Biochar

A biochar egy módosítását a talaj eredő pirolízis a biomassza . A mezőgazdaságban a talaj minőségének, és ezáltal a termelékenységének javítására használják. Számos tanulmány is hangsúlyozta a biocar érdeklődését a globális felmelegedés elleni küzdelem iránt . Valóban, amikor a megújuló biomasszából, akkor ellensúlyozni az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását tárolja a talajban, a stabil elemi formában, a szén-dioxid a CO 2. a légkör.

Biochar különbözik a szén vagy a használata (például a műtrágya helyett, mint egy üzemanyag) és így, a környezeti hatások (úgy viselkedik, mint egy szén-mosogató helyett felszabadító CO 2 égés közben a légkörben).

Etimológia

A biochar szó egy angol neologizmus , amely a bio- ("organikus") előtagból és a char szóból áll , amely a szilárd tüzelőanyag pirolíziséből származó szilárd részt jelöli. Ezt a következőképpen kell lefordítani: mezőgazdasági célú szén . Kevésbé elterjedt, de kevésbé kétértelmű név az agrichar . Az elképzelés az, hogy ez egy szén, amelyet a talaj javítására vagy helyreállítására használnak, akár fából, akár fel nem használt növényi maradványokból származik.

A bioszén kifejezés , amelyet néha a bioszén megfelelőjeként használnak, helytelen. Valójában szinte minden szénnek , beleértve a kövületeket is, biológiai eredete van. Ezenkívül a bioszén inkább a szénre, egy egyszerű üzemanyagra utal.

Történelem

A XX .  Század végén a talajtudósok , régészek és ökológusok egy bizonyos, nagyon sötét és gazdag talajtípust tanulmányoztak az Amazonasban, és azt mondták, hogy az amazóniai sötét föld vagy az índio terra preta .

Felfedezték, hogy ez a talaj nem természetes, hanem az emberek által feldolgozott -800 és 500 között - ezért néha antroszolnak is nevezik . A Kolumbus előtti korszak amerikai indiánjai valóban használták volna (tudva vagy sem, a kérdés továbbra is vitatott) a talaj szénnel való dúsítását használják fel annak stabilitásának és termékenységének javítása érdekében. Különböző szerzők kimutatták, hogy a szén integrálása erősen erodált vagy erodálódó trópusi talajokba jelentősen javítja azok fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait.

A talajban lévő szénmaradványok molekuláris elemzése azt sugallja, hogy míg a szén egy része a tisztás során elégetett fából származik, egy másik, lényegesen jobban ábrázolt része a mezőgazdasági hulladék vagy a fa hiányos elégetéséből származik a kandallókban.

Amikor az európai telepesek először felfedezték ezeket a talajokat terra preta de índio-nak hívták .

Az elmúlt években a bioszén ismét felhasználásra került a trópusi országok mezőgazdasági talajainak javítására. A modern technikák lehetővé teszik a szén előállítását valamilyen pirolízis alkalmazásával , a biomasszát oxigén hiányában viszonylag magas hőmérsékletre hevítve speciális kemencékben.

Fő felhasználások

A talaj előnyei

A legújabb tudományos kísérletek azt sugallják, hogy a bioszén (különösen, ha szerves anyag hozzáadásával társul) sokféle trópusi talaj helyreállítását segítheti, még a nagyon savas és nagyon viharvert talajokat is. Így szerepet játszhat a trópusi erdők helyreállításában, ugyanakkor agronómiai szerepet is játszhat. A módosítás helyett (mivel tápanyag-tartalma nagyon szegény), a bioszén a talaj (újraszerkezõjeként) és esetleg katalizátorként viselkedne, még mindig kevéssé ismert cselekvési mechanizmusokon keresztül. A szerves anyagok aránya fontos szerepet játszik a talaj stabilitásában és termékenységében , különösen azok számára, akiknek nagyon kitett a trópusi eső. Úgy tűnik például, hogy képes javítani a gabonanövényeken, különösen az egyéb növényeken .

