Heb je ooit van biochar gehoord? Voor de meeste tuiniers is het een nieuwe term, en voor mij ook. Ik stuitte op een Engelstalig artikel over biochar, waarin deze meststof werd beschreven als een wonder dat de woestijn in tuinen van Eden verandert. Het trok mijn aandacht. Ik begon direct onderzoeken naar biochar te zoeken met bewijs van effectiviteit. Het aantal studies was beperkt, waardoor ik alle beschikbare informatie over bodembemiddeling kon doorlezen (ik heb de onderzoeken over biochar en de strijd tegen de gevolgen van de opwarming van de aarde niet in dit overzicht opgenomen).
Wat is biochar?
Dit is speciaal bereid houtskool dat aan de bodem wordt toegevoegd om de vruchtbaarheid te verbeteren. Houtskool wordt traditioneel gebruikt door de inheemse volkeren van West-Afrika en volgens sommige onbetrouwbare gegevens ook in de tropische regenwouden van de Amazone. Er is een hypothese dat biochar in staat is om de opbrengst van de bodem aanzienlijk te verhogen en tegelijkertijd de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer te verlagen.
Hoe verbetert biochar de bodem?
Kort gezegd:
- De toevoeging van biokoolstof verbetert de fysisch-chemische eigenschappen van de bodem (pH-waarde stijgt van 3,9 tot 5,1, kationenwisselingscapaciteit van 7,41 tot 10,8 cmol(+)kg−1, het percentage kationen van 6,40 tot 26,0%, en de biomassa (MVS) van 835 tot 1262 mg/kg-1).
- Toename van de gemiddelde diameter (MWD) van bodemdeeltjes van 2,6 cm tot 4,0 cm);
- De erosiesnelheid daalt met <50%. Deze gegevens zijn verkregen bij de toevoeging van 5% biochar aan de totale massa van de grond ( CATENA Soil Science , China, 2013)
Kristallijne structuur van biochar
Er zijn aanwijzingen dat de door pre-Columbiaanse boeren verbeterde bodems van de Amazone nog steeds vruchtbaar zijn en tot 35% van hun organische koolstof in de vorm van biochar bevatten. Kunstmatig verrijkte bodems met biochar van 2000 jaar geleden bevatten meer water en voedingsstoffen in een toegankelijke vorm voor planten. De samenstelling van de meststof in de Amazone zwart aarde, terra preta, was vermoedelijk als volgt: houtskool + botten + mest (meer over Amazone grond en zijn pre-Columbiaanse biochar kan hier worden gelezen).
Biokoolstof is een superporous materiaal dat qua waterretentievermogen met perliet kan worden vergeleken. De poriën van biokoolstof vormen een gezonde leefomgeving voor bodemorganismen, en de toevoeging kan een van de stappen zijn in “terraforming”. De koolstof in biochar is zeer stabiel en blijft duizenden jaren in de bodem, waarbij het micro-elementen en mineralen bindt en vasthoudt totdat het door symbiotische bacteriën aan de wortels van planten wordt afgegeven. In gebieden met hevige regenval is deze eigenschap van bemesting van onschatbare waarde, samen met de bescherming tegen erosie en vervuiling van grondwater.
Hoe wordt biochar geproduceerd?
De organisatie die ecologische normen voor biochar waarborgt, de International Biochar Initiative, beschrijft het productieproces als “de transformatie van landbouwafval in bodemversterker”. Biochar wordt ook gevormd door natuurlijke branden of kunstmatig pyrolyse:
“Organisch afval, zoals houtsnippers en takken, bijproducten van de landbouw, worden verbrand in zuurstofarme kamers, waardoor olie, synthetisch gas en een vaste reststof ontstaan die op houtskool lijkt. Het hoogporige type houtskool fungeert als een filter voor het absorberen van schadelijke chemicaliën en verbindingen, terwijl het nuttige voedingsstoffen doorlaat.” The Yale School of Forestry & Environmental Studies
Korte geschiedenis van biochar
Een excursie door de geschiedenis is onvermijdelijk. Houtskool is altijd een tweede effectieve bodemvormende component geweest voor de westafrikaanse gronden, naast mest. Dit werd duidelijk na grootschalig antropologisch onderzoek in Liberia en Ghana op gronden van zevenhonderd jaar oud ( 1 ).
