Il biochar, altrimenti noto come carbone, è un metodo antico per aumentare la salute del suolo. Scopri di più sulla scienza e su come creare il tuo biochar dall'esperto Kai Hoffman-Krull.
La questione della coltivazione di cibo nel clima che cambia è una domanda che tutti dobbiamo chiederci. Mangiamo tutti. Le previsioni illustrano che il cambiamento climatico potrebbe causare una diminuzione del 13% delle rese di grano irrigato nei paesi in via di sviluppo e che il riso irrigato potrebbe diminuire del 15% entro il 2050. In Africa, le rese di mais potrebbero diminuire del 10-20% nello stesso arco di tempo. [1] Il Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici stima che la produzione alimentare globale potrebbe essere ridotta fino al 17% entro il 2100 a causa dei fallimenti dei raccolti dovuti all'aumento delle variazioni meteorologiche. [2] Si stima che la popolazione nell'anno 2100 sia di 11.2 miliardi di persone. [3]
Come molti di noi sanno, l'agricoltura ha fatto parte della crisi globale del carbonio che ci ha portato a questo punto della storia. La ricerca suggerisce che fino alla fine del nostro secolo l'agricoltura è stata responsabile di un terzo delle nostre emissioni globali di gas a effetto serra. [4] La produzione di cibo costituisce la parte del leone di tutte le emissioni di gas serra legate al cibo: l'86%. [5] Il modo in cui coltiviamo il cibo fa parte del modo in cui curiamo la nostra atmosfera.
Come parte di un più ampio movimento di pratiche rigenerative basate sul carbonio, inclusi sistemi ridotti e di non lavorazione, colture di copertura, concimi verdi, pascolo rotazionale, compostaggio, ecc., Il carbone, noto anche come "biochar", sta illustrando la capacità di diminuire mineralizzazione del carbonio, rendendo il carbonio più stabile nel suolo, aumentando anche l'attività biologica. Questa ricerca suggerisce che biochar potrebbe aiutare tutte queste altre pratiche rigenerative, massimizzando le loro capacità di stoccaggio del carbonio. Questo articolo tratterà alcune di queste ricerche, così come l'influenza del biochar sulla resilienza del suolo nella rete alimentare biologica e come puoi produrre carbone nella tua fattoria.
Il ruolo del carbone nella stabilizzazione del carbonio nei terreni agricoli
Come sappiamo, carbonio è la parola che usiamo per descrivere la vita che è venuta prima, tutte le sostanze organiche che sono venute e se ne sono andate e ora riposano nel suolo. La questione di come gli agricoltori interagiscono con il ciclo del carbonio e lo immagazzinano nel nostro suolo fa parte non solo dell'affrontare il cambiamento climatico, ma anche della preparazione per esso. L'agricoltura del carbonio è la scienza della resilienza: la questione di come creare cibi più forti e più ricchi di nutrienti con la capacità di sopportare livelli di stress maggiori. Come dice il mentore agricolo ed esperto di biochar Steve Bensel, i pinnacoli e le pratiche del movimento originale del cibo biologico riguardavano la comprensione del ciclo del carbonio.
C'è un ampio corpo di ricerca che suggerisce che il biochar può svolgere un ruolo nell'aiutare altre pratiche basate sul carbonio ad andare oltre, stabilizzando il carbonio nativo nel suolo. Questo va oltre ciò che io e molte persone pensavamo, ovvero che il biochar immagazzina circa il 50% del carbonio nella biomassa convertita in pirolisi, che può durare come fonte di carbonio stabile nel suolo per migliaia di anni. [6] Un documento pubblicato nel 2014 ha rilevato che il carbone ha ridotto la mineralizzazione del carbonio e il rilascio di gas tra il 64.9 e il 68.8%, un fenomeno che hanno definito effetto di innesco negativo. [7] Ciò significa che tra il 64.9 e il 68.8% del carbonio nativo del suolo, il carbonio già presente nel suolo, è stato stabilizzato e mantenuto nel suolo. L'effetto di adescamento negativo è stato poi confermato da un documento di meta-analisi che ha esaminato 395 pubblicazioni di ricerca sul carbone e l'eliminazione del carbonio, riscontrando una diminuzione media del 40% nell'emissione del carbonio, nota come respirazione, mentre ha visto anche un aumento medio di 18% di biomassa microbica. [8]
