ETH-Soil
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Den Boden bereiten für mehr Ernährungssicherheit
Ackerböden in Äthiopien gehören zu den ältesten auf dem afrikanischen Kontinent. Im Laufe der Jahrhunderte wurden sie durch natürliche und vom Menschen verursachte Einflüsse stark erodiert. Es mangelt insbesondere an wichtigen Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor und Kalium sowie an organischer Bodensubstanz (Humus). Geringe organische Einträge und die unter tropischen Bedingungen rasch voranschreitende biologische Zersetzung tragen ebenso wie unregelmäßige Niederschläge und zunehmende Extremwetterereignisse zur weiteren Nährstoffverarmung und Verschlechterung der Bodengesundheit bei. Gleichzeitig ist der Düngemitteleinsatz begrenzt, was durch die anhaltende globale Düngemittelkrise noch verstärkt wird: Engpässe und Preissteigerungen bei synthetischen Düngemitteln führen dazu, dass diese für viele Kleinbauern unerschwinglich geworden sind. Als Folge dessen sind Getreideerträge gering, mit einem nationalen Durchschnitt von weniger als 2,6 t/ha (im Vergleich: 2024 waren es in Deutschland 7 t/ha). Dabei bestreiten die meisten Menschen in Äthiopien, etwa 80%, ihren Lebensunterhalt mit Landwirtschaft und Viehzucht. Die Verbesserung der Bodengesundheit ist daher entscheidend für die Stärkung der Ernährungssicherheit, der Produktivität und der Einkommen im ländlichen Raum.
Aus Boden wächst Zukunft..
Um diese Probleme anzugehen, arbeiten Politik und Wissenschaft in Äthiopien zusammen an der Erforschung und Verbesserung der Bodengesundheit. ETH-Soil ist Teil dieses Vorhabens für gesunde Böden und Ernährungssicherheit, denn aus Boden wächst Zukunft.
Gesunde Böden gegen Hunger
ETH-Soil packt die Nahrungsmittelunsicherheit an der Wurzel, indem die Verbesserung degradierter Böden im Fokus des Projekts steht. Wir arbeiten für und mit Kleinbauern mit niedrigem Einkommen in ländlichen Regionen Äthiopiens, die oft von Nahrungsmittelunsicherheit bedroht sind.
Gemeinsam mit unseren Projektpartnern, testen wir unser Konzept zur landwirtschaftlichen Transformation in drei Pilotbezirken in der Region Oromia und zwei Pilotbezirken in der Region Sidama. Diese Bezirke bauen auf bereits etablierte Strukturen zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit, u.a. durch die GIZ-Projekte Integriertes Bodenfruchtbarkeitsmanagement (ISFM+), Prosilience sowie durch das Regionalbüro für Landwirtschaft Oromia (OBoA).
Des Weiteren fügt sich ETH-Soil in eine Landschaft aus weiteren nationalen und internationalen Projekten zur Bodenverbesserung ein, bestehend aus dem Ethiopia Food Systems Resilience Program des Landwirtschaftsministeriums, dem Projekt TRANSFORM (IFDC) und Soil Matters der GIZ.
Zentral für unseren Ansatz ist die Anwendung von auf Pflanzenkohle basierenden, organischen Düngemitteln, die aus landwirtschaftlichen Reststoffen und biogenen Haushaltsabfällen sowie Gärresten aus der Biogasproduktion hergestellt werden und damit Nährstoffkreislaufe schließen.
Das Projekt läuft von 2021 bis 2026.
Erfahren Sie mehr über unsere Pilotbezirke
Der ETH-Soil-Ansatz wird in fünf Pilotbezirken in Oromia und Sidama getestet
Transformationskonzept
ETH-Soil trägt zur Bodenverbesserung, Ernährungssicherung und sauberer Energie bei und baut dafür Kapazitäten in vier Bereichen aus:
Pflanzenkohle-Herstellung
Pflanzenkohle-Herstellung
Was ist Pflanzenkohle?
Pflanzenkohle ist ein kohlenstoffreiches biogenes Material, das aus landwirtschaftlichen Reststoffen durch den Prozess der Pyrolyse, der thermo-chemischen Umwandlung in Abwesenheit von Sauerstoff, hergestellt wird. Das Ausgangsmaterial wird bei Temperaturen zwischen 300°C und 1000°C verkohlt. Das entstehende Pyrogas wird verbrannt und setzt so den Pyrolyseprozess fort.
