DE202006021265U1

DE202006021265U1 - Biosynthetisches Substrat

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Publication number: DE202006021265U1
Application number: DE202006021265.5U
Authority: DE
Original assignee: OLDUS GmbH
Current assignee: OLDUS GmbH
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2016-08-19

Abstract

Biosynthetisches Substrat, enthaltend ein Cellulosefaserkomposit auf Basis von Cellulosefasern sowie gegebenenfalls wenigstens einen Zusatzstoff.

Description

Das flächige Ausbringen von biosynthetischen Substraten, die z. B. der Anzucht und Kultivierung von Pflanzen dienen, bzw. das flächige Ausbringen von Saaten bedeutet in der Praxis immer noch einen beträchtlichen Aufwand und setzt handwerkliche Fertigkeiten voraus. Zum großen Teil sind die zu leistenden Vorarbeiten der Vorbereitung der Saatflächen zuzuordnen. Zusätzlich muss sehr viel Sorgfalt bei der Einarbeitung des Saatguts in das Substrat oder den Boden aufgewendet werden, um ein gleichmäßiges Keim- und Wachstumsergebnis zu erzielen. Weiterhin muss entsprechend der unterschiedlichen Boden- und Substratbedingungen auf die Anpassung des Nährstoffversorgungs- und Bewässerungsmanagements geachtet werden. Die optimale Ausbringung von Saaten stellt hohe Anforderungen an die äußeren Bedingungen und die Fertigkeiten des Anwenders. Nicht immer können all diese Bedingungen eingehalten werden und sind großen Schwankungen durch eine Fülle von Einflüssen ausgesetzt, was große Auswirkungen auf die Entwicklung der Pflanzen zur Folge hat. Das Prinzip der Erfindung beruht darauf, ein biosynthetisches Substrat bereitzustellen. Dieses soll speziell ein Anzuchtsubstrat mit einer oder mehreren weiteren Komponenten, wie Saatgut, Bodenverbesserer, Nährstoffdepot etc., in einem Produkt vereinen.
Die US 2004/0016527 A1 beschreibt ein Multifunktionspapier mit unebener Oberfläche für die Anzucht von Pflanzen. Das Papier wird dabei in Form einer dünnen Folie von vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm Dicke eingesetzt. Biosynthetische Komposite und speziell Saatenträger in Form von Verbundplatten sind in diesem Dokument nicht beschrieben.
Die DE 43 42 514 C2 beschreibt recyclefähige bzw. biologisch abbaubare Altpapier-extrudate, die neben Altpapierfaserstoff noch Biopolymere, plastifizierbare biotechnologische Reststoffe sowie gegebenenfalls weitere Komponenten enthalten. Aufgrund der enthaltenen plastifizierbaren biotechnologischen Reststoffe (Fermenterabläufe, Separationsreste, Brauereihefe, Extraktionsschrote) sowie gegebenenfalls zusätzlich Hydrophobierungsmittel und/oder mineralische Erden, weisen diese Zusammensetzungen mehrmonatige Standzeiten im Boden auf. Sie sollen sich z. B. für die Mulchung mit Zusatz antagonistisch wirkender Sporenpräparate zur Bekämpfung phytopatogener Pilze sowie mit Zusatz von Düngestoffen als Langzeitdünger eignen. Biosynthetische Komposite und speziell Saatenträger sind in diesem Dokument nicht beschrieben.
Die DE 689 03 955 T2 ( US 5,087,400 ) betrifft unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines durch Zerfaserung von Holzspänen oder von einem anderen holzcellulosehaltigen Rohstoff gewonnenen Verbundprodukts, bei dem ein Fasergemisch mit einem klebenden Bindemittel versehen und ausgehärtet wird. Als Bindemittel werden vorzugsweise polymerisierbare Klebemittel, wie Harnstoff-Formaldehyd-Harze, eingesetzt. Die erhaltenen Produkte enthalten somit zwingend Klebepunkte aus einem wasserunlöslichen gehärteten Polymer. Dieses Verbundprodukt soll sich zur Herstellung von außerhalb des Erdbodens eingesetzten Bepflanzungsträgern eignen. In einer konkreten Ausführung ist der Bepflanzungsträger von einer Folie umgeben, die Flüssigkeiten zurückhält. Somit können in den Bepflanzungsträger Löcher zum Einpflanzen der Sämlinge ausgespart werden und eine Nährflüssigkeit eingefüllt werden, um die Pflanzen mit Nährstoffen zu versorgen. Dieses Dokument beschreibt keine Bepflanzungsträger, bei denen ein biosynthetisches Substrat direkt auf den natürlichen Boden aufgebracht wird. Dieses Dokument beschreibt auch keine Bepflanzungsträger, die aus einem biosynthetischen Substrat bestehen, das ein darin befindliches Saatgut enthält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein biosynthetisches Substrat zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, Nährstoffe, Stoffe zur Bodenverbesserung und/oder Saatgut flächig und gleichmäßig auszubringen, und das als Torfersatzstoff dienen kann und/oder in Form eines Saatenträgers die Keimbedingungen vereinheitlicht.
Demgemäß wurde ein biosynthetisches Substrat gefunden, das ein Cellulosefaserkomposit auf Basis von Cellulosefasern enthält.
