Ein natürliches Material, das in seiner Leistung überzeugt  Robert Frank
Xylit ist ein im Tagebau gewonnenes jahrtausendealtes, nicht ganz inkohltes Holz. Als Zuschlagstoff für die Produktion von Blumenerden und Substraten hat es bereits gute Dienste geleistet. Nun ist seine Wirksamkeit auch bei der Reinigung belasteter Oberflächengewässer belegt worden. Besonders vielversprechend scheint die Leistungsfähigkeit von Xylit bezüglich der Phosphatadsorption zu sein.
Aufbereitete Faser von Xylit zur weiteren Verwendung wie z.B. für die Anfertigung von Walzen, Matten und schwimmende Inseln. Foto: Robert Frank
Die Xylitfasern eignen sich auf Grund ihrer physikalischen Eigenschaften insbesondere auch für den Einsatz im Wasser: sie sind fest, stark elastisch, je nach Aufbereitungsgrad von hoher Porosität und großer aktiver Oberfläche sowie gegenüber dem biologischen Abbau auf Grund der hohen Stickstoffstabilität des Xylits sehr resistent. Die große Oberfläche führt zu einer hohen Adsorptionsrate von Phosphat und Stickstoff und zu einer schnellen Besiedlung durch Mikroorganismen. Diese positiven Eigenschaften sollen in neuen ingenieurbiologischen Systemen des Gewässerbaus sowie der Gewässerreinigung genutzt werden. Mit dem Projekt „Anwendungstechnologie neuartiger Xylitkörper zur Reinigung belasteter Oberflächengewässer“ werden grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse zum Xylit gebündelt, mit Feldversuchen ergänzt und anschließend in konkrete innovative Produkte zur Verringerung der Nährstoffbelastung in natürlichen, naturnahen und in künstlich angelegten Gewässern umgesetzt. Erste Ergebnisse der Vorversuche bezüglich der Wasseranalysen dokumentieren eine hohe Abbaurate (bis zu 85%) von Phosphat durch Xylit. Im Vergleich mit sechs verschiedenen Schwimmteichsubstraten, eingesetzt in öffentlichen Schwimmteichen, dokumentiert in einem Versuch an der LWG/Veitshöchheim scheint die Leistungsfähigkeit von Xylit bezüglich der Phosphatadsorption vielversprechender zu sein. Was verbirgt sich unter dem Namen Xylit? Xylit-Walzen können auch so einge- baut werden dass sie als Kleininsel und somit als Refugium für im und am Wasser lebende Tiere zur Ver- fügung stehen. Hier werden gleich mehrere Funktionen erfüllt. Bereits  nach wenigen Tagen wurde eine Walze von Schildkröten als Ruhe- und Sonnenplatz angenommen. Foto: Robert Frank  Xylit, auch als Kohleholz bekannt, fällt in großen Mengen als Nebenprodukt bei der Braunkohleproduktion an, fand jedoch in der Vergangenheit aufgrund von Nichtbeachtung kaum Verwendung. Mittlerweile sind die positiven Eigenschaften dieser holzartigen Fasern, die in der Rohbraunkohle eingebunden sind, bekannt und können somit in verschiedenen Bereichen eingesetzt und genutzt werden. So verfügt die zellulosehaltige Faser aufgrund ihrer Elastizität und Stabilität über eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Weiterhin verfügt diese holzartige Faser, in Folge der vor Millionen von Jahren eingesetzten bio- und geochemischen Umwandlungsprozesse, über eine hohe Anzahl polarisierter Gruppen, die Nährstoffe, wie beispielsweise Phosphor und Stickstoff, Spurenelemente und Schadstoffe binden können. Der Grund für die hohe Bindungsfähigkeit der Xylit-Faser für Pflanzennährstoffe liegt in dem sehr weiten C / N – Verhältnis von 215 : 1. Dieses ist auch für die schlechte Verrottungseigenschaft verantwortlich, so dass Xylit erst nach einer Standzeit von etwa 30 Jahren vollständig biologisch abgebaut wird (Untersuchungen zur Entwicklung, Mai 2007). Diese Eigenschaft wirkt sich im ingenieurbiologischen