The characteristics of biochars and its potential benefits
when applied to the land are both influenced by the specific
material of the biochar and the processing technique used.
Biochars can retain applied fertilizer and nutrients and
release them to agronomic crops over time. Biochars’ ability
to retain water and nutrients in the surface soil horizons
for long periods benefits agriculture by reducing nutrients
leaching from the crop root zone, potentially improving
crop yields, and reducing fertilizer requirements. Thus,
using biochars in production agriculture should improve
yields and reduce negative impacts on the environment. A
distinction between biochars and composts should be made
here for clarity. Biochars differ from composts commonly
added to soils for agricultural production in that compost is
a direct source of nutrients through further decomposition
of organic materials. However, biochars do not decompose
with time and so additional applications should not be
necessary.
A recent review of biochar articles by Spokas et al. (2012)
concluded that while application of biochars can lead
to positive results in agricultural production, there have
been some reports of no crop yield benefits (Schnell et al.
2012) or even negative yield responses (Lentz and Ippolito
2012). Reported low yields could be because of reduced
nutrient release for plant uptake, application of biochar
on fertile soils, or a low rate of biochar application. High
yields observed in some cases of biochar application could
not be easily explained, but might depend on biochar
properties, the soil fertility status, and the agronomic crop
under consideration. Ippolito, Laird, and Busscher (2012)
pointed out that most recent research on biochar has been
conducted on highly weathered and infertile soils where
benefits of biochar application were often noted. UF/IFAS
researchers are working on determining benefits of biochars
on sandy soils of Florida with low fertility and documenting
any improvements in crop growth and yield.
Impacts on the Environment
As discussed earlier, biochars can have benefits for waste
reduction, energy production, C-sequestration, and soil
fertility. Also, different biochars (derived from a variety of
feedstocks) have been recognized as highly efficient lowcost sorbents for various pollutants in the environment.
Application of biochars to soils has been investigated at the
laboratory and field scale as an in-situ remediation strategy
for both organic and inorganic contaminants to determine
their ability to increase the sorption capacity of varying
soils and sediments. For example, Chun et al. (2004)
reported biochars generated by pyrolyzing wheat residues
at temperatures ranging from 300
o
C to 700
o
C removed
benzene and nitrobenzene (organic contaminants) from
wastewater. Similarly, biochars produced from greenwaste
(a mixture of maple, elm, and oak woodchips and bark)
removed atrazine and simazine from aqueous solution
(Zheng et al. 2010). Pine needle-derived biochar removed
naphthalene, nitrobenzene, and m-dinitrobenzene from
water (Chen, Zhou, and Zhu 2008). Straw-derived biochar
was found to be an excellent, cost-effective substitute for
activated carbon to remove dyes (reactive brilliant blue and
rhodamine B) from wastewater (Qiu et al. 2009). Biochar
derived from dairy manures (pyrolysis from 200°C to
300°C) also removed substantial amounts of atrazine from
wastewater (Uchimiya et al. 2010).
In addition to removing organic contaminants, biochars
have also been shown to remove metal contaminants
3 An Introduction to Biochars and Their Uses in Agriculture
and nutrients from wastewater and soil. Cao et al. (2009)
investigated the sorption capacities of biochars produced
by the pyrolysis of dairy manures at low temperatures
(200
o
C and 350
o
C). They found that the biochar was six
times more effective in removing lead (Pb) from wastewater
than a commercial activated carbon. Broiler litter manure
biochar enhanced the immobilization of heavy metals
including cadmium (Cd), copper (Cu), nickel (Ni), and Pb
in soil and water (Uchimiya et al. 2011). Yao et al. (2011)
reported biochar derived from anaerobically digested sugar
beet tailings (DSTC) removed 73% of phosphate from the
tested water. Also, magnetic biochars were found to be
effective at removing hydrophobic organic contaminants
and phosphate from solution simultaneously (Chen, Chen,
and Lv 2011). These results show the potential of biochars
to minimize nutrient leaching in agricultural fields
The term biochar was originally associated with a specific type of production, known as ‘slow
pyrolysis’. In this type of pyrolysis, oxygen is absent, heating rates are relatively slow, and
peak temperatures relatively low (Section 2.1.3.1). However, the term biochar has since
been extended to products of short duration pyrolysis at higher temperatures known as ‘fast
pyrolysis’ (Section 2.1.3.2) and novel techniques such as microwave conversion.
