Biokolets påverkan på markens organiska material - Kan gödsling med biokol bidra till en kolinlagring i marken?

Abstract

Here I present a conceptual synthesis of the processes governing soil carbon in the event of biochar application. Biochar is a product of a controlled pyrolysis process and is known for its physical, chemical and adsorptive properties. It has been speculated to be a tool for sequestering carbon in soil to offset greenhouse gas emissions, and as a soil amendment. The study is done in collaboration with the company Ecobalans from Lund, and is a part of the environmental system analysis in a research and development project concerning sludge processing through pyrolysis. The aim of this review is to investigate if biochar application to soil can contribute to carbon sequestration in soil, by looking at the processes affecting the soil organic matter (SOM). Preforming a scientific review presenting the results with a causal loop diagram does this. The recalcitrance fractions of the soils organic carbon initially enhances with biochar application, but an enhanced decomposition of the labile fraction has also been reported. There is causality with improved crop yield. There are suggestions that the biochar stays safe from decomposition by forming aggregates and organo-mineral complexes over time. This review shows that effects of biochar on SOM cannot be simplified as they are biochar-specific (feedstock and treatment) and site-specific (soil and climate) but can be qualitatively calculated on in the conceptual model presented in this study.

Popular Abstract (Swedish)

Klas Lucander



Biokolets påverkan på markens organiska material - Kan gödsling med biokol bidra till en kolinlagring i marken och därmed dämpa den globala uppvärmningen?

Här presenteras en konceptuell sammanställning och modell av de processer som styr markkolet när marken gödslas med biokol. Sammanställningen konstaterar att de processer som styr biokolets påverkan på markens organiska material (SOM) är platsberoende (typ av jord som biokolet läggs på och klimat) samt beroende på typ av biokol (behandling och råmaterial). Dessa tillsammans kommer avgöra hur biokolet kommer att påverka mängden kol i marken över lång tid. Med hjälp av modellen kan olika scenarier beskrivas beroende på vilken typ av biokol och vilken jordart som används, och på så sätt kan den sannolikt högsta nedbrytningen eller den minsta förutspås, utifrån vad man vet idag.

Biokol är, liksom grillkol, organiskt material som uppvärmts till hög temperatur i en syrefattig miljö i en process som kallas pyrolys. Vid pyrolysen bildas kol, tjära och pyrolysgas som kan användas för energiutvinning. Kolet kan sedan användas för att grilla med eller föra ner det i marken. Det som utmärker biokol är dess höga kolhalt med höga andel aromatiska föreningar som nedbryts långsamt, höga specifika yta och porositet, adsorptiva egenskaper, kemiska egenskaper, samt dess egenskap att bilda aggregat och komplex i marken. Dessa egenskaper är dock olika framträdande beroende på vilket råmaterial som används samt pyrolystemperatur. Upp till hälften(beroende på råmaterial) av biomassans vikt omvandlas till biokol vid pyrolys. Detta kan jämföras med det låga beloppet kol som kvarhålls efter förbränning (3 %) eller biologisk nedbrytning (mindre än 10-20 % efter 5-10 år). Tillsättning av biokol har föreslagits som metod för lindra klimatförändringarna genom att under lång tid lagra kol i marken och på så sätt utjämna utsläppen av växthusgaser från förbränning eller nedbrytning av biomassa. Dock råder det oklarhet kring de processer involverade i biokolets påverkan på markens organiska material samt hur
snabbt biokolet bryts ner i marken

Examensarbetet görs i samarbete med företaget EkoBalans i Lund och är en del av en miljösystemanalys för ett större projekt, med syfte att värdera den framtagna produkten, biokolets, kolinlagringseffekt. EkoBalans har tagit fram en metod för att framställa biokol ur avloppsslam, utan att få med skadliga metaller och läkemedelsrester. Syftet med den här sammanställningen är att undersöka om gödsling med näringsrikt biokol kan bidra till kolinlagring i marken, genom att studera de processer som påverkar SOM.

Den stabila delen av SOM ökar till att börja med vid tillsättning av biokol, men en ökad nedbrytning av markens ursprungliga ostabila SOM har också rapporterats. Flertal studier har visat på en ökad tillväxt vid tillsättning vilket indirekt ökar SOM i marken. Biokol antas förbli skyddat från nedbrytning genom aggregatbildning och bilda komplex mad mineraler och organiskt material. Urlakas dessa till djupare skikt från matjorden finns det potential för en långvarig inlagring av SOM.

Genom att använda en konceptuell modell har jag sammanfattat de processer som biokolet påverkar i marken, samt även modellerat fram möjlig framtidsbild. Resultatet ger insikter i vilka processer som är dominerande samt var vidare forskning behövs; det finns få modeller som tar i beaktande biokolet, även om just modellering ses som ett viktigt verktyg för att utvärdera biokolets värde i bekämpandet av klimatförändringarna.

Handledare: Salim Belyazid
Examensarbete 30 hp i MVEM30, Miljövetenskap: Examensarbete för masterexamen - Fördjupning i tillämpad klimatstrategi 2015
Naturvetenskapliga institutionen, Lunds universitet
Ekobalans

• author: Lucander, Klas Axel Oskar
• supervisor: Salim Belyazid
• organization: Studies in Environmental Science
• course: MVEM30 20151
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences; Agriculture and Food Sciences
• keywords: biokol, biochar, kolinlagring, carbon sequestration, carbon storage, SOM, klimatförändring, climate change, avloppsslam, sewage sludge
• language: Swedish
• id: 7994849
• date added to LUP: 2015-09-28 08:57:33
• date last changed: 2015-09-28 08:57:33