Biokohle, auch als Holzkohle bekannt, ist eine uralte Methode zur Steigerung der Bodengesundheit. Erfahren Sie mehr über die Wissenschaft und wie Sie Ihre eigene Biokohle vom Experten Kai Hoffman-Krull herstellen können.
Die Frage des Anbaus von Nahrungsmitteln in einem sich ändernden Klima ist eine, die wir uns alle stellen müssen. Wir alle essen. Vorhersagen zeigen, dass der Klimawandel dazu führen könnte, dass die Erträge an bewässertem Weizen in Entwicklungsländern um 13% und der bewässerte Reis bis zum Jahr 15 um 2050% sinken. In Afrika könnten die Maiserträge im gleichen Zeitraum um 10–20% sinken. [1] Das Zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel schätzt, dass die weltweite Lebensmittelproduktion bis zum Jahr 17 aufgrund von Ernteausfällen aufgrund zunehmender Wetterschwankungen um bis zu 2100% reduziert werden könnte. [2] Die Bevölkerung im Jahr 2100 wird auf 11.2 Milliarden Menschen geschätzt. [3]
Wie so viele von uns wissen, war die Landwirtschaft ein Teil der globalen Kohlenstoffkrise, die uns an diesen Punkt in der Geschichte gebracht hat. Untersuchungen legen nahe, dass die Landwirtschaft bis zur Jahrhundertwende für ein Drittel unserer weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich war. [4] Die Produktion von Lebensmitteln macht den Löwenanteil aller lebensmittelbedingten Treibhausgasemissionen aus - 86%. [5] Wie wir Lebensmittel anbauen, ist ein Teil davon, wie wir unsere Atmosphäre heilen.
Als Teil einer größeren Bewegung regenerativer Praktiken auf Kohlenstoffbasis, einschließlich reduzierter und nicht bebauter Systeme, Deckfrucht, Gründüngung, Rotationsweide, Kompostierung usw., zeigt Holzkohle, auch als „Biokohle“ bekannt, die Fähigkeit zur Abnahme Kohlenstoffmineralisierung, die Kohlenstoff im Boden stabiler macht und gleichzeitig die biologische Aktivität erhöht. Diese Forschung legt nahe, dass Biokohle all diese anderen Regenerationspraktiken unterstützen und ihre Kohlenstoffspeicherfähigkeiten maximieren könnte. Dieser Artikel behandelt einige dieser Forschungsarbeiten sowie den Einfluss von Biokohle auf die Bodenbeständigkeit im biologischen Nahrungsnetz und wie Sie Holzkohle auf Ihrem eigenen Bauernhof herstellen können.
Die Rolle der Holzkohle bei der Stabilisierung von Kohlenstoff in landwirtschaftlichen Böden
Wie wir wissen, ist Kohlenstoff das Wort, mit dem wir das Leben beschreiben, das vorher kam, all die organischen Stoffe, die gekommen und gegangen sind und jetzt im Boden ruhen. Die Frage, wie Landwirte mit dem Kohlenstoffkreislauf interagieren und ihn in unseren Böden speichern, ist Teil der Bekämpfung des Klimawandels, aber auch der Vorbereitung darauf. Carbon Farming ist die Wissenschaft der Resilienz - die Frage, wie man stärkere, nährstoffreichere Lebensmittel mit der Fähigkeit schafft, einem höheren Stressniveau standzuhalten. Wie der landwirtschaftliche Mentor und Biokohle-Experte Steve Bensel sagt, waren die Höhepunkte und Praktiken der ursprünglichen Bewegung für biologische Lebensmittel das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs.
