Le biochar, également connu sous le nom de charbon de bois, est une méthode séculaire pour améliorer la santé des sols. Apprenez-en plus sur la science et sur la fabrication de votre propre biochar grâce à l'expert Kai Hoffman-Krull.
La question de la culture de la nourriture dans un climat changeant est une question que nous devons tous nous poser. Nous mangeons tous. Les prévisions montrent que le changement climatique pourrait entraîner une baisse de 13% des rendements du blé irrigué dans les pays en développement et le riz irrigué de 15% d'ici 2050. En Afrique, les rendements du maïs pourraient chuter de 10 à 20% au cours de la même période. [1] Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat estime que la production alimentaire mondiale pourrait être réduite jusqu'à 17% d'ici 2100 en raison des mauvaises récoltes dues à une augmentation des variations climatiques. [2] La population en 2100 est estimée à 11.2 milliards de personnes. [3]
Comme beaucoup d'entre nous le savent, l'agriculture a fait partie de la crise mondiale du carbone qui nous a amenés à ce stade de l'histoire. Les recherches suggèrent qu'au tournant de notre siècle, l'agriculture a été responsable d'un tiers de nos émissions mondiales de gaz à effet de serre. [4] La production alimentaire représente la part du lion de toutes les émissions de gaz à effet de serre liées à l'alimentation - 86%. [5] La façon dont nous cultivons les aliments fait partie de la façon dont nous soignons notre atmosphère.
Dans le cadre d'un mouvement plus large de pratiques régénératrices à base de carbone, y compris les systèmes de labour réduit et sans labour, les cultures de couverture, les engrais verts, le pâturage en rotation, le compostage, etc., le charbon de bois, également connu sous le nom de «biochar», illustre la capacité à diminuer minéralisation du carbone, rendant le carbone plus stable dans le sol, tout en augmentant également l'activité biologique. Cette recherche suggère que le biochar pourrait aider toutes ces autres pratiques de régénération, en maximisant leurs capacités de stockage de carbone. Cet article couvrira certaines de ces recherches, ainsi que l'influence du biochar sur la résilience des sols dans le réseau trophique biologique et comment vous pouvez fabriquer du charbon de bois dans votre propre ferme.
Le rôle du charbon de bois dans la stabilisation du carbone dans les sols agricoles
Comme nous le savons, le carbone est le mot que nous utilisons pour décrire la vie qui a précédé, tous les composés organiques qui sont allés et partis et qui reposent maintenant dans le sol. La question de savoir comment les agriculteurs interagissent avec le cycle du carbone et le stockent dans nos sols fait partie non seulement de la lutte contre le changement climatique, mais aussi de sa préparation. L'agriculture au carbone est la science de la résilience - la question de savoir comment créer des aliments plus forts, plus riches en nutriments et capables de résister à des niveaux de stress plus élevés. Comme le dit Steve Bensel, mentor agricole et expert en biochar, les pinacles et les pratiques du mouvement original de l'alimentation biologique concernaient la compréhension du cycle du carbone.
De nombreuses recherches suggèrent que le biochar peut jouer un rôle en aidant d'autres pratiques basées sur le carbone à aller plus loin, en stabilisant le carbone natif du sol. Cela va au-delà de ce que moi et beaucoup de gens pensaient, à savoir que le biochar stocke environ 50% du carbone dans la biomasse convertie en pyrolyse, qui peut durer des milliers d'années comme source de carbone stable dans le sol. [6] Un article publié en 2014 a révélé que le charbon de bois réduisait la minéralisation du carbone et le dégagement de gaz de 64.9 à 68.8%, un phénomène qu'ils ont appelé l'effet d'amorçage négatif. [7] Cela signifie qu'entre 64.9 et 68.8% du carbone natif du sol - le carbone déjà présent dans le sol - était stabilisé et conservé dans le sol. L'effet d'amorçage négatif a ensuite été confirmé par un article de méta-analyse qui a examiné 395 publications de recherche sur le charbon de bois et le dégagement de carbone, trouvant une diminution moyenne de 40% du dégagement de carbone, connu sous le nom de respiration, tout en constatant également une augmentation moyenne de 18% de biomasse microbienne. [8]
