Biocărbunele (biochar) este un produs asemănător cărbunelui, dar care nu conține petrol. Se obține prin încălzirea biomasei, cum ar fi reziduurile de culturi erbacee sau lemnoase, cherestea și resturile vegetale nerecuperabile sau gunoiul de grajd, într-un sistem izolat.
Există multe utilizări potențiale pentru biocărbune, inclusiv la tratarea apei, remedierea terenurilor și sechestrarea carbonului. Biocărbunele poate fi, de asemenea, utilizat la îmbunătățirea solurilor în două scopuri: pentru a îmbunătăți sănătatea plantelor și pentru stocarea carbonului.
Se preconizează că cel puțin 50% din carbonul din orice deșeu transformat în biocărbune devine stabil, blocând acel carbon pentru o perioadă de până la câteva sute de ani, compensând astfel contribuția sa ca gaz cu efect de seră sub formă de dioxid de carbon.
Originile biocărbunelui
Deși biocărbunele este în prezent un subiect fierbinte, în special în agricultură, acesta are rădăcini străvechi. Se crede că în Amazon porțiuni de sol au fost îmbunătățite sau mulcite cu deșeuri de cărbune din vetrele indiene precolumbiene de acum mii de ani. Aceste soluri, cunoscute sub numele de „terra preta” (pământ întunecat), sunt închise la culoare, lutoase și fertile.
Johannes Lehmann, de la Universitatea Cornell (2003), a arătat că solurile „terra preta” au o disponibilitate mai mare a nutrienților, o capacitate mai mare de schimb cationic, o retenție mai mare a apei și o porozitate/aerare mai mare decât solul nativ, ceea ce a dus la o îmbunătățire a culturilor.
Rezultatele lui Lehmann au alimentat sute de studii pentru a reproduce efectul „terra preta” prin utilizarea biocărbunelui ca adjuvant pentru sol. Testele efectuate atât pe soluri agricole, cât și pe plante în ghiveci au arătat rezultate în mare parte pozitive, cu constatări similare cu cele ale lui Lehmann după o singură aplicare. Alternativ, unele studii asupra culturilor au arătat efecte neutre sau opuse, în care creșterea plantelor nu este influențată sau este chiar afectată.
Deși oamenii de știință au constatat că efectele biocărbunelui variază foarte mult, sunt necesare mai multe cercetări pentru a cuantifica corect efectele aplicării biocărbunelui în diferite climate și sisteme agricole de cultură.
Cum este produs biocărbunele
Biocărbunele este creat în timpul unui proces numit piroliză, care este o reacție determinată de căldură (350-700°C) în care biomasa ce conține carbon („materia primă”) este descompusă în diverse componente. Reacția de piroliză necesită foarte puțin oxigen, prin urmare, materialul nu arde, iar emisiile sunt controlate.
Biomasa se descompune în molecule mai mici de gaz și solide. Când sunt răcite, unele gaze se condensează pentru a deveni biocombustibil, în timp ce restul rămâne în formă de gaz (gaz de sinteză). Solidul (în principal porțiunea de lignină a biomasei) devine biocărbune.
Mai mult biocombustibil este creat în timpul „pirolizei rapide”, unde rata de încălzire a pirolizei este mare, iar materia primă inițială este fin măcinată. În schimb, în timpul „pirolizei lente”, care utilizează rate de încălzire mai lungi și mai lente și bucăți mai mari de materie primă, se formează mai mult biocărbune.
Pentru ca reacția de piroliză să aibă loc, este necesară o sursă de căldură, iar o parte din produsele finite obținute din piroliză sunt utilizate din nou ca sursă de căldură, creând astfel un sistem sustenabil.
Reactoarele de piroliză mari și permanente care produc biocărbune, petrol și gaz de sinteză procesează o sursă constantă de peste 100 de tone de biomasă pe zi. Unitățile mobile de piroliză pot procesa până la 50 de tone de biomasă pe zi și pot fi mutate la sursa de biomasă. Sobe mici de piroliză pot fi achiziționate sau fabricate manual pentru a crea doar biocărbune.
Pentru producția sustenabilă de biocărbune, se utilizează doar produse de biomasă reziduală. Acestea includ reziduuri de culturi, lemn nevandabil și deșeuri de lemn, gunoi de grajd, deșeuri solide, culturi nealimentare, resturi de la construcții, resturi de grădină, deșeuri lactate sau iarbă.
Atunci când se dorește obținerea de biocărbune ca produs final, materia primă trebuie să aibă un conținut ridicat de lignină, așa cum sunt materiale lemnoase sau cojile de nuci. Biomasa cu conținut scăzut de lignină, cum ar fi paiele de grâu, produce o cantitate mică de biocărbune.
Biocărbunele ca adjuvant al solului
Caracteristicile biocărbunelui variază semnificativ în funcție de tipul de materie primă și de temperatura de piroliză. În general, biocărbunele are un pH alcalin, este poros, conține carbon fixat și disponibil și poate conține anumiți nutrienți.
Conținutul în nutrienți al cărbunelui este neglijabil pentru creșterea plantelor, dar capacitatea sa ridicată de schimb cationic îmbunătățește efectele aplicării îngrășămintelor. Cea mai importantă caracteristică pentru îmbunătățirea proprietăților solului (cum ar fi capacitatea de adsorbție și retenția apei) este porozitatea și suprafața biocărbunelui.
Proprietățile biocărbunelui determină aplicațiile sale în sol, iar un anumit biocărbune poate să nu fie adaptat la toate tipurile de soluri. Prin urmare, optimizarea biocărbunelui pentru o anumită aplicație poate necesita selectarea anumitor materii prime și a temperaturii de piroliză. Iată câteva exemple:
- Gunoiul de grajd: conținut mai mare de nutrienți și capacitate de schimb cationic, conductivitate electrică mai mare (poate crește concentrația de sare din sol), conținut scăzut de carbon;
- Reziduurile de culturi și iarba: conținut mai mare de potasiu, porozitate mai mică, conținut mai mare de carbon;
- Deșeurile de lemn: conținut mai mare de carbon fixat și, prin urmare, mai stabil, porozitate mai mare și, prin urmare, retenție mai mare a apei; biocărbunele din lemnul de conifere are un pH mai mic și este mai potrivit pentru solurile alcaline;
- Temperaturile de piroliză mai ridicate (500°C – 650°C): cantitate mai mare de micropori (mai bun pentru adsorbția substanțelor toxice și reabilitarea solului), pH mai ridicat, conținut mineral mai mare, capacitate de schimb cationic mai mică;
- Temperaturile de piroliză mai scăzute (350°C – 500°C): carbon mai biodegradabil de către microorganismele din sol, capacitate de schimb cationic mai mare.
Sursa: Utah State University