Kulstofbelægning giver biokul sin have-grønne kraft

I mere end 100 år, biokul, en kulstofrig, trækulslignende stof fremstillet af iltfattige planter eller andet organisk materiale, har både glædet og undret videnskabsmænd. Som et jordtilsætningsstof, biochar kan lagre kulstof og dermed reducere drivhusgasemissioner, og det kan langsomt frigive næringsstoffer til at fungere som en ikke-giftig gødning.

Men den præcise kemi, hvormed biokul lagrer næringsstoffer og fremmer plantevækst, er forblevet et mysterium, så dets kommercielle potentiale har været stærkt begrænset.

Nu, et internationalt team af forskere, med vigtige bidrag fra Colorado State University-eksperter, har belyst hidtil usete detaljer og mekanistisk forståelse af biochars tilsyneladende mirakuløse egenskaber. Det Naturkommunikation undersøgelse, ledet af Tysklands Universitet i Tuebingen og udgivet 20. okt. demonstreret, hvordan kompostering af biokul skaber en meget tynd organisk belægning, der markant forbedrer biokulens gødningsevne. En kombination af avancerede analytiske teknikker bekræftede, at belægningen styrker biokulens interaktion med vand og dets evne til at lagre jordnitrater og andre næringsstoffer.

Denne forbedrede forståelse af biochars egenskaber kan udløse en mere udbredt kommercialisering af biochar-gødning. En sådan ændring kan reducere den globale afhængighed af uorganisk kvælstofgødning, der har fungeret som moderne fødevareproduktionsarbejdsheste i mere end et århundrede.

Det internationale samarbejde omfattede CSU's Thomas Borch, professor ved Institut for Jord- og Afgrødevidenskab med fælles ansættelser i kemi og civil- og miljøteknik, og forsker Robert Young. CSU-holdet bidrog med højopløselig massespektrometri udført ved Florida State Universitys National High Magnetic Field Laboratory. Deres data hjalp med at bekræfte sammensætningen af ​​biocharens kulstofbelægning på nanoskala.

"At karakterisere en supertynd kulstofbelægning på et kulstofsubstrat er næsten umuligt, " sagde Borch. "Vores internationale team brugte mange forskellige avancerede teknikker til at udføre analyserne. Robert Young ledede vores gruppes bidrag til massespektrometri med ultrahøj opløsning for at undersøge belægningen og undersøge dens elementære sammensætning."

Undersøgelsen blev ledet af Andreas Kappler, fra Center for Anvendt Geovidenskab ved Universitetet i Tübingen, og geo-økolog Nikola Hagemann. Forfatterne satte sig for at undersøge biokul før og efter kompostering med blandet gødning. Ved at bruge en kombination af mikroskopiske og spektroskopiske analyser, fandt forskerne ud af, at opløste organiske stoffer spillede en nøglerolle i komposteringen af ​​biochar og skabte den tynde organiske belægning.

"Denne organiske belægning gør forskellen mellem frisk og komposteret biokul, Kappler sagde. "Belægningen forbedrer biokullets egenskaber ved at lagre næringsstoffer og danne yderligere organiske jordstoffer." Hagemann tilføjede, at belægningen også udviklede sig, når ubehandlet biokul blev indført i jorden - kun meget langsommere. Komposteringsforsøg blev udført på en lille kommerciel skala ved hjælp af infrastruktur og ekspertise fra Ithaka Institute i Schweiz.

Overdreven brug af mineralsk kvælstofgødning eller flydende gylle i landbruget har alvorlige konsekvenser for miljøet. Sådanne gødninger forårsager emission af lattergas og resulterer i, at nitrater udvaskes til grundvandet. Som et miljøvenligt alternativ, Forskere har foreslået at tilføje biochar som næringsstof til jorden. Men brug af biokul i stor skala har ikke været økonomisk rentabel, fordi man vidste så lidt om præcis, hvordan det opbevarer og frigiver nitrater.

"I landbrugets afgrødeproduktion, højere udbytter opstår normalt kun, når biokul tilføres sammen med næringsstoffer fra ikke-forkullet biomasse såsom flydende gødning, " Sagde Hagemann. "At bruge biokul uden tilsætning af næringsstoffer eller med rene mineralske næringsstoffer har vist sig at være langt mindre vellykket i mange eksperimenter."