Możliwości wykorzystania biowęgla w procesie kompostowania

• Autorzy: Malińska K. , Dach J.

Identyfikatory

DOI

DOI: 10.12912/2081139X.03

Warianty tytułu

EN

Potential applications of biochar for composting

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Biowęgiel – określany jako biokarbon czy też agrikarbon – posiada zbliżone właściwości co węgiel drzewny, jednakże wskazuje na jego zastosowania w rolnictwie i ochronie środowiska. Był on już stosowany w XIX wiecznych uprawach rolniczych w Europie i Ameryce Południowej. Obecnie, właściwości biowęgla są odkrywane na nowo, a nowe obszary zastosowań obejmują bioenergetykę, gospodarkę odpadami czy łagodzenie zmian klimatycznych. Biowęgiel może być również wykorzystany do sekwestracji węgla w glebie, remediacji gruntów zanieczyszczonych organicznymi i nieorganicznymi związkami. Biowęgiel może być produkowany na drodze pirolizy różnorodnych materiałów takich jak np. rośliny energetyczne, odpady leśne, biomasa rolnicza, osady ściekowe, odpady z produkcji i przetwórstwa żywności itp. W zależności od początkowych właściwości substratów i parametrów pirolizy biowęgle charakteryzują się różnymi właściwościami takimi jak zawartość węgla organicznego i związków mineralnych, wysoka porowatość i powierzchnia właściwa, a co za tym idzie właściwości sorpcyjne i retencja składników odżywczych. Ostatnie badania wskazują, że biowęgiel może być wykorzystywany również w procesie kompostowania i do produkcji kompostów i nawozów na bazie biowęgla. Biowęgiel może być stosowany jako materiał strukturotwórczy lub dodatek do odpadów o wysokiej zawartości wody i/lub azotu. Dodatek biowęgla do mieszanek kompostowych może ograniczyć emisję amoniaku, i tym samym ograniczyć straty azotu ogólnego podczas kompostowania oraz zwiększyć wodochłonność i retencję składników odżywczych. Co więcej, biowęgiel może pełnić funkcję nośnika dla mikroorganizmów oraz stanowić składnik złoża biofiltrów na kompostowniach. Literatura nie podaje zbyt wielu przykładów wykorzystania biowęgla do kompostowania, stąd wiedza na temat wpływu dodatku różnych rodzajów biowęgla do mieszanek kompostowych na dynamikę procesu oraz właściwości otrzymanych kompostów wymaga uzupełnienia i pogłębienia. Z tego względu niezbędne będzie przeprowadzenie badań nad rolą biowęgla w przebiegu procesu kompostowania oraz właściwościami kompostów z dodatkiem biowęgla. Artykuł przedstawia dotychczasowy stan wiedzy na temat właściwości biowęgla przydatnych w kompostowaniu, wpływu różnych rodzajów biowęgla na dynamikę procesu kompostowania odpadów biodegradowalnych oraz wskazanie kierunków dalszych badań dotyczących możliwości wykorzystania poznanych właściwości biowęgla do optymalizacji kompostowania.

EN

Biochar - also referred to as biocarbon, agrichar - shows similar properties as charcoal but indicates applications for agriculture and environment protection. Biochar was applied in the 19th century agriculture practices in Europe and South America. At present, the properties of biochar are being, redescovered and new areas of applications include production of bioenergy', waste management or mitigation of climate change. Also, it can be used for sequestration of carbon in soils, remediation of soil contaminated with organic and inorganic compounds. Biochar can be produced through pyrolysis of a wide range of feedstock materials including energy crops, forestry residues, agricultural biomass, sewage sludge, food processing waste, etc. Depending on the initial properties of substrates and parameters of pyrolysis biochars can demonstrate various properties such as high content of stable organic carbon and minerals, high porosity and surface area, and thus increased sorption and nutrient retention properties. Recent studies show that biochar can be also used in com posting and production of biochar-based composts and fertilizers. Biochar can fw1ction as a bulking agent or an amendment for com posting of materials with high moisture and: or nitrogen contents. The addition of biochar to com posting mixtures can reduce ammonia emissions, and thus limit nitrogen losses during com posting, increase water holding capacity and retention of nutrients. Biochar can also function as a carrier substrate for microbial inoculants and a scrubing material used in biofilters at com posting facilities. Due to the fact that the literature does not provide many examples of biochar applications for composting, and there is little known about the effects of biochar added to com posting mixtures on composting dynamics and properties of final composts, futher investigations should focus on mechanisms of biochar-composting mixtures interactions and analysis of properties of biochar-based composts. The overall goal of the article is to analyze the potentials of biochars for composting, to report the effect of various biochars on com posting dynamics and quality of produced biochar-based composts, and to indicate the areas of further studies on biochar properties that would allow optimization of com posting and improve the quality of final products.

Słowa kluczowe

PL

biowęgiel; kompostowanie; materiał strukturotwórczy; dodatek funkcjonalny; sekwestracja węgla w glebie; emisje gazowe

EN

biochar; composting; bulking agent; functional amendment; carbon sequestration in soil; gaseous emissions

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 36
• Strony: 28--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., tab.

Twórcy

autor

Malińska K.

• Instytut Inżynierii Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Czę-stochowa

autor

Dach J.

• Instytut Inżynierii Biosystemów, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 50, 60-637 Poznań

Bibliografia

• 1. Adhikari B.K., Barrington S., Martinez J., King S. 2009. Effectiveness of three bulking agents for food waste composting. Waste Management 29, 197-203.
• 2. Atkinson C.J., Fitzgerald J.D., Hipps N.A. 2010. Potential mechanisms for achieving agricultural benefits from biochar application to temperate soils: review. Plant Soil 337, 1-18.
• 3. Beesley L., Moreno-Jimenez E., Gomez-Eyles J.L. 2010. Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environmental Pollution 158(6), 2282-2287.
• 4. Bird M.I., Wurster C.M., de Paula Silva P.H., Bass A.M., de Nys R. 2011. Algal biochar – production and properties. Bioresource Technology 102(2), 1886-1891.
• 5. Bis Z. 2012. Biowęgiel – powrót do przeszłości, szansa dla przyszłości. Czysta Energia, 6.
• 6. Chen Y-X., Huang X-D., Han Z-Y., Hu B., Shi D-Z., Wu W-X. 2010 Effects of bamboo charchoal and bamboo vinegar on nitrogen conservation and heavy metals immobility during pig manure composting. Chemosphere 78, 1177-1181.
• 7. Dach J. 2010. Wpływ dodatku różnego rodzaju słomy na dynamikę procesu i wielkość emisji amoniaku z kompostowanych osadów ściekowych. Journal of Research and Ap¬plications in Agricultural Engineering, 55(2), 8-13.
• 8. Das K.C., Tollner E.W., Eiteman M.A. 2003. Comparison of synthetic and natural bulking agents in food waste composting. Compost Science & Utilization, 11(1), 27-35.
• 9. Dias B.O., Silva C.A., Higashikawa F.S., Roig A., Sanchez-Monderea M.A. 2010. Use of biochar as bulking agent for the composting of poultry manure: effect on organic matter degradation and humification. Bioresouce Technology 101, 1239-1246.
• 10. Doublet J., Francou C., Poitrenaud M., Houot S. 2011. Influence of bulking agents on organic matter evolution during sewage sludge composting; consequences on compost organic matter stability and N availability. Bioresource Technology 102, 1298-1307.
• 11. Downie A., Crosky A., Munroe P. Physical properties of biochar. W: Lehman J., Joseph S. Biochar for Environmental Management – Science and Technology. Earthscan, London, 2009.
• 12. Fischer D., Glaser B. 2012. Synergisms between compost and biochar for sustainable soil amelioration. In: Management of organic waste, ed. Kumar Sunil, InTech,184-197.
• 13. Haug R.T. Practical handbook of compost engineering. Lewis Publishers, 1993.
• 14. Ibarolla R., Shackely S., Hammond J. 2012. Pyrolysis biochar systems for recovering biodegradable materials: a life cycle carbon assessment. Waste Management 32, 859-868.
• 15. Igliński B., Buczkowski R., Cichosz M. Technologie bioenergetyczne. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2009.
• 16. Jędrczak A., Haziak K. Określenie wymagań dla kompostowania i innych metod biolo-gicznego przetwarzania odpadów. Zielona Góra, 2005.
• 17. Jindo K., Suto K., Matsumoto K., Garcia C., Sonoki T., Sanchez-Monedero M.A. 2012. Chemical and biochemical characterization of biochar-blended composts prepared from poultry manure. Bioresource Technology 110, 396-404.
• 18. Kwapinski W., Byrne C.M.P., Kryachko E., Wolfram P., Adley C., Leahy J.J., Novotny E.H., Hayes M.H.B. 2010. Biochar from biomass and waste. Waste Biomass Valorization 1, 177-189.
• 19. Lehmann J. 2007. Bioenergy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment 5(7), 381-387.
