Biochar é um tipo de carvão, ocasionalmente modificado, destinado especificamente a aplicações orgânicas, principalmente no solo. Este resíduo leve e preto é formado através da pirólise da biomassa e consiste principalmente em carbono e cinzas. Apesar de sua nomenclatura, o biochar é estéril imediatamente após sua criação, desenvolvendo atividade biológica somente após exposição intencional ou incidental à biota. A Iniciativa Internacional Biochar define formalmente biochar como “o material sólido obtido a partir da conversão termoquímica de biomassa em um ambiente com oxigênio limitado”.
Biochar é uma forma de carvão, às vezes modificado, destinado ao uso orgânico, como no solo. São os restos pretos leves que permanecem após a pirólise da biomassa, constituídos por carbono e cinzas. Apesar do nome, o biochar é estéril imediatamente após a produção e só ganha vida biológica após exposição assistida ou incidental à biota. Biochar é definido pela International Biochar Initiative como o "material sólido obtido a partir da conversão termoquímica de biomassa em um ambiente com oxigênio limitado".
Biochar é predominantemente utilizado em solos para melhorar a aeração, mitigar as emissões de gases de efeito estufa, melhorar a fertilidade, reduzir a lixiviação de nutrientes, diminuir a acidez e potencialmente aumentar a capacidade de retenção de água de solos grossos. A incorporação de biochar pode contribuir para o aumento da fertilidade do solo e da produtividade agrícola. Por outro lado, a aplicação inadequada, como quantidades excessivas ou o uso de matéria-prima inadequada para um tipo específico de solo, traz consigo o potencial de consequências negativas, incluindo danos à biota do solo, redução no conteúdo de água disponível, alteração do pH do solo e aumento da salinidade.
Além de sua aplicação direta no solo, o biochar é empregado na agricultura de corte e carvão, para melhorar a retenção de água no solo e como aditivo na forragem animal. Há uma ênfase crescente no papel potencial da aplicação do biochar nos esforços globais de mitigação das alterações climáticas. Devido à sua estabilidade refratária, o biochar pode resistir no solo e em outros ambientes por milhares de anos. Essa longevidade fomentou o conceito de remoção de carbono do biochar, que representa um processo de sequestro de carbono facilitado pelo biochar. A remoção de carbono é possível através da aplicação de biocarvão de alta qualidade nos solos ou da sua incorporação como material substituto em componentes de construção, como concreto e alcatrão.
Etimologia
O termo "biochar" constitui um neologismo inglês do final do século 20, derivado da palavra grega 'βίος' (bios), que significa 'vida', e 'char', referindo-se ao carvão produzido através da carbonização de biomassa. É caracterizado como um tipo de carvão que participa de processos biológicos observados no solo, nos habitats aquáticos e no sistema digestivo dos animais.
Histórico
As sociedades amazônicas pré-colombianas produziam biocarvão através da combustão lenta de resíduos agrícolas, envolvendo a cobertura da biomassa queimada com solo em covas ou trincheiras. Ainda não está claro se este biochar foi utilizado intencionalmente para aumentar a produtividade do solo. Posteriormente, os colonizadores europeus designaram este material como terra preta de Índio. Com base em observações e experimentos subsequentes, uma equipe de pesquisa operando na Guiana Francesa postulou que a minhoca amazônica Pontoscolex corethrurus serviu como o principal agente para a trituração fina e incorporação de restos de carvão vegetal no solo mineral.
Produção
Biochar é caracterizado como um resíduo de grão fino e alto teor de carbono gerado por pirólise. Este processo envolve a decomposição térmica direta da biomassa em um ambiente com oxigênio limitado, o que evita a combustão e produz uma mistura de produtos sólidos (biocarvão), líquidos (bioóleo) e gasosos (gás de síntese).
Gaseificação
Os gaseificadores são responsáveis pela produção da maior parte do biochar vendido nos Estados Unidos. O processo de gaseificação é caracterizado por quatro etapas principais: oxidação, secagem, pirólise e redução. Durante a pirólise em gaseificadores, as temperaturas normalmente variam de 250 a 550 °C (523 a 823 K), enquanto a zona de redução opera a 600 a 800 °C (873 a 1.073 K) e a zona de combustão atinge temperaturas de 800 a 1.000 °C (1.070 a 1.270 K).