Manaus közelében ( Brazília ) a tudósok a közelmúltban tesztelték a szerves műtrágyák és a szén különböző arányú alkalmazását savas és nagyon viharvert talajok parcelláin, összehasonlítva őket a kontroll parcellákkal. A felhasznált faszenet egy helyi másodlagos erdő fáiból állították elő, majd legfeljebb 2 mm-es töredékekre zúzták  , a talajba 11 tonna / hektár (azaz 1,1 kg bioszén / m 2 adag)  beépítésével , ami megfelel a várható mértéke következő perjel-és égési termesztés az átlagos másodlagos erdő növekvő ferralitic talaj központi Amazónia. Tizenöt kombinációi módosítások vizsgáltunk, melyek mindegyike azonos mennyiségű szén (C), de különböző arányokban a baromfi trágya , komposzt , faszénnel vagy erdei hulladék . Ezeket a talajokat négy cikluson átesett rizs ( Oryza sativa L.) és cirok ( Sorghum bicolor L.) termesztésen . A tapasztalatok azt mutatják, hogy a rizoszférában (gyökérzónában) a tápanyagkészletek nagymértékben megnövelhetők , miközben csökkentik a tápanyagok talajból történő kimosódását és növelik a mezőgazdasági termelékenységet.

A faszén ezért jól megnöveli a talaj termékenységét , különösen, ha újabb tápanyagforrást adnak hozzá, de még mindig rosszul ismert mechanizmus révén. A szerzők feltételezik, hogy ez segít a másutt hozzáadott tápanyagok jobb rögzítésében , megakadályozva, hogy kimosódjanak (és ezért elveszjenek) a jelentős csapadéknak kitett talajokban és egyébként agyagban szegény talajokban .

A szerzők ezért arra a következtetésre jutottak, hogy a szerves anyagok és a bioszén együttes ellátása olyan talajt eredményezhet, amely utánozza a terra preta kedvező tulajdonságait .

Magyarázó feltevések

Más szempontok ( katalitikus vagy szinergikus ) is érintettek lehetnek, amelyeket a folyamatban lévő kutatások frissíthetnének.

Kortárs bioszén-termelés

Többféle kézműves és ipari termelés létezik együtt:

A bioszén előállítható szénporból is, amelyet körülbelül 20% agyaggal agglomerálnak .

Szénmegkötési potenciál

A bolygó talaja (reliktum természetes talaj + művelt talaj) manapság 3,3-szor több szenet tartalmaz, mint a légkör, azaz 4,5-szer többet, mint a szárazföldi növények és állatok biomasszája nem tartalmaz talajt, ami a talajt jó karja a szén tárolásának (lásd: a 4p1000 kezdeményezés is ). A természetes ökoszisztémák felszántása és tenyésztése során az ezekbe a talajokba befogott szén legnagyobb része CO 2 vagy metán , két üvegházhatású gáz vagy az alatta lévő szénsav formájában a légkörbe kerül . Évente több millió hektár természetes talajt művelnek, főleg erdőket, különösen bioüzemanyagok előállítására .

A bioszén és az általa képviselt terra preta több százezer éven át hozzájárulhat a növényi talajok (megművelt vagy erdős) szénmegkötéséhez .

A biokém nemcsak gazdagíthatja a talajt azáltal, hogy erőteljesen és fenntartható módon növeli a széntartalmat (150  g C / kg talaj, szemben a környező talajok 20-30  g C / kg-jával), de a bioszénnel dúsított talajok természetesen mélyebben fejlődnek; vannak, átlagosan több mint kétszer olyan mély, mint a környező talaj . Ezért az ezekben a talajokban tárolt összes szén nagyságrenddel magasabb lehet, mint a szomszédos talajok.

Az üvegházhatásúgáz-kibocsátás elleni küzdelem egyéb érdeke

Specifikus felületmérés

Továbbra is nehéz. Egy nemrégiben készült tanulmány (2018) szerint ennek a felületnek a mérésére rendelkezésre álló módszerek (ideértve a BET szabványt és a jódos módszert is ) nem megbízhatóak, különösen a nagyon statikus, nagyon finom és a valamivel több olajat tartalmazó bioüzemek esetében. . Ezenkívül a szerzők azt tapasztalták, hogy ez a fajlagos felület növekszik a bioszén vízbe merítésének időtartamával.