Das erfindungsgemäße biosynthetische Substrat ermöglicht es, Nährstoffkomponenten, Zuschlagsstoffe sowie gegebenenfalls Saatgut in einem Produkt zu vereinen, das aufgrund seiner Konstruktion die flächige, gleichmäßige Ausbringung erlaubt und die Keimbedingungen vereinheitlicht. Es eignet sich somit besonders vorteilhaft als Torfersatzstoff und als Saatenträger. Substrate, die als Torfersatzstoff bzw. als künstlicher Oberboden dienen, können gewünschtenfalls auch in einer streufähigen (d. h. nicht plattenförmigen) Form aufgebracht werden. Das Saatgut ist hingegen vorzugsweise in einem flächigen, vorzugsweise biosynthetischen Substratkörper eingebracht und kann vorzugsweise in Form von Platten trocken auf die Saatfläche aufgelegt werden. Nach einem Wässerungsvorgang quellen die aufgebrachten Torfersatzstoffe bzw. die Platten auf und wirken als Anzuchtsubstrat, Bodenverbesserer, Wasser- und Nährstoffspeicher.
Eine spezielle Ausführung sind Verbundplatten, die z. B. zur flächigen Ausbringung von Nährstoffen dienen, z. B. als Torfersatzstoff. Eine weitere spezielle Ausführung sind Saatenträger zur vereinfachten Aussaat von Saatgut mit gleichzeitiger Bodenverbesserung, Düngung und Wasserspeicherung, für die Agrarwirtschaft, Garten-Landschaftsbau, Kulturpflanzenanbau und sonstigen Saatflächen.
Erfindungsgemäß werden aus Natur-, Grund- und Reststoffen der Industrie sowie der Substrat- und Erdenherstellung so genannte biosynthetische Substrate und speziell Saatenträger gefertigt, die zur Anwendung trocken oder gequollen auf die Saatfläche in der gewünschten Form ausgelegt werden. Die Herstellung der Kompositmasse zur Verbundplatten- oder Saatenträgerfertigung erfolgt nach den jeweiligen Anforderungen der Saatfläche, nach meteorologischen, geografischen und ökonomischen Kriterien.
Folglich werden die Hauptbestandteile des Saatenträgerkomposits je nach Bestimmungs- und Anwendungsbedingungen variabel ausgelegt. Die Grundstruktur wird bevorzugt aus Cellulosefaserkompositen gefertigt, da diese aus Neben- und Abfallprodukten der Cellulose verarbeitenden Industrie veredelt werden, und somit eine exzellente Verwertungsökonomie darstellt.
Die erfindungsgemäßen biosynthetischen Substrate enthalten einen Faserverbundwerkstoff, der als Hauptbestandteil Cellulosefasern enthält, einen so genannten Cellulosefaserkomposit. Polymere sind in der Natur weit verbreitet und erfüllen dort eine Vielzahl von Funktionen. Ihre chemische Zusammensetzung und Struktur ist vielfältig, zu ihnen gehören unter anderem Polynucleotide (Nucleinsäuren), Polypeptide (Proteine) und Polysaccharide. Unter diesen biologischen Polymeren nehmen die Polysaccharide und hier im besonderen die Cellulose eine herausragende Stellung ein. Cellulose ist das am häufigsten vorkommende biologische Polymer. Die morphologische Struktur besteht aus kleinen Kristallen, den so genannten Mikrofibrillen, die von ungeordneten Bereichen umgeben sind. In diesem Sinne kann Cellulose selbst bereits als ein Kompositmaterial aufgefasst werden. Cellulose kommt in den Zellwänden aller Pflanzen als strukturgebendes Material vor, in denen es als Hauptbestandteil zusammen mit anderen biologischen Polymeren, z. B. Stärken, ein Kompositmaterial bildet. Der Aufbau der charakteristischen Kompositstruktur der Cellulosestrukturen ist die Voraussetzung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Substrate und Torfersatzstoffe. Dabei ist speziell der fibrilläre Anteil wichtig für die anwendungstechnischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Erzeugnisse.
Als Cellulose kann solche unterschiedlichsten Ursprungs eingesetzt werden, beispielsweise kann Cellulose aus nicht ligninhaltigen Quellen wie Baumwolle oder aus ligninhaltigen Quellen wie Holz verwendet werden, wobei die eingesetzte Cellulose z. B. Holzcellulose vor ihrer Verwendung teilweise oder vollständig von Lignin befreit werden kann.
Die Ligninentfernung (Delignifizierung) ligninhaltiger Cellulosequellen kann nach üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Dazu zählt die Behandlung mit Oxidationsmitteln, wie z. B. Sauerstoff, Ozon, H₂O₂, Peroxiden (z. B. Na₂O₂), Persäuren (z. B. Peressigsäure) etc. Das anschließende Herauslösen der Ligninbausteine erfolgt vorzugsweise im Alkalischen, z. B. mit wässrigen Basen.
Zur Herstellung der Cellulosefaserkomposite werden vorzugsweise ligninfreie Cellulosefasern eingesetzt. Bevorzugt ist insbesondere der Einsatz aller Arten von Papierschlämmen.
Zur Herstellung des Cellulosefaserkomposits können Cellulosefasern aus der Papierindustrie, der Papier verarbeitenden Industrie, der Textil-, Holz- oder Pflanzenfaserverarbeitung oder der Forstindustrie eingesetzt werden. Geeignet sind dabei auch Schlämme, die Cellulosefasern enthalten. Als Cellulosegrundstoffe für die Herstellung dieser Cellulosefaserkomposite können auch Faserzusammensetzungen aus der Altpapierverarbeitung und aus der Holzfaserverwertung als Rohstoff dienen. Möglich ist auch die Verwendung von Rohcellulose, wie sie nach den bekannten Herstellungsverfahren aus Holz- und Pflanzenfasern als Ausgangsstoff erhältlich ist. Möglich ist auch ein Einsatz weiterer cellulosereicher Naturfaserstoffe wie Flachs, Hanf, Sisal, Jute, Stroh, Kokosfasern, und anderer Naturfasern.
Die erfindungsgemäßen Substrate liegen vorzugsweise in Form von Platten oder Formkörpern mit im wesentlichen rechteckiger Grundfläche (platten- oder klotzförmig) vor. Ihre Länge liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm, besonders bevorzugt 10 cm bis 200 cm. Ihre Breite liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm, besonders bevorzugt 10 cm bis 200 cm. Ihre Dicke liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm, besonders bevorzugt 10 cm bis 200 cm. Ein geeignetes Standard-Palettenmaß ist z. B. 80 × 120 cm.
Eine bevorzugte Ausführung ist ein plattenförmiges Substrat mit einer Dicke in einem Bereich von 1 bis 40 cm, vorzugsweise 5 cm bis 30 cm.
Die plattenförmigen Substrate sind vorteilhafterweise formstabil. Sie zeichnen sich dadurch gegenüber aus dem Stand der Technik beschriebenen folienförmigen Substraten und Extrudaten aus. Die plattenförmigen Substrate können z. B. als Torfersatzstoff oder Saatenträger auf eine gegebenenfalls vorbereitete Bodenfläche aufgelegt werden, so dass eine geschlossene Fläche entsteht. Die mit den plattenförmigen Substraten belegte Fläche kann nach der Aufbringung gewässert werden. Durch Kontakt mit Feuchtigkeit aus dem Boden oder nach der Wässerung quellen die plattenförmigen Substrate und bilden eine gleichmäßige Substratfläche. Eventuell enthaltene Saaten beginnen zu keimen. Es entsteht eine homogene, gleichmäßig bewachsene Fläche mit einer bereits optimalen Nährstoff- und Wasserversorgung. Die Verwendung von erfindungsgemäßen Torfsubstraten und Saatenträgern eignet sich besonders zur Begrünung von großen Flächen wie Rasen und Wiesen, aber auch Äcker und Treibhauskulturen etc.
In einer speziellen Ausführung liegen die erfindungsgemäßen Substrate in zwei- oder mehrlagiger, z. B. 3-, 4-lagiger Form vor. Die zwei- oder mehrlagigen Substrate weisen z. B. eine Grundplatte und wenigstens eine funktionale Platte auf, die gegenüber der Grundplatte wenigstens einen weiteren Inhaltsstoff aufweist. Der weitere Inhaltsstoff ist z. B. ausgewählt unter Zuschlagsstoffen, Mikroorganismuspräparationen, Saatgut und Mischungen davon. Die zwei- oder mehrlagigen Substrate können als weitere Lage oder in einer Lage ein Gitter oder Gewebe aufweisen. Dabei kann es sich um ein verwitterungsfestes Material, z. B. ein korrosionsbeständiges Metall oder um ein kunststoffummanteltes Metall handeln. Diese Gitter oder Gewebe, die in der Regel die bodenseitige Platte bilden oder in die bodenseitige Platte eingearbeitet sind, dienen zum Schutz vor Schädlingen, wie Maulwürfen, Wühlmäusen etc. und/oder zur Verbesserung der mechanischen Stabilität. Spezielle Ausführungen mehrlagiger Saatenträgerplatten zeigen die im Folgenden erläuterten 1 und 2.
Die erfindungsgemäßen Substrate enthalten vorzugsweise:

– 80 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 85 bis 99 Gew.-%, Cellulosefaserkomposit,
– 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 15 Gew.-%, wenigstens eines Zuschlagsstoffs,
– 0 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 2,5 Gew.-%, wenigstens einer Mikroorganismenpräparation.

Das Cellulosefaserkomposit umfasst vorzugsweise Cellulosefasern als Grundstoff sowie gegebenenfalls wenigstens ein Bindemittel, wie im Folgenden definiert. Geeignete Zuschlagsstoffe sind vorzugsweise ausgewählt unter Nährstoffen, Wasserspeicherstoffen, von Bindemitteln verschiedenen Cellulosefaserderivaten, Füllstoffen, Hilfsstoffen und Mischungen davon. Eine bevorzugte Ausführung sind Saatenträger, die zusätzlich wenigstens ein Saatgut enthalten.
Das Celullosefaserkomposit weist vorzugsweise einen Restwassergehalt im Bereich von 0 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats, auf.
Bevorzugt ist ein biosynthetisches Substrat, enthaltend

– Cellulosefasern,
– wenigstens ein Bindemittel,
– gegebenenfalls wenigstens einen Nährstoff,
– gegebenenfalls wenigstens einen Wasserspeicherstoff,
– gegebenenfalls wenigstens ein Cellulosefaserderivat,
– gegebenenfalls wenigstens einen Füll- und/oder Hilfsstoff,
– gegebenenfalls Mikroorganismen,
– gegebenenfalls Wasser.

Nährstoffe
Die zur Herstellung eingesetzten Nährstoffe sind je nach Anforderung in veränderlichen Bestandteilen adaptierbar. Dabei werden neben den Stickstoff-, Kalium-, Phosphat- und Magnesiumdüngern auch Spurenstoffe und organische Nährstoffträger eingesetzt. Die Nährstoffe sind dann vorzugsweise ausgewählt unter Stickstoffdüngern, Phosphatdüngern, Kalidüngern, Kalkdüngern, Magnesiumdüngern, Calciumdüngern, Schwefeldüngern, mineralischen Mehrnährstoffdüngern, Spurennährstoffen und Mischungen davon.
Bevorzugte Nährstoffe sind:
Mineralische Einnährstoffdünger:

Stickstoffdünger: Düngemittel, die als Hauptbestandteil Stickstoff enthalten. In mineralischen Düngemitteln kann der Stickstoff in den Grundformen Nitrat, Ammoniak oder Amid vorliegen. Geeignet sind Nitrophoska und vergleichbare Produkte.
Phosphatdünger: Thomasphosphat, Thomasmehl, Aluminium-Calciumphosphat (Cadmiumgehalt höchstens 90 mg/kg P₂O₅, Boden-pH > 7,5), weicherdiges Rohphosphat (Cadmiumgehalt höchstens 90 mg/kg P₂O₅), weicherdiges Rohphosphat mit Magnesium, Rohphosphat mit kohlensaurem Magnesiumkalk. Geeignete Produkte: Hyperphos 26, gekörnt, Hyperphos 31, fein, Hyperphos-Magnesia 22 + 7 Dolophos.
Kalidünger: Kalisalz (z. B. Kainit, Sylvinit usw.), magnesiumsalzhaltiges Kaliumsulfat, Kalirohsalz, Magnesia-Kainit, Patentkali (Kalimagnesia).
Kalkdünger und Magnesiumdünger: Carbonat natürlichen Ursprungs (z. B. Kreide, Mergel, Kalksteinmehl, Algenkalk, Phosphatkreide u. a.), Calcium- und Magnesiumcarbonat (z. B. Magnesiumkalk, Magnesium-Kalksteinmehl), Gesteinsmehl, Industriekalk aus der Zuckerherstellung, kohlensaurer Kalk (kohlensaurer Magnesiumkalk), kohlensaurer Kalk mit Torfzusatz, kohlensaurer Kalk aus Meeresalgen, kohlensaurer Kalk mit Schwefel (kohlensaurer Magnesiumkalk mit Schwefel), Calciumsulfat aus Naturherkünften, kohlensaurer Kalk mit weicherdigem Rohphosphat (kohlensaurer Magnesiumkalk mit weicherdigem Rohphosphat), Magnesium-Gesteinsmehl, Carbokalk, Naturkalk (kohlensaurer Kalk, kohlensaurer Magnesiumkalk), Nordweiß-Perle-Gartenkalk, Granukalk, Naturkalk Dolomit, Naturkalk, Jurakorn, Kamsdorfer Mg-Mergel, kohlensaurer AZ-Kalk, TIMAC T 400g, TIMAC T 400p, Scheidekalk.
Calcium-, Magnesium- und Schwefeldünger (Sekundärnährstoffdünger): Calciumchlorid (auch als Lösung), Magnesiumsulfat (z. B. Kieserit, ESTA-Kieserit fein, ESTA-Kieserit „gran”), elementarer Schwefel, Schwefel aus natürlichen Quellen, Calciumsulfat (Gips, in verschiedenen Hydratationsgraden aus Naturherkünften), Bittersalz.
Mineralische Mehrnährstoffdünger: Ionentauscher basierende Breitbanddünger, flüssige Breitbanddünger, Breitbanddünger in Pulverform, organische und organisch-mineralische Düngemittel, Knochenmehl, entleimtes Knochenmehl (wegen seiner Zusammensetzung als mineralisches Düngemittel aufgenommen), Hornspäne/Hornmehl.
Düngemittel mit Spurennährstoffen: Düngemittel, die als typenbestimmende Bestandteile nur Spurennährstoffe enthalten (Chelate als DTPA, als EDTA oder EDDHA).
Bordünger: Spurennährstoffe, gemäß Richtlinie 89/530/EWG, Borsäure Folicin-Bor (17,5% B), VYTEL-Flüssig-Bor (10,9% B), BIESTERFELD-Flüssig-Bor (10,9% B), Natriumborat, Calciumborat, Borethanolamin, Bordünger-Lösung, Bordünger-Suspension, Solubor DF (17,4% B), Solubor (20,8% B), Liquibor (11% B), Borax (11% B), BIESTERFELD-Bor-21-P (21% B), BIESTERFELD Bor DF (18% B), Folicin-Bor-flüssig (11% B), Kobaltsalz, Kobaltchelat, Kobaltdünger-Lösung.
