Przyrodnicze wykorzystanie biowęgla to ostatnio modny temat. Czy biowęgiel rzeczywiście działa? Z czego powstaje? Jakie ma właściwości? Sposób wytwarzania biowęgla można porównać do sposobu produkcji węgla drzewnego; właściwości obu materiałów też są zbliżone. Warunki niezbędne do wytworzenia biowęgla to wysoka temperatura i ograniczony dostęp tlenu, substratem musi być materiał organiczny. Inne nazwy biowęgla to: biokarbon, agrokarbon, agrokarbonat, karbonizat czy biokarbonizat.

Piroliza

Proces produkcji biowęgla to piroliza. Przekształcanie materiału organicznego odbywa się w wysokiej temperaturze (350-700^oC), przy ograniczonym dostępie powietrza.

Pirolizie można poddawać różnego rodzaju materiały organiczne, zarówno „produkowane” specjalnie w celu przekształcania ich w biowegiel, jak i materiały odpadowe. Substratami w procesie pirolizy mogą być: biomasa rolnicza, rośliny energetyczne (wierzba, miskant), odpady drzewne (trociny, kora), odpady z przemysłu rolno-spożywczego.

Substratami mogą być także nawozy naturalne (obornik, pomiot kurzy).W wyniku pirolizy materiałów organicznych uzyskujemy produkty stałe, ciekłe i gazowe (wszystkie o wartości energetycznej), czyli odpowiednio biowęgiel, olej i gaz syntetyczny. Proporcje pomiędzy tymi produktami oraz ich właściwości zależą od warunków procesu (temperatury – jej wysokości, tempa przyrostu i czasu oddziaływania; ciśnienia) i parametrów substratów.

Właściwości biowęgla

Parametry charakteryzujące biowęgiel to:

• wielkość cząstek,
• zawartość węgla organicznego oraz stabilność połączeń węgla,
• zawartość substancji mineralnych,
• zawartość wody,
• wartość pH,
• porowatość i powierzchnia właściwa,
• zdolność do retencji wody i właściwości sorpcyjne.

Jak podaje Malińska (2012), zawartość węgla organicznego w biowęglu może wynosić 50-90%. Węgiel obecny jest w materiale w formie stabilnych połączeń, a więc w niewielkim stopniu ulega degradacji w glebie (wprowadzanie biowęgla do gleby to jedna z metod sekwestracji węgla, czyli zwiększania jego zawartości w glebie). Wartość pH biowęgla z reguły przekracza 7. Powierzchnia właściwa 1 g materiału to kilkaset m².

Doglebowe stosowanie biowęgla

Biowęgiel wpływa na fizyczne, chemiczne i biologiczne właściwości gleb. Biowęgiel poprawia strukturę gleb (właściwości wodno-powietrzne). Wprowadzanie biowęgla wpływa też korzystnie na właściwości cieplne gleb.

Biowęgiel cechuje się bardzo dużymi zdolnościami sorpcyjnymi, zwiększa więc pojemność sorpcyjną gleb (zwiększa możliwości magazynowania składników pokarmowych, co poprawia wykorzystanie składników wprowadzanych z nawozami i ogranicza straty na drodze wymywania). Dzięki możliwości sorpcji substancji chemicznych, biowęgiel może być także wykorzystywany do poprawy właściwości gleb zanieczyszczonych. Co ważne, wpływ biowęgla na chemiczne właściwości gleb nie ogranicza się do poprawy ich zdolności sorpcyjnych. Biowęgiel jest także źródłem składników pokarmowych (makroelementów i mikroelementów).

Regulacja fizycznych i chemicznych właściwości gleb przekłada się na poprawę ich parametrów biologicznych (aktywności i bioróżnorodności organizmów). Rezultatem tak szerokiego wpływu biowegla na właściwości gleb może być zwiększenie ich produktywności. Korzystne skutki działania biowęgla są tym wyraźniejsze, im gorsze były właściwości gleb przed wprowadzeniem materiału.Warto jednak pamiętać o tym, że poza działaniem korzystnym, zastosowanie biowęgla może wiązać się z negatywnym oddziaływaniem na gleby. Może ono wynikać na przykład z obecności w biowęglu zanieczyszczeń organicznych (np.: WWA, dioksyny) i nieorganicznych (metale ciężkie).

Biowęgiel jako dodatek w procesie kompostowania

Biowęgiel może być także wykorzystywany w procesie kompostowania. Tu również przydają się duże zdolności sorpcyjne tego materiału. Biowęgiel poprawia strukturę materiałów o dużej zawartości wody, sorbuje także składniki pokarmowe, ograniczając ich straty w trakcie kompostowania. Bardzo ważna jest możliwość ograniczania emisji amoniaku. Kompostowanie to proces prowadzony przez drobnoustroje. Biowęgiel, dzięki porowatej strukturze, może stanowić miejsce bytowania mikroorganizmów. W przemysłowych kompostowniach biowęgiel można także wykorzystywać do filtracji powietrza poprocesowego.Wymienione właściwości biowęgla okazują się korzystne również w procesie fermentacji metanowej (prowadzonej w celu produkcji biogazu).

Gdzie jeszcze może przydać się biowęgiel?

Poza wykorzystaniem w rolnictwie, biowęgiel może być także stosowany w przemyśle odzieżowym, w budownictwie czy energetyce. Sprawdza się jako sorbent zanieczyszczeń gazowych, może być też wykorzystywany w procesach uzdatniania wody i oczyszczania ścieków. Właściwości biowęgla uzasadniają stosowanie go jako dodatku do pasz czy ściółki.

Literatura:
1.Malińska K. 2012. Biowęgiel odpowiedzią na aktualne problemy ochrony środowiska. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 15, 4, 387-403.
2.Malińska K., Dach J. 2014. Możliwości wykorzystania biowęgla w procesie kompostowania. Inżynieria Ekologiczna, 36, 28-39.
3.Malińska K., Dach J. 2015. Biowęgiel jako materiał pomocniczy w procesie produkcji biogazu. Inżynieria Ekologiczna, 41, 117-124.