Egészségügyi szempontok és előnyök

Az ökotoxikológiai értékelés szempontjából úgy tűnik, hogy az előnyök meghaladják a hátrányokat, és kutatásokkal még tisztázni kell őket. A hátrányok közül meg kell említenünk a szén előállításakor keletkező kátrányokat és szén-monoxidot , amelyek szennyező anyagok, és mérgezőnek vagy rákkeltőnek bizonyultak. De ezt a negatív szempontot egyensúlyba kell hozni azzal a ténnyel, hogy a szén hozzájárul a víz méregtelenítéséhez, és a trágyával és a nem komposztált ürülékkel ellentétben a biocar eleve nem okoz problémát a kórokozók kórokozóinak bevezetésével . Ez különösen előnyös a friss zöldségfélék vagy a gyorsan növő növények esetében, amelyeket nyersen fogyasztanak ( retek , sárgarépa , saláták stb.) , Amelyeket jobb, ha nem érintkeznek trágyával a járványok és a zoonózis veszélyének korlátozása érdekében .

Korlátok és óvintézkedések

A bioszén használata bizonyos kockázatokat is jelenthet a víz, a levegő, a talaj, az egészség vagy a biológiai sokféleség szempontjából;

Ezért (a fent említett keretek között) ez egy helyben hasznos megoldás, amelyet egyre több kutató és agronómus ajánl (például talaj- helyreállítási terveknél ), de amely bizonyos esetekben negatív hatásokkal is járhat., Esetleg visszafordíthatatlan bizonyos talajokon. természetesen tápanyagban szegény és emiatt biológiai sokféleségben gazdag, különösen a ritka endemikus fajokat védő környezetekben . Az egyik legközvetlenebb és legelőnyösebb felhasználása annak lehetővé tétele, hogy az erdőirtás megállítása vagy lelassítása érdekében át lehessen váltani a perjel és az égetés mezőgazdaságról az ülőgazdálkodásra, amely a talaját kezeli és védi (a legapróbb talajon forgó ugarokkal együtt ). valamint a talajpusztulás az ENSZ és a FAO céljainak megfelelően .