Bereich sehr vorteilhaft auf stabilisierende Maßnahmen aus, sowohl im Wasserbau als auch im Erosionsschutz. Ferner sind die in den Pflanzenfasern ehemals enthaltenen Kapillaren größtenteils erhalten geblieben, so dass die Xylitfasern über eine hohe innere Porosität und eine große spezifische Oberfläche verfügen, die deutlich über dem liegt, was Holzwolle oder Kokosfasern aufweisen. Diese große Oberfläche führt zu einer hohen Adsoprtionsrate bei den Nährelementen für Phosphor und Stickstoff. Diese Ionenaustauschkapazität steigt mit der Intensität des Xylit-Faseraufschlusses (Erhöhung der aktiven Oberfläche). Damit werden Ionen/Anionen von im Wasser gelösten Stoffen (beispielsweise Phosphate und Nitrate) an der Faseroberfläche „angelagert“ und im Kohlenholzkörper konzentriert. Sie werden dem Wasser entzogen und stehen den Algen nicht mehr, beziehungsweise nur in verminderter Konzentration als Nährstoffe zur Verfügung. Der Algenwuchs wird dadurch deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil besteht, aufgrund der großen Oberfläche, in der schnellen Besiedlung durch Mikroorganismen, die ihrerseits zu einem besseren Abbau der Nähr- und Schadstoffe im Wasser führen. (Untersuchungen zur Entwicklung, Mai, 2007). Mit der Kohlenholz-Faser ist somit ein heimischer Stoff mit vielen positiven Eigenschaften gefunden worden, der als „Abfallprodukt“ der Kohleförderung für seine Gewinnung keinen zusätzlichen Energieaufwand benötigt und aufgrund der relativ kurzen Transportwege für Anwendungen in Mitteleuropa sehr empfehlenswert erscheint. Mögliche Einsatzbereiche von Xylit Aufgrund dieser Erkenntnisse und nicht zuletzt wegen seiner hervorragenden Eigenschaften wird Xylit mittlerweile als Substitut zu Torf und Kokosfasern zur Bodenverbesserung eingesetzt. Die Weiterentwicklung durch Aufschluss der Xylitfasern und deren Weiterverarbeitung zu Matten und Walzen eröffnet jedoch neue Einsatzmöglichkeiten, sowohl in der Ingenieurbiologie als auch in der Wasserreinigung. Auszeichnung mit der Innovationsmedaille am Stand der Firma Ökon auf der GaLaBau-Messe 2010 (v.l.n.r.): Die Aus- zeichnung wurde von Dr. V. Seidel, Geschäftsführer Ökon, und Thomas Roess, Geschäfteführer IGG, in Empfang genommen. Foto: Ökon  Für diese innovative Be- und Verarbeitung des Nebenproduktes Xylit aus dem Braunkohleabbau und den anschließenden Einsatz sowohl im Bereich des Erosionsschutzes als auch der Wasserreinigung wurde die Firma Ökon-Vegetationstechnik GmbH mit Hauptsitz in Tangstedt zusammen mit Ihrem Kooperationspartner der Internationale Geotextil GmbH auf der GaLaBau Messe 2010 in Nürnberg mit dem Innovationspreis „GaLaBau-Innovations-Medaille 2010“ als wichtige Innovation für den Garten-, Landschaftsbau und Sportplatzbau ausgezeichnet. Die aus Xylit hergestellten Produkte gestalten sich sehr vielfältig und ermöglichen somit die Herstellung eines großen Sortiments für die Vegetationstechnik im ingenieurbiologischen Bereich. Diese vegetationstechnischen Systeme finden Verwendung als Matten, Walzen, künstliche Inseln, auch in Kombination im Erosionsschutz, zur Stabilisierung und Sicherung von Gewässerböschungen und instabile Uferbereichen. So dienen bspw. die Matten im Erosionsschutz an terrestrischen Böschungen als Mulchschicht. Sie halten die Flächen von Unkrautbewuchs frei und binden Nährstoffe, die sie dosiert bei Bedarf an die Pflanzen (Ansaat oder Einzelpflanzen) wieder abgeben. Die Walzen finden hauptsächlich ihre Anwendung in der Stabilisierung der Uferbereiche. Zur weiteren Stabilisierung ist eine Begrünung der Xylitprodukte