Kupferdünger: Kupfersalz, Kupferoxyd, Kupferhydroxyd, Kupferchelat, Cu-oxichlorid, Cu-oxichlorid-Suspension, Düngemittel auf Cu-Basis, Kupferdüngerlösung, Kupfersulfat (25% Cu), Kupferquesturan (50% Cu), Folicin-Cu (14% Cu), VYTEL-Flüssigkupfer (7% Cu), BIESTERFELD-Flüssigkupfer (7,1% Cu).
Eisendünger: Eisensalze, Eisenchelate, Eisendünger-Lösung, Eisensulfat (20% Fe), Flory 71 (13% Fe), Flory 72 (6% Fe), Flory 73 (11% Fe), Fetrilon (13% Fe), Sequestren (6% Fe), Folicin DP (6% Fe), BIESTERFELD-Eisen-10 FL (7,7% Fe).
Mangandünger: Mangansalze, Manganchelate, Manganoxid, Mangandüngerlösung, Mangansulfat (z. B. 25% Mn oder 31% Mn), VYTEL-MANGRO 150 FL 10,95% Mn, 195-Super flüssig Mangan (13% Mn), Folicin-Mn (13% Mn), Folicin-Mn flüssig (6% Mn), VYTEL-flüssig-Mangan (6% Mn), VYTEL-Mn-Supergranulat (13% Mn), BIESTERFELD-flüssig-Mangan (6% Mn).
Molybdändünger: Natriummolybdat (z. B. 40% Mo), Ammoniummolybdat, Molybdändünger-Lösung, Natriummolybdat, Folicin-Mo (39,6% Mo).
Zinkdünger: Zinksalze, Zinkchelate, Zinkoxid, Zinkdünger-Lösung, Zinksulfat (23% Zn), Folicin-Zn (15% Zn), VYTEL-flüssig-Zink (7% ZN).

Als Zuschlagsstoffe geeignete Bodenhilfsstoffe sind z. B.: Gesteinsmehl, Ton (Perlit, Vermiculit), Bentonit, Montmorillonit, Biolit (Diabas-Gesteinsmehl), SKW-MAHLE^® Urgesteinsmehl, Neudorff's^® Urgesteinsmehl, Eifelgold (feinblasige Basaltschlacke), Vulkanin (Phonolitmehl) und Mischungen davon.
Weitere geeignete Zuschlagsstoffe sind Erden, Torf, Kompost, Farbstoffe, Aromen, Naturfasern (sofern nicht als Bindemittel eingesetzt) etc.
Weitere mögliche Zuschlagsstoffe sind die in der jeweils geltenden Düngemittelverordnung genannten Zuschlagsstoffe.
Die Abstimmung der Zusammensetzung der Komposite und der Zuschlagsstoffe erfolgt unter der Beachtung der jeweils geltenden Richtlinien, Verordnungen und Gesetze für den jeweiligen Geltungsbereich. Abweichend dieser Normen ist eine Herstellung von Substraten für Forschungs- und Studienzwecke sowie für den begrenzten Einsatz oder mit behördlicher Zustimmung möglich. Zur Fertigung der Saatenträgerkörper ist eine Bewertung nach der Düngemittelverordnung nicht zwingend.
Mikroorganismenpräparation
Die erfindungsgemäßen biosynthetischen Substrate können eine Mikroorganismenpräparation enthalten. Im Allgemeinen wird diese Mikroorganismenpräparation in einer Menge von 0 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats, eingesetzt. Die erfindungsgemäß eingesetzte Mikroorganismenpräparation kann einen oder mehrere Mikroorganismen und/oder daraus gewonnene Produkte, wie Enzyme, enthalten, oder aus diesen bestehen. Geeignete Mikroorganismen sind z. B. Bakterien, Hefen etc. Die Enzyme können in (teilweise) gereinigter Form verwendet werden. Verfahren zur Gewinnung und Aufreinigung von Enzymen aus Mikroorganismen sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Die Mikroorganismen oder Enzyme können frei (d. h. in nativer Form oder als Sporen) oder immobilisiert eingesetzt werden. Unter einem immobilisierten Enzym versteht man ein Enzym, das an einen inerten Träger fixiert ist. Geeignete Trägermaterialien sind beispielsweise Tone, Tonmineralien, Cellulose und synthetische Polymere. Die zuzusetzende Menge der Mikroorganismenpräparation hängt von deren Art und der Aktivität der enthaltenen Mikroorganismen oder Enzyme ab. Die für die Reaktion optimale Enzymmenge kann leicht durch einfache Vorversuche ermittelt werden. Die erfindungsgemäß eingesetzte Mikroorganismenpräparation kann zusätzlich einen oder mehrere Nährstoffe sowie gegebenenfalls ein Lösungsmittel, in der Regel Wasser, enthalten.
Zur Adaption mit Mikroorganismen können im Hinblick auf den Bestimmungs- und Verwendungszweck Lebend- oder Trockenkulturen eingesetzt werden. Diese sind in erster Linie zur Förderung der Wachstumsentwicklung oder zur Verbesserung der Bodenbedingungen einsetzbare Mikroorganismen, bevorzugt Bacillus subtilis, oder andere, je nach Anforderung zur Minderung von schädlichen Mikroorganismen oder Pilzen oder zur Förderung der Wachstumseigenschaften. Bacillus subtilis verdrängt vor allem die Bildung der Fäulnis und des Schimmels. Rhizobakterien kolonisieren das Milieu der Haarwurzeln und führen zu einer wesentlich verbesserten Resistenz gegen Rhizomschädigungen. Insgesamt wird mit der Adaption dieser Eubakterien eine Nährstoffresorptionsverbesserung erreicht. Rhizobakterien sind Symbionten von Leguminosen und besitzen Stickstoff-Bindefähigkeit. somit ist dadurch auch die Aufnahme und Verwertbarkeit von Luftstickstoff verbessert. Geeignet sind weiterhin den Metabolismus fördernde Bakterien, um die Verwertbarkeit der gebundenen Nährstoffe vorzugsweise im organischen Anteil zu verbessern, sowie Phosphatase erzeugende Bakterienstämme. Diese führen dazu, dass die verfügbaren Nährstoffe effizient metabolisiert und resorbiert werden, somit kann die im Vergleich zu konventioneller Düngung eingesetzte Nährstoffmenge erheblich reduziert werden.
Hydrogele
Durch den Zusatz von so genannten Hydrogelen kann die Wasseraufnahmekapazität des Substrates gesteuert werden. Die Adaption der Hydrogele hat primär die Möglichkeit zur Steuerung des Wassermanagements zum Ziel. Dadurch lässt sich das fertige Produkt zielgenau auf die jeweiligen Bewässerungsbedingungen einstellen. Dazu werden vorzugsweise hochmolekulare Homo- und Copolymere mit hydrophilen Gruppen, z. B. auf Basis von Acrylsäure eingesetzt. Dazu zählen Copolymere aus Natrium-Acrylaten und vernetzten Acrylsäurepolymere. Bevorzugt sind dabei beispielsweise Homopolymere der Novus HM Terrabalance^®, da diese nach und nach zu Natriumcitrat im Boden abgebaut werden. Aber auch Polymere auf Polyacrylamidbasis z. B. Stockosorb^® der Fa. Degussa/Stockhausen GmbH sind zur Verwendung im Komposit geeignet, zeigen jedoch u. U. ein ungünstigeres Abbauverhalten, das beim Einsatz berücksichtigt werden sollte. Durch die strukturelle Einbindung von Hydrogelen kann das Wasserspeichervermögen von 100% des Ausgangsstoffs bis auf das 100fache des Trockengewichts des Substrates gesteigert werden. Üblich sind anwendungsbezogen jedoch Beladungskapazitäten von unter 4 m³ Wasser je 1 m³ Substrat unter Bodenauflast.
Bindemittel
Die erfindungsgemäßen Komposite können mit Bindemitteln in ihrer Gemischstruktur stabilisiert werden. Bindemittel sind als geeignet einsetzbar, wenn sie eine temporäre oder permanente Strukturstabilität des Substrates erreichen. Geeignete Bindemittel sind von den als Grundstoff eingesetzten Cellulosefasern verschiedene Cellulosen und Cellulosederivate. Geeignete Cellulosederivate sind Celluloseester oder Celluloseether. Dazu zählen z. B. Carboxymethylcellulose (Glykolsäureether der Cellulose, in der Regel als Na-Salz), Hydroxypropylcellulosen (Celluloseether, die durch Umsetzung von Alkalicellulosen mit Propylenoxid erhältlich sind), Methylcellulose (Cellulosemethylether, die durch Umsetzung von Cellulose mit Methylierungsmitteln, wie Dimethylsulfat, Methylchlorid oder Methyliodid erhältlich sind), Celluloseacetate, Cellulosepropionate, Cellulosebutyrate, Celluloseacetatproprionate oder Celluloseacetatbutyrate. Geeignet sind weiterhin Stärke und Stärkederivate. Vorzugsweise werden Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose und Mischungen davon eingesetzt. Auch polymere, biologisch abbaubare, synthetische und natürliche Bindemittel, wie z. B. Acrylderivate oder Harze und Baumharze, sind verwendbar. Mit der Beimischung von Bindemitteln in Pulverform oder trockenen Gesteinsmehlen lässt sich die Festigkeit der Strukturstabilität steuern, um ein definiertes, z. B. krümeliges oder ein plastisch formbares Strukturbild zu erzeugen. Zur Weiterverarbeitung zu Kompositplatten werden möglichst plastische Matrices erzeugt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel sind vorzugsweise biologisch abbaubar. Unter biologischer Abbaubarkeit versteht man z. B. nach DIN V 54900, dass polymere Bindemittel unter Umwelteinflüssen in einer angemessenen und nachweisbaren Zeitspanne zerfallen. Erfindungsgemäß lässt sich die Herstellung der Kompositmatrix wie in 3 dargestellt zusammenfassen.
