Welche Rolle kann Pflanzenkohle beim Klimaschutz spielen?

Pflanzenkohle (engl.: biochar) ist eine organische Verbindung, die zu großen Teilen aus stabilem Kohlenstoff besteht. Sie entsteht durch die thermische Zersetzung von Biomasse, also organischem Material meist pflanzlichen, aber auch tierischen Ursprungs. Während der chemischen Reaktion zerfallen bei hohen Temperaturen die eingebrachten Stoffe in kleinere, sehr stabile Elemente oder Moleküle; genauer gesagt entstehen polyaromatische Ringstrukturen, die mikrobiell kaum abgebaut werden können. Ein Großteil des Kohlenstoffs aus der Biomasse bleibt so dauerhaft gebunden.

Der Prozess zur Herstellung von Pflanzenkohle heißt Pyrolyse. Dabei handelt es sich um eine unvollständige Verbrennung in fast sauerstofffreier Umgebung bei Temperaturen zwischen 350 und 750 Grad Celsius. Pyrolyse kann in Öfen oder Kochherden stattfinden oder in größerem Maßstab in industriellen Großanlagen (BMEL 2023).

Für die Produktion von Pflanzenkohle werden verschiedene Ausgangsstoffe genutzt, zum Beispiel Rückstände aus der Land- und Forstwirtschaft wie Holzreste, Getreidestroh, Lebensmittelabfälle. Prinzipiell ist aber jede Biomasse verwendbar, also zum Beispiel auch Gülle, Dung, Geflügelmist und Klärschlamm. Durch Pyrolyse werden Gerüche neutralisiert und Stoffe leichter transportierbar (IPCC 2022, WG3, AR6, Kapitel 12.5.3.).

Neben Pflanzenkohle entstehen während der Pyrolyse Wärme, sogenanntes Pyrolyse-Öl und Synthesegas. In den meisten Anlagen werden das Öl und Gas zur Aufrechterhaltung der hohen Temperaturen gleich wieder verbrannt, die Stoffe können aber auch zur Erzeugung von Strom, als Energie für industrielle Prozesse, Kraftstoff für den Verkehr oder zum Kochen oder Heizen genutzt werden. Die jeweiligen Anteile von Kohle, Öl und Gas variieren je nach Temperatur und Dauer der Pyrolyse. Die größten Anteile an Pflanzenkohle werden durch langsame oder mittellange Pyrolyse bei Temperaturen von rund 400 bis 800 Grad Celsius hergestellt (IPCC 2022, WG3, AR6, Kapitel 12.5.3; BMEL 2023). Auch die Rohstoffe und die Bedingungen der Pyrolyse beeinflussen, welche Eigenschaften die erzeugte Pflanzenkohle hat (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.1).

Die wohl bekannteste Form von Pflanzenkohle ist Holzkohle; sie entsteht (wie der Name schon sagt) durch die Pyrolyse von Holz. Holzkohle wird schon sehr lange von Menschen verwendet. Sie diente zum Beispiel als Pigment in Höhlenmalereien, die vor rund 38.000 Jahren entstanden. Aus der Bronzezeit fand die Archäologie Belege für ihre Herstellung in Gruben – und somit für den Beginn der systematischen Köhlerei. Die erste Eisenproduktion mithilfe von Holzkohle wird auf ca. 1.100 v. Chr. datiert (Quicker et al. 2016, S. 7).

Pflanzenkohle hat einen hohen Kohlenstoffgehalt (oft mehr als 80 Prozent), ist sehr porös (ein Gramm der Substanz kann eine Oberfläche von hundert Quadratmetern und mehr besitzen) und hat einen relativ hohen pH-Wert (ist also basisch).

Diese Eigenschaften machen sie vielseitig einsetzbar, beispielsweise als Bodenzusatz. Sie kann etwa oberflächlich auf land- oder forstwirtschaftlich genutzte Böden aufgebracht oder in diese eingearbeitet werden. (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.) Aufgrund ihrer porösen Oberfläche kann sie sehr gut auch als Trägermaterial für Flüssigdünger oder für andere Substanzen dienen, die die Bodenqualität erhöhen. In der EU ist Pflanzenkohle als Bodenhilfsstoff zugelassen, allerdings gelten Einschränkungen. So darf etwa nur Pflanzenkohle ausgebracht werden, die aus chemisch unbehandeltem Holz oder natürlichen Abfällen aus Wald-, Feld- oder Garten hergestellt worden ist (BAFU 2023; BMUK 2024; BMEL 2023). Um sicherzugehen, dass Schadstoffgrenzwerte nicht überschritten werden, rät das deutsche Umweltbundesamt zum Beispiel fürs Gärtnern, nur Pflanzenkohle mit der sogenannten EBC-Zertifizierung zu kaufen.