möglich, die zusätzlich Lebensraum für Flora und Fauna bietet und so zu einer Erhöhung des ökologischen Potentials führt. Des Weiteren eignen sich die Produkte aus Xylit auch hervorragend zur Wasserreinigung und können in der Gewässersanierung und der Wasserreinigung in natürlichen Gewässern und künstlich angelegten Gewässern und Teichen (Gartenteichen, Schwimm- und Badeteichen etc.) eingesetzt werden. Gebündelte Ausbringung von Xylit- Walzen als Nährstofffalle zur Unter- stützung der Wasserreinigung in einem mit Schwebealgen stark be- lasteten Gewässern. Foto: Ökon Untersuchungen an Xylit Bisherige Untersuchungen an Xylit wurden im Bereich der Pflanzenverträglichkeit, und Pflanzenentwicklung, zum Retentions- und Verrottungsverhalten u.a. bereits mit vielversprechenden Ergebnissen durchgeführt. Nichtsdestotrotz ist hier und in anderen Bereichen weiterer Forschungsbedarf angesagt. So wird im Rahmen eines Forschungs-und-Entwicklungs-Projektes „Anwendungstechnologie neuartiger Xylitkörper zur Reinigung belasteter Oberflächengewässer“ zurzeit die Eignung von Xylitfasern, konzipiert als Xylitkörper in Form von Matten, Walzen und Filtern, Inseln unter anderem zur Sanierung von Oberflächengewässer und zur Reinigung von Schwimm- und Gartenteichen etc. getestet. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Projektträger ist die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF), Geschäftsstelle Berlin. An dem Projekt sind die Firma Ökon-Vegetationstechnik GmbH in Tangstedt, die Brandenburgische Technische Universität Cottbus und die Internationale Geotextil GmbH (IGG) in Twistringen beteiligt. Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von verschiedenen Xylitformkörpern, die zur Reinigung von Oberflächengewässern in entsprechendem Verhältnis zum Wasservolumen und der Nährstoffbelastung des Wassers zum Einsatz kommen sollen. Das Hauptziel ist somit die Verringerung der gelösten Nährstoffe im Wasser, die Fixierung und Immobilisierung der Algen und dadurch die Stabilisierung der Gewässerökosysteme. Bis zur Sättigung der Xylitfaser sind die Matten noch ein bis zwei Tage schwimmfähig, bevor sie auf den Grund des Gewässers Absinken. Sollen sie gleich fixiert und ver- senkt werden, so ist eine Beschwe- rung erforderlich. Foto: Robert Frank Ein weiteres Ziel dieses Projektes ist es, eine zeitgemäße Wasserbehandlung zu entwickeln, welche die ökonomischen und die ökologischen Aspekte in einer chemikalienfreien und energiesparenden Aufbereitung des Wassers berücksichtigt. Bei dieser biotechnischen Unterstützung der Selbstreinigungskraft von Gewässern und/oder der biologischen Wasserreinigung in künstlich angelegten Teichen könnte somit auf jeglichen Einsatz von Chemikalien und Wasseraufbereitungstechnik verzichtet werden. In Schwimm- und Badeteichen könnte der Einsatz von Xylitwalzen- und Matten die Wasserqualität erheblich verbessern und das Algenwachstum weiter reduzieren bzw. unterbinden. Diese Tatsache wirkt sich positiv auf die Wasserqualität und somit auf den Menschen und seine Umwelt aus. Zusammenfassend kann hier festgehalten werden, dass die vorrangigen Zielstellungen des Einsatzes der Xylitfasern in Vegetationsträgern (bepflanzte Walzen und Matten) die Immobilisierung der Algen, die Bindung der Nährstoffe durch das Xylit sowie ihre Verwertung durch Pflanzen sind. Im Rahmen des Projektes sollen die von der IGG/Twistringen hergestellten Xylitkörper als Vegetationsträger (zum Beispiel Walzen) beziehungsweise Filtersysteme (beispielsweise Behälter mit Xylitfasern oder Pellets) in unterschiedlich