È difficile prevedere completamente l'influenza del biochar nel suolo. Diversi biochar ottenuti da diverse materie prime - legno, letame, residui di colture - sembrano avere proprietà fisiche e nutritive uniche. Questi diversi biochar interagiranno in modo univoco in diversi tipi di suolo. Come ha scoperto lo studio precedente, la temperatura e il pH della biomassa convertita in biochar sembrano avere un'influenza significativa sulle sue proprietà. Un altro documento ha scoperto che l'influenza negativa di innesco (stabilizzazione del carbonio) era più pronunciata con biochar prodotti a temperature più elevate tra 970 gradi F e 1,200 gradi F. [9] Un terzo studio ha confermato questo risultato, affermando:
Coerentemente con gli studi precedenti, i nostri risultati hanno mostrato che temperature pirolitiche più elevate hanno portato ad un aumento della superficie specifica e alla ritenzione di umidità, riducendo il contenuto di CEC e DOC (Mukherjee et al., 2011; Wang et al., 2013). Le caratteristiche di questi biochar ad alta temperatura hanno promosso un maggiore innesco negativo di (Soil Organic Matter) nel nostro studio e sono stati recentemente sostenuti come il miglior tipo di carbone per massimizzare lo stoccaggio di C nel suolo (Yuan et al., 2014). [10]
Yuan, et.al. ha scoperto che i biochar a temperatura più bassa possono avere altri vantaggi, mostrando una maggiore capacità di trattenere i nutrienti e l'umidità e il carbonio immediatamente biodisponibile. Il documento ha concluso che sia le alte che le basse temperature del biochar possono svolgere ruoli unici nella salute del suolo, con biochar ad alta temperatura che servono come un'influenza più lunga nella stabilizzazione dei livelli di carbonio, con i caratteri a temperatura più bassa che hanno un'influenza più immediata sulla ritenzione dei nutrienti, attività biologica nei primi anni. [11]
Fare Biochar
Se sei interessato a produrre biochar, ecco due modi facili, economici e poco tecnologici per produrre carbone da materiali bruciati e / o materiale dalle foreste circostanti.
Conservation Burns [12]
Le ustioni di conservazione sono la forma più semplice e accessibile di produzione di biochar, poiché tutto ciò che richiedono è impilare sistematicamente la legna in una catasta. La teoria alla base delle ustioni conservative è che tutte le materie prime raggiungono lo stesso punto di volatilizzazione completa delle sostanze organiche, a quel punto il fuoco viene spento. Il metodo imita molti degli elementi dei cumuli di bruciature da taglio, il metodo più comune per la rimozione di cespugli e biomasse legnose, ma genera un prodotto prezioso riducendo anche la sterilizzazione del suolo nella posizione dell'ustione. Le ustioni di conservazione possono essere eseguite su una varietà di scale e con una variazione delle dimensioni del legno, ma per funzionare efficacemente è necessario un piccolo intervallo di diametro all'interno di ciascuna bruciatura. Le ustioni di conservazione richiedono una quantità significativa di acqua per estinguersi, quindi le ustioni dovrebbero idealmente essere condotte vicino a una fonte di acqua pressurizzata.
Accendendo la bruciatura di conservazione sulla parte superiore, i carboni tenuti nelle fiamme vengono tenuti in un ambiente meno ossigenato mentre il fuoco si sposta verso il materiale più nuovo. Queste fiamme consumano ossigeno che altrimenti accederebbe direttamente ai carboni. Mentre i forni con cappuccio a fiamma cercano di eliminare l'ossigeno dal carbone alzando il focolare aggiungendo più materiale, le ustioni di conservazione funzionano come un'unica grande zona del fuoco in cui l'operatore spegne il fuoco nella fase in cui aggiungerebbe materiale a un forno.
metodo
Il successo di Conservation Burns dipende da come viene costruita la pila. La materia prima dovrebbe avere un diametro alquanto omogeneo, con i pezzi più grandi solo di alcuni pollici più grandi dei pezzi più piccoli. La lunghezza può variare in modo più significativo, ma mantenere il materiale a una distanza entro 1-4 piedi in differenziale migliorerà il tasso di produzione di biochar costante. Il materiale dovrebbe essere costruito in un cono, con il materiale più grande posizionato al centro della bruciatura, con il materiale che si gradua a diametri più piccoli mentre la pila si sposta verso il basso e verso l'alto. Questo perché il centro del fuoco produrrà il calore più elevato e quindi può carbonizzare il più grande.