Es gibt zahlreiche Forschungsergebnisse, die darauf hinweisen, dass Biokohle eine Rolle dabei spielen kann, andere auf Kohlenstoff basierende Praktiken weiterzuentwickeln und den natürlichen Kohlenstoff im Boden zu stabilisieren. Dies geht über das hinaus, was ich und viele Leute dachten: Biokohle speichert ungefähr 50% des Kohlenstoffs in der in Pyrolyse umgewandelten Biomasse, die Tausende von Jahren als stabile Kohlenstoffquelle im Boden verbleiben kann. [6] Ein 2014 veröffentlichtes Papier fand heraus, dass Holzkohle die Kohlenstoffmineralisierung und die Entgasung um 64.9 bis 68.8% reduzierte, ein Phänomen, das sie als negativen Priming-Effekt bezeichneten. [7] Dies bedeutet, dass zwischen 64.9 und 68.8% des natürlichen Bodenkohlenstoffs - der Kohlenstoff, der sich bereits im Boden befindet - stabilisiert und im Boden gehalten wurden. Der negative Priming-Effekt wurde dann durch ein Meta-Analyse-Papier bestätigt, in dem 395 Forschungspublikationen zu Holzkohle- und Kohlenstoffentgasung untersucht wurden. Dabei wurde eine durchschnittliche Abnahme der Kohlenstoffentgasung (Atmung) um 40% festgestellt, während gleichzeitig eine durchschnittliche Zunahme von 18% mikrobielle Biomasse. [8]
Es ist schwierig, den Einfluss von Biokohle auf den Boden vollständig vorherzusagen. Verschiedene Biokohlen aus verschiedenen Rohstoffen - Holz, Gülle, Ernterückstände - scheinen einzigartige physikalische und Nährstoffeigenschaften zu haben. Diese verschiedenen Biokohlen werden in verschiedenen Bodentypen auf einzigartige Weise interagieren. Wie die vorherige Studie ergab, scheinen die Temperatur und der pH-Wert der in Biokohle umgewandelten Biomasse einen signifikanten Einfluss auf ihre Eigenschaften zu haben. Eine andere Arbeit fand heraus, dass der negative Priming-Einfluss (Kohlenstoffstabilisierung) bei Biokohlen, die bei höheren Temperaturen zwischen 970 ° F und 1,200 ° F hergestellt wurden, stärker war. [9] Eine dritte Studie bestätigte diesen Befund und stellte fest:
In Übereinstimmung mit früheren Studien zeigten unsere Ergebnisse, dass höhere pyrolytische Temperaturen zu einer Erhöhung der spezifischen Oberfläche und der Feuchtigkeitsretention führten, während der CEC- und DOC-Gehalt verringert wurde (Mukherjee et al., 2011; Wang et al., 2013). Die Eigenschaften dieser Hochtemperatur-Biokohle förderten in unserer Studie eine stärkere negative Grundierung von (Bodenorganische Materie) und wurden kürzlich als die beste Art von Holzkohle zur Maximierung der Boden-C-Speicherung empfohlen (Yuan et al., 2014). [10]
Yuan et al. fanden heraus, dass Biokohlen mit niedrigerer Temperatur andere Vorteile haben können, da sie eine erhöhte Fähigkeit zeigen, Nährstoffe und Feuchtigkeit sowie sofort bioverfügbaren Kohlenstoff zu speichern. Das Papier kam zu dem Schluss, dass sowohl hohe als auch niedrige Temperaturen von Biokohle eine einzigartige Rolle für die Bodengesundheit spielen können, wobei Hochtemperatur-Biokohle einen längeren Einfluss auf die Stabilisierung des Kohlenstoffgehalts hat, wobei Kohle mit niedrigerer Temperatur einen unmittelbareren Einfluss auf die Nährstoffretention, die Wasserretention und die Biokohle hat biologische Aktivität innerhalb der ersten Jahre. [11]
Biokohle herstellen
Wenn Sie an der Herstellung von Biokohle interessiert sind, finden Sie hier zwei einfache, kostengünstige und kostengünstige Möglichkeiten, Holzkohle aus brennenden Stapelmaterialien und / oder Material aus den umliegenden Wäldern herzustellen.
Naturschutzverbrennungen [12]
Naturschutzverbrennungen sind die einfachste und zugänglichste Form der Herstellung von Biokohle, da sie lediglich systematisch Holz in einem Stapel stapeln müssen. Die Theorie hinter Verbrennungen bei der Konservierung lautet, dass alle Rohstoffe den gleichen Punkt erreichen, an dem sich die organischen Stoffe vollständig verflüchtigen. An diesem Punkt wird das Feuer gelöscht. Die Methode ahmt viele der Elemente von Brandrodungspfählen nach, die häufigste Methode zur Entfernung von Bürsten und Holzbiomasse, erzeugt jedoch ein wertvolles Produkt und verringert gleichzeitig die Sterilisation des Bodens am Ort der Verbrennung. Konservierungsverbrennungen können in verschiedenen Maßstäben und mit unterschiedlichen Holzgrößen durchgeführt werden, erfordern jedoch einen kleinen Durchmesserbereich innerhalb jeder Verbrennung, um effektiv zu arbeiten. Konservierungsverbrennungen erfordern zum Löschen eine erhebliche Menge Wasser, sodass Verbrennungen idealerweise in der Nähe einer Druckwasserquelle durchgeführt werden.
