Έχετε ακούσει ποτέ για τον βιοάνθρακα; Για τους περισσότερους κηπουρούς, αυτός ο όρος είναι καινούριος, όπως και για μένα. Βρήκα ένα αγγλόφωνο άρθρο για τον βιοάνθρακα, το οποίο περιέγραφε αυτό το λίπασμα ως θαύμα που μετατρέπει την έρημο σε κήπους του Εδώ. Μου τράβηξε την προσοχή. Αμέσως άρχισα να ψάχνω έρευνες σχετικά με τον βιοάνθρακα και αποδείξεις της αποτελεσματικότητάς του. Οι έρευνες δεν ήταν πολλές, οπότε μπόρεσα να εξετάσω κυριολεκτικά όλες που σχετίζονταν με τη βελτίωση του εδάφους (δεν συμπεριέλαβα σε αυτή την ανασκόπηση τα θέματα σχετικά με τον βιοάνθρακα και τις συνέπειες της κλιματικής αλλαγής).
Τι είναι ο βιοάνθρακας;
Είναι ο ξυλάνθρακας που παρασκευάζεται με ειδικό τρόπο και προστίθεται στο έδαφος για τη βελτίωση της γονιμότητας. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται παραδοσιακά στη γεωργία από τους ιθαγενείς της Δυτικής Αφρικής και, σύμφωνα με ορισμένες μη αξιόπιστες πηγές, στα τροπικά δάση του Αμαζονίου. Υπάρχει η υπόθεση ότι ο βιοάνθρακας μπορεί να αυξήσει σημαντικά την παραγωγικότητα του εδάφους και ταυτόχρονα να μειώσει την ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.
Πώς ο βιοάνθρακας βελτιώνει το έδαφος;
Αν το πούμε συνοπτικά:
- Η προσθήκη βιοάνθρακα βελτιώνει τις φυσικοχημικές ιδιότητες του εδάφους (αύξηση pH από 3,9 σε 5,1, ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων από 7,41 σε 10,8 cmol(+)kg−1, ποσοστό κατιόντων από 6,40% σε 26,0%, και βιομάζας (ΜΒΣ) από 835 σε 1262 mg/kg-1).
- Αύξηση της μέσης διαμέτρου των εδαφικών αθροισμάτων από 2,6 cm σε 4,0 cm.
- Η ταχύτητα διάβρωσης μειώνεται κατά <50%. Τα δεδομένα αυτά προήλθαν από την προσθήκη 5% βιοάνθρακα στη συνολική μάζα του εδάφους ( CATENA Soil Science , Κίνα, 2013).
Κρυσταλλική δομή του βιοάνθρακα
Υπάρχουν στοιχεία ότι τα εδάφη του Αμαζονίου, που βελτιώθηκαν από τους γεωργούς πριν από τον Κολόμβο, είναι ακόμη γόνιμα και περιέχουν έως και 35% του οργανικού άνθρακα τους με τη μορφή βιοάνθρακα. Τα τεχνητά εμπλουτισμένα με βιοάνθρακα εδάφη πριν από 2000 χρόνια περιέχουν περισσότερα νερά και θρεπτικά συστατικά σε εύκολα προσβάσιμη μορφή για τα φυτά. Η σύνθεση του λιπάσματος στις μαύρες γαίες του Αμαζονίου terra preta θεωρείται ότι ήταν η εξής: άνθρακας + κόκαλα + κοπριά (Για τα εδάφη του Αμαζονίου και τον προκολομβιανό βιοάνθρακα μπορείτε να μάθετε περισσότερα εδώ ).
Ο βιοάνθρακας είναι ένα εξαιρετικά πορώδες υλικό, το οποίο μπορεί να συγκριθεί με την περλίτη όσον αφορά την ικανότητα διατήρησης του νερού. Οι πόροι του γίνονται υγιής βιοτόπος για τους μικροοργανισμούς του εδάφους, και η προσθήκη του μπορεί να είναι ένα από τα στάδια της “τεχνητής διαμόρφωσης του εδάφους”. Ο άνθρακας στον βιοάνθρακα είναι πολύ σταθερός και παραμένει στο έδαφος για χιλιάδες χρόνια, δεσμεύοντας και κρατώντας ιχνοστοιχεία και μέταλλα, μέχρι να τα παραδώσει στις ρίζες των φυτών μέσω συμβιωτικών βακτηρίων. Σε περιοχές με καταρρακτώδεις βροχές, αυτή η πολύτιμη ιδιότητα είναι σημαντική για το λίπασμα, παράλληλα με την αποτροπή της διάβρωσης και της ρύπανσης των υπόγειων υδάτων.
