بخشی از مقاله
بیوچار (ماده زیستی نیم سوز)، ماده اصلاح کننده خاک در کشاورزی پایدار
چکیده
بیوچار (BioChar) زغال تهیه شده از زیست توده های گیاهی و ضایعات کشاورزی است که سوختن آنها در حضور کم و یا عدم حضور اکسیژن انجام میشود . این ماده به علت سرعت تجزیه بسیار کند نسبت به سایر مواد آلی ظرفیت زیادی برای کاهش گازهای گلخانه ای از قبیل دی اکسید کربن و متان که از ضایعات آزاد می شود، دارد و میتواند کربن را برای دوره های طوالنی ذخیره کند. از دیدگاه کشاورزی یکی از مزایای بیوچار، مدیریت ضایعات کشاورزی می باشد. گسترش کشاورزی ارگانیک از یک سو و آلودگی های جوی از سوی دیگر باعث شده است تا استفاده از این نوع کود در دنیا روز به روز افزایش پیدا کند ولی متاسفانه این ماده آلی در ایران تا حدودی ناشناخته باقی مانده است. در این مقاله سعی شده است تا خوانندگان را با این نوع کود زیستی و فواید آن آشنا سازد. نویسندگان مقاله امیدوارند این نوشتار نقش ناچیزی در توسعه کشاورزی دوستدار محیط زیست در ایران داشته باشد.
مقدمه
بیوچار ماده جامدی است که از کربن سازی تودهای زیستی بدست می آید. بیوچار ممکن است که به خاک اضافه شود تا عملکرد خاک بهبود پیدا کند و باعث کاهش برون ریز های توده زیستی شود. همچنین این ماده دارای مقدار با ارزشی کربن است. در طی فرآیند دوهزار ساله مواد آلی درون خاک تبدیل به هوموس کشاورزی می شود که می تواند کربن را حفظ کرده، امنیت تغذیه را افزایش دهد و مانع جنگل زدایی شود. این فرایند میتواند زغال نیم سوز با منفذ های بسیار و درشت به وجود آورد که به حفظ مواد غذایی و آب کمک می کند. بیوچار در خاک های سرتاسر جهان یافت می شود که حاصل آتش سوزی گیاهان و اقدامات مدیریتی خاک می باشد. مطالعات فراوان درباره زمین های سرشار از بیوچار در آمازون نشان داده است که این ماده باعث ارزشمند تر شدن خاک به عنوان یک مکمل خاکی شده است. بیوچار می تواند ابزار مهمی برای افزایش امنیت غذایی و تنوع کشتزارهایی در نواحی با خاک های بسیار فرسوده، منابع آلی کمیاب و منابع کودهای شیمیایی و آب نامناسب باشد. همچنین بیوچار با افزایش حفظ مواد غذایی و شیمیایی برای مصرف گیاهان ومحصولات، کمیت و کیفیت آب را بهبود میبخشد. به عبارت دیگر مواد غذایی بیشتری در خاک باقی می مانند (به جای اینکه به آب های زیرزمینی وارد شوند) و در نتیجه این امر باعث جلوگیری از آلودگی آب های زیرزمینی می شود.
بیوچار چیست؟
بیوچار ماده جامدی است که از طریق کربن سازی توده زیستی بدست آمده است. ممکن است که بیوچار به خاک اضافه شود تا عملکرد های خاک اصلاح شوند و باعث کاهش برون ریزی های توده ی زیستی شود همچنین بیوچار دارای مقدار قابل توجهی کربن است . این خواص در یک طرح کلی توصیفی و یا در پروتکل توازن برون ریزی کربن، قابل ارزیابی و بررسی هستند. بیوچار ماده ای سرشار از کربن است که وقتی تودهای زیستی همچون چوب، ساقه درختان و یا برگ ها با مقدار کمی اکسیژن یا بدون اکسیژن سوزانده می شوند، این ماده تولید می گردد. در واحدهای پیشرفته تر، بیوچار توسط تجزیه گرمایی مواد آلی با مقدار کمی اکسیژن و در دمای نسبتاً پایین (کمتر از ۷۰۰ درجه سانتی گراد) تولید می شود. این فرآیند غالبا فرآیند تولید زغال نیم سوخته می باشد که احتمالاً قدیمی ترین تکنولوژی صنعتی توسعه یافته توسط بشریت است. به هر حال بیوچار با این واقعیت و با هدف بهبود سلامت خاک و تصفیه آن و حفظ مواد غذایی از آب خاک ته نشین شده و ذخیره کربن تولید شده، ماهیت خود را از زغال نیم سوز و مواد دیگر متمایز کرده است. فنآوری بیوچار روش های مختلف زیادی برای تولید بیوچار وجود دارد اما همه آنها شامل گرم کردن توده زیستی با کمی اکسیژن و یا بدون اکسیژن می باشد که باعث از بین رفتن گازهای فرار شده و در نتیجه کربن را از بین می برد. این فرآیند ساده که تجزیه گرمایی نامیده میشود معمولا از پیرولیز یا گاز سازی استفاده می کند. روش های نام برده شده می توانند انرژی خالص را به شکل گاز و یا روغن همراه با بیوچار تولید کنند. ممکن است که این انرژی برای مصارف دیگر قابل بازیافت باشد و یا ممکن است به سادگی سوخته شود و به شکل گرما آزاد شود. این مورد یکی از معدود فن آوری هایی است که نسبتا گران و تا سطح عظیمی کاربردی و قابل اندازه گیری می باشد. اما فن آوری بیوچار چیزی بیشتر از تجهیزات مورد نیاز برای تولید بیوچار است. فن آوری بیوچار ضرورتاً شامل سیستم های هماهنگ جامعی است که دارای بخش های متعددی می باشد که ممکن است بخشی از هر سیستم
کربن سازی
فرایند تبدیل ماده خام به بیوچار از طریق فرایند "گرمایی کاهنده" را کربن سازی می نامند. این فرآیند شامل ترکیبی از زمان، گرما و عوامل تحت فشاری است که می تواند بین تولید کننده ها، تجهیزات و مواد خام متفاوت باشند.
بیوچار چه کاری را انجام می دهد؟
بيوچار وسیله ای ساده و قدرتمند است که می تواند:
۱) بر علیه گرم شدن زمین مبارزه کند. ۲) مکمل خاکی را تولید کند که کربن را حفظ کرده و باعث حاصلخیزی بیشتر خاک شود. ۳) پسماندهای کشاورزی را کاهش داده و انرژی قابل بازیافت و خالص تولید کند.
بیوچار چگونه تولید می شود؟
کربن سازی و فرآیند تبدیل یک ماده خام به بیوچار از طریق فرایند گرمایی است. این فرایند شامل ترکیبی از زمان و عوامل فشار و حرارت می باشد که می تواند در بین تولید کننده ها، تجهیزات و مواد خام متفاوت باشد. دو فرایند مهم وجود دارد: پیرولیز و گاز سازی. هر فرآورده ای که به شکل گاز یا نفت است همراه با بیوچار تولید می شود. ممکن است که انرژی تولید شده برای مصارف دیگر، قابل بازیافت بوده و ممکن است به سادگی سوزانده شده و به شکل گرما آزاد شود. علاوه بر این، بیوچار می تواند از مواد خام تودهای زیستی گوناگون تولید شود. در نتیجه، سیستم های بسیار مختلف تولید بیوچار در مقیاس های مختلفی تولید شده اند. ممکن است که این سیستم ها از تکنولوژی های تولیدی استفاده کنند که همچون بیوچار، انرژی قابل بازیافتی تولید کرده و یا تولید نکند که این سیستم ها متنوع هستند : واحد های خانگی کوچک تا کارخانه های برق انرژی زیستی بزرگ.
چگونه بیوچار به افزایش تولید محصول کمک می کند؟
مقالات بسیار زیادی وجود دارند که مزایای تولید محصول در خاک اصلاح شده توسط بیوچار را شرح می دهند. در نواحی استوایی در چند سال گذشته، آزمایش هایی با استفاده از بیوچار بر روی زمین های کشاورزی انجام شده است. همه این آزمایش ها نشان داده اند هنگامی که خاک کشاورزی از بیوچار استفاده می شود و مواد غذایی هم به شکل مناسبی کنترل شده بودند، تولید بهترین وضعیت را داراست. اخیرا آزمایش هایی در مقیاس های بزرگ درباره حاصلخیزی زمین های کشاورزی توسط مراکز تحقیقاتی کشاورزی امریکا انجام شده است. نتایج سال اول این تحقیقات مثبت بودند اما هنوز چند سال وقت لازم است تا نتایج بلند مدت بدست آید. همچنین مدارکی از هزاران سال استفاده سنتی از زغال نیم سوز در خاک ها بدست آمده است. معروفترین مثال، خاک های حاصلخیز تراپرتا در برزیل می باشد، اما ژاپن هم سابقه طولانی در استفاده سنتی از زغال نیم سوز در خاک داشته است، سنتی که در طی بیست سال گذشته احیا شده و به کشور های دیگری همچون کاستاریکا صادر شده است. استفاده سنتی از این ماده در کشورهای برزیل و ژاپن، مدارک مستندی از تاثیرات مثبت بیوچار بر روی خاک ها فراهم می سازند. در حالیکه درباره مزایای کلی بیوچار برای خاک و آب و هوا مطالب زیادی شرح داده شده است اما باز هم سوالات مهمی همچون نیاز به درک بهتر بعضی از جزئیات و ویژگی ها و تولید بیوچار باقی مانده است. IB در حال کار کردن با پژوهشگران دولتی و خصوصی در سرتا ر جهان است. بیوچار چگونه به کشاورزان کمک می کند؟
بیوچار فرصتی را برای بهبود حاصلخیزی خاک برای استفاده دراز مدت با استفاده از مواد قابل دسترس محلی فراهم می سازد. مواد مصرفی به تنهایی و یا به صورت مرکب با مواد شیمیایی کشاورزی با مقادیر خاصی هر سال به خاک اضافه می شوند تا فواید آن مشخص گردد. نسبت استفاده از این مواد را می توان در هنگام ترکیب مواد مغذی با بیوچار کاهش داد. بیوچار در خاک باقی می ماند و در طی چند سال به خاک سود می رساند. همچنین کشاورزان می توانند در هنگام تبدیل مواد آلی باقیمانده به بیوچار و گرفتن انرژی ایجاد شده در طی این فرآیند، انرژی مناسبی هم دریافت کنند. در کشور های صنعتی و توسعه یافته، فرسایش و از بین رفتن خاک در نسبت های غیر قابل انتظاری رخ می دهد که برای اکوسیستم خاک عواقب بدی به همراه دارد. در بسیاری از مناطق، با وجود مصرف زیاد مواد شیمیایی کشاورزی، از بین رفتن حاصلخیزی خاک همزمان با تاثیرات منفی محیطی بر روی منابع آبی و خاکی رخ می دهد. بیوچار می تواند نقش مهمی در توسعه دیدگاههایی مبنی بر کنترل خاک همراه با اصلاح اقدامات مدیریتی موجود، نه تنها برای بهبود حاصلخیزی خاک بلکه برای کاهش از بین رفتن مواد مغذی که به وسیله ی اب شسته می شوند، ایفا کند.
بیوچار چگونه بر روی بیولوژی خاک اثر می گذارد؟
چند دهه پژوهشی در ژاپن و تحقیقات اخیر در آمریکا نشان داده اند که بیوچار فعالیت انواع بسیار زیادی از میکروارگانیزم های مهم خاک از لحاظ کشاورزی را افزایش می دهد و می تواند بر روی خواص میکروبیولوژیکی خاک ها اثر بگذارد. منفذ های بیوچار