Schon sehr lange wurde auch Holzkohle (siehe Abschnitt 1) zur Bodenverbesserung verwendet. Im Amazonasbecken in Südamerika zum Beispiel fanden die europäischen Kolonialisten teils Böden mit einem hohen Anteil organischen Kohlenstoffes vor, die in vorkolumbischer Zeit entstanden sind, indem die damaligen Menschen den Böden Holzkohle, Bioabfälle, Fäkalien, Asche, Knochen und weitere Stoffe hinzufügten. Durch mikrobiologische Umwandlung bildeten sich dann die Terra Preta (portugiesisch: schwarze Erde) genannten fruchtbaren Böden (Quicker et al. 2016, S. 12).

In der Forstwirtschaft wird Pflanzenkohle unter anderem zur Unterstützung der Aufzucht von Jungbäumen oder zur Sanierung belasteter Böden eingesetzt. Es gibt auch Futterzusätze für Nutztiere, denen Pflanzenkohle zugefügt ist.

Das Klimaschutz-Potenzial von Pflanzenkohle ist ein relativ neues Thema: Kohlendioxid aus der Atmosphäre lässt sich durch sie dauerhaft binden und der Ausstoß von Treibhausgasen senken: vor allem durch Einbringen in Böden (siehe dazu Abschnitt 3), aber auch durch die Nutzung von Nebenprodukten der Pyrolyse, etwa Synthesegase und Pyrolyse-Öl. Beide können als Ersatz für fossile Brennstoffe dienen, werden allerdings selbst bei starkem Ausbau der Pflanzenkohle-Produktion nur in sehr begrenzten Mengen verfügbar sein (mehr dazu in Abschnitt 4).

Zudem findet Pflanzenkohle in der Bauwirtschaft Anwendung, indem sie Asphalt, Beton oder Verputz beigesetzt wird – dadurch werden die Baustoffe auch zum Kohlenstoffspeicher, und in der Gesamtbilanz schlagen geringere CO₂-Emissionen in der Herstellung dieser Materialien zu Buche (BMUK 2024; Zhang et al. 2022).

Mittels Pflanzenkohle können auf verschiedene Arten Emissionen der Treibhausgase Kohlenstoffdioxid (CO₂) Distickstoffmonoxid (N₂O, Lachgas) und Methan (CH₄) reduziert werden. Pflanzenkohle kann Kohlenstoff dauerhaft in den Boden bringen, dort den Abbau von vorhandenem Kohlenstoff bremsen und die Stickstoffflüsse und -Emissionen beeinflussen. Ob und in welchem Ausmaß das passiert und wie lange die Treibhausgase gebunden bleiben, hängt von vielen Faktoren ab, beispielsweise vom Rohstoff, aus dem die Pflanzenkohle hergestellt wurde, den Eigenschaften des Bodens, in den sie dann eingebracht wird, aber auch von allgemeinen Umwelteinflüssen und der Art der Bodenbewirtschaftung. Die komplexen Wechselwirkungen sind noch nicht vollständig verstanden, laut Forschung könnte Pflanzenkohle gelegentlich auch Emissionen steigern. Darum sollte sie stets gezielt und angepasst an lokale Kontexte eingesetzt bzw. ihr Einsatz diskutiert werden (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2; Tisserant/Cherubini 2019).

Kohlendioxid

Pflanzenkohle kann die CO₂-Emissionen aus Böden auf verschiedene Weisen beeinflussen. Um die Effekte besser zu verstehen, hilft ein Blick auf den natürlichen Kohlenstoffkreislauf: Pflanzen bestehen zu großen Teilen aus Kohlenstoff. Diesen ziehen sie während ihres Wachstums aus der Atmosphäre, indem per Photosynthese Kohlendioxid in Kohlenstoff umgewandelt und als Baustoff der Pflanze genutzt wird. Sterben die Pflanzen (oder Pflanzenteile, etwa abgeworfene Blätter) ab, wird der gebundene Kohlenstoff durch biologische Abbauprozesse wieder in Kohlendioxid umgewandelt und gelangt so zurück in die Atmosphäre.

Diesen Kreislauf verändert der Einsatz von Pflanzenkohle. Ein Mechanismus ist, dass durch die Pyrolyse große Teile des Kohlenstoffes aus der Biomasse in stabilen Kohlenstoff umgewandelt werden, also dann dauerhaft in der Pflanzenkohle gebunden sind. Bringt man diese in Böden ein, kann das den Kohlenstoffgehalt deutlich erhöhen und lange Zeit erhöht halten (Chiaramonti et al. 2024; Gross et al. 2021; Jaufmann et al. 2025; Wang et al. 2015).