It is important to note that there is a wide variety of char products produced industrially. For
applications such as activated carbon, char may be produced at high temperature, under
long heating times and with controlled supply of oxygen. In contrast, basic techniques for
manufacture of charcoal (such as clay kilns) tend to function at a lower temperature, and
reaction does not proceed under tightly controlled conditions. Traditional charcoal production
should be more accurately described as 'carbonisation' (Section 2.1.3.4), which involves
smothering of biomass with soil prior to ignition or combustion of biomass whilst wet. Drying
and roasting biomass at even lower temperatures is known as ‘torrefaction’ (Arias et al.,
2008).
A charred material is also formed during 'gasification' of biomass, which involves thermal
conversion at very high temperature (800°C) and in the partial presence of oxygen (Section
2.1.3.5). This process is designed to maximise the production of synthesis gas (‘syngas’).
Materials produced by torrefaction and gasification differ from biochar in physico-chemical
properties, such as particle pore size and heating value (Prins et al., 2006) and have
industrial applications, such as production of chemicals (methanol, ammonia, urea) rather
than agricultural applications.
In order to differentiate biochar from charcoal formed in natural fire, activated carbon, and
other black carbon materials, the following list of terms aims to better define the different
คุณลักษณะและประโยชน์ของ biochars
อาจเกิดขึ้นเมื่อใช้กับที่ดินมีทั้งอิทธิพลโดยเฉพาะวัสดุ
ของไบโอชาร์และเทคนิคการประมวลผลที่ใช้ .
biochars สามารถรักษาที่ใช้ปุ๋ยและสารอาหารให้พืชโดย
ปล่อยเวลาผ่านไป biochars ความสามารถ
เพื่อกักเก็บน้ำและธาตุอาหารในดินอันไกลโพ้น
ระยะเวลานานประโยชน์การเกษตรโดยการลดการชะล้างธาตุอาหารจากพืชราก
อาจเพิ่มผลผลิตพืช และลดความต้องการปุ๋ย ดังนั้นการใช้ในการเกษตรการผลิต biochars
ควรปรับปรุงผลผลิตและลดผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อม มีความแตกต่างระหว่างและ
biochars ปุ๋ยหมักควร
ที่นี่เพื่อความชัดเจนbiochars แตกต่างจากปุ๋ยหมักทั่วไป
เพิ่มดินสำหรับการผลิตทางการเกษตรว่า ปุ๋ยหมัก
โดยตรงแหล่งที่มาของสารอาหารที่ผ่านการย่อยสลาย
เพิ่มเติมวัสดุอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม biochars ไม่เน่า
กับเวลาและโปรแกรมเพิ่มเติมเพื่อให้ไม่ควร
ที่จําเป็น
ตรวจทานล่าสุดของบทความโดย spokas et al ไบโอชาร์ . ( 2012 )
สรุปได้ว่า ในขณะที่การใช้ biochars สามารถนำผลในเชิงบวกในการผลิตทางการเกษตร
ได้รับรายงานมีไม่มีผลผลิตผลประโยชน์ ( ชเนลล์ et al .
2012 ) หรือแม้แต่การตอบสนองเชิงลบ ( เลนซ์ และผลผลิต ippolito
2012 ) รายงานผลผลิตต่ำ อาจจะเพราะลดการปลดปล่อยธาตุอาหารสำหรับพืช
การประยุกต์ใช้ไบโอชาร์ในดินอุดมสมบูรณ์หรืออัตราต่ำไบโอชาร์โปรแกรม ผลผลิตสูง
สังเกตในบางกรณีของไบโอชาร์โปรแกรมสามารถ
ไม่สามารถอธิบายได้ง่าย แต่อาจจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของไบโอชาร์
, ความอุดมสมบูรณ์ของดิน สถานะ และลักษณะทางการเกษตรพืช
ภายใต้การพิจารณา ippolito เลด และ busscher ( 2012 )
ชี้ให้เห็นว่างานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับไบโอชาร์ได้รับการศึกษาสูงและผุ
ดินที่เป็นหมันประโยชน์ของไบโอชาร์โปรแกรมมักจะถูกระบุไว้เป็นอย่างอื่น UF / ifas
นักวิจัยกำลังทำงานในการกำหนดผลประโยชน์ของ biochars
บนดินทรายในฟลอริด้าที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำและเอกสารใด ๆในการปรับปรุงการเจริญเติบโตพืช
และผลผลิต ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ biochars สามารถได้ประโยชน์จากการลดการผลิตพลังงาน c-sequestration
, , , และความอุดมสมบูรณ์ของดิน
นอกจากนี้biochars แตกต่างกัน ( ได้มาจากความหลากหลายของ
Feedstocks ) ได้รับการยอมรับเป็นด้วยๆที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับมลพิษต่างๆ ในสิ่งแวดล้อม
ใช้ biochars ให้ดินมีการสอบสวนที่
ห้องปฏิบัติการและระดับฟิลด์เป็นอภิมหากลยุทธ์
ควบคู่ทั้งอินทรีย์ และอนินทรีย์ปนเปื้อนเพื่อตรวจสอบ
ความสามารถในการเพิ่มความจุของการดูดซับที่แตกต่างกัน
ดินและตะกอน ตัวอย่างเช่น ชุน et al . ( 2004 )
รายงาน biochars สร้างโดย pyrolyzing ข้าวสาลีตกค้างที่อุณหภูมิตั้งแต่ 300
o
o
C C 700 ไนโตรเบนซิน ( เบนซินและลบออก
สารปนเปื้อนอินทรีย์ ) จากน้ำเสีย ในทํานองเดียวกัน biochars ผลิตจาก greenwaste
( ส่วนผสมของเมเปิ้ล , Elm และไม้ชิป โอ๊ค และเปลือกไม้ )
และเอาออกอะทราซีน simazine จากสารละลาย
( เจิ้ง et al . 2010 ) เข็ม สน ได้ไบโอชาร์ลบออก
แนพทาลีน ไนโตรเบนซีน และ m-dinitrobenzene
, จากน้ำ ( เฉินโจวและ Zhu 2008 ) ฟางได้ไบโอชาร์
พบเป็นเลิศ แทน ประหยัดต้นทุนสำหรับ
ถ่านกัมมันต์กำจัดสีย้อมรีแอกทีฟและสีฟ้าสดใส
โรดามีน บี ) จากน้ำเสีย ( Qiu et al . 2009 )ไบโอชาร์
ได้มาจากผลิตภัณฑ์นมสด ( ไพโรไลซิสจาก 200 องศา C
C 300 องศา ) ก็เอาออกมากปริมาณของอะทราซีนจาก
น้ำเสีย ( uchimiya et al . 2010 ) .
นอกจากเอาสารปนเปื้อนอินทรีย์ biochars
ยังถูกแสดงเพื่อลบสิ่งปนเปื้อนโลหะ
3 biochars เบื้องต้นและการใช้ในการเกษตร
และสารอาหารจากน้ำเสียและดิน เคา et al . ( 2009 )
ศึกษาการดูดซับความสามารถของ biochars ผลิต
โดยไพโรไลซิสของผลิตภัณฑ์นมสดที่อุณหภูมิต่ำ ( 200
O
C และ 350
o
c ) พวกเขาพบว่าไบโอชาร์หก
ครั้งมีประสิทธิภาพในการกำจัดตะกั่วจากน้ำเสีย
กว่าการค้าคาร์บอน ไก่ครอกมูล
ไบโอชาร์เพิ่มการตรึงโลหะหนักแคดเมียม ( ซีดี
รวมทั้ง ) , ทองแดง ( Cu ) นิกเกิล ( Ni )และตะกั่วในดินและน้ำ (
uchimiya et al . 2011 ) ยาว et al . ( 2011 )
รายงานไบโอชาร์มาจากพย่อยน้ำตาล
บีทหางแร่ ( dstc ) ออก 73 % ของฟอสเฟตจาก
ทดสอบน้ำ นอกจากนี้ biochars แม่เหล็กพบว่ามีประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรีย์ปนเปื้อน )
และฟอสเฟต จากโซลูชั่นพร้อมกัน ( เฉิน , เฉิน ,
และ LV 2011 )ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงศักยภาพของ biochars
เพื่อลดการชะละลายธาตุอาหารในสาขาการเกษตร
คำว่าไบโอชาร์เดิมที่เกี่ยวข้องกับประเภทที่เฉพาะเจาะจงของการผลิต , ที่รู้จักกันเป็น ' ช้า
ไพโรไลซิส " ในการแยกประเภทนี้ ออกซิเจนที่ขาดอัตราความร้อนจะค่อนข้างช้า และอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (
สูงสุด ส่วน 2.1.3.1 ) อย่างไรก็ตาม คำว่าไบโอชาร์มีตั้งแต่
ถูกขยายไปยังผลิตภัณฑ์ของไพโรไลซิสที่ระยะเวลาสั้น ๆ ที่อุณหภูมิสูงเรียกว่า ' ไพโรไลซิสแบบเร็ว
' ( มาตรา 2.1.3.2 ) และเทคนิคใหม่ เช่น การแปลงไมโครเวฟ .
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทราบว่ามีหลากหลายของผลิตภัณฑ์ถ่านการผลิตเชิงอุตสาหกรรม . สำหรับ
การใช้งานเช่นคาร์บอนถ่าน อาจจะผลิตที่อุณหภูมิสูงภายใต้
นานครั้ง และควบคุมความร้อนด้วยอุปทานของออกซิเจน ในทางตรงกันข้าม , เทคนิคพื้นฐานสำหรับ
ผลิตถ่าน ( เช่นเตาเผาดิน ) มีแนวโน้มที่จะทำงานที่อุณหภูมิต่ำ และไม่ได้ดำเนินการภายใต้เงื่อนไข
ปฏิกิริยาถูกควบคุมอย่างแน่นหนา
ผลิตถ่านแบบดั้งเดิมควรจะถูกต้องอธิบายเป็น ' carbonisation ' ( มาตรา 2.1.3.4 ) ซึ่งเกี่ยวข้องกับ
ตอแยมวลชีวภาพกับดินก่อนการจุดระเบิดหรือการเผาไหม้ชีวมวลขณะเปียก การอบแห้งคั่วที่อุณหภูมิและปริมาณ
แม้แต่น้อยเป็นที่รู้จักกันเป็น ' ' ( torrefaction Arias et al . ,
) ) เป็นวัสดุที่ไหม้เกรียมก็เกิดขึ้นระหว่าง ' ' ของก๊าซชีวมวล ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความร้อน
ที่อุณหภูมิสูงมาก ( 800 ° C ) และในการปรากฏตัวของออกซิเจนในบางส่วน ( ส่วน
2.1.3.5 )กระบวนการนี้ถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มการผลิตก๊าซสังเคราะห์ ( 'syngas ' )
วัสดุที่ผลิตโดย torrefaction และก๊าซแตกต่างจากไบโอชาร์ในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
เช่นขนาดรูขุมขนอนุภาคและค่าความร้อน ( พรินส์ et al . , 2006 ) และมี
อุตสาหกรรม เช่น การผลิตของสารเคมี ( สารแอมโมเนีย ยูเรีย ค่อนข้างมากกว่าการเกษตร )
.
เพื่อแยกความแตกต่างไบโอชาร์จากถ่านไฟที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ คาร์บอนและคาร์บอนสีดำ
วัสดุอื่น ๆ รายการต่อไปนี้ของเงื่อนไขนี้ดีกว่ากำหนดต่าง ๆ
การแปล กรุณารอสักครู่..