Durch Anzünden des Konservierungsbrandes auf der Oberseite werden die in den Flammen gehaltenen Kohlen in einer weniger sauerstoffhaltigen Umgebung gehalten, wenn sich das Feuer auf das neuere Material zubewegt. Diese Flammen verbrauchen Sauerstoff, der sonst direkt auf die Kohlen zugreifen würde. Während Flammendeckelöfen versuchen, der Holzkohle Sauerstoff zu entziehen, indem der Feuerraum durch Hinzufügen von mehr Material angehoben wird, fungieren Verbrennungen als eine große Brandzone, in der der Bediener das Feuer in dem Stadium löscht, in dem er sonst einem Ofen Material hinzufügen würde.
Versandart
Der Erfolg von Conservation Burns hängt davon ab, wie der Stapel aufgebaut ist. Das Ausgangsmaterial sollte einen etwas homogenen Durchmesser haben, wobei die größten Stücke nur einige Zentimeter größer sind als die kleinsten. Die Länge kann signifikanter variieren, aber wenn das Material in einem Bereich von 1 bis 4 Fuß im Differential gehalten wird, wird die Rate der konsistenten Biokohleproduktion verbessert. Das Material sollte in einem Kegel hergestellt werden, wobei das größte Material in der Mitte der Verbrennung platziert wird, wobei das Material zu kleineren Durchmessern übergeht, wenn sich der Stapel nach unten und oben bewegt. Dies liegt daran, dass das Zentrum des Feuers die höchste Wärme erzeugt und somit die größere verkohlen kann.
Sobald der Stapel aufgebaut ist, machen Sie oben ein Feuer. Bei Wind sollte der Stapel 2/3 des Weges nach unten auf der Gegenwindseite beleuchtet sein. Trockeneres Material ist für konservierende Verbrennungen wichtiger als andere Produktionsformen, da ein höherer Feuchtigkeitsgehalt im Ausgangsmaterial zu einer langsameren Entwicklung des Feuers führt, was dazu führt, dass das Obermaterial zu Asche wird, bevor die unteren Teile der Biomasse in Holzkohle umgewandelt werden. Das Ziel der Konservierungsverbrennung besteht darin, dass der Pfahlbrenner schnell eingesetzt wird, wobei sich das Feuer je nach Größe des Stapels zwischen 2 und 20 Minuten von der Oberseite des Stapels nach unten bewegt. Der ideale Zeitpunkt zum Löschen der Verbrennung ist, nachdem das Feuer den Boden des Stapels erreicht hat und auf dem gesamten Material von oben nach unten eine leichte Ascheschicht zu sehen ist.
Mit trockenem Material durchgeführte Verbrennungen verbrauchen die meisten flüchtigen Gase in der Feuerkammer, die das Feuer speisen und die Emissionen in die Atmosphäre verringern, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Brandrodungen.
Das Feuer löschen
Der ideale Weg, um konservierende Verbrennungen zu löschen, besteht darin, das Feuer mit Druckwasser zu besprühen. Es ist wichtig sicherzustellen, dass der Stapel vor dem Verlassen vollständig gesättigt ist, da der Stapel häufig erloschen erscheinen kann, aber eine kleine Menge lebender Kohlen enthält, die die umgebende Holzkohle austrocknen und den Stapel erneut in Brand setzen können.
Flammenkappenöfen
Flammendeckelöfen verwenden einen Metallzylinder oder eine Metallbox mit offenem oder geschlossenem Boden. Einer der wesentlichen Vorteile von Flame Cap-Öfen für die land- und forstwirtschaftliche Produktion besteht darin, dass während des gesamten Brennprozesses Material geladen werden kann, wobei die Verbrennung abgeschlossen wird, wenn der Ofen mit Biokohle gefüllt wird. Dies ermöglicht es, die Menge der produzierten Biokohle zu erhöhen und größere Mengen an Schrägstrichmaterial zu eliminieren, was es ideal für die Forstwirtschaft oder die Produktion auf dem Bauernhof macht.