“De Afrikaanse donkere gronden” werden kunstmatig gecreëerd door het toevoegen van keukenafval, botten, as en mest. Zonder deze componenten zou de landbouw in de meeste gebieden van West-Afrika onmogelijk zijn geweest. Interessant is dat de bewoners van de Amazone en Afrika op volledig onafhankelijke wijze houtskool als meststof ontdekten - Amazoneboeren voegden al 2500 jaar geleden houtskool aan de grond toe, terwijl Afrikanen dat ongeveer 700 jaar geleden deden. Misschien werkte de zwarte kleur en structuur van biochar volgens de eenvoudige logica van de oude mens - “een gelijke met een gelijke behandelen”…
Gegevens van wetenschappelijk onderzoek naar biochar
Veldonderzoek naar biochar in Oostenrijk
Tegenwoordig wordt biochar beschouwd als een veelbelovende geo-engineering idee, en daarom zijn grootschalige studies vooral gericht op het compenseren van broeikasgasemissies door de productie van biochar, evenals het verbeteren van het pyrolyseproces bij de productie: de gassen en oliën die vrijkomen bij de verbranding kunnen feitelijk worden gebruikt als brandstof om de pyrolyse-reactie op gang te brengen. Maar er ontbreken nog steeds experimenten op het niveau van plantaardige en bodemecosystemen, waarvan de feedback niet volledig in een laboratorium kan worden geïmiteerd. Daarom zijn bijna alle gegevens vrij speculatief.
Voorstanders van de meststof wijzen voornamelijk op 2 voordelen: het vermogen om koolstof in stabiele vorm op te slaan, waardoor de uitstoot van CO2 uit organisch materiaal in de atmosfeer wordt voorkomen, en de verrijking van de bodem. Er zijn niet veel goede veldstudies gerelateerd aan het tweede voordeel. Desondanks:
het staat niet ter discussie dat biochar water vasthoudt, de zuurgraad van de bodem vermindert, de beschikbaarheid van zuurstof verbetert en ideale omstandigheden biedt voor de bewoning door bodemmicro-organismen.
Er is vrijwel geen veldonderzoek dat het effect van biochar op het verlies van voedingsstoffen bestudeert.
Het vasthouden van koolstofdioxide is ook bewezen. Het lijkt erop dat de productie van biochar de CO2-concentratie in de atmosfeer vermindert: wanneer planten afbreken, komt er CO2 vrij, dat uiteindelijk door andere planten wordt opgenomen, en de cyclus gaat door. Houtskool stabiliseert dit afbrekende materiaal en de bijbehorende CO2, en conserveert het in de bodem voor honderden of zelfs duizenden jaren. Dit idee, dat vermoedelijk een enorm potentieel heeft om de opwarming van de aarde te vertragen, heeft een indrukwekkend aantal voorstanders van biochar aangetrokken (en tegenstanders ook, aangezien het economische potentieel en de “relatieve nuttigheid” nog moeten worden bewezen).
Alle veldonderzoeken hebben te ‘vage’ conclusies. Voor elke soort bodem en klimatologische omstandigheden is een individuele concentratie van de koolstofmeststof nodig. In sommige gevallen is er helemaal geen nodig. De chemische samenstelling varieert sterk, afhankelijk van het uitgangsmateriaal en de pyrolyseomstandigheden. Verhoogde opbrengsten werden opgemerkt in gebieden die ongeschikt zijn voor landbouw, mits as en organische toevoegingen werden toegevoegd (!). Hoe beter de bodem, hoe bescheidener de resultaten. Om biochar effectief te maken, is het noodzakelijk om P, K, Ca en Mg toe te voegen door compost en mest toe te voegen (de gronden van Terra Preta werden gemaakt van verbrandingsresten in combinatie met afval uit menselijke nederzettingen).
Er is schandalig weinig empirische data. Ik zal de resultaten van een aantal studies op het veld geven die ik nuttig vond. Biochar werd in 2007 bestudeerd op rijstvelden in Laos: de waterdoorlatendheid van de bodem verbeterde, de opbrengst steeg onder omstandigheden van beperkte fosforbeschikbaarheid, maar de beschikbaarheid van stikstof daalde, wat leidde tot de noodzaak voor extra stikstofbemesting ( 2 ).
Een uitstekende publicatie over de synergie tussen compost en biochar is er van Duitse biochemici van het Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry . In het artikel zijn vooral nuttige gegevens over de duurzaamheid van de zwarte meststof - de belangrijkste structuur van het materiaal heeft een hoge weerstand tegen degradatie (ongeveer 3000 jaar), waardoor het niet elk jaar in de grond hoeft te worden aangebracht, zoals andere bodemverbeterers. Ook wordt gewezen op de verschillen in de kwaliteit van biochars afhankelijk van de temperatuur van verkrijging en het uitgangsmateriaal (biochar van gras, verkregen bij lage temperaturen van 250-400°C, mineraliseert koolstof beter dan die van harde houtsoorten en hoge temperatuurprocessen).
Bron van biochar - gras
In de meest omvangrijke meta-analyse van onderzoeken naar biochar wordt de volgende waarschuwing gegeven:
De meeste beweringen over biochar zijn overdreven enthousiast. De potentiële voordelen van de meststof voor zowel bodemvorming als milieu in het algemeen worden opzettelijk opgeblazen.
Een presentatie op TEDx van een lucht- en ruimtevaartingenieur die het gebruik van biochar promoot.