Die Fertigung der Kompositmasse kann nach den im Folgenden beschriebenen Verfahren erfolgen. Diese sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Die Herstellung umfasst im Allgemeinen die Schritte Homogenisieren, Formen und Einstellen des Wassergehalts. Dazu werden die Grundstoffe, Cellulosemassen oder Schlämme in einer Mischanlage homogenisiert und mit den Zuschlagsstoffen versetzt. Zuschlagsstoffe können sein die zuvor genannten, speziell: organische Düngemittel, anorganische Düngemittel, Gesteinsmehle, Splitte, Holzfasern, Komposte, Farbstoffe, Aromen, Polymere, Hydrogele sowie Mikroorganismen als Lebendkulturen oder Sporen. Je nach Anwendungsschwerpunkt können die Zuschlagsstoffe in veränderlichen Anteilen im Fertigsubstrat enthalten sein oder fehlen. Die Grundstoffe werden mit den Komposits durch den Einsatz von Bindemitteln, vorzugsweise Methylcellulose, zu einer faserigen, gleichmäßigen Masse weiterverarbeitet. Mit üblichen Trocknungsvorrichtungen, z. B. thermischen oder Wirbelstromtrocknungsverfahren, wird der erwünschte Restwassergehalt eingestellt.
Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Kompositmatrix wird in weiteren Verarbeitungsschritten zu den gewünschten Kompositkörpern weiterverarbeitet. Dazu werden vorzugsweise Kammerfilterpressen oder Walzanlagen mit anschließender thermischer Restentwässerung eingesetzt. In Kammerfilterpressen wird die Matrix in die Filterkammern eingepresst. Die Kammern bestehen aus mehreren waagerecht hintereinander stehenden Filterplatten. Die Platten sind beidseitig mit verschiedenen Geweben aus Baumwolle, Kunststoffen, Sintermetall u. a. bespannt. Dazwischen sind gleich große Filterrahmen angeordnet, in die die zu entwässernde Matrix eingefüllt wird. Die Größe und Form der verwendeten Filterrahmen entscheidet über die spätere Form der Kompositplatten. Diese wird durch die Filtergewebe in die benachbarte Filterplatte gedrückt. Der Filterkuchen kann von den Geweben abgenommen werden, während die überschüssige Flüssigkeit nach unten abfließt. Die entnommenen Rohkompositplatten werden anschließend der Restentwässerung zugeführt. Die Restentwässerung erfolgt vorzugsweise thermisch, dabei werden die im Komposit enthaltenen Bindemittel verfestigt, so dass eine solide, trockene Platte entsteht. Je nach späterem Verwendungszweck können die Platten unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Auch der Verdichtungsgrad kann mit der Variation des Pressendruckes auf das gewünschte Maß eingestellt werden. Hoher Druck bedeutet dabei sehr dichte Platten mit geringem Restwasseranteil. Niedriger Druck erzeugt Platten von geringerer Dichte, aber mit entsprechend höherem Restwassergehalt. Die Erzeugung von Platten geringerer Dichte erfolgt demnach immer zu Lasten der Restentwässerung.
Ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von soliden Kompositplatten ist das Walz-/Trocknungsverfahren. Dazu wird die plastisch formbare Rohmasse mittels Schneckenförderung über eine Düse auf ein Transportband als homogener Streifen aufgebracht. Die Breite der Aufgabedüse entscheidet über das Breitenmaß der späteren Platte. Mit der nachfolgenden Anordnung horizontaler Walzen und Gegenwalzen wird die pastöse Matrix geformt und entwässert. Aufgabemenge, Vorschubgeschwindigkeit und Walzenabstände entscheiden hierbei über die Form, den Restwassergehalt und die Dichte der späteren Kompositplatte. Nach dem Walzen der Rohmatrix wird der Kompositstreifen durch einen Tunnelofen gefördert, um eine vollständige Trocknung zu erreichen. Nach der Trocknung werden die endlos gefertigten Streifen mittels einer Schneidevorrichtung auf das gewünschte Maß abgelängt. Auf diese Weise entstehen kontinuierlich gleichmäßige, einheitliche Platten. Platten mit noch zu hohem Restwasseranteil werden anschließend in Trockenkammern gelagert.
Die Fertigung der Saatenträgerplatten aus den Kompositplatten erfolgt vorzugsweise auf drei Weisen. So kann das Saatgut gleich mit in die Matrix des Rohkomposits eingemengt werden. Bei dieser Variante ist allerdings die mechanische, die biologische und thermische Belastung des Materials sehr hoch, Druck und Temperaturbedingungen müssen sehr genau eingehalten werden. Zusätzlich muss die Verarbeitungsgeschwindigkeit so hoch sein, dass das Saatgut nicht den Keimungsprozess startet. Besser ist es, nach einer zweiten Variante (siehe 1), zwei Platten [1, 3] gegeneinander zu verpressen, in dem das Saatgut mit Bindemitteln [2] in einem Horizont eingebracht ist. Eine dritte Variante (siehe 2) ist das Aufbringen einer Komposit/Saatmischung [5] auf eine trockene Grundplatte [6] und das anschließende Verpressen der Paste mit der Grundplatte. Bei allen Varianten entstehen Saatenträgerplatten, die keimfähiges Saatgut enthalten. Auf die Unterseite der Saatenträgerplatten können Gitter oder Gewebe zum Schutz vor Maulwürfen, Wühlmausen etc. aufgebracht werden [4] bzw. [7].