Una volta che la pila è stata costruita, accendi un fuoco dall'alto. Se c'è vento, la pila dovrebbe essere illuminata sul lato sottovento per 2/3 del percorso verso il fondo. Il materiale più secco è più importante per le ustioni di conservazione rispetto ad altre forme di produzione, poiché un contenuto di umidità più elevato nella materia prima si tradurrà in uno sviluppo più lento dell'incendio, con il risultato che il materiale superiore si trasforma in cenere prima che le sezioni inferiori della biomassa si convertano in carbone. L'obiettivo della combustione di conservazione è quello di far sì che la pila torcia rapidamente, con il fuoco che si sposta dalla cima al fondo della pila tra 2-20 minuti a seconda delle dimensioni della pila. Il momento ideale per estinguere l'ustione è dopo che il fuoco ha raggiunto il fondo del mucchio e un leggero strato di cenere può essere visto su tutto il materiale dall'alto verso il basso.
Le ustioni di conservazione condotte con materiale secco consumano la maggior parte dei gas volatili nel focolare, che alimenta il fuoco e riduce le emissioni nell'atmosfera, soprattutto rispetto alle tradizionali ustioni da pila.
Spegnere il fuoco
Il modo ideale per estinguere le ustioni conservative è spruzzare il fuoco con acqua pressurizzata. È importante assicurarsi che il mucchio sia completamente saturo prima di partire, poiché spesso il mucchio può sembrare spento ma avere una piccola quantità di carboni accesi che possono asciugare il carbone circostante e accendere nuovamente il mucchio.
Forni Flame Cap
I forni con cappuccio a fiamma utilizzano un cilindro o una scatola di metallo, con un fondo aperto o chiuso. Uno dei vantaggi significativi dei forni Flame Cap per la produzione agricola e forestale è che il materiale può essere caricato durante il processo di combustione, con la conclusione che si verifica quando il forno è pieno di biochar. Ciò consente di aumentare la quantità di biochar prodotta nonché di eliminare quantità maggiori di materiale tagliato, rendendolo ideale per la silvicoltura o la produzione in azienda.
I forni Flame Cap eliminano l'accesso all'ossigeno ai lati del fuoco. L'area della fiamma attiva si alza con l'aggiunta di nuovo materiale, consumando l'ossigeno che altrimenti accederebbe al carbone sottostante. I forni possono essere realizzati da una varietà di diametri e altezze, con diametro maggiore e dimensioni più corte, con conseguenti ustioni più calde e rapide e minore efficienza di conversione della biomassa in biochar. I forni più alti e più stretti producono ustioni più fredde ed efficienti. Una linea guida generale per una dimensione ideale del forno è il rapporto 1.5: 1 tra altezza e diametro, tuttavia possono essere efficaci molti rapporti diversi.
Se stai tagliando un cilindro o una scatola di metallo per creare un forno, è importante scoprire se il contenitore ha precedentemente immagazzinato prodotti infiammabili. In tal caso, riempire il contenitore con acqua prima del taglio, poiché una scintilla può catturare i gas residui rimasti nel contenitore, fornendo il potenziale per un'esplosione.
metodo
Fai un fuoco caldo usando legna e bastoncini. Se il forno ha il fondo aperto, consentire all'aria di entrare nel forno dal fondo per facilitare l'accensione del fuoco, operazione che può essere eseguita semplicemente spalando diversi punti di accesso dove il fondo del cilindro incontra il terreno. Quando il fuoco brucia bene, di solito 10-20 minuti dopo l'inizio della combustione, sigillare il fondo del forno con dello sporco in modo che l'aria non entri dal perimetro inferiore.
Aggiungi materiale quando vedi la parte superiore del materiale esistente sviluppare cenere grigia all'esterno. È utile aggiungere materiale di dimensioni, contenuto di umidità e tipo di legno simili per ogni carico, poiché il materiale passerà allo stesso tempo a uno stadio simile di carbone, massimizzando l'efficienza della combustione. Posiziona il materiale di diametro maggiore a un terzo del processo di combustione, poiché questo è il punto di massimo calore.
Continua ad aggiungere carburante finché il forno non è pieno di carbone o finisci il carburante. Man mano che il livello di legna carbonizzata aumenta nel cilindro, il livello inferiore della parte esterna del cilindro dovrebbe essere più freddo dell'area di combustione attiva, indicando che nessun ossigeno entra nel forno dal basso.
Il colore del fumo proveniente dal forno darà qualche indicazione sulla temperatura e sulla pulizia della combustione che stai conducendo:
- L'ustione pulita con ondate di calore è l'ideale.
- Il fumo bianco è il risultato della gassificazione del vapore e non è un problema significativo poiché è principalmente acqua che entra nell'aria.
