Wie dauerhaft ist Pflanzenkohle? H/C, Random Reflectance und der EU-Rahmen CRCF

Fachbeitrag · Smart Carbon Farming

Wie lange bleibt der Kohlenstoff in Pflanzenkohle wirklich gespeichert? Davon hängt ab, wie viele CO₂-Entnahme-Einheiten eine Charge erzeugen darf – und ob sie in 20 Jahren noch Bestand haben. Dieser Beitrag fasst den Stand der Wissenschaft und des EU-Rahmens zusammen und zeigt, wie wir bei der tgo AG daraus konservative Bilanzen ableiten. Grundlage ist unser technisches Dossier für die Smart-Carbon-Farming-Gruppe (Interreg NWE) zum IBI-Webinar von Prof. Hamed Sanei (Universität Aarhus) vom September 2026, ergänzt um einen Abgleich mit Literatur und Standards.

Das Ergebnis in einem Satz

Ampel	Punkt	Einschätzung
🟢	H/C unter 0,5 → 100/200-Jahre-Bilanz	Alle Modelle liegen nah beieinander (73–94 % nach 100 Jahren). Mit dem niedrigsten Wert rechnen.
🔴	H/C 0,5–0,7 ohne Rₒ-Messung	Modelle liegen bis zu 80 Prozentpunkte auseinander (10 % bis 91 %). Keine lange Beständigkeit behaupten.
🟢	Rₒ + reaktiver Anteil → 1.000-Jahre-Nachweis	Direkt gemessener Inertinit-Anteil; im CRCF (Delegierte Verordnung (EU) 2026/285) als eigene Methode vorgesehen.
🟡	Unified Model (Sanei et al. 2026)	Schlüssig, verbindet Labor- und Bodenversuche – aber neu und noch nicht unabhängig bestätigt.
🟡	Rₒ für jede Charge	Teuer und langsam. Besser: Ersatzmessung vor Ort und Rₒ als Stichprobe.

Wie die Erde selbst CO₂ dauerhaft bindet

Pflanzenkohle ahmt einen der beiden geologischen Wege nach, auf denen die Erde CO₂ über Jahrmillionen bindet: Pflanzen nehmen CO₂ auf, die Biomasse wird – etwa durch Waldbrände – verkohlt und in Sedimente eingetragen. Dort bleibt der Kohlenstoff als sogenanntes Inertinit über geologische Zeiträume erhalten. Pyrolyse entspricht der Verkohlung, die Ausbringung auf Böden dem Beginn der Einlagerung.

Ein wichtiger Gedanke für jedes Monitoring: Wandert Pflanzenkohle durch Erosion vom Acker in Gewässer und Sedimente, ist das kein „Leck“, sondern genau der natürliche Speicherweg. Bewertet werden sollte der tatsächliche Abbau zu CO₂ – nicht die physische Verlagerung.

Methode 1: H/C-Verhältnis und Inkubationsversuche

Pflanzenkohle wird mit Boden in einem geschlossenen Gefäß über ein bis mehrere Jahre inkubiert, das entweichende CO₂ gemessen und auf 100 Jahre hochgerechnet. Die Ergebnisse werden gegen das molare Wasserstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis (H/C_org) aufgetragen: Je kleiner H/C, desto stärker verkohlt und desto stabiler. Zwei Modelle sind verbreitet:

• Woolf et al. 2021: F_perm(100) = 1,0445 − 0,6351 × H/C_org (R² = 0,33) – eine gerade Linie.
• Azzi et al. 2024: BC₁₀₀ = 93,8 − 18,0 × (H/C)^4,85 (R² = 0,91) – bis etwa H/C 0,6 fast flach bei 92–94 %, danach steiler Abfall.

Die Schwächen: Bei Woolf erklärt H/C nur ein Drittel der Unterschiede; nimmt man nur gut verkohlte Proben (H/C < 0,5), verschwindet der Zusammenhang fast völlig. Bei hochverkohlter Kohle misst die Inkubation vor allem den Abbau von Teer-Kondensaten an der Oberfläche – die Hochrechnung auf 100 Jahre ist dann vor allem eine Annahme.

Die temperaturabhängige 200-Jahre-Variante

Registries nutzen eine Weiterentwicklung, die die mittlere Jahres-Bodentemperatur berücksichtigt (wärmerer Boden = schnellerer Abbau). Beispiel Isometric-Modul „Biochar Storage in Agricultural Soils“ v1.1, zulässig nur bis H/C_org < 0,5 und O/C_org < 0,2: F_durable(200) = 1 − [c + (a + b × ln T_Boden) × H/C_org] mit a = −0,383, b = 0,350, c = −0,048.

H/Corg	8 °C	10 °C	14 °C	21 °C
0,3	94 %	92 %	89 %	85 %
0,4	91 %	88 %	83 %	79 %
0,5	88 %	84 %	78 %	72 %

Methode 2: Random Reflectance und der Inertinit-Benchmark

Random Reflectance (Rₒ) stammt aus der Kohle- und Erdölgeologie und ist dort seit Jahrzehnten ISO-genormt. Die Probe wird in Harz eingebettet, poliert und unter dem Auflichtmikroskop untersucht; gemessen wird, wie viel Licht jedes einzelne Partikel zurückwirft – rund 500 Partikel je Probe. Je geordneter die Kohlenstoffstruktur, desto heller. Eine eigene ISO-Norm für Pflanzenkohle ist in Arbeit.

Oberhalb von Rₒ = 2 % verhält sich Pflanzenkohle wie natürliches Inertinit. Belegt wird das durch drei unabhängige Messgrößen: die elektrische Leitfähigkeit steigt sprunghaft an, der Anteil flüchtiger Bestandteile flacht ab, und Mikro-Raman-Spektren gleichen denen von natürlichem Inertinit. Praxisregel: Unter etwa 550 °C Herstellungstemperatur bleibt die Kohle am Rand der Schwelle, ab etwa 600 °C liegt sie sicher darüber. In der Studie von Sanei et al. (2024) lagen 76 % der untersuchten kommerziellen Pflanzenkohlen über der Schwelle.

Die Rechnung: Inertinit-Anteil

Ein Teil der Probe wird bis 650 °C nachpyrolysiert – was dabei entweicht, ist der reaktive Anteil F_react. Unter dem Mikroskop wird der Anteil der Partikel über Rₒ 2 % bestimmt (F_Rₒ>2). Daraus folgt: F_Inert = F_Rₒ>2 × (1 − F_react).

Beispiel	FRₒ>2	Freact	FInert
Kohle A: mittlere Rₒ 3 %, H/C 0,3, einheitlich verkohlt	1,00	0,03	97 %
Kohle B: mittlere Rₒ 3 %, H/C 0,3, aber zwei Partikelgruppen	0,67	0,05	64 %

Sanei erklärt das mit einem Bild: Ein Kohlekorn besteht aus Beton (Inertinit, dauerhaft stabil), Erdnussbutter (schlecht verkohlte Partikel unter Rₒ 2 %) und Marmelade (reaktiver Kohlenstoff in Poren und an der Oberfläche). 100 % Inertinit gibt es nicht. Der reaktive Anteil hängt so eng mit H/C zusammen, dass er sich aus H/C berechnen lässt – das spart eine Laboranalyse.