Noch auf andere Weise verändert Pflanzenkohle die komplexen Umwandlungsprozesse von Kohlenstoff in Böden. Bakterien, Pilze und andere Mikroben bauen dort stetig die vorhandene Biomasse (also komplexe organische Verbindungen wie Pflanzenreste) ab und wandeln sie unter anderem in ihre mineralischen Bestandteile um, auf die dann Pflanzen bei ihrem Wachstum wieder zugreifen können. Bei diesem Abbau des Kohlenstoffs der Biomasse wird CO₂ frei, das in die Atmosphäre gelangen kann – und Pflanzenkohle kann dazu beitragen, die Aktivität der Mikroorganismen zu bremsen und die Menge des entstehenden Kohlendioxids zu verringern (Ventura et al. 2015; IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5).

Zusammenfassend schreibt der IPCC in seinem Sechsten Sachstandsbericht:

„Durch das Ausbringen von Pflanzenkohle in Böden wird Pflanzenkohle-Kohlenstoff für Hunderte bis Tausende von Jahren gebunden, darüber hinaus kann der Kohlenstoffgehalt des Bodens durch die Verringerung der Mineralisierung organischer Bodensubstanzen und neu hinzugefügten pflanzlichen Kohlenstoffs weiter erhöht werden.“ (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 12.5.3.)

Die Zugabe von Pflanzenkohle erhöht zudem die Kapazität zur Speicherung von Nährstoffen und Wasser (Kammann et al. 2017) – siehe dazu auch Abschnitt 6. Das kann dazu führen, dass Pflanzen besser wachsen, wodurch die Photosynthese verstärkt und in der neuen Biomasse mehr CO₂ aufgenommen würde.

Allerdings sind auch gegenläufige Wirkungen von Pflanzenkohle möglich. Vor allem in Böden mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kann eine Zugabe die Aktivität der Bodenmikroben sogar erhöhen, wodurch diese mehr organische Bodensubstanz abbauen und somit mehr CO₂ freigesetzt wird. Dieser Vorgang ist allerdings vor allem in lehmigen Böden nachgewiesen worden und nur von geringer Wirkung und kurzer Dauer (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5; Singh/Cowie 2014; Wang et al. 2016).

Methan

Mikroorganismen im Boden können unter sauerstofffreien oder -armen Bedingungen (diese anaeroben Bedingungen herrschen etwa in sauren und überfluteten Böden wie Reisfeldern) organisches Material abbauen und dabei das sehr klimaschädliche Methan (CH₄) freisetzen – und Pflanzenkohle kann dazu beitragen, die Emissionen aus solchen Böden zu verringern (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2; Kim et al. 2017; Yang et al. 2019). Der Grund dafür ist wohl, dass Pflanzenkohle gewisse mikrobielle Gemeinschaften aktiviert, die Methan als Nahrung nutzen oder abbauen (Kammann et al. 2017). Studien kommen  allerdings zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen bis hin zu einem Anstieg des Methan-Ausstoßes (Awad et al. 2018; Song et al. 2016). Um die Wechselwirkungen von Pflanzenkohle und Methan-Emissionen aus Böden zu verstehen, muss noch weiter geforscht werden (Kammann et al. 2017).

Auch Methan-Emissionen aus der Tierhaltung lassen sich durch Pflanzenkohle in gewissem Umfang senken. Einzelne Studien ergaben, dass aus dem Verdauungstrakt von Wiederkäuern deutlich weniger Methan entwich, nachdem ihrem Futter Pflanzenkohle zugesetzt wurde (Burezq/Khalil 2025; Martinez-Fernandez et al. 2024).

Distickstoffmonoxid/Lachgas (N₂O)

Die Landwirtschaft ist für hohe Emissionen des äußerst starken Treibhausgases Distickstoffmonoxid (N₂O) verantwortlich, auch Lachgas genannt. Hauptgrund hierfür ist ein übermäßiger oder unsachgemäßer Einsatz stickstoffhaltiger Kunstdünger – durch den Einsatz von Pflanzenkohle lassen sich die Lachgasemissionen mindern, und zwar auf mehrerlei Weise.

