Biochar

Biouhel je změna z půdy vyplývající z pyrolýzy z biomasy . Používá se v zemědělství ke zvýšení kvality půdy, a tím i její produktivity. Mnoho studií také zdůraznilo zájem biouhlu v boji proti globálnímu oteplování . Když se vyrábí z obnovitelné biomasy, může kompenzovat emise skleníkových plynů tím, že v půdě ukládá ve své stabilní elementární formě uhlík z CO 2. atmosféry.

Biouhel se od uhlí liší tím, že se používá (jako hnojivo, nikoli jako palivo), a tedy dopadem na životní prostředí (působí spíše jako uhlík než uvolňuje CO 2 v atmosféře během spalování).

Etymologie

Slovo biochar je anglický neologismus složený z předpony bio- („organický“) a slova char , které označuje tuhou část, která je výsledkem pyrolýzy tuhého paliva. Musí být přeloženo jako: dřevěné uhlí pro zemědělské použití . Méně časté, ale méně nejednoznačné jméno je agrichar . Myšlenka je, že se jedná o dřevěné uhlí používané ke zlepšení nebo obnově půdy, ať už pochází ze dřeva nebo z nevyužitých rostlinných zbytků.

Termín biouhel , někdy používaný jako ekvivalent biouhlu , je nesprávný. Skutečně téměř všechny uhlí , včetně fosilních, mají biologický původ. Navíc biouhel odkazuje spíše na dřevěné uhlí, jednoduché palivo.

Dějiny

Na konci XX th  století a půdní vědci , archeologové a ekologové studoval konkrétní typ půdy, velmi temný a bohatý, nalezený v Amazonii a řekl Amazonská tmavá země nebo terra preta z Indio .

Zjistili, že tato půda nebyla přirozená, ale byla zpracována lidmi mezi -800 a 500 - proto se jí někdy říká anthrosol . Na Amerindians z pre- Columbian éra by skutečně použity (vědomě či nikoliv, zůstává otázka diskutována) obohacení půdy v uhlí ke zlepšení jeho stability a její úrodnosti. Různí autoři prokázali, že zabudování uhlí do silně erodovaných nebo erodovatelných tropických půd výrazně zlepšuje jejich fyzikální, chemické a biologické vlastnosti.

Molekulární analýza zbytků dřevěného uhlí v půdě naznačuje, že zatímco část uhlíku pocházela ze dřeva spáleného při čištění, další část, výrazně lépe zastoupená do hloubky, pocházela z neúplného spalování zemědělského odpadu nebo dřeva v krbech.

Když je poprvé objevili evropští osadníci, tyto půdy se nazývaly terra preta de índio .

V posledních letech se biouhel znovu používá ke zlepšení zemědělské půdy v různých tropických zemích. Moderní techniky umožňují, aby se toto dřevěné uhlí vyrábělo pomocí určité formy pyrolýzy zahříváním biomasy na relativně vysokou teplotu v nepřítomnosti kyslíku ve speciálních pecích.

Hlavní použití

Výhody pro půdy

Nedávné vědecké experimenty naznačují, že biouhel (zejména pokud je spojen s přídavkem organické hmoty) může pomoci obnovit mnoho druhů tropických půd, dokonce i velmi kyselých a velmi zvětralých. Mohlo by tak hrát roli při obnově tropických lesů, ale také roli agronomickou. Spíše než pozměňovací návrh (protože je velmi chudý na živiny) by se biouhel choval jako (re) strukturátor půdy a možná jako katalyzátor , prostřednictvím mechanismů působení, které jsou stále špatně pochopeny. Míra organické hmoty hraje důležitou roli ve stabilitě a úrodnosti půd, zejména pro ty, které jsou silně vystaveny tropickým dešťům. Zdá se, že je například schopen zlepšit obilniny, zejména jiné plodiny .

