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

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Tanszék, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutatócsoport

Szervezet/Adatszolgáltató neveBudapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Tanszék, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutatócsoport
Kapcsolattartó személy neve
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória
Technológia neveKülönböző eredetű bioszén hosszútávú (15 hónap) talajjavító hatása szabadföldön, a bioszén öregedés hatásai
Technológia angol neve
Physicochemical changes in pyrogenic orgnaic matter (biochar)
Kifejlesztés országa
USA
A fejlesztés fázisa
demonstráció alatt
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
N tartalom változás bioszénnel kezelt erdei talajban 15 hónap után
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
0.5
Jellemző végérték
0.4
Maximális végérték
0.5
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Biológiai degradáció
  • Szervesanyag vesztés
Egyéb talajromlási folyamat
Szerves C tartalom csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
szerves C tartalom változás bioszén hatására 15 hónap után homoktalajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
27
Maximális kezdeti érték
27
Jellemző végérték
31
Maximális végérték
54
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Biológiai degradáció
  • Szervesanyag vesztés
Egyéb talajromlási folyamat
Szerves C tartalom csökkenés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
C tartalom változás bioszénnel kezelt erdei talajban 15 hónap után
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
7.5
Maximális kezdeti érték
7.5
Jellemző végérték
7.5
Maximális végérték
11
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
N tartalom változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap után
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
1.8
Maximális kezdeti érték
1.8
Jellemző végérték
2.2
Maximális végérték
3.4
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (+)kg-1
Jellemző kezdeti érték
21
Jellemző végérték
23.1
Maximális végérték
25
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (+)kg-1
Jellemző kezdeti érték
15
Jellemző végérték
19.9
Maximális végérték
22.2
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (-)kg-1
Jellemző kezdeti érték
4.7
Jellemző végérték
7.1
Maximális végérték
7.8
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (-)kg-1
Jellemző kezdeti érték
6.5
Jellemző végérték
8.1
Maximális végérték
9.3
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
Jellemző kezdeti érték
6.7
Jellemző végérték
5.8
Maximális végérték
6.1
Talajromlási folyamat, amire alkalmazható
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH változás bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
6.5
Jellemző végérték
6.0
Maximális végérték
6.2
Környezeti elem/fázis, amelyre a módszer alkalmazható
Telítetlen (teljes) talaj
Technológia típusa
Egyszerű
Technológia alapja
Biológiai
A technológia általános ismertetése

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'.

A technológia újdonsága

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

A technológia típusa
  • Talajjavítás bioszénnel
  • Talajjavítás egyéb eredetű bioszénnel
Egyéb technológia
Quercus lobata, Pinus taeda, tripsacum floridanum
Technológiai paraméterek
pH
Kation/anioncserélő kapacitás
Textúra
Tápelemtartalom
Szervesanyag-tartalom
Üvegházhatású gázok
Környezetmonitoring helye
Telítetlen (teljes) talaj
Beruházási költség
10 - 50.000.000 HUF
Fajlagos müködtetési költség
nincs rá becslés
Fajlagos energia költség
nincs rá becslés
Fajlagos anyagköltség
nincs rá becslés
Fajlagos munkaerőköltség
nincs rá becslés
Fajlagos összköltség
100 000 HUF felett
Költségszámítással kapcsolatos megjegyzések

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

Költség
3-közepes
Időigény
2-nagy
Helyigény
3-közepes
Munkaigény
2-nagy
Felszerelés, műszerigény
2-nagy
Szakember-igény
2-nagy
Környezeti és munkahelyi kockázatok
3-közepes
Célérték teljesítésének képessége
4-nagy
Környezethatékonyság
3-közepes
Költséghatékonyság
3-közepes
Hasznosítható melléktermék keletkezése
nem
Ártalmatlanítást igénylő melléktermék keletkezése
nem
Automatizálhatóság / távvezérelhetőség
nem
Alkalmazhatóság
0-nem releváns
Elérhetőség
0-nem releváns
Ismertség
0-nem releváns
Erősségek

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

Gyengeségek

Idő és munkaerő igényes

Lehetőségek

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

Veszélyek

PAH tartalom a bioszénben.

A terület neve
Gainesville
Alkalmazás helye, ország
USA
Alkalmazás helye, város
Florida
Alkalmazás fázisa
Demonstráció
Területhasználat
  • Mezőgazdasági
Összefoglaló az alkalmazásról

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.

Talajromlási folyamat
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Biológiai degradáció
  • Szervesanyag vesztés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
szerves C tartalom növekedés bioszén hatására 15 hónap után homoktalajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
27
Jellemző végérték
31
Maximális végérték
21
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Biológiai degradáció
  • Szervesanyag vesztés
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
szerves C tartalom változás bioszén hatására 15 hónap után erdei talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
7.5
Maximális kezdeti érték
7.5
Jellemző végérték
7.9
Maximális végérték
11
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
N tartalom változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap után
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
1.8
Jellemző végérték
2
Maximális végérték
3.4
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • NPK-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
N tartalom változás bioszénnel kezelt erdei talajban 15 hónap után
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
mg/g
Jellemző kezdeti érték
0.5
Jellemző végérték
0.4
Maximális végérték
0.5
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (+)kg-1
Jellemző kezdeti érték
21
Jellemző végérték
23.1
Maximális végérték
25
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj CEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (-)kg-1
Jellemző kezdeti érték
15
Jellemző végérték
19.9
Maximális végérték
22.2
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (-)kg-1
Jellemző kezdeti érték
4.7
Jellemző végérték
7.1
Maximális végérték
7.8
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Mikroelem-tartalom csökkenése
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
Talaj AEC változása bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége
cmol (-)kg-1
Jellemző kezdeti érték
6.5
Jellemző végérték
8.1
Maximális végérték
9.3
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH változás bioszénnel kezelt homoktalajban 15 hónap kezelés hatására
Jellemző kezdeti érték
6.7
Jellemző végérték
5.8
Maximális végérték
6.1
Talajromlási folyamat, amire alkalmazták
  • Kémiai degradáció
  • Savanyodás
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám
pH változás bioszénnel kezelt erdei podzol talajban 15 hónap kezelés hatására
Jellemző kezdeti érték
6.5
Jellemző végérték
6
Maximális végérték
6.2
Publikációk

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

Referenciák

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.

Adatlap azonosító (eredeti)
1753
Bevivő
Müller Melinda
Státusz
Publikált
Adatlap típusaTalajjavítási technológia
Létrehozás
Módosítás