Според скорошни доклади на Междуправителствения панел по климатичните промени (IPCC)

Според скорошни отчети на Междуправителствения панел по климатичните промени (IPCC) при сегашните темпове на стопляне се чака Земята да задмине безвредната граница от стопляне с 1,5°C към 2040 година В XXI век се нуждаем от решения, които да се борят по едно и също време с климатичните провокации, деградацията на почвите, енергийната рецесия и да допринесат за положителното ръководство на отпадъците и превръщането им в скъп запас. Едно такова решение е потреблението на биовъглен: то би могло да спомогне за опазването на хранителната и енергийната сигурност, както и за намаляване на климатичната рецесия. Биовъгленът е по едно и също време антична процедура и нова технология, чието произвеждане занапред се преглежда в промишлен мащаб. Наскоро той беше разпознат като една от единствено шестте технологии, които имат негативни излъчвания, приети от IPCC.

Индианците от Амазония са употребявали биовъглен, с цел да създават почвите Тера Прета до Индио. Дори след 1000 години от основаването си, тези почви остават по-плодородни от заобикалящите ги тропически почви. Въпреки това, малко на брой са чували за биовъглена в днешно време. Още по-странно е промишленостите, които биха могли да извлекат обилни изгоди от него към момента не му отдават задоволително значение.

Какво е биовъглен?

Биовъгленът е материал, богат на въглерод (C), който се получава при изгарянето на биомаса като да вземем за пример дървесина, листа, оборска тор, стърготини, компост и други в затворен резервоар, с малко количество или в неявяване на О2 (O2). Обяснено на по-научен език, биовъгленът се създава при термалната декомпозиция на органически материал при условия на понижено подаване на О2 или цялостното му неявяване, при относително ниски температури ( <700 ⁰ C). Този развой доста прилича производството на въглища, една от най-древните индустриални практики, които човечеството познава, в случай че не и най-древната. Разликата е, че  биовъгленът е предопределен за потребление като подобрител на почвата и за дълготрайно хващане и запазване на въглерод, а не за горене и отопление .

Мотивация за използване на технология, основана върху производството на биовъглен

Използването и одобряването на биовъглена се базира на четири съществени допълващи се резултата.

Подобряване на почвите

Селското стопанство е отговорно за 30% от антропогенните излъчвания на парникови газове и за 80% от обезлесяването в международен мащаб. Производството на храна се нуждае от все по-големи селскостопански площи, вследствие на което се следи загуба на биоразнообразие и деградация на почвите. Изхабените почви са с ниско наличие на органически материал в тях, което е симптом за едва изобилие.

Влошаването на почвените характерности нормално поражда като резултат от човешката активност и води до деградация на една или повече от почвените функционалности. Тези съществени функционалности са: 

- да филтрира подпочвените води;

- да задържа хранителни субстанции и вода, нужни за растежа на растенията;

- да бъде витална среда за разнообразни организми;

- да служи като контейнер за дълготрайно запазване на въглеродни излъчвания.

Най-важните процеси на деградация на почвата в Европа са:

- Ерозия на почвата . Ерозионните процеси се форсират заради интензификацията на селското стопанство и аграрни действия като разораване на наклонени терени, премахване на горния почвен пласт, несъразмерната употреба на пасищата, погрешно ръководство на културите и утъпкване от тежки машини.

- Подкиселяване на почв ата.  Една от аргументите са излъчванията на серни и азотни съединения, които се отделят при изгарянето на изкопаеми горива и при промишлени действия. Прекомерното торене и пресушаване на почвите също може да провокира подкиселяване.

- Замърсяване на почвата . Най-често почвата бива замърсявана с метали и техните съединения, органични химикали, масла и смоли, пестициди, азбест, радиоактивни, биологично дейни, горивни и други нездравословни субстанции.

- Утъпкването на почвата  е вследствие на нееднократен и нескончаем напън от тежки машини или от наедрял добитък върху влажни терени. Утъпкването понижава шупливостта на почвата, което лишава корените на растенията от задоволително въздух и вода.

Използването на биовъглен е една от обещаващите тактики за запазване и възстановяване на жизненоважни почвени характерности като конструкция, киселинност (pH), наличие на органически материал (хумус) и други. Той не е просто тор или компост, а доста постоянен органически материал, който се разлага в почвата след стотици, даже хиляди години. Всичко това се дължи на характерните му химически и физични качества, като висока порьозност (с доста пори и шупли) и химическа конструкция, която го прави по-устойчив против микробиално изгниване.

Биовъгленът е една обещаваща агро-екологична технология,

която разчита на локални запаси и тяхното по-ефикасно потребление. Множество полеви проучвания удостоверяват, че той усъвършенства наличността на питателните субстанции и вода, нужни за вярното развиване на културните растения.

Докато някои биха могли да възприемат биовъглена като конкурентен с компостирането, двете технологии в действителност се допълват. Добавянето на 10 до 20% биовъглен в ранните стадии на компостиране може да понижи времето за обработка и да усили температурите на нагряване, което убива повече патогени или семена на бурени, да резервира повече хранителни субстанции и да усили дълготрайно наличието на въглерод, като всичко това го трансформира в компост с по-висока стойност.

Въздействието на биовъглена върху почвите и добива от културни растения демонстрира наклонност да има по-голямо положително влияние върху по-бедните почви и в райони, където е мъчно да се построи бездънен органически почвен пласт. В места, където засушаванията са чести и продължителни, биовъгленът може да спомогне за възстановяване на ръководството на водите. При някои типове многогодишно земеделие и зарзаватчийство потреблението на биовъглен би могло да докара до по-ранно плододаване на дърветата. Тъй като някои типове биовъглен могат да понижат усвояването на метали от растенията, потреблението му би било скъпо и за понижаване на токсичността на почвите.

Управление на отпадъците

Друга значима опция за използване на биовъглена е за по-добро ръководство на отпадъците, като да вземем за пример животинска тор и растителни боклуци от селското стопанство, които замърсяват подпочвените води, реките и езерата. Според нов отчет на WWF и Tesco, който е първото количествено установяване на общата загуба на храна във фермите от 2011 година насам, загубата и изхвърлянето на храна от фермите по време на и след събиране на реколтата, се пресмята почти на 1,2 милиарда тона годишно. Това е еквивалент на 15% от цялата създадена храна и изчислено във въглеродни излъчвания съставлява въглероден отпечатък от 2,2 гигатона, или 4% от всички антропогенни въглеродни излъчвания.

Управлението на възходящото количество боклуци, е постоянно срещано предизвикателство за градовете по света. От март 2017 година Стокхолм работи за решение на този проблем, като открива първата си апаратура за произвеждане на биовъглен в огромен мащаб. Този план понижава въглеродните излъчвания, като в същото време ангажира хората в битката с изменението на климата. С помощта на жителите на града и локалните управляващи, градинските и паркови боклуци се събират и съхраняват в разнообразни центрове за ръководство на боклуци, ситуирани в Стокхолм. След като се съберат в завода, тези боклуци се трансформират в биовъглен посредством развой на карбонизация. Страничният артикул от производството на биовъглен – пиролизният газ, генерира сила за градската топлофикационна система. Освен това, когато доставят култивиран боклуци до центровете за ръководство, жителите могат да вземат биовъглен, който да употребяват в градините си. Продуктът се продава и на други локални управляващи, с цел да се употребява за развъждане на растения и дървета в паркове и публични места в града.

Производство на сила посредством пиролиза

Органичните боклуци и биомаса биха могли да са скъп запас за производството на биоенергия посредством пиролиза. Пиролизата е термохимичен развой на топлинно разложение на биомаса или друга органична материя при температура от към 500 – 700 °С в безкислородна среда. Това е химична реакция, която предшества процесите на горене и газификация. Крайният артикул от този развой е примес от твърди (пиролизен въглен), течни (биомасло) и газообразни (метан, водород, въглероден оксид и въглероден диоксид) детайли. Тяхното съответствие зависи значително от потребления способ на пиролиза, характерностите на биомасата и параметрите на реакцията. Полученото от процеса пиролизно масло може да бъде модифицирано до синтетичен газ и употребявано за производството на биодизел. Пиролизният въглен или биовъгленът може да спомогне за намаляването на въглеродните излъчвания, които по принцип се отделят при изгарянето и разлагането на дървесна биомаса и селскостопански боклуци.

Биовъгленът способства за дълготрайното запазване на въглероден диоксид в почвата, а в това време усъвършенства характерностите ѝ, като покачва наличието на хранителни субстанции, способства за задържането на вода и предотвратява извличането на хранителни субстанции.

Подобни благоприятни условия съществуват и за зелените битови боклуци или някои чисти индустриални боклуци като да вземем за пример тези от хартиените и слънчогледовите заводи. Те биха могли да предложат спомагателна парична мотивация, при съществуване на непрекъснат материал на налична локация, който да бъде трансфорат в биовъглен. По този метод ще се понижат излъчванията на метан от депата за предпазване на боклуци, ще се подтиква производството на сила от отпадъчен материал и ще се насърчи преработването и затворения цикъл на произвеждане, както и ще се понижат излъчванията и силата за превозване на боклуци на дълги дистанции. Предимството на този развой спрямо директното изгаряне на биомаса е, че получените газове могат да се употребяват в разнообразни видове централи, имащи ниски равнища на замърсяване на атмосферата.

Производството на електрическа енергия посредством процеса на пиролиза (термично разложение на биомаса) със непряк артикул биовъглен може да се откри в възходящ брой съоръжения. От 2016 година Aries Clean Energy ръководи цех в Тенеси, който обезпечава електричество на близко оборудване за филтриране на отпадъчни води. Тази сила се генерира от дървесни боклуци, които преди този момент са били изпращани на отпадъчни депа. Заводът може годишно да създава 1000 тона високовъглероден биовъглен, който дава отговор на стандартите на Международната самодейност за биовъглен за потребление като почвен подобрител.

През 2007 г. екип от инженери в Австрия успява да създаде революционен газификатор, който генерира топлота и сила от твърда биомаса. Към днешна дата тази патентована технология е неповторима в цялата биоенергийна промишленост. През 2014 година, след към 7 години развойна активност, първата комерсиална електроцентрала на дърва и газ е обвързвана към електропреносната мрежа на Южен Тирол. С електрическа мощ от почти 259 kW, централата обезпечава към 400 000 kWh електрическа енергия на месец. За съпоставяне, статистика от 2019 година демонстрира, че едно домакинство от двама души в Германия да вземем за пример употребява средно 3,221 kWh на година.

Биовъгленът като второстепенен артикул от декомпозицията на биомаса може да се употребява като основа за произвеждане на Terra Preta, като фуражна добавка (стабилизиране на храносмилането при добитъка), като добавка в разнообразни строителни материали – гипс, бетон, асфалт, като филтър за филтриране на вода или като първокачествен дървен въглен за барбекю. Чрез своята активност компанията подкрепя стратегически и оперативно районите в посока децентрализация на енергийното доставяне, както и развиването им в посока „ умни градове “.

Биоенергията и в частност пиролизата и газификацията могат да бъдат значима част от производството на зелена или възобновима сила, само че тази технология сама по себе си не би била задоволителна за справяне с енергийната рецесия и угаждане на покачващото се енергийно ползване. Нужни са и други тактики и технологии, които да се ползват редом, с цел да се задоволи бъдещето световно енергийно ползване.

Предизвикателства и благоприятни условия пред биовъглена в България и по света

Интересът към биовъглена като подобрител на почвата нараства доста през последните години заради капацитета му за намаляване на последствията от изменението на климата. Поради своята непоклатимост в почвата, той се предлага като дълготраен способ за хващане на въглерод. Освен това, многочислени експертни изследвания потвърждават, че използването му като почвена добавка може да усъвършенства физическите, химичните и биологични ѝ свойства, което от своя страна води до понижени излъчвания на парникови газове, измежду които е и диазотният оксид (N2O).

За страдание в България съвсем няма изследвания, свързани със свойствата на биовъглена, въздействието му върху почвата и върху количеството и качеството на добивите от земеделските култури, както и върху резултата му за понижаване на парниковите излъчвания. Необходими са лабораторни и полеви опити с разнообразни изходни материали за производството на биовъглен, които да покажат вероятностите и провокациите на тази технология.

Урбанизираните региони, и в частност индустриалните зони, биха били благонадежден източник за огромни количества първоначален материал, който обаче може да се окаже нечист с тежки метали или други източници от неорганичен темперамент като пластмаса. За тази цел би трябвало деликатно да се проучат вероятните промишлености, които са подобаващи за производството на първокачествен и чист биовъглен.

Не единствено количеството, а и вида суровина са определящи за достъпността на биовъгленовата технологията. В множеството случаи производството на биовъглен от отпадни артикули и първични материали има доста преимущества пред този, получен от особено предопределени за това енергийни култури като царевица, сорго (захарна метла) и бързорастящи дървесни типове като мискантус ( Miscanthus giganteu s), трава ( Panicum virgatum ) и други Това се дължи на обстоятелството, че разноските за производството на суровината (монетарни, сила, емисии) се покриват от главната просвета, предопределена за хранително-вкусовата промишленост, а биовъгленът се преглежда като спомагателен тласък.

Опциите за преправка и пиролиза на изходната суровина са главно две – централизирано/комунално и непосредствено на мястото на нейното произвеждане. Първото оборудване нормално се построява в по-голям мащаб и надлежно е по-скъпа инвестиция, само че това се компенсира с времето от по-ниските разноски за произвеждане на единица продукция. Централизираната индустриална база изисква суровината да се събира и транспортира до едно несъмнено централизирано място като хранилище, промишлен парк или горски пункт. Такава апаратура създава редом и сила, която се употребява от елементи за потребностите на производството, само че и сила за външни консуматори и изисква високо дипломиран личен състав. Изграждането на такава пиролизна система би трябвало да вземе поради и другите енергийни носители (биомасло и биогаз) и по какъв начин да ги транспортира най-ефективно до крайния консуматор. Всичко това в допълнение оскъпява първичната инвестиция и усилва разноските по поддръжка на системата.

Другият вид база е да се обработва продукцията на мястото, където се създава, било то във плантация, гора, или преработвателно дружество или фабрика. Тук производството на биовъглен е главният приоритет, а силата, която се отделя при него се употребява за вътрешно ползване. Такъв вид апаратура би могла да се осъществя в по-бюджетен вид (с по-малки реактори) и да се употребява в агро-стопанства, хранителни кооперативи и сдружения. В по-голям мащаб инсталацията може да се построи в птицеферма/птицекомбинат или пречиствателна станция и да се употребява отпадната суровина от тези промишлености.

Освен софтуерните специфики на съответното оборудване,

има и външни фактори, които въздействат върху ранните стадии на развиване на промишлеността .

Един от тези фактори е държавната политика, която дефинира изкупната цена на възобновимата сила и дефинира опцията за даване на грантове и дотации. Също по този начин изключително ясно се следи наклонността в посока интернационална регулация и нейната решаваща роля за търговия с въглеродни квоти. Такъв вид регулации в последните години оказаха фрапантно повишаване на цените на електрическа енергия от невъзобновяеми енергийни източници като Топлоелектрическа централа, което от своя страна значи, че би трябвало да се търсят други възможности и диверсификация на енергийните източници. Биовъгленът е една многообещаваща опция за реализиране на частнична енергийна самостоятелност, която обаче към момента е при започване на своето развиване у нас и би трябвало да бъде обширно проучена и оценена. Предизвикателствата на тази технология са свързани на първо място с многото отворени въпроси, които стоят пред нас и с това кои промишлености ще бъдат пионери в нейното последователно насърчаване и рационализиране. Държавни и частни институции би трябвало да си подадат ръка за по-бързото и дейно създаване на тази нискоемисионна технология.

Автор: Радина Калдамукова / Климатека

Радина Калдамукова е магистър по геоекология от университета в град Тюбинген, Германия. Участник в програмата за специалисти в региона на климатичните промени „ Pioneers into practice “, проведена от най-голямото публично-частно партньорство в Европа в областта на климата – Climate-KIC. Има ползи в региона на агроекологията и нововъведенията в земеделието, аквапониката, устойчивото потребление на естествените запаси, почвознанието, палеоклиматологията и запазването на видовото многообразие. Ентусиаст-градинар и последовател на биоземеделието.

В обявата са употребявани материали от:

1. Lehmann, J. and S. Joseph (eds.). 2009. Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Earthscan, London & Sterling, VA
2. Hagemann, N., Harter, J., Kaldamukova, R., Guzman-Bustamante, I., Ruser, R., Graeff, S., Kappler, A., & Behrens, S. (2016). Does soil aging affect the N2O mitigation potential of biochar? A combined microcosm and field study. GCB Bioenergy, 9.
3. https://wwf.panda.org/discover/our_focus/food_practice/food_loss_and_waste/driven_to_waste_global_food_loss_on_farms/
4. https://www.ipcc.ch/sr15/
5. http://old.europe.bg/htmls/print_page.php?id=5997&category=8&print=yes&page=13
6. https://nordregio.org/sustainable_cities/stockholm-biochar-project/
7. http://biomassmagazine.com/articles/16427/biochar-if-you-make-it-will-they-come