Flammendeckelöfen verhindern den Sauerstoffzugang an den Seiten des Feuers. Der Bereich der aktiven Flamme steigt mit der Zugabe von neuem Material an und verbraucht den Sauerstoff, der sonst auf die darunter liegende Holzkohle gelangen würde. Öfen können aus einer Vielzahl von Durchmessern und Höhen hergestellt werden, wobei ein größerer Durchmesser und kürzere Abmessungen zu heißeren, schnelleren Verbrennungen und einer geringeren Effizienz bei der Umwandlung von Biomasse in Biokohle führen. Höhere und schmalere Öfen führen zu kühleren und effizienteren Verbrennungen. Eine allgemeine Richtlinie für eine ideale Ofengröße ist das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von 1.5: 1, jedoch können viele verschiedene Verhältnisse wirksam sein.
Wenn Sie einen Metallzylinder oder eine Metallkiste schneiden, um einen Ofen herzustellen, ist es wichtig festzustellen, ob der Behälter zuvor brennbare Produkte gelagert hat. Wenn ja, füllen Sie den Behälter vor dem Schneiden mit Wasser, da ein Funke Restgase im Behälter auffangen kann und die Gefahr einer Explosion besteht.
Versandart
Machen Sie ein heißes Feuer mit Anzündern und kleinen Stöcken. Wenn der Ofen einen offenen Boden hat, lassen Sie Luft von unten in den Ofen eindringen, um das Auslösen des Feuers zu erleichtern. Dies kann durch einfaches Herausschaufeln mehrerer Zugangspunkte erfolgen, an denen der Zylinderboden auf den Boden trifft. Wenn das Feuer gut brennt, normalerweise 10 bis 20 Minuten nach Beginn der Verbrennung, verschließen Sie den Boden des Ofens mit Schmutz, damit keine Luft aus dem unteren Umfang eindringt.
Fügen Sie Material hinzu, wenn Sie sehen, dass die Oberseite des vorhandenen Materials außen graue Asche entwickelt. Es ist hilfreich, für jede Beladung Material mit ähnlicher Größe, ähnlichem Feuchtigkeitsgehalt und ähnlicher Holzart hinzuzufügen, da das Material gleichzeitig in eine ähnliche Stufe der Holzkohle übergeht, wodurch die Effizienz der Verbrennung maximiert wird. Platzieren Sie das Material mit dem größten Durchmesser ein Drittel des Weges durch den Brennvorgang, da dies der Punkt maximaler Wärme ist.
Füllen Sie so lange Kraftstoff nach, bis der Ofen voll mit Holzkohle ist oder Ihnen der Brennstoff ausgeht. Wenn der Gehalt an verkohltem Holz im Zylinder steigt, sollte der untere Teil der Außenseite des Zylinders kühler sein als der Bereich der aktiven Verbrennung, was darauf hinweist, dass kein Sauerstoff von unten in den Ofen gelangt.
Die Farbe des Rauches aus dem Ofen gibt einen Hinweis auf die Temperatur und die Verbrennungsfreiheit, die Sie durchführen:
- Sauberes Brennen mit Hitzewellen ist das Ideal.
- Weißer Rauch ist eine Folge der Dampfentgasung und kein wesentliches Problem, da es sich hauptsächlich um Wasser handelt, das in die Luft gelangt.
- Blauer Rauch zeigt, dass einige flüchtige Gase nicht brennen und dass das Feuer kühler als ideal ist. Beenden Sie die Kraftstoffzufuhr oder geben Sie trockeneren Kraftstoff hinzu, um dies zu korrigieren.
- Gelber und grünlicher Rauch ist die Produktion von Methan (schädliches Treibhausgas) und anderen flüchtigen Gasen, was bedeutet, dass das Feuer zu kalt geworden ist und keine Gase vom Feuer verbraucht werden. Dies ist eine wichtige Zeit, um das Hinzufügen von Kraftstoff zu beenden und die Verbrennung selbst reinigen zu lassen.
Das Feuer löschen
Es gibt zwei verschiedene Methoden zum Löschen von Flammendeckelöfen: Ausschließen des Feuers von Sauerstoff mit einem Deckel oder Verwenden von Wasser. Die Deckelmethode ist ideal für forstwirtschaftliche Anwendungen, bei denen der Zugang zu Wasser eingeschränkt sein kann.
