Autor: Dr. Ec. Ancuța Marin
Unul dintre proiectele importante derulate de ICEADR în cadrul activității de cercetare este Proiectul sectorial ADER 22.1.4 ”Cercetări privind elaborarea de soluții tehnico-economice pentru crearea de lanțuri valorice în sectorul agroalimentar în vederea tranziției către bioeconomia circulară”. Bioeconomia este definită ca fiind o economie care folosește resurse biologice din sol, precum și deșeuri, pentru ca materiile prime și produsele secundare să rămână într-un circuit închis fiind utilizate la potențialul maxim, rezultând produse cu valoare adăugată crescută.
În condițiile necesității promovării unui sector agricol inteligent, rezilient și diversificat care să asigure securitatea alimentară, procesarea în cascadă, presupune o abordare inovativă a activității economice, transformând preocupările pentru protejarea mediului în oportunități pentru obținerea de profit şi beneficii. Proiectul are în vedere activități pentru îmbunătățirea răspunsului agriculturii la cerințele societății privind alimentația și sănătatea, inclusiv alimente sigure și nutritive, produse într-un mod sustenabil, precum și deșeuri alimentare și bunăstarea animalelor.
În urma oricărei activități agricole rezultă material organic – așchii de lemn, frunze, plante moarte, cherestea nerecuperabilă, gunoi de grajd – ce poate fi valorificat de fermier fie în exploatația proprie fie prin vânzare către terți, sub o formă nouă ce poartă numele de biochar. Descompunerea termică a biomasei într-un mediu limitat de oxigen, în timpul procesului de piroliză, duce la obținerea de biochar. Biocharul este practic un tip specific de cărbune. Din punct de vedere al purității, nu se degradează, deci îmbunătățește permanent calitatea solului, astfel încât ciclul de viață al biocharului continuă de secole. În timpul pirolizei se eliberează bio-uleiuri și gaze, reziduul solid obținut fiind negru, poros, ușor, cu granulație fină, ce conține peste 80% carbon elementar.
Deși pare de actualitate, ideea utilizării biocharului în agricultură datează de peste 2.000 de ani. De-a lungul Amazonului deșeurile de cărbune de la vetrele indiene precolumbiene erau folosite pentru creșterea ferilității solului, obținându-se așa-numitele „terra preta”(pământ întunecat), bogate în nutrienți, cu o porozitate mare și o capacitate mare de reținere a apei în sol, contribuind, alături de climat și de sistemul de cultură, la creșterea calității culturilor.
Biocharul poate ajuta la reținerea apei și substanțelor nutritive din sol pentru ca plantele să le preia pe măsură ce cresc. Datorită capacității de adsorbție, unele biocharuri au potențialul de a imobiliza metalele grele, pesticidele, erbicidele și hormonii, previn leșierea nitraților și reduc emisiile de N2O și CH4 din sol. Biocharul s-a dovedit a fi deosebit de eficient pe solurile sărace, crescându-le valoarea celor ce au fost defrișate sau celor unde s-a practicat monocultura, culturi ce au epuizat pământul. S-a constatat căaplicarea de biochar pe solurile degradate înbunătățește structura acestora, crește retenția de apă, mai ales în zonele predispuse la secetă sau nisipoase, reduce aciditatea și emisiile de protoxid de azot, îmbunătățește aerarea solului. De asemenea, crește porozitatea și conductibilitatea electrică și se îmbunătățesc proprietățile microbiene. Biocharul este benefic pentru compostare reducând emisiile de GES. În amestec cu compostul biocharul împiedică pierderea nutrienților din sol.
Biocharul poate fi aplicat în orice moment al anului, fie deasupra solului, fie amestecat cu îngrașaminte la plantare fiind de multe ori mai bun decât turba, deoarece mediile de cultură organice tradiționale se pot descompune rapid. Biocharul se aplică pe sol după o analiză prealabilă a acestuia pentru a putea determina metoda și cantitatea recomandate.
Ca produs secundar în procesul de piroliză a biocharului se poate obține energie curată și regenerabilă, utilizată ca alternativă la arderea combustibililor fosili. Utilizarea biocharului pe sol contribuie substanțial la diminuarea poluării apelor freatice, generând costuri mai scăzute cu filtrarea lor. De asemenea, utilizarea biocharului înseamnă pentru fermieri cantitați mai mici de deșeuri, creșterea randamentelor și a securității alimentare. Caracteristicile biocharului diferă în funcție de tipul materiei prime și de temperatura de piroliză. În general, biocharul are un pH alcalin. Utilizarea de biochar cu un pH mai mare de 7 are un efect negativ asupra solului, respectiv culturilor. Utilizarea biocharului se face cu succes, fără să polueze pământul și apele fretice pe soluri mai uscte, având un drenaj mai bun față de cele argiloase, de exemplu.
Aplicarea de 10 tone biochar/1 acru de teren, în zonele aride din Oregon (SUA), a condus la creșterea randamentului culturii de grâu cu aproximativ 30%. Biocharul poate fi aplicat cu succes și în sere, înlocuind perlitul și mușchiul de turbă, pevenind scurgerea nutrienților (diminuare cu 11% față de mediile tradiționale). În America de Sud, se aplică biochar la copacii tineri de cacao pentru a înjumătăți timpul în care aceștia încep să rodească. Biocharul se aplică în țările din Lumea a Treia pentru a îmbunătăți solurile epuizate și a crea grădini. De asemenea, se folosește în grădinile botanice în amestec cu compost. Silvicultorii amaericani utilizează biochar pentru a transforma copacii morți într-un produs cu valoare adăugată, ca o alternativă la tăierea și arderea lor. Stațiile de tratare a apei caută să înlocuiască cărbunele activ cu biocharul mai ieftin pentru a curăța apa poluată care este puternic contaminată cu substanțe chimice toxice.
Mai poate fi utilizat ca aditiv furajer pentru sănătatea animalelor, precum și pentru curățarea aerului și a apei, ajută la reglarea umidității, absoarbe toxinele, favorizează viața microbiană benefică. S-a dovedit că biocharul îmbunătățește calitatea materialelor de construcție precum betonul sau asfaltul.
În procesul de piroliză de transformare a materialului organic în biochar, carbonul instabil existent în acesta se transformă în carbon stabil ce poate fi apoi stocat. Materiile prime care au fost folosite pentru a produce biochar ar elibera cantități mai mari de CO2 în atmosferă dacă ar fi lăsate să se descompună în mod natural. O tonă de biochar stochează 3,6 tone de CO2. Biocharul contribuie la atenuarea schimbărilor climatice prin îmbogățirea solurilor și reducerea nevoii de îngrășăminte chimice, ceea ce la rândul său scade emisiile de GES. Fertilitatea îmbunătățită a solului stimulează și creșterea plantelor, care consumă CO2. Numeroasele beneficii ale biocharului atât pentru climă, cât și pentru sistemele agricole îl fac un instrument promițător pentru agricultura regenerativă.
Adoptarea cu succes a sobelor de producere a biocharului ar putea reduce consumul de biomasă pentru gătit și, prin urmare, poate reduce rata defrișărilor și a emisiilor de CO2. Potențialul de stabilizare a carbonului al biocharului este important, iar aplicarea biocharului în sol ar putea diminua emisiile de CH4 și N2O în agricultură. S-au efectuat numeroase studii care sugerează că, în anumite condiții, producerea și aplicarea biocharului în sol poate fi cea mai bună utilizare a biomasei pentru atenuarea schimbărilor climatice. Deoarece biomasa este o resursă locală, cea mai bună utilizare a biomasei depinde de condițiile locale specifice ale scenariilor de referință. Amplasarea unei instalații de conversie termochimică, indiferent de dimensiunea și scopul acesteia, este complexă, vizând disponibilitatea materiei prime pe tot parcursul anului, distanța și ușurința transportului, cererea pieței de producție, etc.
Geografia regională este deosebit de importantă atunci când ne gândim unde să amplasăm instalațiile de conversie termochimică. Trebuie să existe un echilibru între valoarea potențială a produselor pe bază de biochar, capacitatea de producție și cererea pieței, flexibilitatea și educația fiind esențiale în acest sens. Instalațiile de conversie termochimică trebuie să fie echipate cu tehnologie care să le permită să fie flexibile, pentru a oferi valoare consumatorilor în amonte și aval în lanțul de aprovizionare. În practică, acest lucru ar putea însemna producerea de biochar pentru ca fermierii să-l folosească pentru a îmbunătăți sănătatea și fertilitatea solului, putând, de asemenea, să-l „actualizeze” în cărbune activ în scopuri mai industriale.
Conversia termochimică oferă căi unice pentru transformarea formelor de deșeuri organice cu impact în combustibil sau produse valoroase din punct de vedere economic. Cu toate acestea, o barieră cu care se confruntă acest coridor al inovației în cadrul durabilității nu are nimic de-a face cu tehnologia sau știința: este utilizarea cuvântului „biomasă”. Ceea ce contează cel mai mult atunci când vorbim despre biomasă în contextul sustenabilității, nu este atât ceea ce este, ci ce se face cu ea. Un lucru este clar, biocharul are un rol clar ca parte a economiei circulare. Este o soluție ideală pentru a transforma deșeurile organice cu emisii mari în valoare care poate conduce o economie la nivel local, național și global.