Im Zeichen der Schwammstadt, zur Förderung der Biodiversität und zur Regulierung des Mikroklimas in Städten werden Gründächer immer mehr zum Thema. Dank der hohen Wasser- und Nährstoffspeicherfähigkeit und des geringen Gewichts bietet sich Pflanzenkohle als Substratbestandteil an. Bisherige Langzeituntersuchungen deuten darauf hin, dass Pflanzenkohle die dauerhafte Funktionsfähigkeit von Gründachsubstraten verbessern kann.
Bei der Begrünung von Dächern sind verschiedene Faktoren zu beachten. Aufgrund der beschränkten Traglast von Dächern sollte das Substrat möglichst leicht sein, mächtige Substratschichten sind oft nicht möglich. Deshalb sollte in kleinen Substratvolumen möglichst viel Wasser gespeichert werden können – je nach Bepflanzung auch viel Närstoffe. Gleichzeitig muss das Wasser bei grossen Regenmengen ablaufen können, um Staunässe zu vermeiden. Schliesslich sollte das Substrat seine Struktur über lange Zeit erhalten, nicht schwinden und sich nicht abbauen.
Die Verbesserung der Wasserspeicherung ist die am besten belegte Wirkung von Pflanzenkohle in Gründachsubstraten. Durch ihre hohe innere Porosität kann Pflanzenkohle grosse Wassermengen aufnehmen und zeitverzögert wieder an die Pflanzen abgeben. Die Wasserspeicherung kommt nicht nur den Pflanzen zugute, sie ist insbesondere auch für den Rückhalt von Niederschlägen zentral. Dadurch ist mehr Verdunstungswasser zur Kühlung vorhanden.
Bei einem Pflanzenkohleanteil von 10-20 Volumen-% erhöht sich die pflanzenverfügbare Wassermenge typischerweise um 5-10 %. In einer australischen Studie erhöhte ein Anteil von 30 Vol.-% Pflanzenkohle die pflanzenverfügbare Wassermenge um rund 16 %. Dadurch wurde eine Verzögerung des permanenten Welkepunkts von etwa zwei Tagen beobachtet. Für die in der Praxis häufig eingesetzten Anteile von 10–20 Vol.-% liegen zum Welkepunkt bislang kaum quantitative Daten vor.
Für Rententionsdächer wurden auch höhere Pflanzenkohle-Anteile untersucht. Eine Studie zeigt, dass 30 Vol.-% das pflanzenverfügbare Wasser um rund 16 % erhöht und dass das Substrat mit 40 Volumen-% Pflanzenkohle in einem 10 cm mächtigen Substrat 23 l Wasser/m² zusätzlich speichern kann. Der Welkepunkt verzögert sich um zwei Tage. Bei gleicher Dachlast kann die Substrattiefe gegenüber einem 10 cm Lava-Substrat um etwa 1,5 cm erhöht werden.
Pflanzenkohle besitzt eine hohe Porosität und verbessert die Luftführung im Substrat. Sie kann dadurch die Wasserbewegung fördern und Verdichtungen entgegenwirken. Im Vergleich zu Lava oder Blähschiefer ist ihre eigentliche Drainagewirkung jedoch geringer.
Bei praxisüblichen Dosierungen von 10–20 Vol.-% bleibt die Drainagefähigkeit in der Regel ausreichend. Erst bei hohen Anteilen von 30–40 Vol.-% kann die Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit so ausgeprägt werden, dass die Substratrezeptur gezielt mit groben mineralischen Komponenten abgestimmt werden sollte.
Mehrere Studien zeigen, dass Pflanzenkohle den Austrag von Stickstoff- und Phosphorverbindungen über das Dachabflusswasser vermindern kann, je nach Pflanzenkohleanteil variierten die Ergebnisse zwischen einer Reduktion von 10–50 %.
Umgekehrt bedeutet dies, dass mehr Nährstoffe im Substrat verbleiben, was sich positiv auf das Pflanzenwachstum auswirkt. Dieser Effekt ist insbesondere für intensive Gründächer entscheidend. Denn Stauden, Sträucher oder Kleinbäume haben einen deutlich höheren Nährstoffbedarf als Sedumbegrünungen.
Pflanzenkohle besitzt eine deutlich geringere Rohdichte als die meisten mineralischen Substratbestandteile. Die Schüttdichte liegt typischerweise bei etwa 200–300 kg/m³ und damit deutlich unter jener von Lava, Bims oder Blähschiefer.
Studien zeigen, dass sowohl die Trockenrohdichte als auch die gesättigte Rohdichte von Gründachsubstraten mit zunehmendem Pflanzenkohleanteil abnehmen. Das heisst, dass Pflanzenkohle das Gewicht von Gründachsubstraten auch im gesättigten Zustand reduzieren kann, obwohl mehr Wasser gespeichert wird. Dadurch kann bei gleicher Dachlast die Mächtigkeit des Substrats erhöht werden oder es lassen sich zusätzliche Wasserspeicherkapazitäten schaffen. Dies ist insbesondere bei Bestandsbauten oder bei intensiven Dachbegrünungen zentral.
Pflanzenkohle ist sehr stabil und wird biologisch kaum abgebaut. Damit ist Pflanzenkohle wesentlich langlebiger als Kompost oder andere organische Komponenten im Substrat. Auch die Porenstruktur bleibt zu einem grossen Teil vorhanden. Dies kann dazu beitragen, dass sich die Substrate weniger verdichten und weniger an Volumen verlieren.
80–90% des Kohlenstoffs in der Pflanzenkohle bleibt langfristig gebunden, nach heutigem Erkenntnisstand über 1000 Jahre. Damit gilt Pflanzenkohle grundsätzlich als langfristige C-Senke, wenn sie in permanent eingebaut und nicht verbrannt wird.
Gründächer weisen bei fachgerechter Ausführung eine Lebensdauer von 30–50 Jahren auf. Danach muss die Dachhaut erneuert werden. Dabei wird in Regel auch das Substrat gewechselt. Wird das Substrat nach einer Dachsanierung aufbereitet und weiterverwendet, kann die Speicherwirkung über mehrere Nutzungszyklen erhalten bleiben. Weil dies beim Einbau nicht unbedingt garantiert werden kann, gelten Gründächer als temporäre Kohlenstoffspeicher.
Für den Einsatz in Gründachsubstraten sollte ausschliesslich hochwertige, schadstoffarme Pflanzenkohle verwendet werden. Empfehlenswert sind EBC-zertifizierte Pflanzenkohlen, die mindestens dem Standard EBC Urban entsprechen. Die Kohle sollte möglichst staubarm sein.
In der Praxis setzt sich Pflanzenkohle aus sehr unterschiedlichen Korngrössen bis 20 mm zusammen. Kleinere Partikel weisen eine höhere Wasser- und Nährstoffspeicherfähigkeit auf, können aber die Drainageleistung reduzieren. Grössere Partikel können als strukturgebende Komponenten und zur Drainage dienen.
Da frische Pflanzenkohle aufgrund ihrer hohen inneren Oberfläche Nährstoffe binden kann, wird eine Vorbehandlung empfohlen, bei der die Pflanzenkohle mit Nährstoffen «beladen» wird. Bewährt hat sich das Aufladen mit Kompost, Komposttee oder organischen Düngern (vgl. Baumsubstrate / Qualität und Vorbehandlung).
Die meisten Studien empfehlen Pflanzenkohleanteile von 10–20 Vol.-% im Vegetationssubstrat. In diesem Bereich lassen sich deutliche Verbesserungen der Wasserspeicherung und der Pflanzenentwicklung erzielen, ohne die Stabilität des Substrats zu beeinträchtigen.
Für spezielle Retentions- oder Biodiversitätsdächer wurden auch höhere Anteile von bis zu 30–40 Vol.-% untersucht. Der Zusatzeffekt durch mehr Pflanzenkohle flacht ab 30 Volumen-% ab.
Die Pflanzenkohle wird vorzugsweise homogen in das Substrat eingemischt. Versuche zeigen, dass diese Einbauweise bessere Resultate liefert als eine reine Oberflächenapplikation oder eine separate Pflanzenkohleschicht im unteren Bereich des Substrats.
Gründächer mit Pflanzenkohle benötigen grundsätzlich keinen besonderen Unterhalt. Die Pflanzenkohle wird im Gegensatz zu organischen Substratbestandteilen kaum abgebaut und bleibt über die Lebensdauer eines Gebäudes im System erhalten. Langfristig kann Pflanzenkohle dazu beitragen, auf intensiv bepflanzten Gründächern den Düngebedarf zu reduzieren, da Nährstoffe besser im Wurzelraum gehalten werden.
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Risiken im Griff
Pflanzenkohle ist über Jahrzehnte bis Jahrhunderte stabil. Vorbehalte, dass mit der Pflanzenkohle Schadstoffe in den Boden eingetragen werden und sich dort kumulieren, sind aufgrund der Klärschlammproblematik verständlich – bei Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften jedoch kein Problem.
Lesen Sie, wie Landwirte Pflanzenkohle anwenden, welchen Nutzen sie beobachten und wie sie die Wirtschaftlichkeit beurteilen.
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