O rendimento específico obtido da pirólise, que é o estágio de gaseificação responsável pela produção de biochar, depende de várias condições do processo, incluindo temperatura, taxa de aquecimento e tempo de residência. Esses parâmetros podem ser otimizados para priorizar a geração de energia ou a produção de biochar. Temperaturas entre 400–500 °C (673–773 K) geralmente favorecem a produção de carvão, enquanto temperaturas superiores a 700 °C (973 K) promovem o rendimento de componentes de combustível líquidos e gasosos. A pirólise acelera em temperaturas mais altas, normalmente concluindo em segundos, em vez de horas. Uma taxa de aquecimento aumentada, dentro da faixa de temperatura de 350–600 °C (623–873 K), leva a uma redução no rendimento do biochar. As distribuições típicas de produtos incluem 60% de bio-óleo, 20% de biocarvão e 20% de gás de síntese. Em contraste, a pirólise lenta pode produzir um rendimento de carvão substancialmente maior (aproximadamente 35%), o que contribui significativamente para a fertilidade do solo. Uma vez iniciados, ambos os processos de pirólise são produtores líquidos de energia. Para insumos padrão, a energia necessária para operar um pirolisador "rápido" constitui aproximadamente 15% de sua produção total de energia. As plantas de pirólise podem aproveitar o subproduto do gás de síntese para gerar de 3 a 9 vezes a energia necessária para sua própria operação.
O método de fossa/trincheira na Amazônia, por outro lado, não produz bio-óleo ou gás de síntese. Em vez disso, emite CO2, carbono negro e outros gases de efeito estufa (GEE), juntamente com potenciais tóxicos, na atmosfera. Embora estas emissões sejam inferiores às dos gases com efeito de estufa sequestrados durante o crescimento da biomassa, os sistemas à escala comercial normalmente atenuam esses efeitos secundários através do processamento de resíduos agrícolas, de papel e municipais e da captura dos produtos líquidos e gasosos resultantes para utilização. Notavelmente, o vencedor do X Prize Foundation 2018 para geradores de água atmosférica demonstrou a extração de água potável durante a fase de secagem do processo de gaseificação. Na maioria das aplicações, a produção de biochar não é o objetivo principal.
Métodos de produção em pequena escala
Os pequenos agricultores dos países em desenvolvimento podem produzir facilmente biochar usando métodos básicos sem equipamento especializado. Isto envolve criar pilhas de resíduos agrícolas, como talos de milho, palha de arroz ou palha de trigo, acendê-los a partir do topo e depois extinguir as brasas com terra ou água para produzir biocarvão. Esta técnica, conhecida como queima de cima para baixo ou queima de conservação, reduz significativamente as emissões de fumaça em comparação com a incineração convencional de resíduos agrícolas.
Alternativamente, metodologias em escala industrial podem ser adaptadas para aplicações em pequena escala. Embora os sistemas centralizados normalmente transportem o excedente de biomassa para uma instalação central para conversão de biochar, os agricultores individuais ou coletivos de agricultores também podem operar os seus próprios fornos. Uma dessas abordagens móveis envolve um caminhão equipado com um pirolisador, que viaja entre locais para processar biomassa. O gás de síntese gerado alimenta o veículo, enquanto o biochar permanece na fazenda e o biocombustível é transportado para uma refinaria ou instalação de armazenamento. A seleção do sistema é influenciada por fatores como os custos de transporte de subprodutos líquidos e sólidos, o volume de material que requer processamento e o potencial de integração da rede elétrica.
Várias empresas na América do Norte, Austrália e Inglaterra oferecem produtos de biochar ou unidades de produção de biochar. Na Suécia, a “Solução de Estocolmo” representa uma metodologia de plantação de árvores urbanas que incorpora 30% de biocarvão para promover o desenvolvimento das florestas urbanas. Além disso, uma unidade móvel de pirólise, projetada para uso agrícola com capacidade de ingestão especificada de 450 kg (1.000 libras), foi apresentada na Conferência Internacional Biochar de 2009.
Matéria-prima de biomassa
As matérias-primas comuns para a produção de biochar abrangem diversas espécies de árvores e diversas culturas energéticas. Certas culturas energéticas, como o capim Napier, demonstram uma capacidade significativamente maior de sequestro de carbono em períodos mais curtos em comparação com as árvores.
Para culturas não cultivadas exclusivamente para biochar, a relação resíduo-produto (RPR) e o fator de coleta (CF), que quantifica a proporção de resíduos não utilizados para outros fins, servem para estimar o volume de matéria-prima disponível. Por exemplo, a colheita anual de cana-de-açúcar do Brasil de aproximadamente 460 milhões de toneladas (MT) produz pontas de cana-de-açúcar com um RPR de 0,30 e um CF de 0,70, que normalmente são queimadas no campo. Isto equivale a cerca de 100 TM de resíduos anualmente, adequados para pirólise para gerar energia e corretivos do solo. A incorporação de bagaço (resíduos de cana-de-açúcar), caracterizado por um RPR de 0,29 e um CF de 1,0, e muitas vezes queimado de forma ineficiente em caldeiras, aumenta a matéria-prima total da pirólise para 230 MT. No entanto, uma parte dos resíduos vegetais deve ser retida no solo para evitar custos elevados e emissões associadas aos fertilizantes nitrogenados.
