Különböző eredetű bioszén hosszútávú (15 hónap) talajjavító hatása szabadföldön, a bioszén öregedés hatásai

Budapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group

Organisation/Data provider's nameBudapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group
Name of contact
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória
Telephone/fax
+36-1-4632347
Technology Hungarian nameKülönböző eredetű bioszén hosszútávú (15 hónap) talajjavító hatása szabadföldön, a bioszén öregedés hatásai
Technology name
Physicochemical changes in pyrogenic orgnaic matter (biochar)
Country of origin
USA
Stage of development
under demonstration
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
N tartalom változás bioszénnel kezelt erdei talajban 15 hónap után
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
0.5
Typical final value
0.4
Maximum final value
0.5
Soil degradation process to be considered
  • Biological soil degradation
  • Decrease in soil organic matter
Other soil degradation process
Szerves C tartalom csökkenés
Typical measured/quantitative value of environmental risk
szerves C tartalom változás bioszén hatására 15 hónap után homoktalajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
27
Maximum initial value
27
Typical final value
31
Maximum final value
54
Soil degradation process to be considered
  • Biological soil degradation
  • Decrease in soil organic matter
Other soil degradation process
Szerves C tartalom csökkenés
Typical measured/quantitative value of environmental risk
C tartalom változás bioszénnel kezelt erdei talajban 15 hónap után
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
7.5
Maximum initial value
7.5
Typical final value
7.5
Maximum final value
11
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
N tartalom változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap után
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
1.8
Maximum initial value
1.8
Typical final value
2.2
Maximum final value
3.4
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (+)kg-1
Typical initial value
21
Typical final value
23.1
Maximum final value
25
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (+)kg-1
Typical initial value
15
Typical final value
19.9
Maximum final value
22.2
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (-)kg-1
Typical initial value
4.7
Typical final value
7.1
Maximum final value
7.8
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (-)kg-1
Typical initial value
6.5
Typical final value
8.1
Maximum final value
9.3
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
Typical initial value
6.7
Typical final value
5.8
Maximum final value
6.1
Soil degradation process to be considered
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH változás bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
6.5
Typical final value
6.0
Maximum final value
6.2
Environmental element/phase the method may be applied to
Unsaturated (whole) soil
Technology type
simple
Basis of the technology
Biological
Technology description

3 órás égetéssel, ahol a legmagasabb kezelési hőmérséklet 250 fok volt limitált oxigén tartalom mellett, vagy 400 és 650 fokon történő pirolízissel amit 99%-os tisztaságú N2 gázzal hevítettek. A durva frakciót (0,25-2mm) szitálással szeparálták és dupla desztillált vizes mosással távolították el a kioldható sókat. Ezt a frakciót használták a vizsgálatokhoz és kísérletekhez. A 9 bioszén mintát megduplázták 2.4 literes tartályokba helyezték és úgy takarták le hogy a levegő és a csapadék erodálhatja de napfény és mikrofauna nem érintkezhet vele 15 hónapig. A 9 pihentetett bioszénből 4-et tovább analizáltak: CEC (kationcserélő kapacitás), AEC (anion cserélő kapacitás)és inkubálták talajjal kombinálva. Két típusú floridai talajjal kombinálták, homokos entiszollal és erdei podzollal. A talaj felső 10 cm-es rétegéből származó mintát előzőleg szitálták és leválasztották a 2mm nél nagyobb frakciókat, törmeléket és gyökereket, levegőn szárították mielőtt manuálisan teljesen homogenizálták volna a kiválasztott bioszénnel egy nagy tálban. Minden mintába 6g bioszenet kevertek 2,6 kg légszáraz talajjal. Ennek eredményeként a mintákban a szerves széntartalom (entiszolban) 4-6 %-al, a podzolban 13,1-18.8 % -al nőtt. A nitrogén pedig entiszolban 0,2-1,4%-al és a podzolban 0,9-5,2 %-al. Ezután a mintákat szintén 2,4 literes tartályokba tették, de az előzőekhez képest beásták mintegy 20cm mélységbe így egy szintbe került az 'eredeti' talajjal és szintén 15 hónapig 'érlelődtek'.

Description of the novelty of the technology

A tanulmány célja megvizsgálni a különböző eredetű bioszén hosszútávú hatását homokos és erdei talajokba keverve, a talaj tápanyag- és szervesanyag tartalmának javítására.

Class of the technology
  • Soil amelioration with biochar
  • Soil amelioration with biochar from other origin
Other technology
Quercus lobata, Pinus taeda, tripsacum floridanum
Technological parameters
pH
Cation/anion exchange capacity
Texture
Nutrient content
Organic matter content
Greenhouse gases
Monitored environmental element
Unsaturated (whole) soil
Capital costs
40.000 - 200.000 Euro
Specific operation costs
no estimation
Specific energy costs
no estimation
Specific material costs
no estimation
Specific labour costs
no estimation
Specific total costs
above 400 Euro
Remarks on cost calculation

A cikkben nem részletezték a technológia költségeit így csak a vizsgálatok és az azokhoz szükséges műszerek költségeit tudtam becsülni.

