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Valuing wastes
an integrated system analysis of bioenergy, ecological sanitation, and soil fertility management in smallholder farming in Karagwe, Tanzania
Krause, Ariane
My dissertation had as its starting point the intention of two Tanzanian farmer's initiatives and their German partners to disseminate sustainable cooking and sanitation technologies to smallholder households in Karagwe District, in northwest Tanzania (TZ). These locally developed and adapted technologies include improved cook stoves, such as microgasifiers, and a system combining biogas digesters and burners for cooking, as well as urine-diverting dry toilets and thermal sterilization/pasteurization for ecological sanitation (EcoSan). Currently, the most common combination of technologies used for cooking and sanitation in Karagwe smallholdings is a three-stone fire and pit latrine. Switching to the new alternatives could potentially lead to (i) optimized resource consumption, (ii) lower environmental emissions, and (iii) a higher availability of domestic residues for soil fertility management. The latter include biogas slurry from anaerobic digestion, powdery biochar from microgasifiers, and sanitized human excreta from EcoSan facilities. These residues are `locally available resources' that can be used for on-farm material cycling. Using TZ as an example and local initiatives as case studies, I have examined the triple nexus of `energy-sanitation-agriculture' with an interdispicplinary multi-method approach.
Empirically and analytically, my results shed light on agronomic potentials of an intersectional resource management for circular economies and on values of material cycling in smallholder farming systems as well as on weak points in the system, from both ecological and socio-economic perspectives. As one example, I demonstrated that all the treatments analyzed could enhance crop productivity up to 400 % in a short-term experiment on the local Andosol. [Please see longer Abstract in my thesis for the summary of more results.]
Ultimately, I conclude that a particularly promising way of implementing an intersectional resource management around the nexus energy-sanitation-agriculture is the combination of using microgasifiers for cooking and implementing EcoSan, in addition to the combined recycling of biochar and sanitized excreta in `CaSa-compost'. This approach can achieve multiple goals including: (i) increase access to fertilizers, (ii) decrease nutrient depletion and acidification of soils, (iii) increase food production and farm income, (iv) reduce resource consumption, and (v) reduce environmental impacts, like global warming or eutrophication. For many smallholder farmers in Sub-Saharan Africa, this practical approach thus represents a viable exit strategy from the vicious circle of soil acidity and P-scarcity leading to insufficient production of food crops, which in turn leads to insufficient production of residual matter for soil fertility management and improvement.
Ausgangspunkt meiner Dissertation war das Vorhaben zweier tansanischer Initiativen und ihrer deutschen Partner*innen, nachhaltige Koch- und Sanitärtechnologien für kleinbäuerliche Haushalte im Bezirk Karagwe im Nordwesten Tansanias zu verbreiten. Die vor Ort entwickelten und an die lokalen Bedingungen angepassten Technologien umfassen verbesserte Herde, wie Mikrovergaser, und ein System aus Kleinst-Biogas-Anlage und -Kocher, sowie einen Ansatz zur ökologischen Sanitärversorgung (ecological sanitation, EcoSan) als Kombination aus Trockentrenntoilette mit thermischer Hygienisierung der Fäkalien. Die aktuell üblichste Kombination von Koch- und Sanitär-Technologien in kleinbäuerlichen Haushalten in Karagwe ist Drei-Stein-Feuer und Gruben-Latrine. Ein Technologiewechsel hin zu den neuen Alternativen führt potenziell zu (i) einer optimierten Ressourcennutzung, (ii) niedrigeren Emissionen in die Umwelt und (iii) einer höheren Verfügbarkeit von Reststoffen in den Haushalten und auf der Farm. Zu diesen Reststoffen gehören Gärreste aus der anaerober Fermentation, pulverige Biokohle aus Mikrovergasern und pasteurisierte menschliche Fäkalien aus EcoSan-Anlagen. Diese „lokal verfügbaren Ressourcen“ können für den Aufbau einer landwirtschaftlichen Kreislaufwirtschaft genutzt werden. In meiner Arbeit habe ich mit einem interdisziplinären Mehr-Methoden-Ansatz die Verflechtung von „Energiebereitstellung-Sanitärversorgung-Landwirtschaft“ am Beispiel kleinbäuerliche Haushalte in Tansania betrachtet. Die Projekte in Karagwe dienten mir dabei als Fallstudien.
Meine Ergebnisse beleuchten auf empirische und analytische Weise die agronomischen Potenziale eines Sektoren übergreifenden Ressourcenmanagement für Kreislaufwirtschaften, den Wert von Stoffkreisläufen in kleinbäuerlichen Systemen sowie Schwachstellen im System aus ökologischer und sozio-ökonomischer Perspektive. Als nur ein Beispiel, konnte ich im Kurzzeit-Feldversuch zeigen, dass die untersuchten Dünge-Verfahren die Pflanzenproduktivität um bis zu 400 % verbessern können. [Eine weitere Zusammenfassung meiner Ergebnisse findet sich im Abstract zu Beginn der Arbeit.]
Schlussendlich ist eine Kern-Schlussfolgerung meiner Arbeit, dass besonders die Kombination aus Mikrovergaser zum Kochen und EcoSan, gekoppelt mit der konsequenten und gemeinsamen Rückführung von Biokohle und hygienisierten menschlichen Fäkalien in „CaSa-Komposts“, ein vielversprechendes, Sektoren-übergreifenden Ressourcenmanagement darstellt. Mit diesem Ansatz können gleichzeitig mehrere Ziele erreicht werden, nämlich: (i) Verbesserung des Zugangs zu Dünger durch Eigenproduktion, (ii) Sanierung der ausgelaugten und versauerten Böden, (iii) positiver Beitrag zur Ernährungssouveränität und Einkommensgrundlage der Kleinbauer*innen, (iv) Senkung des Ressourcenverbrauchs, und (v) Reduktion der negativen Umweltwirkungen wie Treibhausgasemissionen und Eutrophierung. Dieser praktische Ansatz ist daher eine geeignete Strategie, um einen Teufelskreis zu durchbrechen, in dem sich viele Kleinbauer*innen in Afrika südlich der Sahara befinden. Dabei führen Bodenversauerung und P-Knappheit zu einer unzureichenden Produktion von Nahrungsmitteln, und somit auch zu einer unzureichenden Produktion von pflanzlichen Reststoffen, welche wiederum zum Erhalt bzw. zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit benötigt werden.