Hydrochar
Além da pirólise, a torrefação e a carbonização hidrotérmica são processos de decomposição térmica que convertem biomassa em materiais sólidos. No entanto, os produtos resultantes não são estritamente classificados como biochar. O material carbonáceo derivado da torrefação retém componentes orgânicos voláteis, posicionando suas propriedades entre aquelas da matéria-prima de biomassa bruta e do biochar. Da mesma forma, embora a carbonização hidrotérmica produza um sólido rico em carbono, seu mecanismo de processamento distinto da conversão térmica convencional leva à sua designação como "hidrochar" em vez de "biochar".
Despolimerização Termo-catalítica
A despolimerização termocatalítica representa um método alternativo de produção de biocarvão que emprega tecnologia de microondas. Este processo foi efetivamente aplicado em escala industrial para converter matéria orgânica em biocarvão, alcançando um rendimento de carvão de aproximadamente 50%.
Características
As características físicas e químicas dos biochars, que são ditadas pelas suas matérias-primas e tecnologias de produção, são de suma importância. Os dados de caracterização elucidam sua eficácia em aplicações específicas. Por exemplo, a Iniciativa Internacional Biochar divulgou diretrizes que estabelecem metodologias de avaliação padronizadas. As propriedades do biochar podem ser classificadas em múltiplas dimensões, abrangendo composição centesimal e elementar, pH e porosidade. As proporções atômicas, especificamente H/C e O/C, exibem uma correlação com propriedades do biochar pertinentes ao conteúdo orgânico, como polaridade e aromatização. A evolução das proporções atômicas do biochar durante o processo de produção pode ser representada graficamente usando um diagrama de van-Krevelen. Durante a carbonização, as proporções atômicas H/C e O/C diminuem à medida que grupos funcionais contendo hidrogênio e oxigênio são liberados.
As temperaturas de produção exercem influências multifacetadas nas propriedades do biochar. Notavelmente, a estrutura molecular do carbono da matriz sólida do biochar sofre alterações significativas. A pirólise inicial conduzida na faixa de 450–550 °C produz uma estrutura de carbono amorfa. As temperaturas que excedem este limite induzem a transformação termoquímica progressiva do carbono amorfo em folhas de grafeno turbostráticas. Além disso, a condutividade do biochar demonstra um aumento proporcional às elevadas temperaturas de produção. Crucialmente para a captura de carbono, tanto a romanticidade quanto a recalcitrância intrínseca se intensificam à medida que a temperatura aumenta.
Aplicativos
Dissipador de Carbono
A estabilidade refratária inerente do biochar sustenta o conceito de remoção de carbono do biochar, que constitui um processo de sequestro de carbono através da formação de biochar. Este mecanismo apresenta uma estratégia potencial para a mitigação das alterações climáticas, devido à sua capacidade de sequestro de carbono com um input relativamente baixo. A combustão convencional de biomassa e os processos de decomposição natural liberam quantidades substanciais de dióxido de carbono e metano na atmosfera terrestre. Embora o próprio processo de produção de biochar emita CO2 (até 50% da biomassa original), o conteúdo de carbono residual atinge estabilidade indefinida. O carbono derivado do biochar persiste no solo durante séculos, desacelerando assim a acumulação de gases de efeito estufa atmosféricos. Ao mesmo tempo, a sua presença em ambientes terrestres pode melhorar a qualidade da água, aumentar a fertilidade do solo, aumentar a produtividade agrícola e aliviar a pressão sobre as florestas antigas.
O biochar possui a capacidade de sequestrar carbono no solo por períodos que variam de centenas a milhares de anos, semelhante ao carvão. O Banco Mundial relata que o biochar retém "entre 10 por cento e 70 por cento (em média cerca de 50 por cento) do carbono presente na biomassa original e retarda a taxa de decomposição do carbono em uma ou duas ordens de grandeza, isto é, na escala de séculos ou milênios". As contribuições acadêmicas iniciais defendendo a aplicação do biochar na remoção de dióxido de carbono para estabelecer um sumidouro de carbono durável surgiram no início dos anos 2000. Cientistas proeminentes, incluindo James Hansen e James Lovelock, endossam esta metodologia.
Um relatório de 2010 projetou que a implantação sustentável do biochar poderia diminuir as emissões líquidas globais de dióxido de carbono (CO
§67§), metano e óxido nitroso em até 1,8 bilhão de toneladas de equivalente de dióxido de carbono (CO
§1718§e) anualmente (em contraste com aproximadamente 50 bilhões de toneladas emitidas em 2021), sem comprometer a segurança alimentar, os habitats naturais ou a preservação do solo. Por outro lado, uma investigação de 2018 levantou preocupações relativamente à suficiência da biomassa disponível para facilitar o sequestro substancial de carbono. Uma revisão de 2021 avaliou a capacidade potencial de remoção de CO§2223§ na faixa de 1,6 a 3,2 bilhões de toneladas por ano, observando que, em 2023, este setor havia evoluído para um empreendimento lucrativo, revitalizado por créditos de carbono.
Em 2023, o potencial considerável do biochar como sumidouro de carbono alcançou amplo reconhecimento. As análises indicaram que o biochar possui a capacidade técnica para sequestrar uma média de 7% do dióxido de carbono globalmente. Especificamente, doze países demonstraram a capacidade de sequestrar mais de 20% de suas emissões de gases de efeito estufa, com o Butão exibindo a maior proporção (68%), sucedido pela Índia (53%).
Em 2021, o preço de mercado do biochar se aproximou dos preços europeus do carbono, mas permaneceu excluído dos Esquemas de Comércio de Emissões da UE e do Reino Unido.
A capacidade de adsorção do biochar para CO
§67§ pode ser limitado por sua área de superfície, uma característica passível de aprimoramento por meio de mistura acústica ressonante.
Em países em desenvolvimento, o biochar produzido a partir de fogões domésticos aprimorados oferece um caminho para mitigar as emissões de carbono (dependendo da cessação do uso tradicional do fogão). Além disso, esta abordagem traz vantagens adicionais para o desenvolvimento sustentável.
O Biochar é reconhecido como uma tecnologia de emissões negativas que oferece um potencial significativo de mitigação das alterações climáticas a longo prazo. O cenário inicial analisa a prevenção anual projetada de várias gigatoneladas de CO2 equivalente; no entanto, pesquisas mais recentes indicam que a implantação economicamente viável será provavelmente mais modesta, com capacidades de remoção globais estimadas em aproximadamente 0,3–1,8 Gt CO2 anualmente, assumindo preços de carbono abaixo de 100 dólares por tonelada. A implementação prática ainda está nos seus estágios iniciais: a produção global de biochar é estimada em algumas centenas de milhares de toneladas por ano, contribuindo com menos de 1 Mt CO§45§ por ano de remoção de carbono verificada, embora as contribuições voluntárias do mercado de carbono e a capacidade de produção tenham se expandido rapidamente nos últimos anos. Dado que a disponibilidade de matéria-prima, as considerações logísticas e a utilização de coprodutos impactam significativamente os custos, certas aplicações são atualmente viáveis apenas quando o biochar oferece vantagens agronômicas ou ambientais suplementares ou se qualifica para créditos de remoção de carbono. A proliferação de publicações relacionadas ao biochar gerou preocupações na comunidade acadêmica de que expectativas elevadas em relação ao seu papel climático poderiam levar a um cenário de "explosão e queda" se os benefícios previstos não se materializarem em grande escala.
Saúde do Solo
Biochar oferece inúmeros benefícios para a saúde do solo, particularmente em solos tropicais degradados, embora sua eficácia seja diminuída em climas temperados. Sua porosidade inerente facilita a retenção de água e nutrientes solúveis em água. A bióloga do solo Elaine Ingham ressaltou a utilidade do biochar como um habitat ideal para microorganismos vantajosos do solo. Ela observou ainda que quando o biochar é inoculado com esses organismos benéficos, ele aumenta a vitalidade geral do solo e das plantas.
A lixiviação de E. coli através de solos arenosos é mitigada pelo biochar, com a extensão da redução dependente de fatores como taxa de aplicação, tipo de matéria-prima, temperatura de pirólise, teor de umidade do solo, textura do solo e propriedades da superfície bacteriana.
O biochar pode aumentar o rendimento das culturas para plantas que necessitam de altos níveis de potássio e um pH elevado.
O biochar demonstra a capacidade de melhorar a qualidade da água, diminuir as emissões de gases de efeito estufa do solo, minimizar a lixiviação de nutrientes, diminuir a acidez do solo e reduzir a necessidade de irrigação e fertilizantes. A sua estrutura porosa permite a retenção de água e minerais dissolvidos nos estratos superiores do solo, apoiando assim o crescimento das plantas e diminuindo a procura de fertilizantes dispendiosos. Em cenários específicos, o biochar provoca respostas sistêmicas das plantas a doenças fúngicas foliares e melhora a resiliência das plantas contra patógenos transmitidos pelo solo. Além disso, o biochar é capaz de extrair metais pesados do solo.