Megjegyzések és hivatkozások

  1. Lehmann J, Campos CV, Macedo JLV, German L (2004) Szekvenciális frakcionálás és P-források az amazóniai sötét földekben. In: Glaser B, Woods WI (szerk.) Amazonas sötét földjei: felfedezés időben és térben. Springer Verlag, Berlin, p. 113–123
  2. Lima HN, Schaefer CER, Mello JWV, Gilkes RJ, Ker JC (2002) A nyugat-amazoniai „Terra Preta Anthrosols” („indiai fekete föld”) pedogenezise és kolumbia előtti földhasználata. Geoderma 110: 1–17 [1]
  3. Zech W, Haumaier L, HempXing R (1990) A talaj szerves anyagainak ökológiai vonatkozásai a trópusi földhasználatban. In: McCarthy P, Clapp C, Malcolm RL, Bloom PR (szerk.) Humikus anyagok a talaj- és növénytudományokban: válogatott olvasmányok. American Society of Agronomy, Madison, p. 187–202
  4. Glaser B, Lehmann J, Zech W (2002) A trópusi erősen mállott talajok fizikai és kémiai tulajdonságainak javítása szénnel: áttekintés. A talajok biológiája és termékenysége 35: 219–230. [2]
  5. Salamon D, Lehmann J, Thies J, Schäfer T, Liang B, Kinyangi J, Neves E, Petersen J, Luizão F, Skjemstad J (2007) A szerves C biokémiai újraszámításának molekuláris aláírása és forrásai az amazóniai sötét földekben. Geochimica és Cosmochimica Acta 71: 2285-2286. [3]
  6. Lehmann J (2007) Egy marék szén. Nature 447: 143
  7. Laird DA (2008) A szénvízió: win-win-win forgatókönyv a bioenergia egyszerre történő előállításához, a szén tartós megkötéséhez, a talaj és a víz minőségének javításához. Agronomy Journal 100: 178-181. [5]
  8. (in) [PDF] Luke Beesley, Eduardo Moreno-Jimenez, Jose L. Gomez-Eyles, Eva Harris, Tom Sizmur, "  A biochar potenciális szerepének áttekintése a szennyezett talajok helyreállításában, újratelepítésében és helyreállításában  " , Elsevier / Környezetszennyezés 2011
  9. Tiessen H, Cuevas E, Chacon P (1994) A talaj szerves anyagainak szerepe a talaj termékenységének fenntartásában. Nature 371: 783–785. [6]
  10. Miller SL (2017) Ősi gyakorlatok felhasználása a modern problémák megoldására: A bioszén hatása az einkorn búza és a talaj minőségére . Senior Honors Projects, 2010-aktuális. 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: megvalósítható alternatíva a talaj termékenységének kezeléséhez az Amazon középső részén? In: Talajtan: új valóságokkal szembesülni a 21. században, A 17. Talajtani Világkongresszus tranzakciói, Bangkok, Thaiföld, 2002. augusztus 14–21., Symposium Nr. 13, Paper Nr. 449, 12 pp. [7]
  12. Tryon EH (1948) A szén hatása az erdőtalajok bizonyos fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságaira. Ökológiai monográfiák 18: 81-115. [8]
  13. Bengtsson G, Bengtson P, Månsson KF (2003) Bruttó nitrogén mineralizációs, immobilizációs és nitrifikációs sebesség a talaj C / N arányának és a mikrobiális aktivitás függvényében. Talajbiológia és biokémia 35: 143–154. [9]
  14. Burger M, Jackson LE (2003) Az ammónium és a nitrát mikrobiális immobilizálása az ammóniás és nitrifikációs arányok vonatkozásában szerves és hagyományos növénytermesztési rendszerekben. Talajbiológia és biokémia 35: 29–36. [10]
  15. Steiner C, Teixeira WG, Lehmann J, Zech W (2004) Mikrobiális válasz nagyon viharvert talajok és amazóniai sötét földek szén-dioxid-változásaira Közép-Amazóniában: előzetes eredmények. In: Glaser B, Woods WI (szerk.) Amazonas sötét földjei: felfedezések térben és időben. Springer, Heidelberg, 195–212
  16. Ma JW, Wang FY, Huang ZH, Wang H (2010) A 2,4-diklór-fenol és a Cd egyidejű eltávolítása a talajokból elektrokinetikus helyreállítással, aktivált bambuszszénnel kombinálva. Journal of veszélyes anyagok 176: 715-720. [11]
  17. Sierra J, Noël C, Dufour L, Ozier-Lafontaine H, Welcker C, Desfontaines L (2003) A trópusi kukorica ásványi táplálkozása és növekedése a talaj savasságának hatására. Növény és talaj 252: 215–226 [12]
  18. Fageria NK, Baligar VC (2008) A trópusi oxiszolok talaj savasságának javítása a fenntartható növénytermesztés meszezésével. Agronómiai fejlődés: 99: 345–399 [13]