Zum einen kann Pflanzenkohle – abhängig von der konkreten (Boden-)Situation und vom Material, aus dem sie hergestellt wurde – in manchen Fällen selbst eine Düngewirkung haben. Zum anderen kann Pflanzenkohle Stickstoffdynamiken in Böden beeinflussen (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2; Clough et al. 2013; Borchard et al. 2019), wobei die genauen Prozesse in den verschiedenen Böden und unter verschiedenen Umweltbedingungen noch nicht vollständig verstanden sind (Kammann et al. 2017; Schmidt et al. 2021). Grundsätzlich aber wandeln gewisse Mikroben in Böden bei sauerstoffarmen und wassergesättigten Bedingungen Ammonium (NH₄) über Nitrit (NO₂) zu Nitrat (NO₃) um; dabei entsteht als Nebenprodukt das Distickstoffmonoxid (N₂O). Eingebrachte Pflanzenkohle jedoch führt durch ihre Struktur zu einer besseren Durchlüftung des Bodens, wie das deutsche Umweltbundesamt erklärt. So gelangt mehr Sauerstoff in den Boden, was dazu führt, dass die Mikroben weniger N₂O produzieren. Ein weiterer Effekt: Pflanzenkohle kann NO₃ in seinen Poren zurückhalten; steht es Mikroben nicht mehr zur Verfügung, sinken die Lachgas-Emissionen (Borchard et al. 2019; Kammann et al. 2017).

Ob und wie stark Pflanzenkohle zur Reduktion von N₂O-Emissionen aus Böden beiträgt, hängt unter anderem vom Ausgangsmaterial ab und davon, wie die Pyrolyse durchgeführt wurde – und nicht zuletzt davon, wie die Böden beschaffen sind, in die sie eingebracht wird (Borchard et al. 2019; He et al. 2017). Meta-Studien beziffern die möglichen Reduktionen auf 32 bis 54 Prozent, wobei sich die Werte im Labor oder auf dem Feld teils deutlich unterschieden (Cayuela et al. 2014; Liu et al. 2018). Im Reisanbau wurden Emissionssenkungen um 20 bis 40 Prozent gefunden (Awad et al. 2018). Andere Studien fanden jedoch kaum Minderungen der N₂O-Emissionen oder gar einen moderaten Anstieg (Nguyen et al. 2017; Verhoeven et al. 2017).

Das größte Potenzial für Emissionsreduktionen bergen laut IPCC saure, empfindliche Böden mit geringerer Fruchtbarkeit, aus denen die aktuellen N₂O-Emissionen hoch sind sowie bewässerte Kulturen und intensive Gartenbaukulturen (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2.)

Wie erwähnt kann Pflanzenkohle auf mehrerlei Art zum Klimaschutz eingesetzt werden: Einerseits lässt sich mit ihr Kohlendioxid aus der Atmosphäre holen und dauerhaft in Böden binden; es ist damit eine Option im Rahmen des sogenannten Carbon Dioxide Removal [hier finden Sie einen Überblickstext zum sogenannten CDR]. Andererseits kann Pflanzenkohle die Emissionen von Treibhausgasen aus Böden mindern, sowohl von Kohlendioxid als auch von Lachgas und Methan (genauer dazu Abschnitt 3). Weiteres Kohlendioxid kann vermieden werden, wenn etwa das bei der Pflanzenkohle-Herstellung entstehende Synthesegas dazu genutzt wird, fossile Brennstoffe zu ersetzen.

Dementsprechend ist die Bandbreite der Schätzungen in der Fachliteratur, wie viele Emissionen durch Pflanzenkohle vermieden werden könnten, sehr weit. Außerdem hängt viel von verschiedenen Bedingungen und Annahmen ab – nicht zuletzt vom Rohstoff, aus dem die Kohle hergestellt, oder Eigenschaften der Bodentypen, in die sie eingebracht wird.

Der IPCC hat in seinem Sonderbericht zu Klimawandel und Landnutzung (SRCCL) von 2019 den damaligen Forschungsstand zusammengefasst und die Emissionsminderungen zu beziffern versucht, die durch Weiterentwicklung und Ausbau der Pflanzenkohle-Nutzung bis etwa 2050 möglich sein könnten. Die damalige Schätzung lag bei 0,03 bis 6,6 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalenten weltweit pro Jahr, sofern auch der Effekt durch das Ersetzen fossiler Energieträger einbezogen wird. Blickt man nur auf die Wirkung von Pflanzenkohle als CO₂-Entnahmetechnologie (CDR), dann ergibt sich laut IPCC ein Potenzial von jährlich 0,03–4,9 Milliarden Tonnen CO₂. Sollen negative Nebenwirkungen minimiert werden (siehe dazu Abschnitt 7 und Abschnitt 8), sinken die Potenziale deutlich – dann liegen die Schätzungen bei 0,5 bis 2 Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalent jährlich (zum Beispiel laut Fuss et al. 2018). Weitere Klimaschutz-Vorteile, etwa durch eine Verringerung des Kunstdünger-Bedarfs, hatte der IPCC in seine Zahlen jedoch noch nicht eingerechnet (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 2.6.1.3).

Im Sechsten Sachstandsbericht von 2022 lautete die Einschätzung des IPCC zum möglichen Minderungspotenzial:

„Es gibt Belege mit mittelstarker Verlässlichkeit, dass Pflanzenkohle ein technisches Potenzial von 2,6 (0,2–6,6) Milliarden Tonnen CO₂-Äquivalent pro Jahr hat, von denen 1,1 (0,3–1,8) Milliarden Tonnen pro Jahr mit Kosten von bis zu hundert US-Dollar pro Tonne CO₂ verfügbar sind. Die Minderungseffekte und agronomischen Zusatznutzen hängen jedoch stark von den Eigenschaften der Pflanzenkohle und dem Boden ab, auf den sie ausgebracht wird.“ (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2.)

Zum Vergleich: Die rund 1,1 Milliarden Tonnen relativ preiswert möglichen Emissionsminderungen durch Pflanzenkohle entsprechen immerhin knapp dem doppelten Treibhausgas-Jahresausstoß Deutschlands.

Die größten Potenziale für die Nutzung von Pflanzenkohle zu Klimaschutzzwecken sieht der IPCC in Asien und dem Pazifikraum. Dort könnten bis 2050 die jährlichen Emissionen um rund 793 Megatonnen CO₂-Äquivalente gesenkt werden. Inden Industrieländern könnten es 447 Megatonnen CO₂-Äquivalente im Jahr sein. Bei dieser Kalkulation wurden nur Potenziale berücksichtigt, die zu Kosten von unter hundert US-Dollar pro Tonne möglich sein dürften (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2; Roe et al. 2021)

Das Fazit des IPCC lautet jedenfalls, Pflanzenkohle habe „ein moderates bis großes Klimaschutzpotenzial“ (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2.). Doch verlässlich kann man nicht sagen, wie sehr Pflanzenkohle beim weltweiten Klimaschutz helfen könnte, weil es von sehr vielen verschiedenen Faktoren abhängt. Hinzu kommt, dass es erst wenige industrielle Großanlagen für die Produktion gibt und Schätzungen zu Potenzialen und Kosten auf Daten zu kleineren Anlagen basieren.

In zahlreichen Studien wurde umfassend untersucht, wie lange Pflanzenkohle (und damit auch der Kohlenstoff, aus dem sie zu großen Teilen besteht) in Böden gespeichert bleibt (Joseph et al. 2021; IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 12.5.3.) Das Ergebnis: sehr lange. So schreibt der IPCC in seinem Sechsten Sachstandsbericht:

„Nach der Ausbringung in Böden bleibt Pflanzenkohle schätzungsweise mehrere Jahrzehnte bis Tausende von Jahren bestehen.“ (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2.)

Wie lange der Kohlenstoff gebunden bleibt, hängt unter anderem vom Rohstoff ab, aus dem die Kohle hergestellt wurde, den Pyrolyse-Bedingungen, Bodeneigenschaften und Umweltbedingungen wie Temperatur oder Niederschlag (Fang et al. 2017; Singh et al. 2015; IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.1). Beispielsweise ist Pflanzenkohle, die aus holzigem Material bei Temperaturen über 450 Grad Celsius hergestellt wird, stabiler als solche, die aus Kompost oder Gülle bei Temperaturen zwischen 300 und 450 Grad Celsius entsteht (Singh et al. 2012; Wang et al 2016). Steigende Temperaturen der Böden, auch als Folge der Erderhitzung, können die Stabilität des Kohlenstoffes beeinflussen (Fang et al. 2017). Allerdings weiß die Forschung noch nicht genau, in welchem Ausmaß und auf welche Weise – auch, weil es noch nicht ausreichende lang durchgeführte Feldstudien gibt (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 6.4.2.).

Pflanzenkohle hat neben ihrem Nutzen fürs Klima (siehe Abschnitt 3) weitere Vorteile. Wie erwähnt ist sie höchst porös und hat eine sehr große Oberfläche – wegen dieser Vorteile kann sie sehr gut zum Einbringen von Nährstoffen in Böden genutzt werden, also die Qualität von Böden verbessern (siehe Abschnitt 7) und Bodendegradierung vermeiden oder sogar umkehren (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2).

[Zur Rolle von Böden beim Klimaschutz siehe unser separates F&A].

Pflanzenkohle erhöht zum Beispiel die Wasserspeicherkapazität vor allem von sandigen Böden, was diese auch widerstandsfähiger gegen Dürren und Starkregenereignisse macht, wie sie im Zuge der Klimakrise häufiger und intensiver werden (Omondi et al. 2016; Paetsch et al. 2018). Über die Langzeit-Effekte des Pflanzenkohleeinsatzes in gemäßigten Klimazonen ist allerdings noch wenig bekannt, heben Forschende in einer Studie für das deutsche Umweltbundesamt hervor. Feldversuche in Deutschland zeigten aber, dass eine Mischung aus Kompost und Pflanzenkohle die Wasserhaltekapazität steigerte (Cooper et al. 2020; Liu et al. 2012).