Os efeitos do biochar dependem de suas propriedades intrínsecas e da quantidade aplicada, embora uma compreensão abrangente dos mecanismos subjacentes e das propriedades críticas permaneça incompleta. A influência do Biochar também pode variar com base em fatores ambientais regionais, incluindo tipo de solo, saúde do solo (por exemplo, esgotado versus saudável), temperatura e umidade. Foi demonstrado que mesmo aplicações modestas de biocarvão reduzem as emissões de óxido nitroso (N
§67§O) em até 80% e eliminam as emissões de metano, ambos gases de efeito estufa mais potentes do que CO§1112§.
Pesquisas indicam resultados benéficos da aplicação de biochar na produção agrícola em solos degradados e com deficiência de nutrientes. O projeto FERTIPLUS, no âmbito do 7.º PQ, demonstrou que a combinação de composto e biocarvão influenciou positivamente a humidade do solo, a produtividade e a qualidade das culturas em vários países. Biochar pode ser projetado com características específicas para atender propriedades específicas do solo. Por exemplo, nos solos da savana colombiana, o biochar diminuiu a lixiviação de nutrientes essenciais, melhorou a absorção de nutrientes e aumentou a disponibilidade de nutrientes. Quando aplicado em concentrações de 10%, o biochar diminuiu os níveis de contaminantes nas plantas em até 80%, reduzindo especificamente o teor de clordano e DDX em 68% e 79%, respectivamente. Por outro lado, a sua substancial capacidade de adsorção pode comprometer a eficácia dos pesticidas, sendo os biocarvões de grande área superficial uma preocupação notável.
O biocarvão pode ser incorporado em solos agrícolas ou canteiros de jardim para aumentar a fertilidade e a estabilidade, facilitando o sequestro de carbono a médio e longo prazo. Sua aplicação como cobertura também tem produzido resultados favoráveis. Nos solos da Europa Ocidental, o biochar demonstrou efeitos positivos no aumento da fertilidade do solo e no reforço da resistência a doenças. Os jardineiros individuais que contribuem para os esforços de mitigação das alterações climáticas integram frequentemente biochar no seu solo, o que aumenta o rendimento das plantas e, consequentemente, sequestra carbono adicional. Além disso, o emprego do biochar como aditivo alimentar oferece um método para sua aplicação em pastagens e para mitigação de emissões de metano.
Melhorias significativas no rendimento das plantas requerem taxas de aplicação que variam de 2,5 a 20 toneladas por hectare (1,0–8,1 t/acre). Nos países desenvolvidos, as despesas com biochar, normalmente entre 300 e 7.000 dólares por tonelada, muitas vezes tornam a sua utilização economicamente inviável para agricultores e horticultores, especialmente para culturas arvenses com baixos factores de produção. Por outro lado, nas regiões em desenvolvimento, as principais limitações para a adoção do biochar agrícola são a disponibilidade de biomassa e a duração da produção. Uma alternativa prática envolve a incorporação de quantidades modestas de biocarvão em complexos de biocarvão-fertilizantes mais acessíveis.
Taxas excessivas de aplicação de corretivos de solo com biocarvão, ou seu uso com tipos de solo inadequados e combinações de matéria-prima de biocarvão, podem levar a resultados adversos. Esses efeitos negativos incluem danos à biota do solo, diminuição do conteúdo de água disponível, alterações no pH do solo e níveis elevados de salinidade.
Barra e char
Como alternativa às práticas de corte e queima, os métodos agrícolas de corte e carvão em áreas tropicais oferecem múltiplos benefícios, incluindo redução do desmatamento, menores emissões de dióxido de carbono e maior rendimento das colheitas. Embora o corte e queima normalmente deixe apenas 3% do carbono orgânico no solo, o corte e queima pode reter até 50%. A capacidade mundial de sequestro de carbono através da transição das técnicas de corte e queima para técnicas de corte e carvão é estimada entre 0,22 e 0,42 Gt C/ano. A aplicação de Biochar diminui a necessidade de fertilizantes nitrogenados, reduzindo consequentemente os custos e as emissões associadas à fabricação e transporte de fertilizantes. Além disso, ao melhorar a lavoura do solo, a fertilidade e a produtividade global, os solos alterados com biocarvão podem apoiar a produção agrícola indefinidamente. Isto contrasta fortemente com os solos de corte e queima, que perdem rapidamente nutrientes, obrigando os agricultores a abandonar os campos e perpetuando um ciclo contínuo de desmatamento. A produção de bioenergia através da pirólise evita as extensas modificações de infraestrutura necessárias para processos como a produção de etanol celulósico a partir de biomassa. Além disso, o biochar pode ser aplicado usando máquinas agrícolas existentes e amplamente adotadas.
Retenção de água
A natureza higroscópica do biochar, atribuída à sua estrutura porosa e extensa área de superfície específica, facilita a retenção de fertilizantes e outros nutrientes essenciais, beneficiando assim o crescimento das plantas.