Die Anwendung der Kompositsaatenträger ist vor allem im gärtnerischen und landschaftsbaulichen Bereich vorgesehen, aber auch im Kultur- und Nutzpflanzenbau ist eine Verwendung denkbar. Grundsätzlich kann jede Art von Saatgut in die Kompositsaatenträger eingebaut werden. In der Praxis werden die Saatenträger auf die vorbereiteten Saatflächen aufgelegt, so dass eine geschlossene Fläche entsteht. Die mit den Saatenträgern belegte Fläche wird im Anschluss durchdringend gewässert. Nach der Wässerung quellen die Saatenträgerplatten zu einer gleichmäßigen Substratfläche und die Saaten beginnen zu keimen. Es entsteht eine homogene, gleichmäßig bewachsene Fläche mit einer bereits optimalen Nährstoff- und Wasserversorgung. Die Verwendung von Kompositsaatenträgern eignet sich besonders zur Begrünung von großen Flächen wie Rasen und Wiesen, aber auch Äcker und Treibhauskulturen etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0016527 A1 [0002]
DE 4342514 C2 [0003]
DE 68903955 T2 [0004]
US 5087400 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Richtlinie 89/530/EWG [0025]
DIN V 54900 [0034]

Claims

Biosynthetisches Substrat, enthaltend ein Cellulosefaserkomposit auf Basis von Cellulosefasern sowie gegebenenfalls wenigstens einen Zusatzstoff.
Substrat nach Anspruch 1, das einen Restwassergehalt im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats, aufweist.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Herstellung des Cellulosefaserkomposits Cellulosefasern aus der Papierindustrie, der Papier verarbeitenden Industrie, der Textil-, Holz- oder Pflanzenfaserverarbeitung oder der Forstindustrie eingesetzt werden.
Substrat nach Anspruch 3, wobei zur Herstellung des Cellulosefaserkomposits Cellulosefasern aus der Papierindustrie oder der Altpapierverarbeitung eingesetzt werden.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung des Cellulosefaserkomposits ligninfreie Cellulosefasern eingesetzt werden.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eins streufähigen Torfersatzstoffes.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form einer Verbundplatte oder eines Saatenträgers.
Substrat nach Anspruch 7 mit einer Länge in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm, einer Breite in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm und einer Dicke in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm.
Plattenförmiges Substrat nach Anspruch 8 mit einer Länge in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm, einer Breite in einem Bereich von 5 cm bis 250 cm und einer Dicke in einem Bereich von 1 cm bis 40 cm.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche in zwei- oder mehrlagiger Form.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein horizontal eingebettetes oder aufgebrachtes Gitter oder Gewebe.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend – 80 bis 100 Gew.-% Cellulosefaserkomposit, – 0 bis 20 Gew.-% wenigstens eines Zuschlagstoffs, – 0 bis 5 Gew.-% wenigstens einer Mikroorganismenpräparation.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend – Cellulosefasern, – wenigstens ein Bindemittel, – gegebenenfalls wenigstens einen Nährstoff, – gegebenenfalls wenigstens einen Wasserspeicherstoff, – gegebenenfalls wenigstens ein Cellulosefaserderivat, – gegebenenfalls wenigstens einen Füll- und/oder Hilfsstoff, – gegebenenfalls Mikroorganismen, – gegebenenfalls Wasser.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form eines Saatenträgers, der wenigstens ein Saatmaterial enthält.
Substrat nach Anspruch 14, wobei die Saaten horizontal, in einem Verbund in einer Ebene, oder homogen verteilt enthalten sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Beladungskapazität von höchstens 4 m³ Wasser je 1 m³ Substrat unter Bodenauflast aufweist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das jeweils 5 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, einer Komponente enthält, die ausgewählt ist unter Natursubstraten, Erden, Torf, von Cellulosefasern verschiedenen Naturfasern und Mischungen davon.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend wenigstens ein Hydrogel.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend wenigstens einen Mikroorganismus.
Saatenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung der Substratbestandteile mit Bindemitteln stabilisiert ist und eine homogene Struktur bildet.
Saatenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Eigenschaften, den Ertrag von Nutzpflanzen zu erhöhen und/oder eine effiziente Nutzung der Nährstoffe zu erreichen und/oder ein verbessertes Wachstum von Kultur und Zierpflanzen zu ermöglichen, wobei mit der Variation der Zuschlagstoffe das Nährstoff- und Wasserversorgungsmanagement einstellbar ist.
Saatenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der Eigenschaft, die Beständigkeit gegenüber schädlichen Einflüssen, wie Krankheiten und Schwächen, zu mindern, wobei die Saatenträger Schutz- oder Stärkungsmittel sowie Wirksubstanzen zur Heilung enthalten.
Saatenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der Eigenschaft, dass die Belastung von Grund- und Porenwasser durch das Nährstoffhaltevermögen des Komposits vermindert wird, wobei der Saatenträger Nährstoffdepots enthält.
Saatenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der Eigenschaft, dass aufgrund der stabilisierten Nährstoffeinbindung in das Komposit Pflanzen nicht mehr zusätzlich gedüngt werden müssen, wobei die Saatenträger retardierende Nährstoffträger enthalten.
Saatenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der Eigenschaft, dass das Durchbrechen von Maulwürfen und Wühlmäusen verhindert wird, wobei die Saatenträger mit einem horizontal eingebetteten oder aufgebrachten Gewebe oder Gitter ausgestattet sind.