Die Erde, die mir Rainer Sagawe zeigt, duftet nach Waldboden. Dabei wurde sie aus dem Klo geholt. Auf seinem Grundstück bei Hameln hat er eine Kompost-Toilette gebaut, die von oben aussieht wie eine normale Toilette, nur die Wasserspülung fehlt. Innen trennt ein Einsatz Kot und Urin voneinander. „Deshalb stinkt es nicht“, erklärt der Rentner. Nur wenn sich beides vermischt, entstehen schnell unangenehme Gase wie Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Methan. Er kippt einen Schuss Flüssigkeit in die Toilette, die sogenannte „effektive Mikroorganismen (EM)“ enthält, vor allem Milchsäurebakterien und Hefen sowie einige weitere Zutaten wie Zucker. Diese EMs setzen einen Fermentierungs-Prozess in Gang. In die beiden Auffangbecken unter der Toilette gibt der Tüftler noch Pflanzenkohle und Komposterde.

Sagawe zeigt damit, ist der Beginn eines Herstellungsprozesses von „Terra Preta“, schwarzer Erde, die seinen Garten nach und nach in eine fruchtbare Oase verwandelt.

Die für die Terra Preta benötigte Pflanzenkohle stammt aus Sagawes Pyrolyse-Ofen. In diesem werden bei großer Hitze und geringer Sauerstoffzufuhr organische Verbindungen aus Biomasse zu Kohle verschwelt. Verwendet man Holz als Ausgangsstoff, entsteht daraus die bekannte Holzkohle.

Sagawe nutzt für seinen Ofen jedoch auch Gartenabfälle und Grünschnitt, die sich wie fast jede andere pflanzliche Biomasse in einem Pyrolyseofen zu Pflanzenkohle verschwelen lässt.

Der Trick: Der Verschwelungsprozess muss so frühzeitig unterbrochen werden, dass die Kohle nicht verglüht. Das ist der entscheidende Unterschied zur Verbrennung: Holz verbrennt man möglichst vollständig, um viel Wärme zu erzeugen und möglichst wenig Rückstände zu hinterlassen. Bei der Pyrolyse ist es umgekehrt. Aus dem Prozess soll möglichst viel verkohlte Biomasse übrig bleiben. Deshalb holt Rainer Sagawe das verschwelte Material aus dem Ofen , löscht es mit Wasser und zerkleinert es.

Für Terra Preta liegt der Nutzen dieser Pflanzenkohle in ihren zahlreichen Poren und Windungen, die Wasser und Nährstoffe speichern und damit einen idealen Lebensraum für die Mikroorganismen bieten. „Ein Gramm Pflanzenkohle hat 300 Quadratmeter Oberfläche“, schwärmt Sagawe, der zusammen mit dem Maschinenbau-Ingenieur Stephan Martini den Förderverein Terra Preta Weserbergland gegründet hat. Rund 60 Mitglieder hat der Verein inzwischen.

Der nächste Herstellungsschritt ist, das Erde-Kot-Urin-Gemisch aus dem Kompostklo zusammen mit Gartenabfällen, weiterer Pflanzenkohle und Gesteinsmehl in eine möglichst luftdichte Kiste zu füllen, in der die Fermentierung dann weitergeht. Gesteinsmehl bringt noch Mineralien mit ein und sorgt dafür, dass die Erde nicht zu sauer wird. Innerhalb weniger Monate entsteht so Roh-Terra-Preta: ein besonders fruchtbares, nährstoffreiches Substrat.

Die Herstellung der Roh-Terra-Preta gehe auch ohne die Fäkalien, nur mit Kompost oder frischem Grün, sagt Sagawe noch, doch dann sei die Wirkung längst nicht so gut. Die effektiven Mikroorganismen, die Pflanzenkohle und der Kompost seien aber essentiell.

Die eigentliche Terra Preta entsteht viel später im Boden selbst, sagt Sagawe, wenn die durch das Rohmaterial eingebrachten Bakterien, Pilze und anderen Mikroorganismen ihre Wirkung entfaltet haben und sich neuer, fruchtbarer Humus gebildet hat. In diesem Boden gedeihen Sagawes Nutzpflanzen bestens. Jedes Jahr erntet der Hobby-Gärtner große, intensiv schmeckende Kürbisse, Tomaten, Zucchini und anderes Gemüse.

In Hameln haben Sagawe und Martini schon die Betreiber zweier Schulgärten von der Terra Preta überzeugt. Die Garten-AG des Albert-Einstein-Gymnasiums hat eine Kleingartenparzelle neben dem Schulgrundstück damit in ein blühendes Paradies verwandelt. Ähnlich positiv fällt die Bilanz im Viktoria Luise Gymnasium aus.