Estoque de forragem
Biochar tem um precedente histórico de uso na alimentação animal, que se estende por vários séculos.
Doug Pow, um agricultor da Austrália Ocidental, investigou a aplicação de biocarvão combinado com melaço como forragem. Ele postulou que o biochar poderia ajudar na digestão e mitigar as emissões de metano em ruminantes. Além disso, Pow empregou besouros rola-bosta para integrar o esterco infundido com biocarvão no solo, eliminando a necessidade de intervenção mecânica. Este processo garantiu que o azoto e o carbono do estrume fossem incorporados no solo em vez de permanecerem na superfície, diminuindo assim a libertação de óxido nitroso e dióxido de carbono. A integração de nitrogênio e carbono também contribuiu para aumentar a fertilidade do solo. Observações em nível de fazenda sugeriram que esta forragem melhorou o ganho de peso vivo em bovinos cruzados Angus. Por esta inovação, Doug Pow recebeu o Prêmio de Inovação em Gestão de Terras Agrícolas do Governo Australiano no Western Australian Landcare Awards de 2019. Testes subsequentes baseados no trabalho de Pow com gado leiteiro demonstraram redução do odor e aumento da produção de leite.
Aditivo de concreto
O cimento Portland comum (OPC), um constituinte crítico das misturas de concreto, requer energia substancial e gera emissões significativas durante sua produção, contribuindo com aproximadamente 8% das emissões globais de CO2. Consequentemente, a indústria do concreto tem adotado progressivamente materiais cimentícios suplementares (SCMs). Esses aditivos diminuem o volume de OPC em uma mistura, preservando ou melhorando as características do concreto. O Biochar demonstrou eficácia como SCM, capaz de reduzir as emissões de produção de concreto, ao mesmo tempo que mantém os atributos necessários de resistência e ductilidade.
A pesquisa indica que uma concentração ideal de biochar de 1–2% em peso em misturas de concreto equilibra a relação custo-benefício e a integridade estrutural. Especificamente, observou-se que uma solução de biochar com 2% em peso aumenta a resistência à flexão do concreto em 15% em um teste de flexão de três pontos realizado após 7 dias, em relação ao concreto OPC convencional. Além disso, o concreto enriquecido com biochar apresenta potencial para melhorar a resistência a altas temperaturas e reduzir a permeabilidade.
Uma avaliação do ciclo de vida do concreto com biochar revelou uma redução nas emissões de produção correlacionada com o aumento das concentrações de biochar, consistente com uma diminuição no conteúdo de OPC. Além disso, o biochar demonstrou menor toxicidade em comparação com outros SCMs derivados de fluxos de resíduos industriais, como cinzas volantes e sílica ativa.
Pasta de combustível
Um tipo de combustível emergente, conhecido como pasta à base de biocarvão, consiste em biocarvão combinado com meios líquidos, como água ou líquidos orgânicos (por exemplo, etanol). A aplicação de pirólise lenta em extensos campos e instalações de biomassa facilita a produção dessas pastas de biocarvão, que possuem propriedades distintas. Essas lamas estão a ganhar força como combustíveis viáveis em regiões abundantes em biomassa e fortemente dependentes de geradores a diesel para obter energia. Este tipo de combustível compartilha semelhanças com a pasta de carvão, mas oferece o benefício significativo de ser derivado de fontes renováveis de biocarvão.
Tratamento de Água
Biochar encontra utilidade em processos de tratamento de água. Suas propriedades inerentes, particularmente a porosidade, podem ser projetadas através de diversas metodologias para aumentar a eficácia da extração de contaminantes. Estudos indicam que o biochar remove eficazmente diversos poluentes, incluindo metais pesados, corantes e compostos orgânicos.
Pesquisa
Os esforços globais de pesquisa sobre pirólise e biochar estavam em andamento, embora considerados incipientes a partir de 2018. Entre 2005 e 2012, o ISI Web of Science indexou 1.038 artigos contendo "biochar" ou "bio-char" em seu tópico. Instituições notáveis que conduzem esta pesquisa incluem a Universidade de Edimburgo, a Universidade da Geórgia, o Volcani Center e a Universidade Sueca de Ciências Agrícolas.
Pesquisas em andamento também investigam a aplicação de biochar em solos grosseiros em ecossistemas semiáridos e degradados. Na Namíbia, o biochar está a ser avaliado como uma estratégia de adaptação às alterações climáticas, com o objetivo de reforçar a resiliência das comunidades locais à seca e a segurança alimentar. Isto é conseguido através da produção local e utilização de biocarvão derivado da biomassa invasora predominante. Abordagens análogas para pastagens afetadas pela invasão de plantas lenhosas foram investigadas na Austrália.