- Il fumo blu mostra che alcuni gas volatili non stanno bruciando e che il fuoco è più freddo dell'ideale. Interrompere l'aggiunta di carburante o iniziare ad aggiungere carburante più secco per correggere.
- Il fumo giallo e verdastro è la produzione di metano (gas serra nocivo) e altri gas volatili, il che significa che il fuoco si è raffreddato troppo ei gas non vengono consumati dal fuoco. Questo è un momento importante per smettere di aggiungere carburante e lasciare che la bruciatura si pulisca da sola.
Spegnere il fuoco
Esistono due diversi metodi per estinguere i forni Flame Cap: escludere il fuoco dall'ossigeno con un coperchio o utilizzando acqua. Il metodo del coperchio è ideale per applicazioni forestali in cui l'accesso all'acqua può essere limitato.
Per utilizzare il metodo del coperchio, crea un coperchio di 1-2 pollici più piccolo del diametro del forno, in modo che il coperchio possa sedersi all'interno. Il materiale ideale per i coperchi è una copertura metallica che può essere avvitata insieme con viti per tetti e tagliata con una smerigliatrice angolare o Sawzall. Metti 10-15 litri di acqua in modo uniforme intorno alla parte superiore del fuoco, quindi aggiungi il coperchio all'interno del forno. Sigilla lo spazio tra il coperchio e il bordo del cilindro con la terra. Le perdite di vapore indicheranno la necessità di una migliore tenuta. Una volta che il cilindro si è completamente raffreddato (ci vogliono almeno 2 giorni), ribaltalo per recuperare il biochar. Fai molta attenzione con il salmerino fresco, poiché può trattenere il calore per un tempo sorprendentemente lungo. Se un carbone ancora vivo è esposto all'aria, brucerà. Assicurarsi che non ci sia calore nel carbone prima del trasporto.
È possibile utilizzare il metodo dell'acqua se c'è molta acqua disponibile vicino alla fonte del fuoco (80-100 galloni). Questo metodo è più ideale per i forni che hanno il fondo chiuso, poiché l'acqua salirà nel contenitore e immergerà i carboni. Se il forno non ha un fondo chiuso, spruzzare la parte superiore del fuoco e poi ribaltare il forno a mano o con mezzi meccanici, come un trattore o come-a-long.
Spruzza il carbone con acqua mentre lo rastrelli. Continua a mescolare e bagnare il salmerino mentre cerchi i punti caldi. Qualsiasi vapore che fuoriesce dalla pila dopo 30 minuti di applicazione dell'acqua indica che il fuoco non è spento. Dopo un'ora o due, torna alla pila e spruzzala e rastrella di nuovo. Si consiglia vivamente di ispezionare il carbone più volte prima di presumere che il fuoco sia spento e che il carbone sia sicuro da maneggiare e trasportare.
Riflessioni conclusive
Il termine biochar può sembrare nuovo, ma non c'è nulla di nuovo nel carbone. Il carbone è antico quanto il fuoco, e il fuoco è servito come elemento centrale del diradamento degli ecosistemi forestali di vecchia crescita. [13] Nella contea di San Juan, anche i salish del Puget Sound usavano il fuoco per coltivare i loro cibi selvatici. Mentre i primi coloni europei pensavano che le foreste del Pacifico nord-occidentale fossero foreste naturalmente abbondanti di colture alimentari, in realtà erano giardini. [14] Il popolo Salish usava il fuoco per guidare cervi e alci in luoghi centrali dove potevano essere cacciati più facilmente e bruciava le loro radici e bacche più comuni dopo il raccolto. Le ustioni controllate servivano a replicare il ruolo degli incendi boschivi nei vecchi sistemi di crescita, diradando e pulendo il suolo della foresta fornendo cenere e carbone per fertilizzare la prossima generazione di piante. [15] Ci sono illustrazioni che mostrano che il fuoco e il carbone venivano usati storicamente anche per l'agricoltura in Sud America e in parti d'Europa. [16] [17]
Oggi il biochar può avere più significato che mai. Mentre cerchiamo modi per mantenere il carbonio nel nostro suolo e fuori dall'atmosfera, biochar potrebbe non essere la risposta, ma potrebbe essere una parte di aiuto per tutte le altre risposte.
Per ulteriori informazioni sugli usi, i processi e i vantaggi di biochar, visitare Ripristina Char.
Questo post è basato su un articolo in uscita in In crescita per il mercato, Può 2019.