stark belasteten Gewässern wie Teichen von Golfplätzen, und diversen Retentionsteichen, Teichen im kommunalen und industriellen Bereich sowie Gartenteichen schlechthin ausgetestet und ihre Wirkungsweise sowie Reinigungsleistung (qualitativ und quantitativ) nachgewiesen werden. Um die Eignung dieses Materials hinsichtlich der Wassereinigung - im speziellen der Phosphatadsorption – zu prüfen, wurden bereits im Vorfeld umfangreiche Vorversuche als Testreihen im Labor an der Technischen Universität Cottbus durchgeführt. Einbringung von einzelnen Xylit-Walzen im Regene- rationsbereich eines Teiches. Foto: Ökon Schwerpunktmäßig werden das Xylit und die Xylitformkörper zur Charakterisierung dieses Rohstoffes auf die Materialzusammensetzung, Feuchtgehalt, Schüttdichte etc. geprüft. Weiterhin findet eine Verprobung auf die wichtigsten physikalischen Parameter (Sichttiefe, Sauerstoff und Temperatur) und chemischen Parameter (Phosphat, Nitrat, Nitrit, Ammoniumstickstoff, Chlorid, Chemischer Sauerstoffbedarf, pH-Wert, Redoxpotential, Leitfähigkeit und Säurekapazität) statt, die auch in den Feldversuchen Anwendung finden. Erste Ergebnisse aus diesen Testreihen geben einen Einblick in das Potential das von den Xylitfasern erwartet werden kann. Abbildung 1 zeigt die Abbaurate von Phosphat im Laborversuch. Hierzu wurden Xylit und destilliertes Wasser in definierten Mengen zusammengesetzt. Anschließend wurde das Wasser mit 2 mg/l PO4-P angereichert. Bereits nach ca. einer Woche wurden rund 85 Prozent PO4-P adsorbiert. Nach einer weiteren Anreicherung derselben Versuchseinrichtung konnten wieder rund 80 Prozent adsorbiert werden (siehe Abb.1). Aufgrund dieser Vorversuche kann angenommen werden, dass Xylit über längere Zeit in der Lage ist Phosphat zu adsorbieren. Eine dreijährige Versuchsreihe an der LWG/Veitshöchheim zeigte, dass mehrere verschiede Substrate, alle in öffentlichen Schwimmteichen eingesetzt, nicht in der Lage waren, nennenswert Phosphat zu adsorbieren (R. Frank, 2008 und 2009). Enttäuschend war bei allen im Versuch eingesetzten Substraten die niedrige Abbaurate des Nährelementes Phosphor, das hauptsächlich für das Algenwachstum verantwortlich ist. Im Vergleich hierzu sind die Vorversuche der Phosphatadsorption bezüglich Xylit als sehr vielversprechend einzustufen. Feldversuche Einbringung von Xylit-Walzen zur Unterstützung der Wasserreinigung im Regenerationsbereich eines Schwimmteiches. Foto: Ökon Unter Einbezug dieser Erkenntnisse wurden für die Feldversuche von der Fa. Ökon/Tangstedt die Xylitformkörper in Oberflächengewässer mit unterschiedlicher Belastung ausgebracht. Diese werden über die gesamte Versuchszeit (2011 - 2012) auf Ihre Leistungsfähigkeit getestet. Die Feldversuche werden von der Firma Ökon betreut, die Wasseranalytik wird ebenfalls von der Technischen Universität Cottbus ausgeführt. Das Analyseprogramm für die Feldversuche wird im gleichen Umfang wie das der Laborversuche durchgeführt. Die Probenahmen werden monatlich durchgeführt, so dass die Ergebnisse auch als Zeitreihe über die gesamte Projektlaufzeit (Vegetationsperiode) dargestellt werden kann. Dies soll Aufschluss über die Entwicklung der Gewässer unter Einfluss von Xylit ermöglichen. Hinweise für die Praxis Aufgrund dieser neuen Erkenntnisse können hier als Fazit folgende Aussagen getroffen werden: Erste Versuche Xylit in der Wasserreinigung einzusetzen sind aufgrund der hohen Phosphatadsorption sehr vielversprechend. Allerdings müssen diese positiven Eigenschaften noch in der Praxis durch die laufenden Feldversuche bestätigt werden.