Sie kann auch die Zusammensetzung und Aktivität der Lebewesen im Boden beeinflussen. Diese  wiederum haben Auswirkungen auf Nährstoffkreisläufe – also auch darauf, wie fruchtbar und produktiv diese Böden sind und wieviel Wasser sie speichern können (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2). Allerdings ist die Studienlage uneinheitlich. Einige Untersuchungen ergaben, dass sich durch Pflanzenkohle die Zusammensetzung von Bodenbakterien und das Verhältnis zwischen diesen und Pilzen verändert sowie die Aktivität von Mikroben steigert (Dai et al. 2021; Liu et al. 2020; Pokharel el al. 2020). Andere Studien fanden geringe oder keine Effekte (Tammeorg et al. 2014; Tang et al. 2022). 

Wie bereits in Abschnitt 3 erläutert, verändert Pflanzenkohle den Stickstoffkreislauf in Böden – was Vorteile nicht nur fürs Klima hat. Nehmen Pflanzen den Stickstoff aus Kunstdünger nicht vollständig auf, führt das oft dazu, dass Nitrat (NO₃) nach einiger Zeit aus den Böden ausgewaschen wird und das Grundwasser verschmutzt. Pflanzenkohle kann diese Auswaschung verringern. Gründe hierfür könnten sein, dass Böden durch Zugabe von Pflanzenkohle mehr Wasser halten können und dass Nitrat an ihrer porösen Oberfläche gebunden wird (Haider et al. 2017; Liu et al. 2017).

Desweiteren können Abwasser oder Schlachtabfälle, die mit Mikroplastik oder per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) kontaminiert sind, pyrolisiert werden, da der Prozess diese Stoffe zerstören und vernichten kann. (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2; Joseph et al. 2021; Liang et al. 2024). Pflanzenkohle kann zudem in belasteten Böden den Gehalt von Schwermetallen reduzieren, weil sie einen Teil davon absorbiert. Vor allem hohe Mengen an Kohle zeigten in Studien diesen Effekt (Peng et al. 2018; Schmidt et al. 2021).

Wird Pflanzenkohle jedoch zum Beispiel aus Klärschlamm hergestellt, besteht das Risiko, dass giftige Schwermetalle oder auch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) in Böden oder Sedimente gelangen (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2; Hilber et al. 2017; Schmidt et al. 2021). Insgesamt aber sind die Umweltrisiken laut einer Meta-Studie relativ gering, sofern das Rohmaterial, aus dem die Kohle hergestellt wird, nicht verunreinigt ist (Tisserant/Cherubini 2019; IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 12.3.2).

Herstellung und Ausbringen von Pflanzenkohle beeinflussen die Landnutzung und die Ernährungssicherheit auf ganz unterschiedliche Weisen. Einerseits kann Pflanzenkohle durch ihre bodenverbessernde Wirkung Ernteerträge erhöhen und so die Ernährungssicherheit steigern. Andererseits kann der Anbau von Pflanzen als Biomasse-Rohstoff für die Pflanzenkohle-Produktion mit anderen Formen der Landnutzung konkurrieren, etwa dem Anbau von Nahrungsmitteln. Ob die Wirkungen auf die Ernährungssicherheit insgesamt eher positiv oder eher negativ sind, hängt daher vor allem davon ab, aus welchem Rohstoff die Pflanzenkohle hergestellt wird und welche Flächen zu dessen Anbau genutzt werden.

Positiv: Verbesserung von Ernteerträgen

Pflanzenkohle kann Böden fruchtbarer machen und so die landwirtschaftliche Produktivität und die Ernährungssicherheit steigern (siehe dazu auch Abschnitt 6). Der IPCC betont:

„Pflanzenkohle hat das Potenzial, gleichzeitig die Bodendegradation und den Klimawandel zu bekämpfen und eine nachhaltige Entwicklung zu unterstützen.“ (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2)

Pflanzenkohle kann der Versauerung von Böden entgegenwirken und so beeinträchtigte Böden für die Nahrungsmittelproduktion nutzbar machen (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2; Rizwan et al. 2016). Sie kann Nährstoffe leichter für Pflanzen verfügbar machen (Ye et al. 2020); Studien auf subtropischen, tropischen und semiariden Böden haben gezeigt, dass Leguminosen (also Pflanzen, die Stickstoff aus der Luft im Boden fixieren können) dies in größerem Ausmaß konnten, wenn Pflanzenkohle ausgebracht wurde (Farhangi-Abriz et al. 2021; Liu et al. 2017).

Wie und wie stark Pflanzenkohle wirkt, hängt unter anderem vom Bodentyp sowie klimatischen und Umweltbedingungen ab. Ertragssteigerungen zeigen sich vor allem auf stark verwitterten oder degradierten, nährstoffarmen und sauren Böden, vor allem in den Tropen (Simon et al. 2017; Kätterer et al. 2019). Eine Meta-Analyse zeigte, dass die Ernteerträge in tropischen Gegenden um bis zu 25 Prozent steigen können (Jeffery et al. 2017).

In gemäßigtem Klima stiegen die Erträge nicht durch die Ausbringung von Pflanzenkohle allein; in einigen Versuchen wurden auch Ertragsminderungen beobachtet, denn die poröse Kohle kann in eher nährstoffreichen Böden auch Nährstoffe binden, sodass Pflanzen sie weniger gut verarbeiten können (Haider et al. 2017; Hood-Nowotny et al. 2018; Jeffery et al. 2017). In Kombination mit organischen Düngern treten erst nach einiger Zeit Ertragssteigerungen, auch wenn die Studienresultate hier uneinheitlich sind (Glaser et al. 2015; Jaufmann et al. 2025; Seehausen et al. 2017).

Weil Pflanzenkohle diese positiven Effekte mit sich bringt, kann sie helfen, die Nahrungsmittelproduktion an Folgen der Klimakrise wie Dürren anzupassen und so die Ernährungssicherheit zu unterstützen. Allerdings schreibt der IPCC auch:

„Diese Vorteile könnten jedoch durch zusätzlichen Druck auf die Flächen gemindert werden, wenn große Mengen an Biomasse als Rohstoff für die Pflanzenkohleproduktion benötigt werden, was zu potenziellen Konflikten mit der Ernährungssicherheit führen könnte.“ (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 6.3.5.1)

Negativ: Verschärfung von Flächenkonkurrenz

Landbasierte Methoden zur Bindung von Kohlenstoff, wie Pflanzenkohle eine ist, können aber auch den Effekt haben, dass die Konkurrenz um die begrenzte Ressource Land steigt. Im Syntheseband seines Sechsten Sachstandsberichts mahnt der IPCC:

„Großflächige Landnutzungsänderungen für Bioenergie, Pflanzenkohle oder Aufforstung können die Risiken für die biologische Vielfalt, die Wasser- und Ernährungssicherheit erhöhen.“ (IPCC 2023, AR6, SYN, Kapitel 4.5.4)

Wird Pflanzenkohle aus Nebenprodukten und Reststoffen der Forst- und Landwirtschaft hergestellt, ist das Risiko eher gering. Werden jedoch Pflanzen eingesetzt, die eigens dafür angebaut wurden – etwa schnell wachsende Holzpflanzen oder einjährige Gräser – ist das Risiko deutlich größer (IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 12.5.3).

Auch die Art der Flächen ist entscheidend. Würde man Biomasse für Pflanzenkohle-Produktion auf bereits aufgegebenen Ackerflächen oder degradiertem Land anbauen, wären die Folgen für Ernährungssicherheit und Biodiversität geringer als bei höherwertigem Ackerland (Woods et al. 2015; IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 6.3.5.1).

Neben einer möglichen Verschärfung der allgemeinen Flächenkonkurrenz (siehe Abschnitt 7) kann ein großflächiger Anbau von Biomasse für Pflanzenkohle negative Folgen insbesondere für indigene Völker haben – nämlich, wenn dafür Gebiete in Ländern des globalen Südens genutzt werden, in denen die Rechte zu Besitz oder Nutzung von Land nicht klar geregelt sind.

Möglich sind außerdem negative Effekte für die Biodiversität, beispielsweise wenn ehemals naturnahe Flächen zu Anbauflächen von Biomasse für die Pflanzenkohle-Erzeugung umgewandelt werden. Zudem kann der Wettbewerb um Wasser verschärft werden – besonders dort, wo dessen Verfügbarkeit ohnehin begrenzt ist (IPCC 2023, AR6, SYN, Kapitel 3.4.1).

Weitere potenzielle Umweltbelastungen können bei der Herstellung der Pflanzenkohle auftreten. So können schlecht konzipierte und betriebene Produktionsstätten beispielsweise Rußpartikel oder das stark klimaschädliche Methan freisetzen (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2). Umweltrisiken durch Schadstoffe gelten als relativ gering, sofern bei der Produktion der Pflanzenkohle garantiert wird (zum Beispiel durch gesetzliche Vorgaben), dass das verwendete Ausgangsmaterial nicht verunreinigt ist – zu diesem Aspekt siehe Abschnitt 6.

Trotz einiger technischer Fortschritte ist die Herstellung und Ausbringung von Pflanzenkohle bislang noch wenig verbreitet und die Kommerzialisierung nicht weit fortgeschritten (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2). Die Gründe dafür sind vielschichtig.

