Het gebruik van biochar (houtskool) als bodemverbeteraar is de laatste jaren een veelbesproken onderwerp in de teeltsector, dankzij het vermogen van de stof om koolstof te isoleren, water vast te houden en de hoeveelheid organisch materiaal in de bodem waarin het gebruikt wordt (Lehmann, 2007; Marris, 2006). Een onlangs gepubliceerde blog op de website van het Ag Climate Network blog van de Oregon State University legt uit wat er nodig is om op een zo goedkoop mogelijke manier biochar te produceren van bos tot teeltbedrijf.
Onderzoekers van de Washington State University onderzoeken echter wat we 'afval tot teeltbedrijf biochar' zouden kunnen noemen. Dit kan op grote schaal twee voordelen bieden - het verwijderen van hout uit de gemeentelijk afvalstroom en het gebruik van dit afvalhout om een waardevol product te creëren. In nieuw onderzoek kijken onderzoekers naar twee mogelijke afvalsoorten die gebruikt kunnen worden om biochar te maken: kleine houten stukjes uit de gemeentelijke afvalstroom en de grote houten materialen die overblijven na de productie van compost.
Figuur 1: Foto's van de soorten hout die bij dit project gebruikt worden om biochar te creëren, zoals overblijfselen van compost en houtproducten uit gemeentelijk afval. (bron: WTFT 2015-2017 rapport; foto: M. Ayiania)
Figuur 2. Michael Ayiania gebruikt een pyrolyse reactor om kleine monsters biochar te creëren uit houtafval. (Foto: R. Esquivel-Garcia)
Het houtafval in de gemeentelijke afvalstroom is zeer gevarieerd en bevat materialen als multiplex, spaanplaten en meubels (Figuur 1). Het afval bevat ook hout dat geverfd of behandeld is en dat mogelijk stoffen kan bevatten die schadelijk zijn voor de grond en gewassen. Michael Ayiania, een Ph.D. student die samen met Dr. Manuel Garcia-Pérez op de Biological Systems Engineering faculteit werkt, heeft de samenstelling van biochar van houtafval en compost overblijfselen vastgesteld en mogelijke schadelijke stoffen onderzocht.
Biochar wordt gemaakt door middel van een proces genaamd pyrolyse. Hierbij worden de houtsoorten tot hoge temperaturen verhit zonder dat er zuurstof bij kan komen. Voor dit project heeft Ayiania monsters voorbereid door de soorten te vermalen en zeven en vervolgens een pyrolyse reactor (Figuur 2) te gebruiken. Deze machine wordt gebruikt op een temperatuur van 400°C of 600°C en creëert kleine hoeveelheden biochar van ieder van de grondstoffen (Figuur 3).
Figuur 3. Biochar gemaakt van de drie soorten houtafval die in deze studie zijn bestudeerd: compost overblijfselen, hout pallets en spaanplaat. (Foto: M. Ayiania)
Ayiania heeft de belangrijkste kenmerken van de biochar onderzocht die het nuttig maken als bodemverbeteraar: de hoeveelheid koolstof en as die het bevat, het totale oppervlakte en het micropore volume. Het koolstofgehalte is de hoeveelheid biochar die duizenden jaren in de grond kan blijven. Het is daarom wenselijk dat biochar die als bodemverbeteraar wordt gebruikt een hoog koolstofgehalte heeft. Een hoog gehalte as kan ook voordelen hebben voor de grond, omdat het de pH van zure gronden verhoogd. Micropores (Figuur 4) dragen bovendien bij aan de oppervlakte die biochar beïnvloedt en zorgt ervoor dat het kleine moleculen beter kan absorberen. De beste biochar voor de grond werd verkregen door de grondstoffen tot 600°C te verhitten.
Figuur 4. Micropores in biochar verschillen door de grondstof die gebruikt wordt en de temperatuur van de pyrolyse. Op de foto's staan biochar gemaakt van Douglas hout, schors van de Douglas spar en een hybride populier. (Foto: Waled Suliman)
Tijdens dit project werden er hogere concentraties metalen in het hout aangetroffen dan wordt goedgekeurd door de EPA. De metalen werden gevonden in geverfd hout (kwik) en behandeld hout (arsenicum). De aanwezigheid van metalen in een bodemverbeteraar is vooral problematisch doordat de metalen zich bij meervoudig gebruik ophopen in de bodem. Om dit probleem aan te pakken heeft Garcia-Pérez's team geëxperimenteerd met het "wassen" van de biochar om de metalen te verwijderen. De resultaten van dit experimenten zijn veelbelovend. De hoeveelheid metalen zijn door het "wassen" met 94% verminderd, en 82% door het wassen met zoutzuur en azijnzuur. Bovendien zaten de niveaus hierdoor onder de grens van het EPA.
Deze studie bevestigt dat houtafval en compost overblijfselen gebruikt kunnen worden als grondstof voor biochar als bodemverbeteraar. Echter moet er nog verder gewerkt worden aan het verbeteren van het wassen van de biochar met zuren.