Πώς παράγεται ο βιοάνθρακας;
Η οργάνωση που εξασφαλίζει οικολογικά πρότυπα για τον βιοάνθρακα, International Biochar Initiative, αποκαλεί τη διαδικασία παραγωγής του “την μετατροπή αγροτικών αποβλήτων σε ενισχυτή εδάφους”. Ο βιοάνθρακας επίσης δημιουργείται ως αποτέλεσμα φυσικών πυρκαγιών ή μέσω τεχνητής πυρόλυσης:
“Τα οργανικά απόβλητα, όπως το ξύλο και τα κλαδιά, υπολείμματα από τη γεωργία, καίγονται σε αναερόβιες κάμερες, παράγοντας λάδι, συνθετικό αέριο και στερεά υπολείμματα που μοιάζουν με ξυλάνθρακα. Ο εξαιρετικά πορώδης τύπος του ξυλάνθρακα λειτουργεί ως φίλτρο που απορροφά επιβλαβείς χημικές ουσίες και ενώσεις, ενώ επιτρέπει τη διέλευση θρεπτικών ουσιών.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Σύντομη ιστορία του βιοάνθρακα
Ένα ταξίδι στην ιστορία είναι απαραίτητο. Ο άνθρακας για τις περιοχές της Δυτικής Αφρικής ήταν πάντα ο δεύτερος πιο αποτελεσματικός παράγοντας δημιουργίας εδάφους, δίπλα στην κοπριά. Αυτό έγινε κατανοητό μετά από εκτενείς ανθρωπολογικές έρευνες στη Λιβερία και τη Γκάνα σε εδάφη ηλικίας επτακοσίων ετών ( 1 ).
“Οι αφρικανικές σκούρες γαίες” δημιουργούνταν τεχνητά, με την προσθήκη αποβλήτων κουζίνας, κόκαλων, στάχτης και κοπριάς. Χωρίς αυτά τα συστατικά, η γεωργία στις περισσότερες περιοχές της Δυτικής Αφρικής θα ήταν αδύνατη. Ενδιαφέρον είναι ότι οι κάτοικοι του Αμαζονίου και της Αφρικής ανακάλυψαν τον άνθρακα ως λίπασμα τελείως ανεξάρτητα - οι γεωργοί του Αμαζονίου ήδη 2500 χρόνια πριν το πρόσθεταν στο έδαφος, ενώ οι αφρικανοί περίπου 700 χρόνια. Ίσως το μαύρο χρώμα και η δομή του βιοάνθρακα να μιλούσαν στη λογική του αρχαίου ανθρώπου – “θεραπεύω όπως όπως”…
Δεδομένα επιστημονικών ερευνών σχετικά με το βιοκάρβουνο
Πεδία έρευνας βιοκάρβουνου στην Αυστρία
Σήμερα, το βιοκάρβουνο θεωρείται ως μια υποσχόμενη γεωμηχανική ιδέα, και για αυτό το λόγο οι εκτενείς έρευνες σχετίζονται πιο πολύ με την εξισορρόπηση των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου μέσω της παραγωγής βιοκάρβουνου, καθώς και με την βελτίωση της διαδικασίας πυρόλυσης κατά την παραγωγή του: τα αέρια και τα έλαια που απελευθερώνονται κατά την καύση θα μπορούσαν πρακτικά να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμα για την έναρξη της αντίδρασης πυρόλυσης. Ωστόσο, εξακολουθούν να λείπουν πειράματα σε επίπεδο φυτικών και εδαφικών οικοσυστημάτων, η αλληλεπίδραση των οποίων δεν μπορεί να προσομοιωθεί πλήρως στο εργαστήριο. Επομένως, σχεδόν τα πάντα τα δεδομένα έχουν αρκετά υποθετικό χαρακτήρα.
