Ilmastonmuutos ja biohiili
Biohiili on hyödyllinen maaperässä
Biohiili on sivutuote orgaanisen materiaalin pyrolyysistä korkeassa lämpötilassa. Se vaikuttaa maaperän fysiokemiallisiin ominaisuuksiin ja kokonaishaihduntaan. Eräässä review-artikkelissa läpikäytiin biohiilen historia. Sen johtopäätöksenä biohiili on olennainen hiiliaine, joka parantaa sekä fysikaalisia että kemiallisia maaperän ominaisuuksia. Biohiilen vaikutus riippuu sen määrästä, maaperän rakenteesta ja pH:sta, joka johtaa parempaan kosteuden ja pääravinteiden käyttökelpoisuuteen maaperässä. Tämän on syynä haihdunnan lisääntymiseen alhaisilla biohiilimäärillä.
Biohiili on merkittävä työväline maaperän ja veden laadun parantamisessa, hiilen sidonnassa, kasvihuonekaasujen vähentämisessä ja raskasmetallien imeytymisessä. Koska biohiilen valmistusprosessi on työläs ja vaatii runsaasti energiaa, biohiilen valmistusprosessin optimointi on tärkeää. Biohiiltä voidaan käyttää maaperän laadulliseen parantamiseen. Eräässä review-artikkelissa käsiteltiin biohiilen käyttöä maaperän parantamiskeinona. Biohiilen käytöllä on potentiaalisia hyötyjä, mutta myös rajoituksia ja haasteita sekä riskejä. Myös tietotarpeita esiintyy.
Eräässä review-artikkelissa tarkasteltiin biohiilen ominaisuuksien vaihtelua eri pyrolyysiolosuhteissa ja materiaaleissa sekä vaikutusta hiilen sidontaan maassa. Biohiiltä voidaan käyttää fyysisenä esteenä hiilen häviämiselle ja sillä on kyky edesauttaa maaperän koostumusta ja vaikuttaa maaperän mikro-organismeihin. Johtopäätöksenä suositellaan pitkäaikaisten kenttäkokeiden, standarditekniikoiden ja taloudellisten laskelmien perusteella maailmanlaajuista biohiilen käyttöönottoa maaperän hiilensidontaan ja korostetaan sen potentiaalia ilmastonmuutoksen lieventäjänä.
Biohiili fosforilla lisättynä toimii lannoitteena, joka parantaa maaperää, varastoi hiiltä maaperään ja tarjoaa ravinteita pitkällä aikavälillä. Review-artikkelissa tarkasteltiin tällaista biohiiltä yhdessä laskennallisen kemian, koneoppimisen ja fosforin vapautumismekanismien kanssa. Mallintamalla voidaan arvioida eri tekijöiden vaikutusta biohiileen. Laskennallinen kemia antaa tietoa tekijöistä, jotka säätelevät fosforin sitoutumista. Alhaiset pH:t edesauttavat fosforin vapautumista, kun taas korkeat pH:t estävät sitä. Johtopäätöksenä biohiili-pohjaiset lannoitteet vapauttavat ravinteita 2-4 kertaa hitaammin kuin perinteiset lannoitteet.
Eräässä review-artikkelissa tarkasteltiin valmistusmetodien ja eri parametrien kuten lämpötilan, raaka-aineen ja lisäaineiden vaikutusta biohiilen ominaisuuksiin. Erityisesti tarkasteltiin metalliyhdisteiden, mineraalien ja ionien lisäystä, kuten myös ilmastonmuutosta, maaperän myrkyllisyyttä ja lannoitevaikutuksen menetystä käytettäessä biohiiliaplikaatiota maassa.
Eräässä toisessa review-artikkelissa summattiin 1) biohiiliaplikaatioiden vaikutus maanominaisuuksiin (fysikaalisiin, kemiallisiin, biologisiin), 2) saastuneiden maaperien raskasmetallien parantamispotentiaali biohiilen avulla ja 3) vaikutus satoisuuteen. Biohiilen ominaisuuksista pH, suurempi pinnan ala, kationin vaihtokapasiteetti ja ravinnepitoisuus vaikuttavat positiivisesti maan ominaisuuksiin ja lopulta parantavat maaperän ravinteisuutta. Vaikutus riippuu mm. biohiilityypistä, annoksesta ja maaperän rakenteesta. Johtopäätöksenä biohiili on tehokas muutostekijä happamilla mailla verrattuna alkaliinisiin (emäksisiin) tai kalkkimaihin. Lisätutkimusta tarvitaan kuitenkin kenttäolosuhteissa eri maaperätyypeillä ja maatalous-ilmastovyöhykkeillä.
Biohiili jätteen käsittelyn vaihtoehtona
Jätteen käsittelyn vaihtoehtona voidaan tarkastella biohiilen vaikutusta ja sen esiliotuskykyä pakkausvoimaan, huokoisuuteen ja pienrakenteeseen laastissa, joka sisältää lentotuhkaa, kierrätettyä kipsilevyä ja tavallista sementtiä. Tulokset osoittavat hyvän sopivuuden ja sidoksen biohiilipartikkelien ja sementin välillä. Biohiilen lisäämisen vaikutus riippuu komposiittirakenteiden ja biohiilipartikkelien raekoosta.
Biohiili maataloudessa
Maataloudessa biohiiliaplikaatio voi vähentää globaalia ilmaston lämpenemistä sitomalla ilmakehän hiiltä ja vähentämällä kasvihuonekaasupäästöjä maaperästä. Satojen jätteenkäsittelyllä voidaan vaikuttaa päästöihin. Etenkin avoimen alan satojätteen poltto vaikuttaa merkittävästi päästöihin. Eräässä tarkastelussa esitettiin ympäristö- ja maatalouskehityskeinot, jotka liittyvät biohiileen koko sen elinkaaren aikana. Biohiili voi hyödyttää paikallista energiatuotantoa ja järkevää resurssien hallintaa.
Biohiiltä voidaan käyttää hiilineutralisaatiossa, ympäristön ennallistamisessa ja maatalouden toimissa. Biohiilellä on rooli maataloudessa typen oksidien ja metaanikaasujen emission lievennyksessä maaperästä. Eräässä review-artikkelissa käsiteltiin toimia, kuinka biohiili lieventää ilmastonmuutosta, tukee hiilen sidontaa ja lisää satoisuutta. Biohiili on potentiaalinen keino lieventää maaperän saastumista mikromuovista ja raskasmetalleista. Biohiileen pohjautuva mikrobisto vähentää PAH-yhdisteitä (polysykliset aromaattiset hiilivedyt) maaperässä.
Mikrolevät ovat potentiaalisia biohiilituotannolle
Mikrolevät omaavat suuren fotosynteesitehon, sopeutumisen ja kyvyn akkumuloida hiilihydraatteja ja lipidejä (rasva-aineita), mikä on osoittautunut potentiaaliseksi raaka-aineeksi biohiilituotannolle. Mikrolevästä tuotettua biohiiltä on tarkasteltu mm. katsauksessa, joka koskee tuotantotekniikkaa, epäpuhtauksien poistoa, katalyyttisiä sovelluksia, maaperän muutoksia ja synteesiä hiilikvanttien pisteissä.
Biohiili urbaanissa ympäristössä
Urbaanissa ympäristössä biohiilellä on additiivisia vaikutuksia useilla vihreän infrastruktuurin tyypeillä. Meta-analyysillä ja synteesillä osoitettiin, että biohiilen lisäys laaja-alaisesti hyödyttää useita vihreän infrastruktuurin ekosysteemitoimintoja. Biohiilisovellukset paransivat vedenpidätystä 23% ja kasvualustan ravinteisuutta 12-31% sekä lisäsivät 33% kasvien kokonaisbiomassaa. Myös jäteveden tilavuus väheni ja veden laatu parani vihreässä infrastruktuurissa. Niin ikään mikrobibiomassa lisääntyi 15% biohiilen ansiosta. Myös CO2– ja N2O -päästöt vähenivät. Johtopäätöksenä biohiilellä on korkea potentiaali edistää vihreän infrastruktuurin ekosysteemitoimintoja ja myös urbaania kestävyyttä ja joustavuutta globaalisesti.
Biohiili vähentää kasvihuonekaasupäästöjä
Kaliforniassa tarkasteltiin eräässä case-tutkimuksessa biomassan käyttöä ja vaikutuksia ilmastoon ja ilman laatuun. Tutkimus listasi 34 biomassan käyttökeinoa, joilla on positiivinen vaikutus kasvihuonekaasupäästöihin tai saastepäästöihin ja 13 vastaavaa negatiivista käyttökeinoa. Luonnonpalot ovat yksi kahdeksasta negatiivisesta lähteestä, jotka vaikuttavat negatiivisesti sekä ilmastoon että ilman laatuun. Hyviä käyttökeinoja ovat energianpoltto, biodieseltuotanto, ja jätteen muunto biokaasuksi anaerobisen toiminnan kautta. Huonoja keinoja ovat luonnonpalot, eläinlannan avoin kompostointi ja kunnallinen kiinteän jätteen hävitys ilman kaatopaikkakaasujen tuottamista.
Kirjoittaja
Juha Kaitera
Juha Kaitera toimii Luonnonvarakeskuksessa erikoistutkijana. Hän on myös dosentti Oulun yliopistossa erikoisalueenaan ’Ruostesienten epidemiologia’. Kirjoittaja toimii Valtakunnallisessa vihreän siirtymän koordinaatiohankkeessa asiantuntijana teemassa Ilmastonmuutokseen sopeutuminen ja hillintätoimet.