Biokohle, eine holzkohleähnliche Substanz, die aus organischen Materialien gewonnen wird, birgt ein immenses Potenzial für nachhaltige Landwirtschaft, Umweltmanagement und industrielle Anwendungen. Im Nahen Osten, wo das trockene Klima und die Verschlechterung der Bodenqualität eine große Herausforderung darstellen, bietet Biokohle vielversprechende Lösungen für verschiedene Sektoren.
Anwendungsfall 1: Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit (Saudi-Arabien)
Im Nahen Osten, wo fruchtbares Ackerland Mangelware ist, stellen schwermetallverseuchte Böden eine ernsthafte Bedrohung für das Ökosystem dar, zumal nur begrenzte Flächen für eine sichere Nahrungsmittelproduktion zur Verfügung stehen. Menschliche Aktivitäten wie der Bergbau sind die Hauptursache für die Schwermetallverschmutzung in der Region, aber nirgendwo ist dies so offensichtlich wie im Königreich Saudi-Arabien. Um die Lebensfähigkeit von Anbauflächen zu sanieren und zu erhalten, ist es entscheidend, die Zugänglichkeit von Schwermetallen für Pflanzen in kontaminierten Böden zu begrenzen.
Bodensanierung:Biokohle bietet eine neue Lösung für Metallkontaminationen
In einer Studie aus dem Jahr 2014 wurde Biokohle (hergestellt aus der Pyrolyse von Conocarpus-Knopfholz) metallkontaminierten Böden aus dem Bergbaugebiet von Mahad Ad‘ Dahab, Saudi-Arabien, zugesetzt, um ihre Auswirkungen auf den Feuchtigkeitsgehalt, die Schwermetallkonzentration und die Bodenqualität für den Anbau von Maispflanzen zu messen.
Die Ergebnisse zeigten, dass Biokohle den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 75 % um 30 % verbessert und die zurückgehaltene Feuchtigkeit bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 100 % verdoppelt. Biokohle reduzierte die Schüttdichte um 12% und verbesserte so die Bodenqualität. Denn eine hohe Schüttdichte kann die Aktivität von Mikroben und andere biochemische Prozesse, die für das Pflanzenwachstum erforderlich sind, aufhalten. Die Einarbeitung von Biokohle verringerte auch den Gehalt an Schwermetallen signifikant, mit der höchsten Reduzierung von 51,3 % und 60,5 % für Mangan, 28,0 % und 21,2 % für Zink, 60,0 % und 29,5 % für Kupfer und 53,2 % und 47,2 % für Cadmium bei einer Bodenfeuchtigkeit von 75 % bzw. 100 % FC.
Wichtige Punkte
- Biokohle verbesserte den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens von Maispflanzen, die in metallkontaminierten Böden angebaut wurden, um 30% bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 75% und verdoppelte die zurückgehaltene Feuchtigkeit bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 100%.
- Biokohle verringerte die Schüttdichte des Bodens um 12% und verbesserte die Bodenqualität und den Pflanzenertrag.
- Am wichtigsten ist, dass Biokohle die Aufnahme von Schwermetallen durch die Pflanzen signifikant reduzierte, mit der höchsten Reduzierung von 51,3% und 60,5% für Mangan, 28,0% und 21,2% für Zink, 60,0% und 29,5% für Kupfer und 53,2% und 47,2% für Cadmium bei einer Bodenfeuchtigkeit von 75% bzw. 100% FC.
Anwendungsfall #2: CO2-Abscheidung und -Speicherung (UAE)
Biokohle bietet eine innovative Lösung sowohl für die Abfallwirtschaft als auch für die Kohlenstoffbindung, insbesondere in den Vereinigten Arabischen Emiraten und in der gesamten Region. Der Bioabfall von Dattelpalmenblättern, der sich von den herkömmlichen Rohstoffen, aus denen Biokohle hergestellt wird, unterscheidet, wurde auf seine Fähigkeit zur Kohlenstoffbindung und C02-Abscheidung untersucht.
Dattelpalmen-Biokohle: Eine regionale Alternative funktioniert gut unter Druck
In einer Studie über Dattelpalmen-Biokohle als Lösung für den Klimawandel wurde die Pyrolyse (Erhitzung des Bioabfalls unter Ausschluss von Sauerstoff) des Dattelpalmenblatts bei verschiedenen Temperaturen zwischen 300° und 600 °C durchgeführt, wobei die erzeugte DPL-Biokohle zwischen 7 % und 25 % ihres Gewichts an C02 enthielt. Die C02-Absorptionskapazität der Biokohle stieg mit den für den Pyrolyseprozess verwendeten Temperaturen.
Studien von Sizirici et al. (2021) zeigten gleichzeitig, dass der Kohlenstoffgehalt der Dattelblatt-Biokohle mit einer Erhöhung der Pyrolysetemperatur zunahm: Der Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmaterials lag bei 31 Prozent, der in den Proben der Blattbiomasse auf 47-57 Prozent anstieg.
Die Herstellung von Biokohle aus Dattelpalmblättern ist eine nachhaltige landwirtschaftliche Praxis, die zur Abfallentsorgung und Bodenverbesserung beiträgt, da Bioabfälle aus Dattelpalmblättern in der Region des Nahen Ostens weit verbreitet sind und es nur wenige hilfreiche Entsorgungsalternativen gibt. Sie kann Landwirten und Gemeinden wirtschaftliche Möglichkeiten eröffnen, indem sie landwirtschaftliche Rückstände aufwertet und Märkte für Biokohleprodukte entwickelt.