Pflanzenkohle hat eine poröse Struktur, die als Lebensraum für Mikroorganismen dient und die Wasserrückhaltefähigkeit von Böden erhöht. Nährstoffe lagern sich an die funktionellen Gruppen der Kohlenstoffmatrix an und bleiben so länger im Boden verfügbar. Dank dieser Eigenschaften eignet sich Pflanzenkohle als Bodenverbesserer. In Kombination mit nährstoffreichen Stoffen wie Kompost, Mist oder Gärresten aus Biogasanlagen entsteht ein wirksamer organischer Dünger.
Pflanzenkohle-Herstellung
Pflanzenkohle-Produktion in Asella, Äthiopien
Im Rahmen des Projekts arbeiteten Pyrolyse-Expert:innen des DBFZ gemeinsam mit Kolleg:innen der Jimma University und des Oromia Agricultural Research Institute zusammen, um Kon-Tiki-Öfen zu bauen (im Bild links). Mit diesen Geräten wurden 2024 über 100 Tonnen Pflanzenkohle aus lokalen Biomassen hergestellt. Bis 2026 sollen so insgesamt 500 Tonnen erreicht werden.
Kon-Tikis - insbesondere Erd-Kon-Tikis - sind kostengünstig und einfach zu warten, was sie für den Einsatz durch Kleinbauern eignet. Wenn während des Betriebs einige wichtige Richtlinien eingehalten werden, entsteht eine hochwertige Pflanzenkohle, die sicher im Boden verwendet werden kann.
Innovation für effiziente Ressourcennutzung
Die aktuell genutzten Holzöfen werden zukünftig durch Pyrolysekocher bzw. hybride Pyrolyse-Biogas Kocher ersetzt.
Bei der Verwendung von Kon-Tikis wird viel Wärme erzeugt, die jedoch nicht direkt nutzbar ist. Aus diesem Grund entwickelt ETH-Soil große Kocher, die in Kantinen zum Kochen großer Nahrungsmittelmengen eingesetzt werden können und gleichzeitig Pflanzenkohle produzieren. Basierend auf einem Prototypen der DBFZ-Wissenschaftler:innen entwickeln die Projektpartner an der Universität Jimma eine Version für lokale Biomassen sowie eine Hybridversion, die nach Abschluss der Pyrolyse mit Biogas weiterbetrieben werden kann.
Zukünftig soll der Kenna Kocher in Betrieben in Äthiopien und darüber hinaus eingesetzt werden. Denkbar sind beispielsweise Kantinen und Restaurants, die Nahrungsmittelverarbeitung sowie weitere Bereiche mit hohem Prozesswärmebedarf. Die Hybridversion soll die Campuskantine am Jimma Institute of Technology versorgen, wo eine neue Forschungs- und Lehrbiogasanlage durch das Projekt gebaut wird. Mehr erfahren
Pflanzenkohle, die in den Boden eingebracht wird, wirkt als Kohlenstoffsenke
Wie Pflanzenkohle dem Klima nützt
Die Herstellung von Pflanzenkohle aus landwirtschaftlichen Reststoffen und deren anschließende Anwendung im Boden schafft eine Kohlenstoffsenke (C-Sink):
CO2 wird durch die Photosynthese der Pflanzen aktiv aus der Atmosphäre entnommen und der enthaltene Kohlenstoff als Hauptbestandteil ihrer Biomasse genutzt. Wenn Reststoffe statt zu verrotten in Pflanzenkohle umgewandelt und als Dünger verwendet werden, gelangt der Kohlenstoff nicht mehr zurück in die Luft, sondern wird für Jahrhunderte im Boden gespeichert. Deshalb kann die Produktion von Pflanzenkohle als Kohlenstoffsenke zertifiziert werden. Anschließend können Unternehmen weltweit ihre schwer vermeidbaren CO2-Emissionen durch den Kauf dieser Zertifikate ausgleichen.
