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Biokohle Anwendungsfälle

Anwendungsfälle von Biokohle: Der Nahe Osten

Veröffentlicht am von ArgoLivingSoils

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)

Anwendungsfall #2: CO2-Abscheidung und -Speicherung (UAE)

Anwendungsfall #3: Wasserfiltration und Entsalzung (Nigeria)

Anwendungsfall Nr. 4: Wasseraufbereitung (Philippinen)

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.
Biokohle Anwendungsfälle

Anwendungsfälle von Biokohle: Asien

Veröffentlicht am von ArgoLivingSoils

Anwendungsfall Nr. 1: Treibhausgasreduzierung/kohlenstoffneutrale Landwirtschaft (China)

Anwendungsfall #2: Aufforstung und Impfung von Kiefern (Japan)

Anwendungsfall #3: Biokohle als dampfabsorbierendes Material für Baumaterialien und Sprengstoffe (Südkorea)

Anwendungsfall Nr. 4: Wasseraufbereitung (Philippinen)

Anwendungsfall Nr. 1: Treibhausgasreduzierung/kohlenstoffneutrale Landwirtschaft (China)

Biokohle, eine vielversprechende Lösung, kann Treibhausgase reduzieren und den organischen Kohlenstoff im Boden erhöhen. Jüngste bahnbrechende Forschungsarbeiten des Center for Landscape Research in Sustainable Agricultural Futures an der Universität Aarhus haben ein System zur Pyrolyse von Biomasse (Biokohle) vorgestellt. Bei diesem innovativen System wird Biomasse, wie z.B. Stroh, ohne Sauerstoff erhitzt, um Biokohle zu erzeugen. Die Auswirkungen sind beträchtlich: Biokohle könnte die Treibhausgasemissionen chinesischer Nutzpflanzen verringern und Biogas und Bioöl als wertvolle Nebenprodukte für die Stromerzeugung erzeugen.

Ein integriertes System zur Bekämpfung des Klimawandels

 Die Ausbringung von Biokohle auf Reisfeldern als Teil eines integrierten Systems bietet praktische Vorteile. Durch ihre langsame Zersetzungsrate bindet Biokohle effektiv Kohlenstoff im Boden für einen längeren Zeitraum. Zusammen mit der Verdrängung fossiler Brennstoffe durch Bioenergie ist dies das wichtigste Mittel zur Emissionsminderung. Die Daten deuten darauf hin, dass dieses Biomasse-Energiesystem die Treibhausgasemissionen von 666,5 Tg auf -37,9 Tg CO2-Äquivalent pro Jahr reduzieren könnte. Dieses integrierte System kann auch den Ertrag der Reispflanzen um 8,3 % steigern und damit die landwirtschaftliche Produktivität deutlich erhöhen.

 Mit dieser innovativen Lösung kann China seine klimaneutralen Ziele erreichen und den Weg für eine nachhaltige Landwirtschaft ebnen. Die praktischen Vorteile liegen auf der Hand: geringere Treibhausgasemissionen, höhere Ernteerträge und das Potenzial für die Erzeugung von Bioenergie, was sowohl für die Umwelt als auch für den Agrarsektor eine Win-Win-Situation darstellt.

Wichtige Punkte 

  • Die Daten deuten darauf hin, dass ein weit verbreitetes Biomasse-Energiesystem die Treibhausgasemissionen von 666,5 Teragramm (Tg) auf -37,9 Tg CO2-Äquivalent pro Jahr reduzieren könnte. 1 Teragramm entspricht 1.000.000 metrischen Tonnen.
  • Das vorgeschlagene Biomassesystem würde auch den Ertrag der Reispflanzen um etwa 8,3% positiv beeinflussen.

Anwendungsfall #2: Aufforstung und Impfung von Kiefern (Japan)

In diesem Anwendungsfall geht es um die Verwendung von Biokohlepulver zur Kultivierung des essbaren und dominanten Mykorrhizapilzes Rhizopogon rubescens, der mit Kiefern wie Pinus thunbergii assoziiert ist, um deren Wachstum und Inokulation zu fördern. Als kleine Mengen Dünger mit Rindenkohlepulver gemischt und die Mischung auf Kiefern aufgetragen wurde, bildeten sich drei Monate später frische Wurzeln innerhalb der Kohleschichten.

Nachwachsende Wurzeln

 Nach einem Jahr der Anwendung des Biokohle-Systems waren die Ergebnisse beeindruckend. Die Menge an Kiefernwurzeln und Mykorrhiza in der Holzkohle nahm deutlich zu und verbesserte das Wachstum und die Farbe der Kiefernsprossen. Die Überlebensraten und das Wachstum dieser Setzlinge waren durchweg höher als die ohne Mykorrhiza und Holzkohle. Man nimmt an, dass dies auf die verbesserte Aufnahme von Nährstoffen und Wasser durch die verstärkte Mykorrhiza-Bildung zurückzuführen ist. Der Wassergehalt der Kiefernwurzeln in der Biokohle war auch erheblich höher (40%) als der einer Kontrollgruppe, die in Sand (5%) gesetzt wurde, was die Trockenzeit simuliert (Ogawa 1992).

Wichtige Punkte 

  • Das Wachstum und die Farbe der Kieferntriebe sowie die Menge an Kiefernwurzeln und Mykorrhiza in Gegenwart von Biokohle haben sich während der Behandlung mit Biokohle deutlich verbessert.
  • Der Wassergehalt der Kiefernwurzeln in der Biokohle war deutlich höher (40%) als der einer Kontrollgruppe, die die Trockenzeit simulierte.

Anwendungsfall #3: Biokohle als dampfabsorbierendes Material für Baumaterialien und Sprengstoffe (Südkorea)

Südkoreanische handelsübliche Holzspäne (WC) und Biokohle (BS) wurden zur Herstellung von Biokohle-Mörtel-Verbundwerkstoffen verwendet, die auf ihre Kohlenstoffbindung und -absorptionskapazität getestet wurden. Die Biokohle-Mörtel-Verbundstoffe behielten ihre technischen Eigenschaften, einschließlich Fließfähigkeit, Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit, mit 3-5 Gew.-% Biokohle bei.

Die Luft klären

 Mit steigendem Biokohlegehalt sank die Konzentration von Benzol und Toluol in der Luft, was darauf hindeutet, dass Biokohle flüchtige toxische Schadstoffe, die das Sick-Building-Syndrom verursachen, entfernen kann. Bioassay-Tests bestätigten, dass die Biokohle-Mörtel-Verbundstoffe nicht schädlich sind, was darauf hindeutet, dass sie umweltfreundliche, kohlenstoffbindende Baumaterialien sein könnten. Die Biokohle-Verbundstoffe wurden auch als Sorptionsmittel (dampfabsorbierendes Material) für Nitro-Sprengstoffe bewertet. Sie verhindern, dass ein Teil der Nitroglycerin-Dämpfe von den Arbeitern eingeatmet wird, eine notwendige Sicherheitskomponente für viele kommerzielle Sprengstoffe.

Wichtige Punkte 

  • Die Zugabe von 3-5% Biokohle zu Biokohle-Mörtel-Verbundwerkstoffen reduzierte die Benzol- und Toluolkonzentration in der Luft und beugte so dem Sick-Building-Syndrom vor, das durch Baumaterialien auf Phenolbasis verursacht wird.
  • Biokohle-Verbundstoffe verhindern effektiv, dass ein Teil der Nitroglycerindämpfe in die Luft gelangt, was sie zu einem wertvollen Sorptionsmittel für die Sicherheit der Arbeiter in kommerziellen Sprengstoffen macht.

Anwendungsfall Nr. 4: Wasseraufbereitung (Philippinen)

Das CRZ- oder Clean River Zones-Projekt ist eine Partnerschaft zwischen der Philippine Biochar Association, der Philippine Mining Safety and Environment Association und GMA7, einem zentralen Fernsehsender in Manila, und zielt darauf ab, den Diliman Creek in Quezon City, Philippinen, mit Hilfe von Bokashi-Bällen zu reinigen.
Bokashi Balls, die ursprünglich in Japan entwickelt wurden, enthalten eine Mischung aus Reishüllen-Biokohle, Erde und Melasse. Die Erde und die Biokohle enthalten Lactobacillus-Bakterien und andere Mikroorganismen, die Schadstoffe reinigen, üble Gerüche beseitigen und kleine Gewässer wieder mit Sauerstoff versorgen.

Clean River Zones - Die Unterschiede sind deutlich sichtbar

 Ein ähnliches Projekt wurde am Maningning Creek in Santa Ana gestartet, wo flussaufwärts gelegene Fabriken das Wasser des Baches schwarz gefärbt und mehrere schwere Ausbrüche von Dengue-Fieber verursacht hatten. Sowohl in Diliman als auch in Maningning ist das Ergebnis ein sichtbar klares Wasser, die Beseitigung des einst wahrnehmbaren Geruchs des Baches und ein festerer Flussboden sowie das Ausbleiben weiterer Dengue-Ausbrüche, insbesondere in Santa Ana. Diliman und Maningning dienen als Modell für die Sanierung von Wasserwegen, ein Beispiel, das zur Rettung anderer Bäche und Flüsse in anderen ASEAN-Ländern nachgeahmt werden sollte.

In einer anderen Studie, die am Turawa-Stausee (Polen) durchgeführt wurde und in der wirksame Mikroorganismen in Form von Bokashi-Kugeln bewertet wurden, zeigte die Analyse, dass dies eine der effektivsten Methoden zur Reinigung des Wassers von ungünstigen Mikroorganismen (HBN22, HBN36, CBN, FCBN, FEN) sein könnte. Nach der Anwendung der Bokashi-Kugeln wurde deren durchschnittliche Konzentration reduziert (von 46,44 auf 58,38%). Die Dauer ihrer Wirkung reichte von 17,6 bis 34,1 Tagen. Die Anwendung anderer Wasserreinigungsmethoden neben den Bokashi-Kugeln, wie der Bau von Feuchtgebieten, schwimmenden Betten oder intermittierende Belüftung, erhöhte lediglich die Reinigungswirkung und verbesserte den trophischen Status des Turawa-Stausees, ausgedrückt durch den Carlson-Index, um insgesamt 7,78%.

Wichtige Punkte 

  • Bokashi-Kugeln, die eine Mischung aus Biokohle aus Reishülsen, Erde und Melasse sowie Lactobacillus-Bakterien und andere nützliche Mikroorganismen enthalten, reinigen Flüsse nachweislich von Verunreinigungen, beseitigen üble Gerüche und regen kleine Gewässer wieder an, so dass Flusswasser, das sichtbar schwarz war, wieder klar wird.
  • Die Analyse zeigte, dass nach der Anwendung der Bokashi-Kugeln die Konzentration von Schadorganismen im Flusswasser im Durchschnitt um 46,44 bis 58,38% reduziert wurde.
  • Die Dauer ihrer Wirkung reichte von 17,6 bis 34,1 Tagen, war aber länger, wenn sie mit anderen Reinigungsmethoden wie dem Bau von Feuchtgebieten, schwimmenden Betten und intermittierender Belüftung eingesetzt wurden.