• 20. Lehmann J., Joseph S. Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Earthscan, London, 2009.
• 21. Lehmann J., Rilling M.C., Thies J., Masiello C.A., Hockaday W.C., Crowley D. 2011. Biochar effects on soil biota – a review. Soil Biology & Biochemistry 43, 1812-1836.
• 22. Lewandowski W.M., Rymus M., Meller P. 2010. Termiczno-chemiczna piroliza do biopaliw ciekłych i gazowych, jako metoda podnoszenia sprawności konwersji energii biomasy. NAFTA-GAZ, 8: 675-680.
• 23. Lim S.S., Lee D.S., Lee S.I., Park H.J., Kwak J.H., Choi W.J. 2010. Reduction of ammo¬nia volatilization and nitrogen loss by addition of zeolite and phospho-gypsum to cattle manure mixed with rise hull and sawdust as bedding materials. The 9th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Science Societies, 434-435.
• 24. Malińska K. 2012. Biowęgiel odpowiedzią na aktualne problemy ochrony środowiska. Inżynieria i Ochrona Środowiska 15(4), 387-403.
• 25. Malińska K. 2012. Laboratoryjne wyznaczanie porowatości powietrznej materiałów przeznaczonych do kompostowania. Inżynieria i Ochrona Środowiska 15(2), 155-167.
• 26. Malińska K., Zabochnicka-Świątek M. 2013. Selection of bulking agents for composting of sewage sludge. Environmental Protection Engineering 39(2): 89-101.
• 27. McHenry M.P. 2009. Agricultural bio-char production, renewable energy generation and farm carbon sequestration in Western Australia: certainty, uncertainty and risk. Agriculture, Ecosystems and Environment 129, 1-7
• 28. Nguyen B.T., Lehmann J., Hockaday W.C., Joseph S. Masiello C. 2010. Temperature sensitivity of black carbon decomposition and oxidation. Environmental Science & Technology, 44(9), 3324-3331.
• 29. Ogunwande, G.A., Osunade J.A., Adekalu K.O., Ogunjimi L.A.O. 2008. Nitrogen loss in chicken litter compost as affected by carbon to nitrogen ratio and turning frequency. Bioresource Technology 99, 7495-7503.
• 30. Rak A. 2008. Wpływ parametrów materiału strukturotwórczego na jakość kompostu uzyskanego w wyniku tlenowego – zamkniętego procesu kompostowania osadu ściekowego. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 11(3), 301-309.
• 31. Sanchez M.E., Lindao E., Margaleff D., Martinez C. , Moran A. 2009. Pyrolysis of agri¬cultural residues from rape and sunflower: production and characterization of bio-fuels and biochar soil management. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 85, 142-144.
• 32. Song W., Guo M. 2012. Quality variations of poultry litter biochar generated at different pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 94, 138-145.
• 33. Sonoki T., Furukawa T., Mizumoto H., Jindo K., Aoyama M., Sanchez-Monedero M.A. 2011. Impacts of biochar addition on methane and carbon dioxide emissions during composting of cattle manure. Asia Pacific Biochar Conference Kyoto.
• 34. Steiner C., Melear N., Harris K., Das K.C. 2011. Biochar as bulking agent for poultry litter composting. Carbon Management 2(3).
• 35. Stylianou M.A., Inglezakis V.J., Moustakas K.G., Loizidou M.D. 2008. Improvement of the quality of sewage sludge compost by adding natural clinoptilolite. Desalination 224, 240-249.
• 36. Verheijen F.G.A., Jeffery S., Bastos A.C., van der Velde M., Diafas I. Biochar Application to Soils – a critical scientific Review of Effects onf Soil Properties, Process and Functions. EUR 24099 EN, Office for the Official Publications of the European Communities, Luxemburg, 2010.
• 37. Verheijen F.G.A., Montanarella L., Bastos A.C. 2012. Sustainability, certification, and regulation of biochar. Pesquisa Agropecuaria Brasileria, 4795), 649-653.
• 38. Wysokiński A., Kalembasa S. 2011. Wpływ dodatków mineralnych i organicznych do osadów ściekowych oraz kompostowania uzyskanych mieszanin na ich wybrane właściwości. Inżynieria Ekologiczna 27, 240-249.
• 39. Zorpas A.A., Loizidou M. 2008. Sawdust and natural zeolite as a bulking agent for improving quality of composting product from anaerobically stabilized sewage sludge. Bioresource Technology 99, 7545-7552