  19. Topoliantz S, Ponge JF, Ballof S (2005) Manióka héja és szén: a trópusi területek fenntartható talajtermékenységének lehetséges szerves módosítása. A talajok biológiája és termékenysége 41: 15–21 [14]
  20. Kreutzer K (2003) Az erdő meszezésének hatása a talajfolyamatokra. Növény és talaj 168: 447-470 [15]
  21. Brodowski S, Amelung W, Haumaier L, Zech W (2007) Fekete szén hozzájárulása a stabil humuszhoz a német szántókban. Geoderma 139: 220-228. [16]
  22. Keiluweit M, Nico PS, Johnson MG, Kleber M (2010) A növényi biomasszából származó fekete szén dinamikus molekuláris szerkezete (biochar). Környezettudomány és technológia 44: 1247-1253. [17]
  23. Duxbury JM, Smith MS, Doran JW, Jordan C, Szott L, Vance E (1989) A talaj szerves anyagai, mint növényi tápanyagok forrásai és mosogatói. In: Coleman DC, Oades JM, Uehara G (eds) A talaj szerves anyagainak dinamikája a trópusi ökoszisztémákban. University of Hawaii Press, Honolulu, 33–67
  24. Adam JC (2009) Továbbfejlesztett és környezetbarátabb szén előállítási rendszer, alacsony költségű retort kemence (Eco-szén) felhasználásával. Megújuló energia 8: 1923-1925. [18]
  25. Al-Kassir A, Ganan-Gomez J, Mohamad AA, Cuerda-Correa EM (2010) Parafa maradványokból származó energiatermelés vizsgálata: fűrészpor, csiszolópapír por és triturált fa. Energy 1: 382-386. [19]
  26. Christensen M, Rayamajhi S, Meilby H (2009) Az üzemanyag és a biodiverzitás problémáinak egyensúlya Nepál vidékén. Ökológiai modellezés 4: 522-532. [20]
  27. [21]
  28. Gaunt JL, Lehmann J (2008) A Biochar megkötésével és a pirolízis bioenergia előállításával kapcsolatos energiaegyensúly és kibocsátások . Környezettudomány és technológia 42: 4152-4158. [22]
  29. Lal R (2004) A talaj szénmegkötésének hatása a globális éghajlatváltozásra és az élelmezésbiztonságra. Science 304: 1623-1627. [23]
  30. [24]
  31. [25] , Lehmann, Johannes
  32. Lehmann J (2007) Bioenergia feketében. Határok az ökológiában és a környezetben 5: 381-387 [26]
  33. Winsley P (2007) Bioszén- és bioenergia-termelés az éghajlatváltozás mérsékléséhez. Új-Zéland Science Review 64: 5–10 [27]
  34. Kern DC (2006) Új Sötét Föld kísérlet Tailandia városában - Para-Brazília: Wim Sombroek álma. 18 -én a World Congress of Earth Sciences, Philadelphia, PA 9-15 július 2006.
  35. Rondon M, Lehmann J, Ramírez J, Hurtado M (2007) A közönséges babok (Phaseolus vulgaris L.) biológiai nitrogénkötése a bio-szén adalékokkal növekszik. Biológia és termékenység a talajban 43: 699-708. [28]
  36. Yanai Y, Toyota K, Okazaki M (2007) A szén hozzáadásának hatása a talaj N 2 O-kibocsátására, rövid távú laboratóriumi kísérletek során a levegőn szárított talaj átnedvesítése következtében. Talajtani és Növénytáplálkozási 53: 181-188. [29]
  37. Megújuló Anyagokat Kutató Központ (2018) 43 biokál fizikai-kémiai tulajdonságai , 2018. MÁRCIUS 1. TECHNIKAI JELENTÉS CRMR-2018-SA1, lásd 22/62. O. (4.2.2. Fizikai tulajdonságok)
  38. Samkutty PJ, Gough RH (2002) Tejipari feldolgozó szennyvíz szűrési kezelése. Journal of Environmental Science and Health , A. rész, Toxikus / veszélyes anyagok és környezettechnika 37: 195-199. [30]
  39. Qadeer, S., Anjum, M., Khalid, A., Waqas, M., Batool, A., & Mahmood, T. (2017). Párbeszéd a bioszén-alkalmazások perspektíváiról és környezeti kockázatairól . Víz, levegő és talajszennyezés, 228 (8), 281.
  40. Ponge JF, André J, Bernier N, Gallet C (1994) Természetes regeneráció, jelenlegi ismeretek: A lucfenyő esete Macot (Savoie) erdőjében. Revue forestière française 46: 25-45. [31]
  41. Hale, SE, Lehmann, J., Rutherford, D., Zimmerman, AR, Bachmann, RT, Shitumbanuma, V., ... & Cornelissen, G. (2012) A teljes és biológiailag elérhető policiklusos aromás szénhidrogének és dioxinok mennyiségi meghatározása bioszéneket . Környezettudomány és technológia, 46 (5), 2830-2838.
  42. Schatowitz B, Brandt G, Gafner F, Schlumpf E, Bühler R, Hasler P, Nussbaumer T (1994) Faégésből származó dioxin-kibocsátás . Chemosphere 29: 2005-2013. [32]

Lásd is

Bibliográfia

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek