Biowęgiel

Biowęgiel. Co to jest?

Od wieków znamy zalety węgla drzewnego, który produkowany jest głównie z drzew liściastych, wycinanych po osiągnięciu wieku co najmniej 30 lat. Pewną nowością na rynku jest natomiast biowęgiel, który od kilku lat staje się bardzo ważnym produktem, w opinii wielu osób, mogącym być jednym z głównych czynników wspierających zrównoważony rozwój naszej cywilizacji.

Biowęgiel to produkt wytwarzany głównie z pozostałości biomasowych powstających w produkcji tartacznej, leśnej, w przetwórstwie owocowo-warzywnym, w produkcji rolnej. Bywa on również produkowany z obornika oraz pozostałości po produkcji drobiu i z tłoczenia oleju palmowego. Do jego produkcji wykorzystuje się także wysegregowane biodegradowalne odpady komunalne czy też osady ściekowe.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że biowęgiel powstaje głównie z tej części biomasy, która już została wykorzystana w działalności człowieka i staje się problemem dla społeczeństwa, z uwagi na konieczność np. składowania oraz zachodzące w jej obrębie procesy gnilne. Należy przy tym podkreślić, że podczas gnicia następuje niekontrolowana emisja gazów cieplarnianych, bowiem rozkładająca się biomasa emituje do atmosfery duże ilości metanu oraz dwutlenku węgla.

Biowęgiel powstaje w procesie beztlenowego uwęglania biomasy, w wyniku którego następuje związanie pierwiastka węgla w stabilną strukturę, odporną na emisję gazów. Wykorzystanie do produkcji biowęgla dużych ilości poprodukcyjnej biomasy daje szansę na systematyczne zmniejszanie stężeń gazów cieplarnianych, w tym nadmiernych ilości dwutlenku węgla w atmosferze.

Biowęgiel – zastosowania

Produkcja biowęgla datuje się od czasów powstania cywilizacji rolniczej w dorzeczu Amazonki. Odkryte w latach 50. XX w. czarnoziemy terra preta w Amazonii uświadomiły naukowcom zbawienny wpływ biowęgla zmieszanego z kompostem dla rozwoju rolnictwa.

Według badań naukowych, „…większość gleb rolniczych straciła 30% do 75% węgla organicznego w stosunku do gleb sprzed ery nawozów sztucznych”1. W uzupełnieniu tych niedoborów węgla organicznego w glebie może pomóc zastosowanie biowęgla. By to osiągnąć, należałoby zaaplikować od 30 do 40 ton biowęgla na hektar. Oczywiście, jednorazowe uzupełnienie tych braków w gruntach rolnych nie jest możliwe. Według obecnych zaleceń instytutów przyrodniczych, winno się to czynić poprzez coroczne aplikowanie biowęgla w ilości jednej tony na hektar – jako wypełniacz dla klasycznego nawożenia mineralnego – lub poprzez zmieszanie z kompostem bądź wapnem i pozostałą na polu słomą.

Znowelizowana ustawa o odnawialnych źródłach energii, która obowiązuje od początku lipca 2018 r., jednoznacznie określa biowęgiel jako paliwo odnawialne. Wobec tego należy wskazać, że staje się on paliwem o największym potencjale redukcji CO2. Stąd też biowęgiel może znaleźć zastosowanie m.in. w energetyce jako paliwo do produkcji odnawialnej energii elektrycznej, w ciepłownictwie – do produkcji ciepła, a w niedalekiej przyszłości – także chłodu ze źródeł odnawialnych. Należy podkreślić, że każdy GJ energii skumulowany w tonie biowęgla ma zdolność redukcji ok. 96 kg CO2. Oznacza to, że – spalając biowęgiel o wartości opałowej rzędu 26 GJ/Mg – przyczyniamy się do redukcji ok. 2,5 tony CO2.

Biowęgiel jest również znany jako dobry produkt do sekwestracji dwutlenku węgla, który jednocześnie może być stosowany – o czym już wspomniano – jako produkt do użyźniania gleby.

Warto również wspomnieć, że znajduje on zastosowanie także w budownictwie – jako dodatek do zewnętrznych tynków izolacyjnych oraz tynków wewnętrznych, stabilizujących klimat pomieszczeń. Jest on też wykorzystywany w hutnictwie, przemyśle odzieżowym i spożywczym, a także w elektronice oraz w różnych gałęziach przemysłu lekkiego: od opakowań po kosmetykę.

Właściwości biowęgli

Fizyczne i chemiczne właściwości biowęgla są mocno związane z typem wykorzystanej do jego produkcji biomasy oraz warunkami produkcji i decydują one o przydatności do konkretnego zastosowania biowęgla.

Pozostałości organiczne o różnych właściwościach, np. łuska ryżowa, słoma ryżowa, zrębki z miękkich drzew liściastych, zrębki z drzew twardych, z obornika, poddane procesowi obróbki termicznej w różnych temperaturach (400°C-800°C), optymalizują fizyko-chemiczne właściwości biowęgla jako użyźniacza gleby.

