, heißt es in der Studie.

Durch die Pyrolyse von Kiefernnadeln entsteht auch Biokohle, die ein ideales Material für die Kohlenstoffbindung im Boden ist und zur Eindämmung des Klimawandels beitragen kann, so die Forscher.

Die Analyse ergab, dass durch die Kombination der drei betrachteten Umwandlungstechnologien Brikettierung, Verkohlung und Pyrolyse eine Energieeffizienz von 87 % erreicht werden kann.

Kiefernnadeln unterscheiden sich von anderen Arten pflanzlicher Biomasse dadurch, dass sie von Mikroben nicht leicht zersetzt werden und sich auf dem Waldboden ansammeln.

Die Studie schätzt, dass während der Altweibersommersaison etwa 6,3 Tonnen Kiefernnadeln auf jeden Hektar Kiefernwald fallen.

Subtropische Kiefernwälder des Himalaya erstrecken sich über den größten Teil der 3.000 Kilometer langen Länge des höchsten Gebirges der Welt und umfassen über 77.700 Quadratkilometer in Pakistan, den indischen Bundesstaaten Jammu und Kashmir, Himachal Pradesh, Uttarakhand, Sikkim und Arunachal Pradesh sowie in Nepal und Bhutan.

In Indien konzentriert sich ein Großteil der Forschung und Aktivität zur kommerziellen Nutzung von Kiefernnadeln auf den nördlichen Bundesstaat Himachal Pradesh, der fast 3.300 Quadratkilometer Kiefernwälder hat und jährlich etwa 1.300 Tonnen Kiefernnadeln verliert.

Die meisten dieser Wälder bestehen aus der dominanten und dürreresistenten Art Pinus roxburghii.

Nach Angaben der Regierung von Himachal Pradesh werden im Bundesstaat jedes Jahr durchschnittlich 2.000 Waldbrände gemeldet.

Zwischen 2001 und 2021 verlor Himachal Pradesh mehr als 900 Hektar Baumbestand durch Brände. Nach Angaben von Global Forest Watch gab es 2004 die größten Verluste, als 150 Hektar zerstört wurden.

Das Indian Institute of Technology (IIT) in Mandi, der Hauptstadt von Himachal Pradesh, erkennt das Potenzial von Kiefernnadeln als erneuerbare Energiequelle und ihre Rolle bei der Entstehung von Waldbränden und führt in seinem Uplifting Himalayan Livelihoods Center ein Sonderprogramm durch.

„Während der Sommersaison von April bis Juni behindern herabstürzende Kiefernnadeln das Eindringen von Wasser in den Waldboden“, sagt Arti Kashyap, außerordentlicher Professor am IIT-Mandi.

„Die daraus resultierende Trockenheit und der Ölgehalt der Kiefernnadeln führen dazu, dass diese sofort Feuer fangen, was oft zu immensen Verlusten für die Artenvielfalt, die Wälder, die Umwelt und die lokale Wirtschaft führt.“

Die dichte Schicht aus Kiefernnadeln verhindert außerdem, dass Sonnenlicht den Boden erreicht, was das Wachstum von Gras verhindert und es den Dorfbewohnern erschwert, ihr Vieh zu weiden, sagt Kashyap.

„Dann bleibt den Dorfbewohnern keine andere Wahl, als die Nadeln anzuzünden“, fügt sie hinzu.

Laut Kashyap konzentriert sich das IIT-Mandi-Programm auf das Sammeln von Kiefernnadeln und deren Transport zu Verarbeitungszentren, was in der hügeligen Gegend von Himachal Pradesh problematisch ist.

„Wir glauben, dass die Aufstellung kleiner, überall verteilter Pelletierungs- oder Brikettieranlagen die praktikabelste Option und wichtig für die Sicherung des Lebensunterhalts vor Ort ist“, sagt sie.

In vielen Studien und Versuchen hat IIT-Mandi eine Methode zum Zerkleinern und Komprimieren der Kiefernnadeln entwickelt, um saubere, dichte und leicht handhabbare Briketts herzustellen, die einen hohen Bedarf als Brennstoff haben, erklärt Kashyap und fügt hinzu, dass eine Patentanmeldung im Gange sei.

Mehr Informationen: Sandip Mandal et al., Gewinnung von Kraftstoff aus Kiefernnadeln durch Pyrolyse, Verkohlung und Brikettierung und ihr Treibhausgasemissionspotenzial, Current Science (2023). DOI: 10.18520/cs/v124/i10/1201-1210. www.currentscience.ac.in/Volumes/124/10/1210.pdf