V blízkosti Manaus ( Brazílie ) vědci nedávno testovali kombinovanou aplikaci organických hnojiv a dřevěného uhlí v různých poměrech na pozemky kyselých a velmi zvětralých půd a porovnali je s kontrolními pozemky. Použité dřevěné uhlí bylo vyrobeno ze stromů v místním sekundárním lese, poté rozdrceno na úlomky maximálně 2  mm a zapracováno do půdy v množství 11 tun na hektar (tj. Dávka 1,1  kg biouhlu na m 2 ), což odpovídá na očekávanou míru po kultivaci sekáním a spálením v průměrném sekundárním lese rostoucím na ferralitické půdě ve střední Amazonii. Patnáct kombinace změn byly testovány, z nichž každý poskytuje stejné množství uhlíku (C), ale s různými podíly z drůbežího hnoje , kompost , uhlí nebo lesní vrhu . Tyto půdy poté prošly čtyřmi cykly pěstování rýže ( Oryza sativa L.) a čiroku ( Sorghum bicolor L.). Zkušenosti ukazují, že zásoby živin v rhizosféře (kořenové zóně) lze výrazně zvýšit , a to při současném snížení vyplavování živin z půdy a zvýšení produktivity zemědělství.

Dřevěné uhlí proto dobře zvyšuje úrodnost půdy, zejména pokud je přidán jiný zdroj živin, ale mechanismem, který je stále špatně pochopen. Autoři předpokládají, že pomáhá lépe fixovat živiny přidané jinde tím, že brání jejich vyluhování (a tedy ztrátě) v půdách vystavených výrazným srážkám a jinak chudým na jíl .

Autoři proto dospěli k závěru, že kombinovaný přísun organické hmoty a biouhlu by mohl vytvořit půdu napodobující příznivé vlastnosti terra preta .

Vysvětlující předpoklady

Mohou být zahrnuty i další aspekty ( katalytické nebo synergické ), které by mohly být aktualizovány probíhajícím výzkumem.

Současná výroba biouhlu

Existuje několik druhů řemeslné a průmyslové výroby:

Biouhel může být také vyroben z dřevěného uhlí a poté aglomerován s asi 20% jílu .

Potenciál sekvestrace uhlíku

Půdy planety (reliktní přírodní půdy + kultivované půdy) dnes obsahují 3,3krát více uhlíku než atmosféra, tj. 4,5krát více než neobsahuje biomasa suchozemských rostlin a živočichů. Půda, díky níž je půda dobrou pákou pro ukládání uhlíku (viz také iniciativa 4p1000 ). Při orbě a kultivaci přírodních ekosystémů se většina uhlíku zachyceného v těchto půdách uvolňuje do atmosféry ve formě CO 2 nebo metanu , dvou skleníkových plynů nebo do vody pod vodou ve formě kyseliny uhličité . Každý rok se obdělávají miliony hektarů přírodních půd, zejména lesů, zejména pro výrobu biopaliv .

Biouhel a terra preta, které může tvořit, mohou přispívat k sekvestraci uhlíku ve vegetovaných půdách (kultivovaných nebo zalesněných) po stovky tisíc let.

Nejen, že biouhel může obohatit půdy silným a udržitelným zvýšením obsahu uhlíku (150  g C / kg půdy ve srovnání s 20 - 30  g C / kg v okolních půdách), ale půdy obohacené o biouhel se přirozeně rozvíjejí hlouběji; jsou v průměru více než dvakrát tak hluboké než okolní půdy . Celkový uhlík uložený v těchto půdách proto může být řádově vyšší než sousední půdy.

Další zájem o boj proti emisím skleníkových plynů

Specifické měření povrchu

Zůstává to obtížné. Podle nedávné studie (2018) nejsou dostupné metody měření této povrchové plochy (včetně standardu BET a jodové metody ) spolehlivé, zejména pro velmi statické biouhly, velmi jemné biouhly a ty, které obsahují o něco více oleje než ostatní . Autoři navíc zjistili, že tento specifický povrch se zvyšuje s dobou ponoření biouhlu do vody.

Zdravotní aspekty a výhody

Pokud jde o ekotoxikologické hodnocení, zdá se, že výhody převažují nad nevýhodami a je třeba je ještě objasnit výzkumem. Mezi nevýhody je třeba uvést dehty a oxid uhelnatý produkovaný při výrobě dřevěného uhlí, což jsou znečišťující látky a toxické nebo známé karcinogeny. Ale to negativum má být v rovnováze s tím, že dřevěné uhlí pomáhá detoxikaci vodu a na rozdíl od hnoje a trusu non kompostovat , Biouhel pozicích apriori bez problémů na zavedení zárodků patogeny . To je zvláště výhodné pro plodiny čerstvé zeleniny nebo rychle rostoucí rostliny, které se konzumují syrové ( ředkvičky , mrkev , saláty atd.), Že je lepší nekontaktovat přímý kontakt s hnojem, aby se omezily epidemie a zoonotické riziko .

Limity a bezpečnostní opatření

Použití biouhlu může také představovat určitá rizika pro vodu, ovzduší, půdu, zdraví nebo biologickou rozmanitost;

Jedná se tedy (v rámci výše zmíněných mezí) o lokálně užitečné řešení doporučované rostoucím počtem výzkumníků a agronomů (například pro plány obnovy půdy), které by však v některých případech mohlo mít i negativní dopady, na určité půdy možná nevratné přirozeně chudé na živiny a z tohoto důvodu bohaté na biologickou rozmanitost, zejména prostředí chránící vzácné endemické druhy. Jedním z nejbezprostřednějších a nejvýhodnějších způsobů využití je umožnit přechod ze sekání a spalování na sedavější zemědělství, které spravuje a chrání své půdy (ve spojení s rotujícími ladem na nejkřehčích půdách), aby zastavil nebo zpomalil odlesňování a degradace půdy v souladu s cíli OSN a FAO .

Poznámky a odkazy

  1. Lehmann J, Campos CV, Macedo JLV, German L (2004) Sekvenční frakcionace a zdroje P v amazonských temných zemích. In: Glaser B, Woods WI (eds) Amazonian Dark Earths: exploration in time and space. Springer Verlag, Berlín, str. 113–123
  2. Lima HN, Schaefer CER, Mello JWV, Gilkes RJ, Ker JC (2002) Pedogeneze a předkolumbovské využívání půdy „Terra Preta Anthrosols“ („indická černá země“) západní Amazonie. Geoderma 110: 1–17 [1]
  3. Zech W, Haumaier L, HempXing R (1990) Ekologické aspekty půdní organické hmoty v tropickém využívání půdy. In: McCarthy P, Clapp C, Malcolm RL, Bloom PR (eds) Huminové látky ve vědách o půdě a plodinách: vybraná čtení. American Society of Agronomy, Madison, str. 187–202
  4. Glaser B, Lehmann J, Zech W (2002) Zlepšení fyzikálních a chemických vlastností vysoce zvětralých půd v tropech dřevěným uhlím: přehled. Biologie a plodnost půd 35: 219–230. [2]
  5. Solomon D, Lehmann J, Thies J, Schäfer T, Liang B, Kinyangi J, Neves E, Petersen J, Luizão F, Skjemstad J (2007) Molekulární podpis a zdroje biochemické vzpoury organického C v amazonských temných zemích. Geochimica a Cosmochimica Acta 71: 2285-2286. [3]
  6. Lehmann J (2007) Hrst uhlíku. Nature 447: 143
  7. Laird DA (2008) Vize dřevěného uhlí: scénář „win-win-win“ pro současnou výrobu bioenergie, trvalé zachycování uhlíku a současně zlepšování kvality půdy a vody. Agronomy Journal 100: 178-181. [5]
  8. (in) [PDF] Luke Beesley, Eduardo Moreno-Jimenez, Jose L. Gomez-Eyles, Eva Harris, Tom Sizmur, „  Přehled potenciální role biouhlu při sanaci, obnově a obnově kontaminovaných půd  “ , Elsevier / Znečištění životního prostředí 2011
  9. Tiessen H, Cuevas E, Chacon P (1994) Úloha půdní organické hmoty při udržování úrodnosti půdy. Nature 371: 783–785. [6]
  10. Miller SL (2017) Využívání starodávných postupů k řešení moderních problémů: Vliv biouhlu na pšenici einkorn a kvalitu půdy . Senior Honors Projects, 2010-aktuální. 293. https://commons.lib.jmu.edu/honors201019
  11. Lehmann J, da Silva JP Jr, Rondon M, Cravo MdS, Greenwood J, Nehls T, Steiner C, Glaser B (2002) Slash and char: proveditelná alternativa pro správu úrodnosti půdy v centrální Amazonii? In: Soil science: confronting new realities in the 21st century, Transactions of the 17. World Congress of Soil Science, Bangkok, Thailand, 14-21 August 2002, Symposium Nr 13, Paper Nr 449, 12 pp. [7]
  12. Tryon EH (1948) Vliv dřevěného uhlí na určité fyzikální, chemické a biologické vlastnosti lesních půd. Ekologické monografie 18: 81-115. [8]
  13. Bengtsson G, Bengtson P, Månsson KF (2003) Hrubá mineralizace dusíku, imobilizace a rychlost nitrifikace jako funkce poměru C / N v půdě a mikrobiální aktivity. Půdní biologie a biochemie 35: 143–154. [9]
  14. Burger M, Jackson LE (2003) Mikrobiální imobilizace amonia a dusičnanu ve vztahu k rychlosti amonifikace a nitrifikace v organických a konvenčních systémech pěstování. Půdní biologie a biochemie 35: 29–36. [10]
  15. Steiner C, Teixeira WG, Lehmann J, Zech W (2004) Mikrobiální reakce na uhlíkové úpravy vysoce zvětralých půd a amazonských temných zemin ve střední Amazonii: předběžné výsledky. In: Glaser B, Woods WI (eds) Amazonian Dark Earths: explorations in space and time. Springer, Heidelberg, str. 195–212
  16. Ma JW, Wang FY, Huang ZH, Wang H (2010) Současné odstranění 2,4-dichlorfenolu a Cd z půd elektrokinetickou sanací v kombinaci s aktivním bambusovým uhlím. Journal of Hazardous Materials 176: 715-720. [11]
  17. Sierra J, Noël C, Dufour L, Ozier-Lafontaine H, Welcker C, Desfontaines L (2003) Minerální výživa a růst tropické kukuřice ovlivněné kyselostí půdy. Plant and Soil 252: 215–226 [12]
  18. Fageria NK, Baligar VC (2008) Zlepšení kyselosti půdy tropických oxisolů vápněním pro udržitelnou produkci plodin. Advances in Agronomy 99: 345–399 [13]
  19. Topoliantz S, Ponge JF, Ballof S (2005) Šupka a dřevěné uhlí z manioku: potenciální organická změna pro udržitelnou úrodnost půdy v tropech. Biologie a plodnost půd 41: 15–21 [14]
  20. Kreutzer K (2003) Účinky vápnění lesa na půdní procesy. Plant and Soil 168: 447-470 [15]
  21. Brodowski S, Amelung W, Haumaier L, Zech W (2007) Příspěvek černého uhlíku ke stabilnímu humusu v německých orných půdách. Geoderma 139: 220-228. [16]
  22. Keiluweit M, Nico PS, Johnson MG, Kleber M (2010) Dynamická molekulární struktura černého uhlíku odvozeného z rostlinné biomasy (biochar). Environmental Science and Technology 44: 1247-1253. [17]
  23. Duxbury JM, Smith MS, Doran JW, Jordan C, Szott L, Vance E (1989) Půdní organická hmota jako zdroj a záchyt rostlinných živin. In: Coleman DC, Oades JM, Uehara G (eds) Dynamika půdní organické hmoty v tropických ekosystémech. University of Hawaii Press, Honolulu, s. 33–67
  24. Adam JC (2009) Vylepšený a ekologičtější systém výroby dřevěného uhlí pomocí nízkonákladové retortové pece (Eco-charcoal). Obnovitelná energie 8: 1923-1925. [18]
  25. Al-Kassir A, Ganan-Gomez J, Mohamad AA, Cuerda-Correa EM (2010) Studie výroby energie ze zbytků korku: piliny, prach z brusného papíru a triturované dřevo. Energie 1: 382-386. [19]
  26. Christensen M, Rayamajhi S, Meilby H (2009) Vyvažování palivového dřeva a obav o biodiverzitu ve venkovských Nepálech. Ekologické modelování 4: 522-532. [20]
  27. [21]
  28. Gaunt JL, Lehmann J (2008) Energetická bilance a emise spojené se sekvestrací biocharů a výrobou bioenergie pyrolýzou. Věda o životním prostředí a technologie 42: 4152-4158. [22]
  29. Lal R (2004) Dopady sekvestrace uhlíku v půdě na globální změnu klimatu a bezpečnost potravin. Science 304: 1623-1627. [23]
  30. [24]
  31. [25] , Lehmann, Johannes
  32. Lehmann J (2007) Bioenergie v černé barvě. Frontiers in Ecology and the Environment 5: 381-387 [26]
  33. Winsley P (2007) Biouhel a výroba bioenergie pro zmírnění změny klimatu. New Zealand Science Review 64: 5-10 [27]
  34. Kern DC (2006) Nový experiment temné Země ve městě Tailandia - Para-Brazílie: sen Wima Sombroeka. 18 th World Congress of Earth Sciences, Philadelphia, PA, 9-15 července 2006.
  35. Rondon M, Lehmann J, Ramírez J, Hurtado M (2007) Biologická fixace dusíku obyčejnými fazolemi (Phaseolus vulgaris L.) se zvyšuje s přídavkem biologického uhlí. Biology and Fertility in Soils 43: 699-708. [28]
  36. Yanai Y, Toyota K, Okazaki M (2007) Účinky přidávání aktivního uhlí na emise N 2 O z půdy vyplývající z opětovného navlhčení půdy vysušené na vzduchu v krátkodobých laboratorních experimentech. Věda o půdě a výživa rostlin 53: 181-188. [29]
  37. Centrum pro výzkum obnovitelných materiálů (2018) Fyzikálně-chemické vlastnosti 43 biouhelů 1. BŘEZNA 2018 TECHNICKÁ ZPRÁVA CRMR-2018-SA1 viz str. 22/62 (kap. 4.2.2. Fyzikální vlastnosti)
  38. Samkutty PJ, Gough RH (2002) Filtrační čištění odpadních vod na zpracování mléka. Journal of Environmental Science and Health , Part A, Toxic / Hazardous Substances and Environmental Engineering 37: 195-199. [30]
  39. Qadeer, S., Anjum, M., Khalid, A., Waqas, M., Batool, A., & Mahmood, T. (2017). Dialog o perspektivách použití biouhel a jeho environmentálních rizicích . Znečištění vodou, vzduchem a půdou, 228 (8), 281.
  40. Ponge JF, André J, Bernier N, Gallet C (1994) Přírodní regenerace, současné poznatky: případ smrku v lese Macot (Savojsko). Revue forestière française 46: 25-45. [31]
  41. Hale, SE, Lehmann, J., Rutherford, D., Zimmerman, AR, Bachmann, RT, Shitumbanuma, V., ... & Cornelissen, G. (2012) Kvantifikace celkových a biologicky dostupných polycyklických aromatických uhlovodíků a dioxinů v biouhly . Věda a technologie v oblasti životního prostředí, 46 (5), 2830-2838.
  42. Schatowitz B, Brandt G, Gafner F, Schlumpf E, Bühler R, Hasler P Nussbaumer T (1994) emisí dioxinů ze spalování dřeva . Chemosphere 29: 2005-2013. [32]

Podívejte se také

Bibliografie

Související články

externí odkazy