Dla przykładu, proces produkcji w temperaturze 600°C prowadzi do powstania trwałej postaci biowęgla, natomiast biowęgiel produkowany w 400°C zachowuje części lotne oraz nietrwałe związki. Z kolei biowęgiel otrzymany z materiałów ryżowych odznacza się wysoką wydajnością oraz unikalnymi właściwościami chemicznymi, z uwagi na zawartość krzemionki w jego strukturze. Biowęgiel pochodzący z materiałów drzewnych charakteryzuje się wysoką zawartością węgla oraz dużymi właściwościami sorpcyjnymi. Pojemność wymiany kationów w glebie w przypadku zastosowania biowęgli wyprodukowanych z obornika jest większa niż biowęgli z drewna, natomiast użyźnianie gleby biowęglem z biomasy drzewnej powoduje większe nasycenie pojemności hydraulicznej niż w przypadku biowęgli na bazie obornika.

Fizyko-chemiczne właściwości biowęgla mogą także powodować zmiany w zawartości składników odżywczych gleby oraz dostępności węgla. Mogą także stanowić fizyczną ochronę zarówno dla pożytecznych mikroorganizmów przeciwko mikroorganizmom drapieżnym, jak i dla upraw przed utratą wilgoci w przypadku suszy. Te właściwości mogą zmienić bioróżnorodność w zakresie występujących w glebie mikroorganizmów. Trwałe chemiczne związanie węgla, dzięki użyciu biowęgla, powoduje także zatrzymanie w glebie cennych minerałów, wody i tlenu. Ma też unikalne własności termiczne i elektryczne.

Biowęgle pochodzące z procesów uwęglania prowadzonych przy stosunkowo niskich temperaturach charakteryzują się wysoką zawartością części lotnych, zawierają substancje łatwo ulegające rozkładowi oraz mogą wspomagać wzrost roślin.

Struktura biowęgli pochodzących z wysokich temperatur charakteryzuje się dużą powierzchnią właściwą oraz zawartością aromatycznych kwasów karboksylowych, które mogą powodować zwiększenie zdolności absorpcyjnych (właściwości bioremediacji) oraz – poprzez trwały charakter – być przydatne dla sekwestracji węgla.

Podejmując rozważania na temat biowęgla, należy pamiętać, że jest to znakomity sposób zagospodarowania różnych odpadów biodegradowalnych, które mogą być źródłem niemałych uciążliwości i negatywnego oddziaływania na środowisko przyrodnicze, w tym klimat. Warto tu choćby wspomnieć o łusce ryżowej, słomie ryżowej oraz pozostałościach po tłoczeniu oleju palmowego (puste owoce EFB), których zasoby, tylko w Azji Środkowej, szacuje się na ok. 30 mln ton rocznie, a ilość pozostałości z uprawy ryżu wynosi 25% całkowitej ilości światowych pozostałości rolnych.

Przykłady zastosowania biowegli

Biowęgiel rozdrobniony charakteryzuje się dobrymi właściwościami sorpcyjnymi oraz długim okresem rozkładu, dzięki czemu może być stosowany zarówno do rozluźnienia gleb ciężkich, jak i poprawy struktury gleb piaszczystych. W wersji mielonej wykorzystywany jest jako dodatek w kosmetologii. W tej dziedzinie znajduje zastosowanie m.in. dzięki temu, że jest w stanie usuwać brzydkie zapachy. Działa zatem podobnie jak dezodorant.

Z kolei biowęgiel w postaci pelletu może być także używany do oczyszczania wody, powietrza i pochłaniania zapachów.

Ponadto może też być składnikiem czarnego prochu. Wykorzystuje się go również przy produkcji szlachetnych gatunków stali. Znane są również działania higieniczno-sanitarne tego produktu: w przypadku infekcji może on ograniczać rozwój bakterii, posiada także zdolności wchłaniania toksyn, co przyczynia się do szybszego gojenia ran. Biowęgiel znajduje też zastosowanie w przemyśle spożywczym, gdzie używany jest jako barwnik przy produkcji skoncentrowanych soków owocowych, dżemów, żelków, sosów warzywnych, lukrecji oraz innych wyrobów cukierniczych.

Produkt ten może również funkcjonować pod postacią pastylek – wówczas stosuje się go np. do palenia fajek wodnych.

Biowęgiel może też być dodatkiem paszowym.

Źródło:

  1. Wilson K: How biochar works in soil, the Biochar Journal 2014, Arbaz, Szwajcaria. ISSN 2297-1114, www.biochar-journal.org/en/ct/32, Wersja z 31 października 2014 r.
    Dostęp: 19. 09. 2018 r.

fot. FLUID SA

reklama

 

partner medialny