Il est difficile de prédire pleinement l'influence du biochar dans le sol. Différents biochars fabriqués à partir de matières premières différentes - bois, fumier, résidus de cultures - semblent avoir des propriétés physiques et nutritives uniques. Ces différents biochars vont interagir uniquement dans différents types de sols. Comme le montre l'étude précédente, la température et le pH de la biomasse transformée en biochar semblent avoir une influence significative sur ses propriétés. Un autre article a révélé que l'influence négative de l'amorçage (stabilisation du carbone) était plus prononcée avec les biochars produits à des températures plus élevées entre 970 degrés F et 1,200 9 degrés F. [XNUMX] Une troisième étude a confirmé cette constatation, déclarant:
Conformément aux études précédentes, nos résultats ont montré que des températures pyrolytiques plus élevées entraînaient une augmentation de la surface spécifique et de la rétention d'humidité tout en diminuant la teneur en CEC et en COD (Mukherjee et al., 2011; Wang et al., 2013). Les caractéristiques de ces biochars à haute température ont favorisé un meilleur amorçage négatif de (Soil Organic Matter) dans notre étude, et ils ont récemment été préconisés comme le meilleur type d'omble chevalier pour maximiser le stockage du C dans le sol (Yuan et al., 2014). [10]
Yuan, et.al. ont constaté que les biochars à basse température peuvent avoir d'autres avantages, montrant une capacité accrue à retenir les nutriments et l'humidité et immédiatement le carbone biodisponible. Le document a conclu que les températures élevées et basses du biochar peuvent jouer un rôle unique dans la santé des sols, les biochars à haute température ayant une influence plus longue sur la stabilisation des niveaux de carbone, les chars à basse température ayant une influence plus immédiate sur la rétention des nutriments, la rétention d'eau et activité biologique au cours des premières années. [11]
Faire du biochar
Si vous êtes intéressé par la fabrication de biochar, voici deux façons simples, peu coûteuses et peu technologiques de fabriquer du charbon de bois à partir de matériaux de tas de combustion et / ou de matériaux de vos forêts environnantes.
Brûlures de conservation [12]
Les brûlures de conservation sont la forme la plus simple et la plus accessible de production de biochar, car tout ce dont elles ont besoin est d'empiler systématiquement du bois en tas. La théorie derrière les brûlures de conservation est que toutes les matières premières atteignent le même point de volatilisation totale des matières organiques, moment auquel le feu est éteint. La méthode imite de nombreux éléments des tas de brûlis, la méthode la plus courante pour l'élimination des broussailles et de la biomasse ligneuse, mais génère un produit précieux tout en réduisant la stérilisation du sol à l'endroit de la brûlure. Les brûlures de conservation peuvent être effectuées à diverses échelles et avec une variation de tailles de bois, mais nécessitent une petite plage de diamètre à l'intérieur de chaque brûlure pour fonctionner efficacement. Les brûlures de conservation nécessitent une quantité importante d'eau pour s'éteindre, de sorte que les brûlures devraient idéalement être effectuées près d'une source d'eau sous pression.
En allumant la brûlure de conservation sur le dessus, les charbons retenus dans les flammes sont maintenus dans un environnement moins oxygéné alors que le feu se déplace vers le nouveau matériau. Ces flammes consomment de l'oxygène qui autrement accéderait directement aux charbons. Alors que les fours à chapeau de flamme cherchent à éliminer l'oxygène du charbon de bois en élevant la chambre de combustion en ajoutant plus de matériau, les brûlures de conservation fonctionnent comme une grande zone de feu où l'opérateur éteint le feu au stade où il ajouterait autrement de la matière dans un four.
Méthode
Le succès de Conservation Burns dépend de la façon dont la pile est construite. La matière première doit avoir un diamètre quelque peu homogène, les plus gros morceaux ne dépassant de quelques pouces que les plus petits morceaux. La longueur peut varier de manière plus significative, mais le fait de garder le matériau dans une plage de 1 à 4 pieds de différentiel améliorera le taux de production constante de biochar. Le matériau doit être construit dans un cône, le plus gros matériau étant placé au centre de la brûlure, le matériau passant à des diamètres plus petits à mesure que le pieu se déplace vers le bas et le haut. C'est parce que le centre du feu produira la chaleur la plus élevée et peut donc carboniser le plus gros.
Une fois la pile construite, allumez un feu au sommet. S'il y a du vent, la pile doit être allumée du côté vent arrière 2/3 de la trajectoire vers le bas. Un matériau plus sec est plus important pour les brûlures de conservation que d'autres formes de production, car une teneur en humidité plus élevée dans la matière première entraînera un développement plus lent du feu, ce qui entraînera la transformation du matériau supérieur en cendres avant que les sections inférieures de la biomasse ne se transforment en charbon de bois. Le but du brûlage de conservation est d'avoir la torche de pieu rapidement, le feu se déplaçant du haut du pieu vers le bas en 2 à 20 minutes selon la taille du pieu. Le moment idéal pour éteindre la brûlure est après que le feu a atteint le bas de la pile et une légère couche de cendre peut être vue sur tout le matériel de haut en bas.
Les brûlures de conservation effectuées avec des matériaux secs consomment la plupart des gaz volatils dans la chambre de combustion, ce qui alimente le feu et diminue les émissions dans l'atmosphère, en particulier par rapport aux brûlures traditionnelles sur tas de rebuts.
Éteindre le feu
Le moyen idéal pour éteindre les brûlures de conservation est de pulvériser le feu avec de l'eau sous pression. Il est important de s'assurer que le tas est complètement saturé avant de partir, car souvent le tas peut sembler éteint mais avoir une petite quantité de charbon vivant qui peut dessécher le charbon de bois environnant et redémarrer le tas.
Fours à flamme
Les fours Flame Cap utilisent un cylindre ou une boîte en métal, avec un fond ouvert ou fermé. L'un des avantages importants des fours à flamme pour la production agricole et forestière est que le matériau peut être chargé tout au long du processus de combustion, la conclusion de la combustion se produisant lorsque le four est rempli de biochar. Cela permet d'augmenter la quantité de biochar produit ainsi que d'éliminer de plus grandes quantités de matériau de coupe, ce qui le rend idéal pour la sylviculture ou la production à la ferme.
Les fours Flame Cap éliminent l'accès à l'oxygène sur les côtés du feu. La zone de flamme active augmente avec l'ajout de nouveau matériau, consommant l'oxygène qui autrement accéderait au charbon de bois ci-dessous. Les fours peuvent être fabriqués à partir d'une variété de diamètres et de hauteurs, avec un diamètre plus grand et des dimensions plus courtes, ce qui entraîne des brûlures plus chaudes et plus rapides et une efficacité moindre de conversion de la biomasse en biochar. Des fours plus hauts et plus étroits entraînent des brûlures plus froides et plus efficaces. Une ligne directrice générale pour une taille de four idéale est un rapport hauteur / diamètre de 1.5: 1, cependant de nombreux rapports différents peuvent être efficaces.
Si vous coupez un cylindre ou une boîte en métal pour créer un four, il est important de découvrir si le conteneur a déjà stocké des produits inflammables. Si tel est le cas, remplissez le récipient d'eau avant de couper, car une étincelle peut attraper les gaz résiduels laissés dans le récipient, ce qui peut provoquer une explosion.
Méthode
Faites un feu chaud avec du bois d'allumage et de petits bâtons. Si le four a un fond ouvert, laissez l'air entrer dans le four par le bas pour faciliter l'allumage du feu, ce qui peut être fait en déplaçant simplement plusieurs points d'accès où le fond du cylindre rencontre le sol. Lorsque le feu brûle bien, généralement 10 à 20 minutes après le début de la combustion, scellez le fond du four avec de la saleté afin qu'aucun air ne pénètre par le périmètre inférieur.
Ajoutez du matériau lorsque vous voyez le haut du matériau existant développer des cendres grises à l'extérieur. Il est utile d'ajouter un matériau de taille, de teneur en humidité et de type de bois similaires pour chaque chargement, car le matériau passera à un stade similaire de charbon de bois en même temps, maximisant ainsi l'efficacité de la combustion. Placez le matériau de plus grand diamètre au tiers du processus de combustion, car c'est le point de chaleur maximale.
Continuez à ajouter du combustible jusqu'à ce que le four soit plein de charbon ou que vous soyez à court de combustible. Lorsque le niveau de bois carbonisé augmente dans le cylindre, le niveau inférieur de l'extérieur du cylindre doit être plus froid que la zone de combustion active, ce qui indique qu'aucun oxygène ne pénètre dans le four par le bas.
La couleur de la fumée provenant du four donnera une indication de la température et de la propreté de la brûlure que vous conduisez:
- Une brûlure propre avec des vagues de chaleur est l'idéal.
- La fumée blanche est le résultat du dégagement de vapeur et n'est pas un problème important car il s'agit principalement d'eau qui pénètre dans l'air.