Recentemente, o biochar atraiu atenção considerável por sua utilidade como meio de filtração de águas residuais e sua capacidade demonstrada de adsorção para vários contaminantes de águas residuais, incluindo produtos farmacêuticos, produtos de cuidados pessoais e substâncias per- e polifluoroalquil.
Em certas regiões, o interesse público e a defesa do biochar servem como um catalisador para iniciativas de pesquisa governamentais que exploram seus diversos aplicativos.
Estudos
Os impactos a longo prazo do biochar no sequestro de carbono foram investigados usando amostras de solo de campos aráveis belgas, que continham manchas pretas enriquecidas com carvão originárias de fornos de monte anteriores a 1870. Este estudo específico revelou que o solo historicamente modificado com carvão exibia uma proporção elevada de carbono derivado de milho e taxas de respiração reduzidas. Estes efeitos foram atribuídos à protecção física, à saturação das comunidades microbianas com carbono e, potencialmente, a um aumento marginal na produção primária anual. Coletivamente, essas descobertas ressaltam o potencial do biochar para aumentar o sequestro de carbono, mitigando a renovação do carbono.
O biochar facilita o sequestro de carbono nos solos devido ao seu tempo de residência prolongado, que pode abranger de anos a milênios. Além disso, o biochar pode aumentar indiretamente o sequestro de carbono, melhorando o rendimento das colheitas e diminuindo potencialmente a mineralização de carbono. Investigações de laboratório demonstraram a influência do biochar na mineralização de carbono, utilizando isótopos 13
C assinaturas.
A análise espectroscópica de fluorescência da matéria orgânica dissolvida em solo modificado com biocarvão indicou que a aplicação de biocarvão aumentou um componente fluorescente tipo húmico, presumivelmente ligado ao carbono derivado do biocarvão dissolvido. Uma metodologia sinérgica de espectroscopia-microscopia elucidou o acúmulo de carbono aromático em loci distintos dentro da fase sólida de microagregados, exibindo co-localização com argilominerais em solos tratados com resíduo bruto ou biochar. Consistentemente, a aplicação de biochar diminuiu a co-localização de carbono aromático e carbono polissacarídeo. Estas observações implicam que uma redução no metabolismo do carbono constitui um mecanismo significativo para a estabilização do carbono em solos alterados com biocarvão.
- Carvão ativado
- Terra escura
- Carbono do solo
- Referências
Referências
Fontes
- Ameloot, N.; Graber, ER; Verheijen, F.; De Neve, S. (2013). "Efeito dos organismos do solo na estabilidade do biochar no solo: revisão e necessidades de pesquisa." Revista Europeia de Ciência do Solo. 64 (4): 379–390. doi:10.1111/ejss.12064. S2CID 93436461.Aysu, Tevfik e Küçük, M. Maşuk. (2013). "Pirólise de biomassa em um reator de leito fixo: efeitos dos parâmetros de pirólise no rendimento e caracterização de produtos." Energia, 64(1): 1002–1025. doi:10.1016/j.energy.2013.11.053 ISSN 0360-5442.Badger, Phillip C. e Fransham, Peter. (2006). "Uso de plantas móveis de pirólise rápida para densificar biomassa e reduzir custos de manuseio de biomassa - uma avaliação preliminar." Biomassa e Bioenergia, 30(4): 321–325. Bibcode:2006BmBe...30..321B. doi:10.1016/j.biombioe.2005.07.011.Biederman, Lori A., e Harpole, W. Stanley. (2011). "Biochar e ecossistemas perenes gerenciados." Relatórios de progresso da fazenda de pesquisa do estado de Iowa.Brewer, Catherine. (2012). Caracterização e Engenharia de Biochar (dissertação). Universidade Estadual de Iowa.10.1111/gcbb.12030. ISSN 1757-1707. S2CID 54693411.Gaunt, John L., e Lehmann, Johannes. (2008). "Balanço de Energia e Emissões Associadas ao Sequestro de Biochar e Produção de Bioenergia por Pirólise." Ciência e Tecnologia Ambiental, 42(11): 4152–4158. Bibcode:2008EnST...42.4152G.doi:10.1021/es071361i PMID 18589980.Glaser, Bruno; Lehmann, Johannes; e Zech, Wolfgang. (2002). "Melhorando as propriedades físicas e químicas de solos altamente intemperizados nos trópicos com carvão - uma revisão." Biologia e Fertilidade dos Solos, 35(4): 219–230. Bibcode:2002BioFS..35..219G. doi:10.1007/s00374-002-0466-4. S2CID 15437140.Hernandez-Soriano, M.C.; Kerré, B.; Goos, P.; Hardy, B.; Dufey, J.; e Smolders, E. (2015). "Efeito de longo prazo do biochar na estabilização do carbono recente: solos com insumos históricos de carvão" (PDF). Mudança Global Biologia Bioenergia, 8(2): 371–381. Bibcode:2016GCBBi...8..371H.doi:10.1111/gcbb.12250.4844975. title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rft.genre=article&rft.jtitle=Scientific+Reports&rft.atitle=Biochar+affects+carbon+composition+and+stabil ity+in+solo%3A+a+combinado+espectroscopia-microscopia+estudo&rft.volume=6&rft.artnum=25127&r ft.date=2016&rft_id=https%3A%2F%2Fnlm.nih.gov%2Fpmc%2Farticles%2FPMC4844975%23id-name%3DPMC& ;rft_id=info%3Apmid%2F27113269&rft_id=info%3Adoi%2F10.1038%2Fsrep25127&rft_id=info%3Abibcod e%2F2016NatSR...625127H&rft.aulast=Hernandez-Soriano&rft.aufirst=M.C.&rft.au=Kerre%2C+B .&rft.au=Kopittke%2C+P.&rft.au=Horemans%2C+B.&rft.au=Smolders%2C+E.&rft_id=https%3A %2F%2Fnlm.nih.gov%2Fpmc%2Farticles%2FPMC4844975&rfr_id=info%3Asid%2Fen.