So ist die Menge an Biomasse begrenzt, die für die Pflanzenkohle-Produktion geeignet ist und nicht bereits anderweitig genutzt wird (Gwenzi et al. 2015; IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2). Außerdem gibt es bislang nur wenige Kapazitäten, um Pflanzenkohle in großem Maßstab zu produzieren – und kaum belastbaren Angaben zu Zahl und Größe der Pyrolyse-Anlagen. In Österreich zum Beispiel gab es 2024 laut eines Reports des dortigen Landwirtschaftsministeriums lediglich drei Pyrolyseanlagen, die täglich zwischen 1.500 und 2.000 Kilogramm an Pflanzenkohle zu einem Kubikmeterpreis von 200 bis 300 Euro herstellen können (seit der Erstellung dieses Berichtes wurden allerdings weitere Anlagen in Betrieb genommen). Für Deutschland und die Schweiz liegen keine Daten vor.

Hauptproblem sind die hohen Kosten für Bau und Betrieb der Pyrolyse-Anlagen, die sich nicht allein durch Einnahmen aus dem Verkauf der Pflanzenkohle decken lassen. Ob ein großskaliger Einsatz von Pflanzenkohle finanziell rentabel wird, hängt von vielen Faktoren ab – etwa von staatlichen Förderbedingungen, der Größe der Produktionsanlagen, den verwendeten Rohstoffen und ob und in welchem Ausmaß anfallende Energie und Abwärme genutzt bzw. dadurch Einnahmen erzielt werden können (Pratt/Moran 2010; Han et al. 2021).

Allein ein Verkauf für bodenverbessernde Zwecke in der Landwirtschaft (siehe dazu die Abschnitte 2, 6 und 7) reicht jedenfalls nicht; Fallstudien zeigen, dass Pflanzenkohle weniger profitabel ist als andere Düngemethoden oder Bodenzusätze (Latawiec 2021).  Die wirtschaftliche Attraktivität von Investitionen in Pflanzenkohle könnte jedoch steigen, wenn die Kohlenstoffbindung finanziell belohnt würde (Nematian et al. 2021), etwa durch den Verkauf von Zertifikaten im Rahmen einer CO₂-Bepreisung [mehr dazu in unserem separatem F&A zum Thema].

Ein freiwilliger Handel mit CO₂-Minderungszertifikaten aus Pflanzenkohle ist bereits möglich. Ein internationales Netzwerk hat Pflanzenkohle-Zertifizierungen mitsamt Richtlinien für die Europäische Union und global entwickelt. Hersteller können sich nach diesen Richtlinien zertifizieren lassen. (Diese sogenannte EBC-Zertifizierung garantiert auch, dass bestimmte Schadstoff-Grenzwerte unterschritten werden – das deutsche Umweltbundesamt rät deshalb, nur entsprechend zertifizierte Pflanzenkohle zu kaufen.) Zudem gibt es bereits Handelsplattformen, auf denen durch Pflanzenkohle gespeicherte Kohlenstoffmengen als CO₂-Zertifikate international verkauft werden kann (BMUK 2024; Schmidt et al. 2021).

Allerdings fehlt es für eine großskalige Nutzung noch an verschiedenen Grundlagen wie Regeln und Standards zur Herstellung, Überwachung, Berichterstattung und Qualitätskontrolle von Pflanzenkohle (Gwenzi et al. 2015; IPCC 2022, AR6, WG3, Kapitel 7.4.3.2). Diese sind nötig, um die Risiken für Umwelt, Klima oder menschliche Gesundheit zu reduzieren, die etwa durch freigesetztes Methan oder Rußpartikel während der Produktion entstehen können oder wenn die verkohlte Biomasse nicht aus nachhaltigem Anbau stammt oder verunreinigt ist (siehe dazu die Abschnitte 7 und 8). Der IPCC schreibt:

„Zu den Maßnahmen könnten Kennzeichnungsnormen, Nachhaltigkeitszertifizierungssysteme und Regelungen für die Herstellung und Verwendung von Pflanzenkohle gehören.“ (IPCC 2019, SRCCL, Kapitel 4.9.5.2)

Außerdem müssen Forschungslücken geschlossen werden. Es braucht mehr Praxis-Studien, um abschätzen zu können, was der großflächige Einsatz von Pflanzenkohle kosten könnte (Griscom et al. 2017). Nicht zuletzt müssen die Wechselwirkungen zwischen Pflanzenkohle, Pflanzen, Böden und den darin lebenden Mikroben und Schadstoffdynamiken noch besser verstanden werden (IPCC 2022, AR6, WG3, 7.4.3.2; BMEL 2023).