- La fumée bleue montre que certains gaz volatils ne brûlent pas et que le feu est plus froid qu'idéal. Arrêtez d'ajouter du carburant ou commencez à ajouter du carburant plus sec pour corriger.
- La fumée jaune et verdâtre est la production de méthane (gaz à effet de serre nocif) et d'autres gaz volatils, ce qui signifie que le feu est devenu trop froid et que les gaz ne sont pas consommés par le feu. C'est un moment important pour arrêter d'ajouter du carburant et laisser la brûlure se nettoyer.
Éteindre le feu
Il existe deux méthodes différentes pour éteindre les fours à flamme: exclure le feu de l'oxygène avec un couvercle ou utiliser de l'eau. La méthode du couvercle est idéale pour les applications forestières où l'accès à l'eau peut être limité.
Pour utiliser la méthode du couvercle, créez un couvercle de 1 à 2 pouces plus petit que le diamètre du four, afin que le couvercle puisse reposer à l'intérieur. Le matériau idéal pour les couvercles est une toiture métallique utilisée qui peut être vissée avec des vis de toiture et coupée avec une meuleuse d'angle ou Sawzall. Mettez 10-15 gallons d'eau uniformément autour du dessus du feu, puis ajoutez le couvercle à l'intérieur du four. Scellez l'espace entre le couvercle et le bord du cylindre avec de la terre. Les fuites de vapeur indiqueront la nécessité d'une meilleure étanchéité. Une fois le cylindre complètement refroidi (cela prend au moins 2 jours), basculez-le pour récupérer le biochar. Soyez très prudent avec le charbon de bois frais, car il peut conserver la chaleur pendant une durée étonnamment longue. Si un charbon encore vivant est exposé à l'air, il brûlera. Assurez-vous qu'il n'y a pas de chaleur dans le charbon avant le transport.
Vous pouvez utiliser la méthode de l'eau s'il y a beaucoup d'eau disponible à proximité de la source du feu (80-100 gallons). Cette méthode est plus idéale pour les fours à fond fermé, car l'eau montera dans le conteneur et submergera les charbons. Si le four n'a pas de fond fermé, vaporisez le haut du feu, puis basculez le four à la main ou par des moyens mécaniques, comme un tracteur ou un come-a-long.
Vaporisez le charbon de bois avec de l'eau tout en le ratissant. Continuez à remuer et à mouiller l'omble tout en recherchant les points chauds. Toute vapeur s'échappant du tas après 30 minutes d'application d'eau indique que le feu n'est pas éteint. Après une heure ou deux, revenez sur le tas et pulvérisez et ratissez à nouveau. Il est fortement recommandé que l'omble soit inspecté plusieurs fois avant de supposer que le feu est éteint, et l'omble peut être manipulé et transporté en toute sécurité.
Réflexions finales
Le terme biochar peut sembler nouveau, mais il n'y a rien de nouveau à propos du charbon de bois. Le charbon de bois est aussi vieux que le feu et le feu a servi d'élément central à l'éclaircissement des écosystèmes forestiers anciens. [13] Dans le comté de San Juan, les Salish du Puget Sound utilisaient également le feu pour cultiver leurs aliments sauvages. Alors que les premiers colons européens pensaient que les forêts du Pacifique Nord-Ouest étaient des forêts naturellement abondantes avec des cultures vivrières, elles étaient en fait des jardins. [14] Les Salish ont utilisé le feu pour conduire les cerfs et les élans vers des endroits centraux où ils pourraient être plus facilement chassés, et ont brûlé leurs cultures de racines et de baies les plus courantes après la récolte. Les brûlures contrôlées ont servi à reproduire le rôle des incendies de forêt dans les anciens systèmes de croissance, éclaircissant et nettoyant le sol forestier tout en fournissant des cendres et du charbon de bois pour fertiliser la prochaine génération de plantes. [15] Il y a des illustrations que le feu et le charbon de bois ont également été utilisés pour l'agriculture historiquement en Amérique du Sud et dans certaines parties de l'Europe. [16] [17]
Aujourd'hui, le biochar peut avoir plus d'importance que jamais. Alors que nous cherchons des moyens de conserver le carbone dans notre sol et hors de l'atmosphère, le biochar n'est peut-être pas la réponse, mais il peut contribuer à aider toutes les autres réponses.
Pour plus d'informations sur les utilisations, les processus et les avantages du biochar, visitez Restaurer le caractère.
Cet article est basé sur un article publié dans Cultiver pour le marché, Mai 2019.