- Revisões sobre energias renováveis e sustentáveis, 45: 359–378. Bibcode:2015RSERv..45..359K. doi:10.1016/j.rser.2015.01.050. ISSN 1364-0321.Lee, Jechan; Sarmah, Ajit K.; e Kwon, Eilhann E. (2019). Biochar de biomassa e resíduos - Fundamentos e aplicações. Elsevier, pp. doi:10.1016/C2016-0-01974-5.hdl:10344/443. ISBN 978-0-12-811729-3. S2CID 229299016.Kerre, B., Hernandez-Soriano, M.C., & Smolders, E. (2016). "Particionamento de fontes de carbono entre reservatórios funcionais para investigar os efeitos de preparação de curto prazo do biochar no solo: um estudo 13C." Ciência do Meio Ambiente Total, 547, 30–38. Bibcode:2016ScTEn.547...30K. doi:10.1016/j.scitotenv.2015.12.107. PMID 26780129.Lehmann, J. (2007a). "Bioenergia no preto" (PDF). Fronteiras em Ecologia e Meio Ambiente, 5 (7), 381–387. doi:10.1890/1540-9295(2007)5[381:BITB]2.0.CO;2. Obtido em 1 de outubro de 2011.Lehmann, J. (2007b). "Um punhado de carbono." Natureza, 447 (7141), 143–144. Bibcode:2007Natur.447..143L. doi:10.1038/447143a. PMID17495905.S2CID 31820667.Nakka, SBR (2011). "Sustentabilidade dos sistemas de biochar nos países em desenvolvimento." IBI. Arquivado do original em 4 de março de 2016. Recuperado em 28 de julho de 2011.Tripathi, M., Sabu, J.N., & Ganesan, P. (2015). "Efeito dos parâmetros do processo na produção de biocarvão a partir de resíduos de biomassa através da pirólise: uma revisão." Revisões de Energia Renovável e Sustentável, 55, 467–481. doi:10.1016/j.rser.2015.10.122 ISSN 1364-0321.Vince, G. (2009). "Uma última chance de salvar a humanidade." Novo Cientista, No. 2692.Weber, K., & Quicker, P. (2018)."Propriedades do biochar." Combustível, 217, 240–261. Bibcode:2018Combustível..217..240W. doi:10.1016/j.fuel.2017.12.054. ISSN 0016-2361.2964457. title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rft.genre=article&rft.jtitle=Nature+Communications&rft.atitle=Sustentável+biochar+para+mitigar+global+cli mate+change&rft.volume=1&rft.issue=5&rft.pages=1-9&rft.date=2010&rft_id=https%3 A%2F%2Fnlm.nih.gov%2Fpmc%2Farticles%2FPMC2964457%23id-name%3DPMC&rft_id=info%3Apmid%2F20975722&a mp;rft_id=info%3Adoi%2F10.1038%2Fncomms1053&rft_id=info%3Abibcode%2F2010NatCo...1...56W&rft .aulast=Woolf&rft.aufirst=Dominic&rft.au=Amonette%2C+James+E.&rft.au=Street-Perrott%2C+ F.+Alayne&rft.au=Lehmann%2C+Johannes&rft.au=Joseph%2C+Stephen&rft_id=https%3A%2F%2Fnlm. nih.gov%2Fpmc%2Farticles%2FPMC2964457&rfr_id=info%3Asid%2Fen.</span></li></ul>
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- Diretrizes Práticas para Produtores de Biochar, África Austral Arquivados em 25 de outubro de 2020 na Wayback Machine
- Iniciativa Internacional Biochar
- Biochar-us.org