Um die Deckelmethode zu verwenden, erstellen Sie einen Deckel, der 1 bis 2 Zoll kleiner als der Durchmesser des Ofens ist, damit der Deckel darin sitzen kann. Das ideale Material für Deckel ist ein Metalldach, das mit Dachschrauben zusammengeschraubt und mit einem Winkelschleifer oder Sawzall geschnitten werden kann. Geben Sie 10-15 Gallonen Wasser gleichmäßig um die Oberseite des Feuers und setzen Sie dann den Deckel in den Ofen. Verschließen Sie den Spalt zwischen Deckel und Zylinderrand mit Erde. Dampflecks weisen auf die Notwendigkeit einer besseren Abdichtung hin. Sobald der Zylinder vollständig abgekühlt ist (dies dauert mindestens 2 Tage), kippen Sie ihn um, um die Biokohle zu entnehmen. Seien Sie sehr vorsichtig mit frischem Saibling, da dieser die Hitze überraschend lange halten kann. Wenn eine noch lebende Kohle Luft ausgesetzt ist, brennt sie. Stellen Sie vor dem Transport sicher, dass sich keine Hitze im Saibling befindet.
Sie können die Wassermethode verwenden, wenn in der Nähe der Feuerquelle ausreichend Wasser verfügbar ist (80-100 Gallonen). Diese Methode ist idealer für Öfen mit geschlossenem Boden, da das Wasser im Behälter aufsteigt und die Kohlen eintaucht. Wenn der Ofen keinen geschlossenen Boden hat, sprühen Sie die Oberseite des Feuers ab und kippen Sie den Ofen dann entweder von Hand oder mit mechanischen Mitteln wie einem Traktor oder einem Come-a-Long um.
Sprühen Sie die Holzkohle mit Wasser ein, während Sie sie herumharken. Rühren Sie den Saibling weiter und benetzen Sie ihn, während Sie nach heißen Stellen suchen. Jeglicher Dampf, der nach 30 Minuten Wasser aus dem Stapel austritt, zeigt an, dass das Feuer nicht gelöscht ist. Kehren Sie nach ein oder zwei Stunden zum Stapel zurück, sprühen Sie ihn und harken Sie ihn erneut. Es wird dringend empfohlen, den Saibling mehrmals zu inspizieren, bevor davon ausgegangen wird, dass das Feuer gelöscht ist und der Saibling sicher zu handhaben und zu transportieren ist.
Abschließende Gedanken
Der Begriff Biokohle kann neu klingen, aber Holzkohle ist nichts Neues. Holzkohle ist so alt wie Feuer, und Feuer hat als zentrales Element zur Ausdünnung alter Waldökosysteme gedient. [13] In San Juan County verwendeten die Salish des Puget Sound auch Feuer, um ihre wilden Lebensmittel anzubauen. Während die ersten europäischen Siedler dachten, die Wälder des pazifischen Nordwestens seien Wälder, die von Natur aus reich an Nahrungspflanzen sind, waren sie tatsächlich Gärten. [14] Die Salish benutzten Feuer, um Hirsche und Elche an zentrale Orte zu treiben, an denen sie leichter gejagt werden konnten, und verbrannten nach der Ernte ihre häufigsten Wurzel- und Beerenfrüchte. Kontrollierte Verbrennungen dienten dazu, die Rolle von Waldbränden in alten Wachstumssystemen zu reproduzieren, den Waldboden zu verdünnen und zu reinigen und gleichzeitig Asche und Holzkohle zur Düngung der nächsten Pflanzengeneration bereitzustellen. [15] Es gibt Illustrationen, dass Feuer und Holzkohle auch in Südamerika und Teilen Europas historisch für die Landwirtschaft verwendet wurden. [16] [17]
Biokohle hat heute möglicherweise eine größere Bedeutung als je zuvor. Auf der Suche nach Möglichkeiten, Kohlenstoff in unserem Boden und außerhalb der Atmosphäre zu halten, ist Biokohle möglicherweise nicht die Antwort, aber sie kann dazu beitragen, alle anderen Antworten zu unterstützen.
Weitere Informationen zu den Verwendungen, Prozessen und Vorteilen von Biokohle finden Sie unter Char wiederherstellen.
Dieser Beitrag basiert auf einem Artikel, der in veröffentlicht wird Für den Markt wachsen, Mai 2019.