Pflanzenkohle alleine reicht nicht

Der Agraringenieur Bernhard Osterburg vom Thünen-Institut, dem Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei in Braunschweig, sieht Im Einsatz von Terra Preta ebenfalls  eine „große Chance“. Er berichtet, dass sie in mehreren Städten Straßenbäume in Roh-Terra-Preta gepflanzt hätten. Diese litten danach weniger unter Schadstoffen, Hitze und Trockenheit. Wichtig sei jedoch, wirklich Roh-Terra-Preta einzusetzen. Es gäbe die verbreitete Meinung, Pflanzenkohle allein hätte schon genügend positive Effekte, doch das sei ein Irrtum. Die Kohle würde den Wurzeln der Pflanzen sogar noch Wasser und Nährstoffe entziehen. Besonders in Trockenjahren sei dies ein Problem. Eine Erfahrung, die Stadtförster 2022 in Hameln machten. Sie pflanzten Eichen in mit Pflanzenkohle versetzten Waldboden. Dort sind im ersten Jahr fast doppelt so viele neu gepflanzte Bäume eingegangen wie auf einer vergleichbaren Fläche ohne Pflanzenkohle.

Terra Preta für nachhaltige Landwirtschaft

In Geisenhausen bei Landshut setzt der Naturland-Bauer Barthel Gammel seit zehn Jahren auf Terra Preta. Dafür streut er seinen Kühen mit effektiven Mikroorganismen angereichertePflanzenkohle in den Stall. Die Tiere treten die Kohle klein, wobei sich diese mit dem Dung der Rinder vermischt. Zusammen mit Erde reife diese Mischung dann zu einem Bodenverbesserer heran, der seine Erträge spürbar gesteigert habe, sagt Gammel. Der Herstellungsprozess dauere je nach Gegebenheiten zwei bis fünf Monate. Für das gewünschte Fermentierungsergebnis muss er genau darauf achten, dass das Material weder zu heiß noch zu kalt lagert, es darf auch nicht zu feucht oder zu trocken werden.

Ebenfalls seit vielen Jahren beschäftigt sich Christoph Müller vom Institut für Pflanzenökologie der Uni Gießen mit Terra Preta und arbeitet dabei eng mit dem landwirtschaftlichen Forschungsinstitut des brasilianischen Agrarministeriums zusammen. In Brasilien liegt der Ursprung von „Terra Preta“. Die Böden im Amazonasgebiet sind unter anderem wegen ihres niedrigen Phosphatgehalts wenig fruchtbar. Doch es gibt kleine Areale mit besonders fruchtbarer Erde. Menschen haben dort über Jahrhunderte organische Abfälle mit Pflanzenkohle vermischt und im Boden vergraben. So entstand dort Terra Preta. Diese eigne sich in Deutschland, so Müller,  vor allem für  karge, trockene und sandige Böden, denen fruchtbarer Humus fehlt.

Andere sehen Terra Preta als grundsätzliche Chance für eine nachhaltigere Landwirtschaft. So berichtet die Fachautorin Ute Scheub, dass noch im 19. Jahrhundert gute Böden in Mitteleuropa einen Humusanteil von 20 Prozent hatten, heute seien es nur noch zwei Prozent. Kurzfristig gleiche man diesen Verlust an Bodenfruchtbarkeit mit Kunstdünger aus. Um die gleichen Erträge zu erzielen, benötige man davon jedoch von Jahr zu Jahr mehr.

Doch die Herstellung von Stickstoff-Dünger verbraucht enorme Mengen an fossiler Energie, deren Verbrennung die Erderwärmung beschleunigt. Zudem wird der Kunstdünger-Rohstoff Phosphat immer knapper. Auch belastet sein Abbau und Transport Umwelt und Klima.

Die Boston Consulting Group nennt in einer im Januar 2023 veröffentlichten Studie speziell den Terra Preta-Bestandteil „biologisch aktivierte Pflanzenkohle“ einen „Beitrag zu einer nachhaltigeren, regenerativen Landwirtschaft“: Sie binde Nitrat und Kohlenstoff. So wirke sie wie kaum ein anderes Material-klimapositiv, weil sie der Atmosphöre Kohlendioxid entzieht: rund drei Kilogramm CO₂ je Kilo Eigengewicht.

Auch Bernhard Osterburg, der am Thünen-Institut zu Klima und Boden forscht, sieht in der Pflanzenkohle einen „sehr sicheren“ Kohlenstoffspeicher, der „auf die Klima-Ziele einzahlt“. Dem Klimaschutz bringe es allerdings nichts, wenn man für die Herstellung der Pflanzenkohle Bäume abholze oder sie über weite Wege transportiere.

Zudem müsse die Pflanzenkohle, soll sie für Terra Preta verwendet werden, „aus sicheren Quellen“ stammen. Damit meint er Pyrolyseanlagen, die Biomasse bei mindestens 800 Grad unter Sauerstoff-Abschluss verschwelen. Denn bei niedrigeren Temperaturen entstehen giftige, krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKS).

Streit um die Schadstoffbelastung

Beim Thema Schadstoffe gehen die Meinungen auseinander. Die Agrarwissenschaftlerin und Geografin Andrea Beste etwa warnt, die Pflanzenkohle enthalte auch nach Pyrolyse bei sehr hohen Temperaturen noch zu viele Schadstoffe, darunter die oben genannten PAKS. Diese „können nicht beseitigt werden, weil sie zu stark an das Material gebunden sind“, sagt Andrea Beste. Deshalb ließen sie sich auch nicht zuverlässig messen. Das European Biochar Certificate (EBC), mit dem die Unbedenklichkeit erzeugter Pflanzenkohle bestätigt werden soll, nennt Beste ein „Lobbysiegel“, das als freiwilliger Industriestandard nicht von unabhängiger Seite kontrolliert werde.

Zudem fehle laut Beste bisher auch der Nachweis, dass der Einsatz von Pflanzenkohle in Terra Preta die grundsätzlich nährstoffreichen mitteleuropäischen Böden tatsächlich verbessern könne.

Stephan Martini und Rainer Sagawe sehen das anders. Sie berufen sich ihrerseits auf verschiedene Studien. Eine davon habe etwa nachgewiesen, dass sich der Ertrag durchschnittlicher Böden wie im Weserbergland mit Terra Preta um „durchschnittlich 130 Prozent“ steigern lasse. Das EBC-Zertifikat für die Pflanzenkohle sei außerdem von mehreren unabhängigen Stellen unter anderem in der Schweiz geprüft und für zuverlässig befunden worden.

Auch der dritte Punkt, die Wirksamkeit der Pflanzenkohle im Kampf gegen die Klimakrise, überzeugt Andrea Beste nicht. Sie sagt, Pflanzenkohle sei für den Klimaschutz „zu ineffizient“. Bei der Pyrolyse entweiche etwa die Hälfte des in der Biomasse gebundenen Kohlenstoffs in die Umgebung. „Um ein Prozent des deutschen Treibhausgas-Reduktionsziels zu erreichen“, müsse man „die gesamte Biomasse Deutschlands zu Pflanzenkohle verarbeiten.“

Teure Pflanzenkohle macht Terra Preta teuer

Bernhard Osterburg vom Thünen-Institut sieht das Problem eher im Preis. Die Pflanzenkohle sei mit 800 bis 1.000 Euro je Tonne sehr teuer. Bernhard schätzt die Kosten für die Vermeidung einer Tonne CO₂ durch den Einsatz von Pflanzenkohle heute auf rund 300 Euro. Bei einem aktuellen CO₂-Preis von unter 100 Euro sei das als Klimaschutzmaßnahme unwirtschaftlich.

Auch für die meisten Bauern rechnet sich laut Osterburg der Einsatz von Terra Preta auf der Basis von Pflanzenkohle bisher nicht.

Rainer Sagawe und Ex-Manager Stephan Martini haben deshalb nachgerechnet: Schon vor dem Ukraine-Krieg und den damit verbundenen Preiserhöhungen für Kunstdünger benötigte ein konventionell wirtschaftender Landwirt für Spritzmittel und Dünger jährlich zwischen 600 und 800 Euro pro Hektar. Roh-Terra-Preta müsse man dagegen nur einmal ausbringen, damit sie ihre Wirkung über viele Jahre entfalte.  Damit sie rentabel sei, dürfe sie höchstens 1.000 bis 1.500 Euro je Hektar Ackerfläche kosten. Umgerechnet wären dies, so Martini, 100 Euro pro Tonne Pflanzenkohle und 15 Euro für eine Tonne Terra Preta. Aktuell liegt der Preis rund fünf Mal so hoch. Also brauchen sie einen anderen Ansatz.

Pflanzenkohle als Energiequelle

Als einer von wenigen in Deutschland sammelt der Landkreis Hameln-Pyrmont Grünschnitt und Gartenabfälle heute schon getrennt von anderem Müll. Daraus entsteht hochwertiger Qualitätskompost, der den Bürgern auf den Kompostplätzen kostenfrei zur Mitnahme angeboten wird.  „35.000 Tonnen wertvoller Rohstoff“, nennen Martini und Sagawe diese Ausbeute. Ihre Idee: Der Kreis soll diese Biomasse zukünftig in einer Pyrolyseanlage zu Pflanzenkohle verschwelen. Anschließend könne daraus wertvolle Terra Preta entstehen.