Οι υποστηρικτές του λιπάσματος επισημαίνουν κυρίως 2 πλεονεκτήματα: την ικανότητα να αποθηκεύει τον άνθρακα σε σταθερή μορφή, αποτρέποντας την απελευθέρωση CO2 από την οργανική ύλη στην ατμόσφαιρα και τη βελτίωση του εδάφους. Ωστόσο, δεν υπάρχουν τόσες πολλές καλές έρευνες πεδίου σχετικές με το δεύτερο πλεονέκτημα. Παρ’ όλα αυτά:
δεν αμφισβητείται ότι το βιοκάρβουνο συγκρατεί το νερό, μειώνει την οξύτητα του εδάφους, βελτιώνει την διαθέσιμότητα του οξυγόνου και παρέχει ιδανικές συνθήκες για την κατοικία εδαφικών μικροοργανισμών.
Η έρευνα πεδίου που εξετάζει την επίδραση του βιοκάρβουνου στην απώλεια θρεπτικών συστατικών είναι σχεδόν ανύπαρκτη.
Η συγκράτηση διοξειδίου του άνθρακα έχει αποδειχτεί επίσης. Η παραγωγή βιοκάρβουνου, φαίνεται να μειώνει την περιεκτικότητα CO2 στην ατμόσφαιρα: όταν τα φυτά αποσυντίθενται, απελευθερώνουν CO2, το οποίο τελικά καταναλώνεται από άλλα φυτά, και ο κύκλος συνεχίζεται. Ο άνθρακας σταθεροποιεί αυτή την αποσυντιθέμενη ύλη και το συνοδευτικό CO2 και το κονσερβοποιεί στο έδαφος για εκατοντάδες ή ακόμη και χιλιάδες χρόνια. Αυτή η ιδέα, που υποτίθεται ότι έχει τεράστιες δυνατότητες για την επιβράδυνση της παγκόσμιας θέρμανσης, έχει προσελκύσει μια εντυπωσιακή σειρά υποστηρικτών του βιοκάρβουνου (αλλά και αντιπάλων, καθώς η οικονομική δυνατότητα και η “σχετική χρησιμότητα” πρέπει ακόμη να αποδειχθούν).
Όλες οι έρευνες πεδίου έχουν μάλλον “θολά” συμπεράσματα. Για κάθε είδος εδάφους και κλιματικών συνθηκών χρειάζεται μια εξατομικευμένη συγκέντρωση άνθρακα λιπάσματος. Σε ορισμένες περιπτώσεις, δεν είναι καθόλου απαραίτητο. Η χημική σύνθεση ποικίλλει σημαντικά, ανάλογα με την πρώτη ύλη και τις συνθήκες πυρόλυσης. Αυξημένη παραγωγικότητα παρατηρήθηκε σε ακατάλληλες για γεωργία περιοχές, με την προϋπόθεση χρήσης τέφρας και οργανικών προσθέτων (!). Όσο καλύτερο είναι το έδαφος, τόσο πιο ταπεινά είναι τα αποτελέσματα. Για να λειτουργήσει το βιοκάρβουνο, είναι απαραίτητο να προστίθενται P, K, Ca και Mg, μέσω προσθέσεως κομπόστ και κοπριάς (οι γαίες Terra Preta δημιουργήθηκαν από καμένους υπολείμματα σε αναμίξεις με απορρίμματα ανθρωπίνων οικισμών).
Τα εμπειρικά δεδομένα είναι απαράδεκτα λίγα. Θα αναφέρω τα αποτελέσματα μερικών ερευνών πεδίου που μου φάνηκαν χρήσιμα. Το βιοκάρβουνο μελετήθηκε στα ρυζοχώραφα του Λάος το 2007: βελτιώθηκε η υδροφορία του εδάφους, αυξήθηκε η παραγωγικότητα σε συνθήκες χαμηλής διαθέσιμης φωσφόρου, αλλά μειώθηκε η διαθέσιμότητα αζώτου, γεγονός που οδήγησε στην ανάγκη για πρόσθετη εφαρμογή αζωτούχων λιπασμάτων ( 2 ).
Ένα εξαιρετικό δημοσίευμα για τη συνεργία κομπόστ και βιοκάρβουνου βρίσκεται στους Γερμανούς βιοχημικούς από το Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . Στο άρθρο είναι εξαιρετικά χρήσιμες οι πληροφορίες για τη διάρκεια ζωής του μαύρου λιπάσματος - η κύρια δομή του υλικού έχει υψηλή αντοχή στη διάσπαση (περίπου 3000 χρόνια), γεγονός που επιτρέπει να μην απαιτείται η ετήσια εφαρμογή του στο έδαφος, όπως συμβαίνει με άλλους βελτιωτές του εδάφους. Αναφέρονται επίσης οι διαφορές στην ποιότητα των βιοκάρβουνων ανάλογα με τη θερμοκρασία επεξεργασίας και την αρχική ύλη (το βιοκάρβουνο από γρασίδι, που παράγεται σε χαμηλές θερμοκρασίες 250-400°C, μελετάται καλύτερα στη μετατροπή του άνθρακα από εκείνο που προκύπτει από σκληρές ξύλινες ποικιλίες και υψηλές θερμοκρασίες).
Πηγή βιοκάρβουνου - γρασίδια
Στο πιο εκτενή μετα-ανάλυση ερευνών σχετικά με το βιοκάρβουνο υπάρχει προειδοποίηση:
Οι περισσότερες δηλώσεις για το βιοκάρβουνο είναι υπερβολικά ενθουσιώδεις. Σκόπιμα διογκώνονται τα δυνητικά οφέλη του λιπάσματος, τόσο για τη διαδικασία σχηματισμού εδάφους όσο και για το περιβάλλον συνολικά.
Ομιλία στο TEDx από αεροναυπηγό που προάγει τη χρήση του βιοκάρβουνου.
Υποσχέσεις ή πρότυπα;
Ευτυχώς, τα προβλήματα της παγκόσμιας εφαρμογής του βιοκάρβουνου δεν μας αφορούν άμεσα. Χρειάζεται απλώς να αυξήσουμε τη γονιμότητα των κηπευτικών μας εδαφών, όπως στην Αφρική. Και σε αυτό το στάδιο προκύπτουν προβλήματα. Προς το παρόν δεν γνωρίζουμε:
- Ποιο pH θα έχουμε τελικά.
- Χημικές ιδιότητες των διαφόρων τύπων βιοκάρβουνου ανάλογα με την πρώτη ύλη και τη μέθοδο παρασκευής.
- Σε ποιες εδαφικές συνθήκες θα πρέπει να χρησιμοποιείται συγκεκριμένο προϊόν.
- Πόσο σταθερό είναι στο έδαφος (υπάρχουν μόνο θεωρητικά και έμμεσα δεδομένα).
- Εάν η παραγωγή βιοκάρβουνου προκαλεί περισσότερη ζημιά στο περιβάλλον από ό,τι πιθανή ωφέλεια, και αρκετές παρόμοιες ερωτήσεις.
Προς το παρόν, δεν γνωρίζουμε τι είναι ΚΑΛΟ βιοκάρβουνο. Εταιρείες που παράγουν βιοενεργό άνθρακα υπάρχουν ήδη αρκετές εκατοντάδες σε όλο τον κόσμο, αλλά πρότυπα δεν υπάρχουν ακόμα. Γι’ αυτό οι υποσχέσεις είναι κυριολεκτικά χρυσές, ενώ οι δοσολογίες αναφέρονται με βάση μόνο τη φαντασία και την απληστία του παραγωγού. Μέχρι στιγμής δεν έχει αναπτυχθεί ούτε κανονιστικό πλαίσιο ούτε πρότυπα για τον βιοενεργό άνθρακα. Για να αναπτυχθούν τέτοια πρότυπα, είναι απαραίτητο να τεκμηριωθούν με κανονικές πεδίου και εργαστηριακές έρευνες, οι οποίες είναι πολύ περιορισμένες, και σε όλες τις δημοσιευμένες μελέτες οι επιστήμονες επισημαίνουν την ανάγκη για περαιτέρω μελέτη και διευκρίνιση των δεδομένων.
Από περίπου 100 δείγματα βιοενεργού άνθρακα, τα οποία διαφέρουν ως προς τη πρώτη ύλη και τη διαδικασία παραγωγής, προτάθηκαν οι εξής κατώτατες τιμές στοιχείων: O/C <0,4 και H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Η ανάμειξη του βιοενεργού άνθρακα άμεσα με το έδαφος, χωρίς την προσθήκη οργανικών αaddών, δεν χρησιμοποιείται και δεν έχει νόημα, αλλά αυτό δεν αναφέρεται από τους παραγωγούς στις συσκευασίες του βιοενεργού άνθρακα.
Συμπεράσματα που διαμορφώθηκαν με βάση μετα-ανάλυση σε επιστημονικό περιοδικό Plos One το 2013:
- Η μελέτη του βιοενεργού άνθρακα είναι ακόμα πολύ νέα περιοχή, κάτι που αντικατοπτρίζεται στην έλλειψη προτύπων και στην άνιση κατανομή των ερευνών στα θεματικά πεδία.
- Απαιτούνται πεδειακές δοκιμές σταθερότητας λιπάσματος ανάλογα με το κλίμα, τη σύνθεση του εδάφους και τη μέθοδο παραγωγής του άνθρακα.
- Ακόμα δεν γνωρίζουμε πώς η παραγωγή, η μεταφορά και η εφαρμογή του βιοενεργού άνθρακα επηρεάζουν το οικοσύστημα συνολικά.
- Οι απαισιόδοξες δηλώσεις σχετικά με τα οφέλη του βιοενεργού άνθρακα για το περιβάλλον έρχονται σε απότομη αντίθεση με τον περιορισμένο αριθμό ερευνών για τη συμπεριφορά και την επίδρασή του.
- Δεν υπάρχουν επαρκή εμπειρικά δεδομένα που να επιβεβαιώνουν τις δηλώσεις ότι η προσθήκη βιοάνθρακα στο έδαφος μειώνει σημαντικά την κλιματική αλλαγή ή ότι προσφέρει γενικά οικολογικά οφέλη όταν αξιολογείται με ένα πλήρες σύνολο δεικτών.
Μειονεκτήματα του βιοενεργού άνθρακα, σύμφωνα με τον καθηγητή Johan Six, Ελβετική Ομοσπονδιακή Πολυτεχνική Σχολή της Ζυρίχης:
- Σε ορισμένες περιπτώσεις, η απόδοση μπορεί να μειώνεται λόγω της απορρόφησης νερού και θρεπτικών ουσιών από τον βιοενεργό άνθρακα, γεγονός που μειώνει τη διαθεσιμότητα αυτών των πόρων για τις καλλιέργειες. Έχει δείξει επίσης ότι ο βιοενεργός άνθρακας καθυστερεί τη βλάστηση.
- Η απορρόφηση φυτοφαρμάκων και ζιζανιοκτόνων μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητά τους.
- Ορισμένοι βιοενεργοί άνθρακες μπορεί να λειτουργούν ως πηγή ρύπων, όπως βαρέα μέταλλα, πτητικές οργανικές ενώσεις, πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες και διαλυμένος οργανικός άνθρακας.
- Η απομάκρυνση φυτικών υπολειμμάτων, όπως στελέχη, φύλλα και σπόροι που θα χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιοενεργού άνθρακα, μπορεί να επιδεινώσει τη συνολική κατάσταση του εδάφους, μειώνοντας τον αριθμό των εδαφικών μικροοργανισμών και διαταράσσοντας τον κύκλο των θρεπτικών ουσιών.
- Η αύξηση της ικανότητας κατιονικής ανταλλαγής εξαρτάται από τη σύνθεση του εδάφους: είναι ελάχιστη σε εδάφη με υψηλή περιεκτικότητα σε πηλό ή οργανικές ουσίες. Για φυσικά εδάφη, η εφαρμογή βιοάνθρακα δεν έχει μεγάλη σημασία.
- Σε εδάφη με υψηλό pH (αλκαλικά), η αύξηση του pH είναι ανεπιθύμητη, καθώς οι καλλιέργειες αντέχουν μόνο σε συγκεκριμένο εύρος pH εδάφους.
Δεν έχω προσωπικές προκαταλήψεις σχετικά με το βιοενεργό άνθρακα. Εάν το επιθυμείτε, μπορείτε να τον δημιουργήσετε στην πίσω αυλή σας:
Πρόσθετη βιβλιογραφία
Στους παρακάτω συνδέσμους μπορείτε να δείτε τις πρωτότυπες επιστημονικές εργασίες, στις οποίες περιέχεται ο πλήρης σχεδιασμός της έρευνας με γραφήματα, υπολογισμούς και συμπεράσματα.
Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: An Alfisol and an Andisol . Geoderma Volumes 209–210, Νοέμβριος 2013, Σελίδες 188-197.
Recent developments in biochar as an effective tool for agricultural soil management: a review . Journal of the Science of Food and Agriculture, 96(15), 4840–4849.
Νεότερη ανασκόπηση 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