Doch nicht nur das Klima profitiert davon, auch die Produzent:innen: Die Zertifizierung bietet eine zusätzliche Einnahmequelle für Landwirt:innen. In Äthiopien unterstützt ETH-Soil deshalb die Umsetzung der Global Artisan C-Sink Certification, die auf die Pflanzenkohle-Herstellung im kleinen Maßstab durch Klein(st)bäuer:innen zugeschnitten ist.
Düngemittel auf Pflanzenkohlebasis
Düngemittel auf Pflanzenkohlebasis
BBF, Abk. für Englisch biochar-based fertilisers (pflanzenkohlebasierte Biodüngemittel)
BBF werden bis 2026 von 450 Kleinbauern angewendet
degradierte Felder werden bis 2026 mit BBF behandelt
ETH-Soil entwickelt Technologien und vermittelt Wissen zur Herstellung von pflanzenkohlebasierten Biodüngemitteln (Biochar-based fertiliser - BBF) – sowohl für die Produktion im großen Maßstab als auch für den Einsatz auf Haushaltsebene. Landwirtschaftliche und andere biogene Reststoffe bilden dabei die Hauptbestandteile dieser Düngemittel.
Nährstoffarme Rückstände werden zu Pflanzenkohle umgewandelt und dienen als Basis des Düngemittels. Diese wird anschließend durch Kombination mit (Wurm-)Kompost, Dung oder Gärresten aus Biogasanlagen mit Nährstoffen aufgeladen.
Die für diese Düngemittel verwendeten Biomassen sind günstig und lokal verfügbar. Kleinbäuer:innen erhalten dadurch die Möglichkeit, unabhängig vom globalen Düngemittelmarkt nachhaltige Lösungen auf ihre Felder zu bringen und den Nährstoffkreislauf zu schließen.
Dünger mit Pflanzenkohle bereit für die Bodenanwendung
Versuchsflächen in Hawassa
Versuchsfläche in Dilla
Girma Seldegoma ist ein Kleinbauer, der an Feldversuchen mit BBF teilnimmt
Schaffung einer Datengrundlage
Die Transformation landwirtschaftlicher Praktiken ist herausfordernd und bedarf wissenschaftlicher Evidenz als Datengrundlage, guter Zusammenarbeit mit den zuständigen landwirtschaftlichen Institutionen und einen klaren Fokus auf die Beteiligung von Landwirt:innen.
Die Düngerrezepte in ETH-Soil werden deshalb durch Feldversuche begleitet und durch ein Boden-Monitoring evaluiert, um die wissenschaftlichen Nachweise ihrer Wirksamkeit sowohl für den Ernteerfolg als auch für die Bodenverbesserung zu liefern. ETH-Soil hat Wissenschaftler:innen in Äthiopien mit zwei Ausschreibungen für Forschungsvorhaben (ETH-Soil Calls) gefördert, um praxisnahe Versuche mit verschiedenen Düngerkombinationen auf verschiedenen Bodentypen durchzuführen. Viele dieser Versuche fanden unter Mitwirkung von Kleinbäuer:innen statt.
In der Übersicht und den verlinkten Videointerviews finden Sie weitere Einzelheiten zu den beteiligten Wissenschaftler:innen und ihren Versuchen.
ETH-Soil-geförderte Forschung
Kleinbauern im Mittelpunkt
Landwirt:innen spielen eine wichtige Rolle in der Forschung in Äthiopien
BBF kann kleinbäuerlichen Haushalten helfen, sich von teuren, importierten mineralischen Düngemitteln unabhängiger zu machen. Um ihre Kapazitäten zu stärken, nutzen die landwirtschaftlichen Beratungsdienste in Oromia und Sidama ETH-Soil-Schulungsmaterialien, um kleinbäuerliche Landwirt:innen auf die Vorteile der Herstellung und Anwendung von BBF Aufmerksam zu machen. Durch praktische Vorführungen auf Testfeldern erleben die Teilnehmenden aus erster Hand, was BBF bewirken kann.
Zugleich sind die Bäuerinnen und Bauern selbst landwirtschaftliche Fachleute, die dazu beitragen können, geeignete Lösungen für ihre spezifischen Herausforderungen hinsichtlich der Bodengesundheit zu entwickeln. Aus diesem Grund umfasste die Forschung im Rahmen des zweiten ETH-Soil Calls partizipative Methoden zur Einbeziehung kleinbäuerlicher Akteur:innen bei der Erstellung, Anwendung und Bewertung von BBF.
Ertragssteigerungen im Vergleich zu Mineraldünger in Versuchen bei Kleinbäuer:innen in Oromia
Vorteile von Düngemitteln auf Pflanzenkohlebasis
In Topf- und Feldversuchen fanden die Forschenden zusammen mit teilnehmenden Landwirt:innen positive Auswirkungen von BBF auf degradierte Böden im Vergleich zu ihrer aktuellen Praxis. Das sichtbar erhöhte Pflanzenwachstum und höhere Erträge können auf Veränderungen im Boden zurückgeführt werden:
Ein Landwirt untersucht das Wachstum seiner Gerste, um die Wirkung der Düngemittel zu bewerten
- erhöhter pH-Wert in sauren Böden
- erhöhte Bodenporosität und verringerte Schüttdichte
- erhöhter Gehalt an pflanzenverfügbaren Nährstoffen (Phosphor und Stickstoff), Kationenaustauschkapazität sowie Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden
Langfristig kann BBF degradierte Böden durch Verbesserungen ihrer physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften revitalisieren. Gleichzeitig werden Nährstoffe rezykliert und Emissionen gesenkt.
Erfahren Sie mehr Die ersten Ergebnisse der ETH-Soil-Forschung wurden in Fachzeitschriften veröffentlicht:
Qualifikation von Biogas-Expert:innen
Qualifikation von Biogas-Expert:innen
Ausbildung von Biogas-Expert:innen an der Universität Jimma
Studierende des neuen Studiengangs für Biogas- und Biomasse-Technologie am JIT
Biogas ist ein grüner Energielieferant, der insbesondere im globalen Süden einen wichtigen Beitrag zur Klimaneutralität und Kreislaufwirtschaft leisten kann. Auch Äthiopien hat den Ausbau von Biogas in seine Strategie zum Pariser Klimaabkommen aufgenommen. Gemeinsam mit seinen Partnern unterstützt ETH-Soil deshalb die Ausbildung von Biogas-Expert:innen.
Die Universität Jimma ist ein Knotenpunkt für Forschung und Innovation in Oromia. Deshalb startete hier die neue Spezialisierung "Angewandte Biogas- und Biomasse-Technologie" innerhalb des Masterstudiengangs "Nachhaltige Energietechnik" am Jimma Institute of Technology (JIT). Die Studieninhalte wurden in Zusammenarbeit mit DBFZ-Biogasexpert:innen entwickelt.
Im Laufe von vier Semestern erlangen die Studierenden theoretische und praktische Kenntnisse über die Planung, den Bau und den Betrieb von Biogasanlagen, ihre Ausgangsstoffe und die nachhaltige Nutzung der Gärreste, die als Nebenprodukt des Biogasprozesses anfallen. Im ersten Jahrgang von 2024 erhalten 14 Studierende projektfinanzierte Stipendien.
In den Nachrichten Der äthiopische TV-Sender EBC besuchte die Universität Jimma und berichtete über das neue Programm.
Aufbau einer Biogasanlage und eines Labors an der Universität Jimma
Kantinenabfälle dienen als Rohstoff für die Biogasanlage
ETH-Soil und die Universität Jimma arbeiten zusammen mit den deutschen Unternehmen Awite und AD Solutions an der Errichtung einer modernen Biogasanlage mit einer Kapazität von 2 Tonnen Substrat pro Tag und einem Biogaslabor mit 10 Arbeitsplätzen für Schulungs- und Forschungszwecke. Die Nähe der beiden Einrichtungen befördert Zusammenarbeit und Synergien zwischen Wissenschaft und Praxis.
Biogasanlage mit Labor an der Universität Jimma
Biogasanlage
- Küchenabfälle und Essensreste aus der nahegelegenen Universitätskantine dienen als Substrat und können innerhalb des bestehenden Abfalllogistikkonzepts der Universität verwendet werden. Bisher wurden sie größtenteils ungenutzt deponiert und produzieren Treibhausgase.