Wichtige Punkte
- Dattelpalmblatt-Biokohle behielt zwischen 7% und 25% ihres Gewichts an C02.
- Die C02-Absorptionskapazität der Biokohle stieg mit den Temperaturen, die für den Pyrolyseprozess verwendet wurden.
Anwendungsfall #3: Wasserfiltration und Entsalzung (Nigeria)
Studien haben gezeigt, dass Biokohle effektiv Schadstoffe und Verunreinigungen aus dem Wasser entfernen kann, so dass es für die Bewässerung und den menschlichen Konsum geeignet ist. Sie ist besonders wichtig in wasserarmen Gebieten in Afrika und im Nahen Osten.
Nachhaltige Behandlung von Abwasser mit Biokohle und Bio-Sand-Filtration
Ein gemeinsames Experiment des Federal College of Petroleum Resources in Effurun, Nigeria, und der Tennessee Technological University in den USA, bei dem die Effizienz von Biofiltern aus Kies, Maniokschalen-Biokohle und Sand zur Filterung ölhaltiger Abwässer untersucht wurde, hat bemerkenswerte Ergebnisse erbracht.
Die konstruierten Filter auf Biokohlebasis zeigten, dass das ölhaltige Abwasser nach der Behandlung durch den Biofilter eine prozentuale Reduzierung der organischen Schadstoffe um 56,89% - 83,44% und eine Reduzierung der chemischen Schadstoffe um 32,67% aufwies.
Das Filtersystem wurde auch auf die Filtration von Schwermetallen getestet. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von Maniokschalen-Biokohle, bestimmte Schwermetallkonzentrationen wie Blei, Nickel, Kupfer, Eisen und Zink wirksam zu mindern.
In der Studie wurde Blei um bis zu 74% Nickel und 54% reduziert, wobei Kupfer und Chrom vollständig aus den behandelten Wasserproben entfernt wurden, was die außergewöhnliche Effizienz der Maniokschalen-Biokohle bei der Eliminierung dieser beiden Mineralien zeigt. Eisen wurde um etwa 25% reduziert, während Zink um 50% reduziert wurde.
Wichtige Punkte
- Das mit dem Biokohle/Bio-Sand-Filtersystem behandelte Wasser wies eine prozentuale Reduzierung der organischen Schadstoffe um 56,89% - 83,44% auf und reduzierte die chemischen Schadstoffe um 32,67%.
- Der auf Maniokschalen basierende Filter reduzierte das Blei um bis zu 74%, Nickel um 54%, Eisen um etwa 25% und Zink um 50%.
- Während der Biofiltration wurden Kupfer und Chrom vollständig aus den behandelten Wasserproben entfernt, was eine 100%ige Filtrationseffizienz für diese beiden Metalle beweist.
Diese Biokohleanwendung kann eine nachhaltige Lösung für die Erhaltung von Ressourcen und die Wiederherstellung von Land aufgrund der Auswirkungen der Erdölförderung und -raffination bieten, die in ganz Afrika und im Nahen Osten eine wichtige Rolle spielen.
Anwendungsfall #4: Biokohle als erneuerbare Energiequelle )
Angesichts der aktuellen Energiekrise und der Erschöpfung fossiler Brennstoffe ist die Suche nach nachhaltigen und umweltfreundlichen Energiequellen von entscheidender Bedeutung. Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Umwandlung von Biomasse zur Erzeugung von Bioenergie, die als wertvolles Nebenprodukt bei der Herstellung von Biokohle anfällt und zur Erzeugung von Strom, Biodiesel und Biowasserstoff genutzt werden kann.
Nicht nur für die Landwirtschaft - Biokohle erzeugt seine eigene saubere Energie
Biokohle aus Biomasse kann bei der Umwandlung einen hohen Biodieselertrag liefern, der zwischen 32,8% und 97,75% liegt.
Sie kann auch als Anode, Kathode und Katalysator in mikrobiellen Brennstoffzellen mit einer maximalen Leistungsdichte von 4346 mW/m2 dienen. Biokohle spielt auch eine Rolle bei der katalytischen Methanzersetzung und der trockenen Methanreformierung, wobei die Wasserstoffumwandlungsraten zwischen 13,4% und 95,7% liegen. Biokohle kann auch die Wasserstoffausbeute um bis zu 220,3% erhöhen.
Im Allgemeinen können Biokraftstoffe aus Biomasse, einschließlich der Pyrolyse von Biokohle, bis 2050 bis zu 27% des weltweiten Kraftstoffverbrauchs ersetzen und die Treibhausgasemissionen um bis zu 3,7 Milliarden Tonnen pro Jahr reduzieren.
Wichtige Punkte
- Biokohle kann bei der Umwandlung einen hohen Biodieselertrag liefern, der zwischen 32,8% und 97,75% liegt.
- Es kann auch als Anode, Kathode und Katalysator in mikrobiellen Brennstoffzellen mit einer maximalen Leistungsdichte von 4346 mW/m2 dienen.
- Biokohle spielt auch eine Rolle bei der katalytischen Methanzersetzung und der trockenen Methanreformierung, wobei die Wasserstoffumwandlungsraten zwischen 13,4% und 95,7% liegen und die Wasserstoffausbeute um bis zu 220,3% erhöht wird.
- Die Produktion von Biokraftstoffen (einschließlich Biokohle-Energiequellen) könnte die Treibhausgasemissionen um bis zu 27% oder 3,7 Milliarden Tonnen pro Jahr reduzieren.