Doch das ist noch nicht alles. „Die wenigsten Pyrolyseanlagen, die es bisher in Deutschland gibt, nutzen ihre Abwärme“, sagt der Ingenieur Stephan Martini und verweist auf den österreichischen Heizungsbauer Guntamatic. Statt Holzhackschnitzel wie üblich klimaschädlich zu verbrennen, biete dieser eine Heizung mit Pyrolyseofen an. Die Anlage verschwele das Holz zu Kohle, die die Betreiber anschließend verkaufen oder zu Terra Preta weiterverarbeiten könnten. So gäbe es einen Doppelnutzen: Heizen und dabei Pflanzenkohle herstellen.

Im schweizerischen Frauenfeld ist seit 2022 ein Holzheizkraftwerk in Betrieb, das den jährlichen Strombedarf von rund 8.000 Haushalten deckt. In dem Kraftwerk wird ungenutztes Schnittholz aus der Wald- und Landschaftspflege, Sturmholz oder von Schädlingen befallenes Holz zu Pflanzenkohle verschwelt. Mit dem dabei entstehende Gas lassen sich beispielsweise Häuser heizen. Die Anlage bindet CO₂ und macht so die gesamte Produktion zu einem klimapositiven Prozess. Die Pflanzenkohle geht als wertvoller Reststoff zur Weiterverarbeitung in die Landwirtschaft.

Ähnlich arbeitet ein Pionierprojekt in Darmstadt: Dort werden in einer Pyrolyseanlage organische Abfälle sowie Gehölz aus Hecken- und Baumschnitt der Stadt-, Park- und Landschaftspflege zu Pflanzenkohle verschwelt. Die entstehende Wärme und die daraus dann gewonnene Elektrizität nutzt die Anlage für den eigenen Betrieb.

Sagawe und Martini stellen sich ihr Projekt im Kreis Hameln so vor: Die jährlich rund 35.000 Tonnen Grünschnitt für 24.000 Tonnen Pflanzenkohle reichen. Diese könnte der Landkreis zum Selbstkostenpreis an Landwirte und Gartenbesitzer verkaufen, die damit günstig Terra Preta herstellen könnten.

Dazu solle der Landkreis eine großen Pyrolyseanlage bauen, die die Pflanzenkohle herstellt. Deren Abwärme könne man gut nutzen. 

Nähme man zu dem Grünschnitt noch die Abfälle der Straßenbaumeistereien hinzu, könne man mit einer solchen Pyrolyseanlage über ein angeschlossenes Nahwärmenetz „schon fast die ganze Stadt heizen“, berechnet Ingenieur Martin. Dazu wollen Martini und Sagawe mit Stadt und Landkreis eine Genossenschaft gründen. Diese solle die Pyrloyseanlage inklusive einer Terra-Preta-Modellgärtnerei und einem Bildungszentrum mit Tagungszentrum und Hotel bauen und betreiben.

Terra Preta selbst herstellen:

Zur Herstellung von Terra Preta im eigenen Garten braucht man:

1. Pflanzenkohle. Sie lässt sich mit einem Pyrolyseofen herstellen, der Grünabfälle, Holzreste oder andere geschredderte Biomasse bei mehr als 800 Grad zu Pflanzenkohle (auch Biokohle oder Biochar genannt) verschwelt. Entscheidend sind die hohen Temperaturen, damit bei der Vergasung keine giftigen polyaromatisierten Kohlenwasserstoffe (PAKS) entstehen. Die Öfen kosten ab etwa 800 Euro pro Stück. Ist einmal der ganze Garten mit Terra Preta versorgt, lässt sich zusätzliche Pflanzenkohle an andere Gartenbesitzer verkaufen.Auf den Öfen kann man auch kochen. Pflanzenkohle lässt sich auch in Erdtrichtern herstellen. Fertige Pflanzenkohle kann man auch kaufen.
2. Effektive Mikroorganismen. Online und im Fachhandel ist flüssiges Konzentrat effektiver Mikroorganismen (EM) erhältlich, das unter anderem aus Milchsäure- und photosynthetischen Bakterien sowie Hefe besteht.
3. Gereiften Kompost oder Dung, idealerweise unter Luftabschluss fermentiert. Es geht auch mit frischem Grün wie Rasenschnitt oder frisch gefallenem Laub (Buche oder Obstbäume, kein Eichenlaub wegen der Gerbsäure), jedoch deutlich weniger gut.
4. Gesteinsmehl, das in unterschiedlichen Qualitäten ebenfalls online und im Fachhandel erhältlich ist, liefert der zukünftigen Terra Preta zusätzlich wertvolle Mineralstoffe.

Vermischt man diese Zutaten, entsteht daraus nach rund drei Monaten Ruhezeit eine Roh-Terra-Preta, in die man Gemüse, Obst- und andere Bäume pflanzen kann. Versuche haben ergeben, dass die Pflanzen darin ohne weiteren Dünger deutlich schneller und kräftiger wachsen, als ohne Roh-Terra-Preta. Nach einiger Zeit entsteht aus der Roh-Terra-Preta im Boden die eigentliche Terra Preta.