- Das produzierte Biogas - über eine direkte Gasleitung bereitgestellt - ersetzt holzige Brennstoffe in der Kantine, was Kosten und Emissionen senkt.
- Die Gärreste, Nebenprodukt der Biogasproduktion, können als Dünger verwendet werden, z.B. auf nahegelegenen Testfeldern der Agrarfakultät
Biogaslabor
- Die gesamte Biogasprozesskette wird im Labor abgebildet: Substrataufbereitung, Substratcharakterisierung, Ermittlung von Methanerträgen nach Industriestandards (VDI 4630), praxisnahe Versuche mittels 6 Rührkessel-Versuchsreaktoren
- Das modulare Design ermöglicht Anpassungsfähigkeit für künftige Forschungsprojekte
- Ein Photovoltaik- und Batteriesystem gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb auch bei Stromausfällen
Emissionsarmes Kochen
Emissionsarmes Kochen
Viele äthiopische Haushalte, insbesondere in ländlichen Gebieten, kochen auf traditionellen Drei-Steine-Feuern, die ernsthafte Gesundheitsrisiken für die Nutzer:innen und ihre Haushaltsmitglieder darstellen. Frauen - die oft für das Kochen verantwortlich sind - und kleine Kinder sind den Gefahren durch Luftverschmutzung und Verletzungen durch das offene Feuer besonders stark ausgesetzt.
Traditionelles Drei-Stein-Feuer
Eines der Ziele von ETH-Soils ist es, saubere und nachhaltige Kochenergie für ländliche Haushalte bereitzustellen und gleichzeitig Pflanzenkohle zu produzieren. Dies ermöglicht den Zugang zu sauberer und preiswerter Energie, verbessert die Gesundheit und trägt zur Geschlechtergerechtigkeit bei. Die Verwendung von landwirtschaftlichen Reststoffen statt Holz reduziert zudem unregulierte Entwaldung.
Entwicklung eines optimierten Kochers
Ein Prototyp des Kochers wurde am DBFZ in Leipzig entwickelt
In einer Pilotnutzerstudie wird der Kocher vor der Einführung ausgiebig getestet.
Basierend auf den Bedürfnissen ländlicher Haushalte in Äthiopien entwickelten Forschende des DBFZ ein emissionsarmes und hoch effizientes Kochermodell.
Durch den Einsatz von Lehm als Baumaterial und biogenen Reststoffen als Brennstoff nutzt der ETH-Soil-Kocher leicht verfügbare, kostengünstige Ressourcen, um gesunde und klimafreundliche Technologien zugänglich zu machen. Das TLUD-Prinzip (top-lit updraft, Entzündung von oben mit Luftzufuhr von unten) ermöglicht eine emissionsarme Wärmeerzeugung durch die Pyrolyse verschiedener Biomassen. Die dabei entstehende Pflanzenkohle kann für die Herstellung von pflanzenkohlebasierten Biodüngemitteln verwendet werden.
Nach erfolgreichen Tests im Labor wird der Kocher von der Zielgruppe getestet, beim Ministerium für Wasser und Energie registriert und schließlich von kleinen Unternehmen in Äthiopien produziert und verkauft. Ein niedriger Verkaufspreis und leicht verfügbare Ersatzteile gewährleisten einen einfachen Zugang für viele Menschen und eine lange Nutzungsdauer.
Bis Projektende sollen 450 dieser Kocher in Äthiopien produziert und genutzt werden.
Über uns
Erfahren Sie mehr über unsere Projektpartner
ETH-Soil ist ein Projekt des DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH mit Sitz in Leipzig, Deutschland. Gemeinsam mit unseren Kolleg:innen und Partnern in Äthiopien arbeiten wir an einer nachhaltigen Zukunft mit gesunden Böden, einer klimaresilienten Kreislaufwirtschaft und Ernährungssicherheit für alle.
ETH-Soil wird vom Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung finanziert.
1. Soil Symposium 2023 in Addis Abeba
ETH-Soil Projekt-Flyer in Oromiff
Laborschulung für Bodenanalyse an der Universität Jimma
KoBo-Toolbox Schulung in Jimma
ETH-Soil Word Café des Leipziger Projektteams
2. Soil Symosium 2024 in Addis Abeba
3. Soil Symposium 2025 in Adama