Βιοεξανθράκωμα/ βιοάνθρακας/ βιοκάρβουνο/ biochar: Ένα Ευέλικτο Υλικό
- envinow.gr
- πριν από 5 ώρες
- διαβάστηκε 4 λεπτά
Από τις αρχαίες καλλιέργειες του Αμαζονίου έως τις παραδοσιακές γεωργικές πρακτικές στην Ασία, οι άνθρωποι παρατήρησαν ότι τα υπολείμματα καύσης οργανικής ύλης μπορούσαν να ενισχύσουν τη γονιμότητα των εδαφών και να βελτιώσουν τη συγκράτηση νερού [1][2]. Έτσι, από την έντονη προσθήκη ανθρακούχων οργανικών υπολειμμάτων δημιουργήθηκαν και οι λεγόμενες «terra preta» περιοχές γύρω από τον Αμαζόνιο [3]. Στην Ελλάδα, το ίδιο υλικό είναι γνωστό σε κάποιους παραγωγούς ως βιοκάρβουνο, ενώ μια πιο επίσημη ονομασία είναι βιοεξανθράκωμα/biochar.
Τι είναι όμως το biochar; Το biochar αποτελεί ένα στερεό, πορώδες, ανθρακούχο υλικό που προκύπτει από τη θερμική αποσύνθεση οργανικής βιομάζας υπό συνθήκες περιορισμένου οξυγόνου, διαδικασία γνωστή ως πυρόλυση [4]. Ως πρώτη ύλη- βιομάζα για την παραγωγή biochar μπορούν να χρησιμοποιηθούν γεωργικά υπολείμματα, ξυλώδη απόβλητα, ζωικά υπολείμματα, ενεργειακές καλλιέργειες ή ακόμη και βιομηχανικά και αστικά βιο-απόβλητα, ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα [5]. Και εδώ έγκειται το πρώτο μεγάλο πλεονέκτημα του biochar: ότι η παρασκευή του έχει μικρό κόστος μιας και προέρχεται από απόβλητα, ενώ ταυτόχρονα η παραγωγή του αποτελεί μια μέθοδο αξιοποίησης αποβλήτων [6].
Κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης (300–900°C), πραγματοποιούνται, λόγω έντονης θέρμανσης, περιπλοκές και πολυποίκιλες αντιδράσεις σύνθεσης και αποδόμησης, όπου η οργανική ύλη υφίσταται σημαντικές χημικές μετατροπές, οδηγώντας στη δημιουργία ενός νέου υλικού πλούσιου σε άνθρακα σταθερής δομής με πορώδη χαρακτηριστικά [4]. Πιο συγκεκριμένα, τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της βιομάζας όσο και οι συνθήκες τις πυρόλυσης (θερμοκρασία, διάρκεια, ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας κτλ.) καθορίζουν τις τελικές ιδιότητες του biochar, όπως το πορώδες, το pH και η ικανότητα συγκράτησης στοιχείων [5][7]. Επιπλέον, κατά την πυρόλυση, παράγονται επίσης δευτερογενή προϊόντα, όπως βιο-έλαια και αέρια, τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν ως πηγές βιοενέργειας, καθιστώντας την παραγωγή του αποδοτική και φιλική προς το περιβάλλον [6].
Το biochar χαρακτηρίζεται από:
Υψηλή πορώδη δομή και μεγάλη ειδική επιφάνεια, που διευκολύνει την κατακράτηση νερού, θρεπτικών στοιχείων και ρύπων [5][8]
Χημική σταθερότητα, η οποία του επιτρέπει να λειτουργεί ως αποθήκη άνθρακα [8]
Ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων (CEC), κρίσιμη για τη θρέψη των φυτών και τη συγκράτηση ρυπαντών [8]
Βιολογική συμβατότητα, καθώς παρέχει υπόστρωμα για την ανάπτυξη ωφέλιμων μικροοργανισμών και την ακινητοποίηση ενζύμων [8]
Τα παραπάνω χαρακτηριστικά καθιστούν το biochar εξαιρετικά χρήσιμο:
Στη γεωργία, χρησιμοποιείται ως εδαφοβελτιωτικό: βελτιώνει τη γονιμότητα, την ανάπτυξη ωφέλιμων μικροοργανισμών και μέσω της μακροχρόνιας δέσμευσης άνθρακα, συμβάλλει στη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου [8]
Στην κτηνοτροφία, μπορεί να προστεθεί σε μικρές ποσότητες στις ζωοτροφές για βελτίωση της πέψης και μείωση των οσμών [8]
Η ενσωμάτωσή του σε δομικά υλικά στην οικοδομή προσφέρει ενίσχυση της ανθεκτικότητας και μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος [8]
Σε περιβαλλοντικές εφαρμογές, αξιοποιείται για την επεξεργασία λυμάτων, τη σταθεροποίηση οργανικών αποβλήτων, και την απορρύπανση ρυπασμένων περιοχών. Επιπλέον, η ικανότητα του να συγκρατεί βαρέα μέταλλα, οργανικούς ρύπους και άλλες χημικές ουσίες το καθιστά πολύτιμο εργαλείο στην απορρύπανση εδαφών και νερών [9].
Απορρόφηση Ρύπων
Το biochar δρα ως ισχυρός ροφητής για βαρέα μέταλλα (όπως μόλυβδος, κάδμιο, αρσενικό), οργανικούς ρύπους (π.χ. πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, φαινόλες) και θρεπτικά στοιχεία που μπορούν να προκαλέσουν ευτροφισμό σε υδάτινα συστήματα [10]. Η υψηλή πορώδης επιφάνεια του υλικού επιτρέπει τη φυσική και χημική προσρόφηση ρύπων, ενώ η δυνατότητα τροποποίησης της επιφάνειας αυξάνει την ειδικότητα και την αποδοτικότητα της δέσμευσης [11].