H/C (Elementaranalyse)	Random Reflectance (Mikroskop)
+ schnell, günstig, leicht zu standardisieren	− geschultes Personal, langsamer, teurer
− nur ein Mittelwert der ganzen Probe	+ Verteilung von rund 500 Einzelwerten
− durch Zusätze (Mineralien, Bindemittel) verfälschbar	+ misst nur verkohlte Partikel
− unterscheidet nicht von fossiler Kohle	+ Echtheitsnachweis gegen Braunkohle oder Petrolkoks; auch in Boden- und Verbundproben messbar

Methode 3: Das Unified Model (Sanei et al. 2026)

Im August 2026 erschien „A unified framework for biochar carbon permanence“ (International Journal of Coal Geology 324, 105075). Verschiedene Materialien – vom Rohholz über Pflanzenkohlen bis zu Inertinit-Kohle und Graphit – werden beschleunigt oxidiert, die Halbwertszeiten an Bodenversuchen geeicht und durch eine zweistufige Kurve verbunden. Ergebnis laut Paper: Rohholz rund 2 Jahre, Pflanzenkohlen mittlerer Verkohlung 4.380–9.150 Jahre, Inertinit-Kohle rund 125.000 Jahre.

Die wichtigste Erkenntnis: Das Modell erklärt den Absturz bei H/C 0,5–0,7, den die linearen Modelle nicht abbilden. Unterhalb von H/C 0,5 liegt es bei 90–97 %, bei H/C 0,7 – genau an der EBC-Qualitätsgrenze – bleiben nach 100 Jahren nur rund 10 %. Kritisch einzuordnen: Die Kurve beruht auf wenigen Eichpunkten, ist noch nicht unabhängig bestätigt und rechnet mit 20 °C – für kühle Böden in Nordwesteuropa also eher vorsichtig.

Welcher Wert gilt? Unsere Bilanzregel

H/Corg	Woolf	Azzi	Sanei (Unified)	Spanne	Bilanzwert (Minimum)
0,3	85 %	94 %	~95 %	10 Pkt.	85 %
0,4	79 %	94 %	~90 %	15 Pkt.	79 %
0,5	73 %	93 %	~81 %	20 Pkt.	73 %
0,6	66 %	92 %	~39 %	53 Pkt.	39 %
0,7	60 %	91 %	~10 %	81 Pkt.	10 %

So liest man die Tabelle: Bei H/C 0,4 ist es fast egal, welches Modell man nimmt – mit dem niedrigsten (79 %) ist man auf der sicheren Seite. Bei H/C 0,7 sagt ein Modell 91 %, ein anderes 10 %. Wer hier ohne Rₒ-Messung 90 % verkauft, riskiert, dass sich die Senke später als weitgehend nicht vorhanden herausstellt.

Rechenbeispiele: 1 t Pflanzenkohle mit 70 % organischem Kohlenstoff, Bodentemperatur 10 °C

Maximal speicherbar: 0,70 t C × 44/12 = 2,567 t CO₂

Fall	Rechnung	Anteil	t CO₂	Zeitraum
A: H/C 0,40, nur H/C-Methode	1,048 − 0,423 × 0,40	87,9 %	2,26	200 Jahre
B: gleiche Kohle, Rₒ zeigt zwei Gruppen (S = 0,67; N = 500; Freact 0,05)	(0,67 − 0,021) × 0,95	61,7 %	1,58	1.000 Jahre
C: einheitlich verkohlt (S = 1,0; Freact 0,03)	1,00 × 0,97	97,0 %	2,49	1.000 Jahre
D: H/C 0,60 (z. B. zu niedrige Temperatur)	Minimum der drei Modelle	~39 %	~1,00	100 Jahre

Wann lohnt sich die Rₒ-Messung? Wenn der Erlös mit 1.000-Jahre-Tonnen größer ist als mit 200-Jahre-Tonnen plus Laborkosten. Bei einheitlich gut verkohlter Kohle (Fall C) fast immer – mehr und höherwertige Tonnen. Bei gemischter Kohle (Fall B) erst, wenn 1.000-Jahre-Tonnen mindestens das 1,43-Fache kosten (2,26 ÷ 1,58). Und bei Fall D hilft eine bessere Prozessführung mehr als jede Messung. Rₒ ist also nicht nur ein Aufschlag-Werkzeug – es deckt auch Chargen auf, die schlechter sind als ihr H/C-Wert vermuten lässt.

Was wir daraus machen

Situation	Empfohlene Methode	Warum
Industrieanlage, ≥ 600 °C, H/C < 0,4	H/C je Charge + Rₒ-Stichprobe; bei guter Verteilung 1.000-Jahre-Tonnen	Alle Modelle einig; Rₒ bringt mehr und höherwertige Tonnen
Kleinanlage / Gruppe, H/C 0,4–0,5	H/C + Leitfähigkeit, 200-Jahre-Methode; Rₒ als Stichprobe	Günstig, zulässig, Stichprobe fängt Ausreißer
Kon-Tiki / TLUD, H/C 0,5–0,7	Rₒ zwingend – oder nur als Bodenverbesserer ohne Zertifikat	Modelle liegen 50–80 Punkte auseinander
Mischprodukte (Kohle + Mineralien / Kompost)	H/C der reinen Kohle vor dem Mischen + Rₒ im Endprodukt	H/C im Gemisch verfälscht
Baustoffe / Verbundwerkstoffe	Rₒ	Einzige Methode, die die Kohle im Verbund misst
Feldmonitoring nach Jahren	Rₒ in Bodenproben	Weist Kohle und ihren Zustand im Boden nach

• Konservative Bilanzregel: immer den niedrigsten Wert der drei Modelle verwenden.
• Prozessfenster für Pilotanlagen: ≥ 600 °C, H/C_org < 0,4, O/C_org < 0,2 – dann entfällt die Modell-Unsicherheit.
• Dreistufiges Messkonzept: H/C je Charge, laufende Ersatzmessung vor Ort (z. B. elektrische Leitfähigkeit), Rₒ als Zufallsstichprobe.
• Echtheitsnachweis: Rₒ-Mikroskopie schließt Beimischung von Braunkohle oder Petrolkoks aus.

Regulatorischer Rahmen (Stand Oktober 2026)

• EU-CRCF – Delegierte Verordnung (EU) 2026/285, in Kraft seit 7. Mai 2026: zwei parallele Wege – eine 200-Jahre-Abbaufunktion abhängig von H/C_org und Jahresmitteltemperatur am Ausbringungsort sowie die Random-Reflectance-Methode für den stabilen Anteil (~1.000 Jahre). Ein Abgleich zwischen beiden fehlt noch.
• Isometric – Option 1: Woolf-Modell mit Bodentemperatur (200 Jahre, nur H/C < 0,5); Option 2: Rₒ > 2 %, mindestens 500 Messungen (1.000 Jahre). Die Optionen dürfen nicht kombiniert werden.
• Global Biochar C-Sink – unterscheidet persistenten aromatischen Kohlenstoff (Jahrtausende) und semi-persistenten Anteil; empfiehlt Rₒ und Hydropyrolyse.
• EBC – H/C_org < 0,7 als Qualitätskriterium. Diese Grenze sagt nichts über eine Beständigkeit von 100 Jahren oder mehr aus.

Hinweis: Werte aus Vortragsfolien sind mit „~“ gekennzeichnet. Angaben zur Delegierten Verordnung bitte vor einer Verwendung in Anträgen am Verordnungstext prüfen.

Quellen

• Sanei, H. (2026): IBI-Webinar „Measuring Biochar Permanence: H/C, Random Reflectance and Long-term Carbon Storage“, Aarhus University (LOC), September 2026.
• Sanei, H. et al. (2024): Assessing biochar’s permanence: An inertinite benchmark. International Journal of Coal Geology. pub.geus.dk
• Sanei, H. et al. (2026): A unified framework for biochar carbon permanence. International Journal of Coal Geology 324, 105075.
• Woolf, D. et al. (2021), Environmental Science & Technology; Azzi, E. S. et al. (2024), Geoderma.
• Isometric: Biochar Storage in Agricultural Soils, Modul v1.1.
• Delegierte Verordnung (EU) 2026/285; Verordnung (EU) 2024/3012 – EUR-Lex