Costs
3-medium
Time requirement
2-high
Space requirement
3-medium
Workload requirement
2-high
Equipment, apparata requirement
2-high
Qualified labour
2-high
Environmental risk and workplace risks
3-medium
Ability to meet the target value
4-high
Environmental efficiency
3-medium
Cost efficiency
3-average
Generation of any recyclable byproduct
no
Generation of any byproduct to be treated
no
Automation/remote control
no
Feasibility
0-non relevant
Availability
0-non relevant
Well known
0-non relevant
Strengths

Alternatív lehetőség az egyre fokozódó talajvesztés, valamint a talaj kémiaidegradációjának megállítására és akár visszafordítására.

Weaknesses

Idő és munkaerő igényes

Possibilities

jövőben előállítani és alkalmazni olyan bioszén típusokat amelyek a legjobban alkalmazhatóak az egyes talajtípusoknál a tápanyagok megtartásának javítására.

Threats

PAH tartalom a bioszénben.

Site name
Gainesville
Location of the application, country
USA
Location of the application, town and/or region
Florida
Application stages
Demonstration
Landuse
  • Agricultural
Summary of the charasteristic parameters of application

Megvizsgálták a frissen gyártott és a 15 hónapig szabadföldön tárolt különböző biomassza alapú bioszén fizikai- kémiai tulajdonságait, valamint a bioszén talajra gyakorolt hatását. A talaj-bioszén keverékben hasonló változásokat mutattak ki, mint a 15 hónapig öregedett bioszenekben. A talaj-bioszén keverékben hosszútávon (15 hónap) 124%-al nőtt a szerves széntartalom, valamint 143%-al a nitrogén tartalom a kezdeti időpont kezeletlen talajához képest. A kation- és anioncserélő kapacitás is általában nőtt a kezdeti állapothoz viszonyítva, de talajtípus és bioszén függvényében változott. SEM mikroszkóp felvételek alapján a bioszénnel kezelt talajszemcsék felületén mikroba kolonizáció és szerves anyag réteg észlelhető. Tehát a mikrobák által termelt szerves anyag és a talaj szervesanyag tartalmának szorbciója hozzájárul a bioszén öregedési folyamatához, melynek köszönhetően a bioszén talajjavító hatása időben javul.

Soil degradation process
Class of soil degradation process
  • Biological soil degradation
  • Decrease in soil organic matter
Typical measured/quantitative value of environmental risk
szerves C tartalom növekedés bioszén hatására 15 hónap után homoktalajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
27
Typical final value
31
Maximum final value
21
Class of soil degradation process
  • Biological soil degradation
  • Decrease in soil organic matter
Typical measured/quantitative value of environmental risk
szerves C tartalom változás bioszén hatására 15 hónap után erdei talajban
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
7.5
Maximum initial value
7.5
Typical final value
7.9
Maximum final value
11
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
N tartalom változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap után
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
1.8
Typical final value
2
Maximum final value
3.4
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in macro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
N tartalom változás bioszénnel kezelt erdei talajban 15 hónap után
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
mg/g
Typical initial value
0.5
Typical final value
0.4
Maximum final value
0.5
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (+)kg-1
Typical initial value
21
Typical final value
23.1
Maximum final value
25
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (-)kg-1
Typical initial value
15
Typical final value
19.9
Maximum final value
22.2
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (-)kg-1
Typical initial value
4.7
Typical final value
7.1
Maximum final value
7.8
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Decrease in micro elements
Typical measured/quantitative value of environmental risk
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
The metric unit of measurement of the typical environmental risk
cmol (-)kg-1
Typical initial value
6.5
Typical final value
8.1
Maximum final value
9.3
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
Typical initial value
6.7
Typical final value
5.8
Maximum final value
6.1
Class of soil degradation process
  • Chemical soil degradation
  • Soil acidification
Typical measured/quantitative value of environmental risk
pH változás bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
Typical initial value
6.5
Typical final value
6
Maximum final value
6.2
Publications

A. Mukherjee1, A. R. Zimmerman, R. Hamdan, and W. T. Cooper. Physicochemical changes in pyrogenic organic matter (biochar) after 15 months of field aging, Solid Earth, 5, 693–704, 2014

References

Adams, L. B., Hall, C. R., Holmes, R. J., and Newton, R. A.: An examination of how exposure 10 to humid air can result in changes in the adsorption properties of activated carbons, Carbon, 26, 451–459, 1988.
Baldock, J. A. and Smernik, R. J.: Chemical composition and bioavailability of thermally, altered Pinus resinosa (Red Pine) wood, Org. Geochem., 33, 1093–1109, 2002.
Baldock, J. A., Oades, J. M., Waters, A. G., Peng, X., Vassallo, A. M., and Wilson, M. A.: Aspects of the chemical structure of soil organic materials as revealed by solid-state CNMR spectroscopy, Biogeochemistry, 16, 1–42, 1992.
Biederman, L. A. and Harpole, W. S.: Biochar and its e ff ects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis, Change Biol Bioenergy, 5, 202–214, 2013.
Billinge, B. H. M., Docherty, J. B., and Bevan, M. J.: The desorption of chemisorbed oxygen from activated carbons and its relationship to ageing and methyl iodide retention e ffi ciency,Carbon, 22, 83–89, 1984.
Brunauer, S., Emmett, P. H., and Teller, E.: Adsorption of gases in multimolecular layers, J. Am.Chem. Soc., 60, 309–319, 1938.

Datasheet id (original)
1753
Creator
Müller Melinda
Status
Verified
Adatlap típusaSoil amelioration technology
Létrehozás2015-04-11
Módosítás2018-06-22