Υπόστρωμα για Καταλύτες
Λόγω της μεγάλης επιφάνειας και της θερμικής σταθερότητας, το biochar μπορεί να λειτουργήσει ως υπόστρωμα για την ανάπτυξη καταλυτών σε περιβαλλοντικές εφαρμογές, όπως η αποδόμηση οργανικών ρύπων σε υδατικά ή αερομεταφερόμενα συστήματα. Η επιφάνεια του biochar επιτρέπει την ομοιόμορφη κατανομή ενεργών καταλυτικών κέντρων (π.χ. μετάλλων μετάπτωσης), αυξάνοντας την απόδοση καταλυτικών αντιδράσεων και ενισχύοντας την ανακύκλωση του υλικού [12].
Συμπερασματικά, το biochar αποτελεί μια καινοτόμο και βιώσιμη λύση που συνδυάζει την αξιοποίηση αποβλήτων με τη βελτίωση της αγροτικής παραγωγής και τις περιβαλλοντικές εφαρμογές απορρύπανσης [6][8][9]. Έτσι, η πολυλειτουργικότητά του το καθιστά πολύτιμο εργαλείο για την αντιμετώπιση σύγχρονων περιβαλλοντικών προκλήσεων και την προώθηση της κυκλικής οικονομίας, ειδικότερα όταν η χρήση του συνδυάζεται με άλλες τεχνικές απορρύπανσης, όπως η φωτοκατάλυση, τα μικροφύκη κτλ [13][14].
Πηγές
[1] Schmidt, M. J., Goldberg, S. L., Heckenberger, M., Fausto, C., Franchetto, B., Watling, J., Lima, H., Moraes, B., Dorshow, W. B., Toney, J., Kuikuro, Y., Waura, K., Kuikuro, H., Kuikuro, T. W., Kuikuro, T., Kuikuro, Y., Kuikuro, A., Teixeira, W., Rocha, B., . . . Perron, J. T. (2023). Intentional creation of carbon-rich dark earth soils in the Amazon. Science Advances, 9(38), eadh8499. https://doi.org/10.1126/sciadv.adh8499
[3] Pandey, S. D., Rocha, L. C., Pereira, G., Deschamps, C., Campos, J. L. E., Falcão, N., Prous, A., & Jorio, A. (2020). Properties of carbon particles in archeological and natural Amazon rainforest soils. CATENA, 194, 104687. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104687
[4] Lehmann, J.; Joseph, S. Biochar for Environmental Management: Science, Technology and Implementation, 2nd ed.; Lehmann, J., Joseph, S., Eds.; Routledge: London, UK, 2015; 976p.
[5] Mourgkogiannis, N., Nikolopoulos, I., Kordouli, E., Lycourghiotis, A., Kordulis, C., & Karapanagioti, H. K. (2024). The influence of biowaste type on the physicochemical and sorptive characteristics of corresponding biochar used as sustainable sorbent. Sustainability, 16(7), 2889. https://doi.org/10.3390/su16072889
[6] Campion, L., Bekchanova, M., Malina, R., & Kuppens, T. (2023). The costs and benefits of biochar production and use: A systematic review. Journal of Cleaner Production, 408, 137138. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137138
[7] Anđelini, D., Cvitan, D., Prelac, M., Pasković, I., Černe, M., Nemet, I., Major, N., Ban, S. G., Užila, Z., Ferri, T. Z., Džakula, B. N., Petek, M., Ban, D., & Palčić, I. (2023b). Biochar from Grapevine-Pruning Residues Is Affected by Grapevine Rootstock and Pyrolysis Temperature. Sustainability, 15(6), 4851. https://doi.org/10.3390/su15064851
[9] Sivaranjanee, R., Kumar, P. S., & Rangasamy, G. (2023). A critical review on biochar for environmental applications. Carbon Letters, 33(5), 1407–1432. https://doi.org/10.1007/s42823-023-00527-x
[10] Liang, L., Xi, F., Tan, W., Meng, X., Hu, B., & Wang, X. (2021). Review of organic and inorganic pollutants removal by biochar and biochar-based composites. Biochar, 3(3), 255–281. https://doi.org/10.1007/s42773-021-00101-6
[11] Zhang, A., Li, X., Xing, J., & Xu, G. (2020). Adsorption of potentially toxic elements in water by modified biochar: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 8(4), 104196. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104196
[12] Kumar, M., Xiong, X., Sun, Y., Yu, I. K. M., Tsang, D. C. W., Hou, D., Gupta, J., Bhaskar, T., & Pandey, A. (2020). Critical Review on Biochar‐Supported Catalysts for Pollutant Degradation and Sustainable Biorefinery. Advanced Sustainable Systems, 4(10). https://doi.org/10.1002/adsu.201900149
[13] Lu, Y., Cai, Y., Zhang, S., Zhuang, L., Hu, B., Wang, S., Chen, J., & Wang, X. (2022). Application of biochar-based photocatalysts for adsorption-(photo)degradation/reduction of environmental contaminants: mechanism, challenges and perspective. Biochar, 4(1). https://doi.org/10.1007/s42773-022-00173-y
[14] Mojiri, A., Baharlooeian, M., Kazeroon, R. A., Farraji, H., & Lou, Z. (2020). Removal of Pharmaceutical Micropollutants with Integrated Biochar and Marine Microalgae. Microorganisms, 9(1), 4. https://doi.org/10.3390/microorganisms9010004
Σχόλια