Belgen of normen?
Gelukkig worden de problemen van de wereldwijde verspreiding van biochar ons niet aangetroffen. We zouden, zoals in Afrika, gewoon de vruchtbaarheid van de tuingronden willen verhogen. En op dit punt ontstaan de problemen. We weten nog niet:
- Wat voor pH we uiteindelijk zullen krijgen;
- De chemische eigenschappen van verschillende soorten biochar afhankelijk van het grondstof en de bereidingswijze;
- Op welke bodems het beste specifieke producten kunnen worden gebruikt;
- Hoe stabiel deze zijn in de bodem (er zijn alleen theoretische en indirecte gegevens);
- Of de productie van biochar meer schade aan het milieu toebrengt dan de mogelijke voordelen, en nog veel meer van dergelijke vragen.
We weten nog niet wat GOED biochar is. Er zijn al honderden bedrijven over de hele wereld die biochar produceren, maar er zijn nog steeds geen standaarden. Dat is de reden waarom ons letterlijk gouden bergen wordt beloofd, terwijl de doseringen alleen beperkt worden door de fantasie en hebzucht van de producent. Er is nog geen juridische basis of GOST (staatsnorm) voor biokool ontwikkeld. Om dergelijke standaarden te ontwikkelen, moeten ze worden onderbouwd met normale veld- en laboratoriumonderzoeken, waarvan er zeer weinig zijn. In alle gepubliceerde testen dringen wetenschappers aan op verder onderzoek en verduidelijking van de gegevens.
Op basis van ongeveer 100 monsters van biokool, die varieerden in grondstof en productieproces, zijn de volgende drempelwaarden voor elementen voorgesteld: O/C <0,4 en H/C <0,6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Het mengen van biochar direct met de grond, zonder toevoeging van organische stoffen, wordt niet toegepast en heeft geen zin, maar hier vermelden producenten niets over op de verpakkingen van biokool.
De conclusies die zijn geformuleerd op basis van een meta-analyse in het wetenschappelijke tijdschrift Plos One in 2013:
- De studie van biochar is nog een zeer jong vakgebied, wat zich uit in het ontbreken van standaarden en een ongelijke verdeling van onderzoeken over thematische gebieden.
- Er zijn veldproeven nodig om de stabiliteit van meststoffen afhankelijk van het klimaat, de bodemstructuur en de manier van kolenproductie te onderzoeken.
- We weten nog steeds niet hoe de productie, het transport en de toepassing van biochar de ecosystemen als geheel beïnvloeden.
- Optimistische beweringen over de voordelen van biochar voor het milieu staan in scherp contrast met het beperkte aantal onderzoeken naar zijn gedrag en impact.
- Er zijn onvoldoende empirische gegevens die de beweringen bevestigen dat het toevoegen van biokool aan de bodem aanzienlijk bijdraagt aan de bestrijding van klimaatverandering of dat het algemene ecologische voordelen biedt bij beoordeling aan de hand van een volledige set indicatoren.
Nadelen van biochar, zoals genoemd door prof. Johan Six van de ETH Zürich:
- In sommige gevallen kan de opbrengst verminderen door de absorptie van water en voedingsstoffen door biokool, waardoor de beschikbaarheid van deze hulpbronnen voor gewassen afneemt. Het is ook aangetoond dat biochar het kiemen vertraagt.
- De absorptie van pesticiden en herbiciden kan hun effectiviteit verlagen.
- Sommige biokolen kunnen fungeren als bronnen van verontreinigingen, zoals zware metalen, vluchtige organische stoffen, polycyclische aromatische koolwaterstoffen en opgeloste organische koolstof.
- Het verwijderen van plantaardige resten, zoals stengels, bladeren en zaaddozen, die gebruikt zullen worden voor de productie van biochar, kan de algemene toestand van de bodem verslechteren, waardoor het aantal bodemmicro-organismen afneemt en de kringloop van voedingsstoffen verstoord wordt.
- De toename van de cationenuitwisselingscapaciteit hangt af van de bodemstructuur: deze is minimaal in bodems met een hoog kleigehalte of organische stoffen. Voor normale aarde heeft de toepassing van biokool niet veel zin.
- In bodem met een hoge pH (alkalisch) is een verhoging van de pH ongewenst, aangezien landbouwgewassen alleen een bepaald bereik van pH-waarden in de bodem verduren.
Ik heb geen persoonlijke vooroordelen ten aanzien van biochar. Indien gewenst kan het op de achtertuin worden gemaakt:
Aanvullende literatuur
Via de onderstaande links kunt u kennismaken met de oorspronkelijke wetenschappelijke artikelen, waarin het volledige onderzoeksontwerp met grafieken, berekeningen en conclusies is opgenomen.
Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: An Alfisol and an Andisol . Geoderma Volumes 209–210, November 2013, Pagina’s 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.
Recent overzicht uit 2018 Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .
