Advanced

Biochar: a win-win-win solution for sustainable small-scale farming in Sweden?

Stensson, Malin LU (2018) MVEM12 20181
Studies in Environmental Science
Abstract
Biochar is a recalcitrant carbon rich solid product widely praised for the ability to improve soil fertility and sequester carbon, thereby improving crop yields and mitigating climate change. In addition to this, gaseous by products from production can be combusted for energy. Despite the recent global peaks in biochar research, studies focused on temperate regions are relatively scarce and few European farmers are familiar with the concept. At Håkan Rasmusson Golf och Lantbruk (HRGL), a 40-ha farm in southern Sweden, the potential for biochar production using cheap and simple production technology (a double barrel charcoal kiln) is being investigated. This report aims to theoretically study whether biochar production will benefit the farm... (More)
Biochar is a recalcitrant carbon rich solid product widely praised for the ability to improve soil fertility and sequester carbon, thereby improving crop yields and mitigating climate change. In addition to this, gaseous by products from production can be combusted for energy. Despite the recent global peaks in biochar research, studies focused on temperate regions are relatively scarce and few European farmers are familiar with the concept. At Håkan Rasmusson Golf och Lantbruk (HRGL), a 40-ha farm in southern Sweden, the potential for biochar production using cheap and simple production technology (a double barrel charcoal kiln) is being investigated. This report aims to theoretically study whether biochar production will benefit the farm in terms of increased crop yields, climate change mitigation and energy production, using a literature review and an enthalpy-based energy model. The results show that it is possible to fulfil the annual heat requirement of 30 000 kWh using a double barrel kiln. This could also result in a net offset of approximately 1.96 tons CO2e per year. Increased crop yields are unlikely, though biochar might positively affect other soil parameters, for example water holding capacity, in a way that could protect the soil from future resource limitations. However, there is a contradiction between production optimised for soil improvement and production optimised for climate regulation and energy production. In conclusion, biochar production is likely to be overall beneficial to HRGL. This report highlights the many factors to consider for a successful biochar production system but contains many assumptions and potential sources of error. It is strongly suggested that practical implementation is combined with monitoring to confirm the results of this study. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Hur ser framtidens jordbruk ut? Hur ska utmaningar som klimatförändringar och försämrade jordbruksmarker kunna hanteras samtidigt som tillräckliga mängder mat produceras för att föda den ständigt växande mänskliga befolkningen? Genom pyrolys, det vill säga upphettning av biomassa utan tillgång till syre, skapas biokol, ett stabilt material med hög porositet och mycket hög kolhalt. Biokol kan plöjas ner i jordbruksmark och för att bilda en kolsänka, samtidigt som det förbättrar markkvaliteten och därmed leder till ökade skördar. Kan biokol vara ett sätt att höja kolhalten i jordbruksmarken och därmed både säkra framtidens matproduktion och motverka klimatförändringar?
På grund av hög kolhalt och porositet, stor ytarea och hög... (More)
Hur ser framtidens jordbruk ut? Hur ska utmaningar som klimatförändringar och försämrade jordbruksmarker kunna hanteras samtidigt som tillräckliga mängder mat produceras för att föda den ständigt växande mänskliga befolkningen? Genom pyrolys, det vill säga upphettning av biomassa utan tillgång till syre, skapas biokol, ett stabilt material med hög porositet och mycket hög kolhalt. Biokol kan plöjas ner i jordbruksmark och för att bilda en kolsänka, samtidigt som det förbättrar markkvaliteten och därmed leder till ökade skördar. Kan biokol vara ett sätt att höja kolhalten i jordbruksmarken och därmed både säkra framtidens matproduktion och motverka klimatförändringar?
På grund av hög kolhalt och porositet, stor ytarea och hög motståndskraft mot nedbrytning har biokol prisats för sin förmåga att öka jordens bördighet och lagra kol, och därmed öka skördar och motverka klimatförändringar. Utöver detta kan biprodukterna från pyrolys, gengas och bio-olja, förbrännas för energi. Majoriteten av forskningen kring biokol har utförts i tropikerna, ofta medökade skördar som resultat. Dock finns stora skillnader i både klimat och jord mellan tropiska områden och norra Europa och det är därför svårt att säga om resultatet blir detsamma i exempelvis Sverige. Håkan Rasmusson Golf och Lantbruk, en gård på 40 ha i Skåne, undersöker potentialen för gårdsbaserad biokolsproduktion. Denna rapport undersöks huruvida enkel och billig biokolsproduktion kan gynna gården genom ökade skördar, energiproduktion och klimatnytta.
Resultatet visar att det är fullt möjligt att tillgodose det årliga värmebehovet av 30 000 kWh med hjälp av att förbränna pyrolysgaser i den valda produktionstekniken. Nettoinlagringen av kol skulle kunna bli nära 2 ton koldioxid per år. Tyvärr motverkas en stor del av den potentiella klimatnyttan av de höga utsläppen från den mycket enkla framställningstekniken. På grund av den ursprungligen goda markkvaliteten är en skördeökning inte troligt. Däremot kan biokol möjligtvis påverka andra markparametrar till det bättre, exempelvis närings- och vattenhållande förmåga. Kanske kan biokol fungera som en försäkring av skånska jordar inför framtidens utmaningar, som klimatförändringar och fosforbrist?
Denna rapport lyfter och diskuterar möjligheter och problematik med biokol och understryker de många aspekter som måste tas hänsyn till vid utvecklingen av gårdsbaserad biokolsproduktion, men innehåller flera antaganden och felkällor. Därför borde praktisk implementering av denna teoretiska studie kombineras med övervakning av produktion och applicering. Genom att fokusera forskning på utveckling av billig och lätthantering framställningsteknik, kan biokolsproduktion bli mer tillgängligt för småskaliga lantbrukare och kanske bli ett värdefullt verktyg i utformandet av framtidens hållbara jordbruk. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Stensson, Malin LU
supervisor
organization
course
MVEM12 20181
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Biochar, carbon, climate change, agriculture, resilience, yield, energy production, sustainable farming, sustainable agriculture, pyrolysis, syngas, bio-oil
language
English
id
8951981
date added to LUP
2018-06-21 09:54:11
date last changed
2018-06-21 09:54:11
@misc{8951981,
  abstract     = {Biochar is a recalcitrant carbon rich solid product widely praised for the ability to improve soil fertility and sequester carbon, thereby improving crop yields and mitigating climate change. In addition to this, gaseous by products from production can be combusted for energy. Despite the recent global peaks in biochar research, studies focused on temperate regions are relatively scarce and few European farmers are familiar with the concept. At Håkan Rasmusson Golf och Lantbruk (HRGL), a 40-ha farm in southern Sweden, the potential for biochar production using cheap and simple production technology (a double barrel charcoal kiln) is being investigated. This report aims to theoretically study whether biochar production will benefit the farm in terms of increased crop yields, climate change mitigation and energy production, using a literature review and an enthalpy-based energy model. The results show that it is possible to fulfil the annual heat requirement of 30 000 kWh using a double barrel kiln. This could also result in a net offset of approximately 1.96 tons CO2e per year. Increased crop yields are unlikely, though biochar might positively affect other soil parameters, for example water holding capacity, in a way that could protect the soil from future resource limitations. However, there is a contradiction between production optimised for soil improvement and production optimised for climate regulation and energy production. In conclusion, biochar production is likely to be overall beneficial to HRGL. This report highlights the many factors to consider for a successful biochar production system but contains many assumptions and potential sources of error. It is strongly suggested that practical implementation is combined with monitoring to confirm the results of this study.},
  author       = {Stensson, Malin},
  keyword      = {Biochar,carbon,climate change,agriculture,resilience,yield,energy production,sustainable farming,sustainable agriculture,pyrolysis,syngas,bio-oil},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Biochar: a win-win-win solution for sustainable small-scale farming in Sweden?},
  year         = {2018},
}