La carbonisation de la biomasse – un moyen d’augmenter la fertilité des terres

Un nombre croissant de personnes et d’entrepreneurs ont déjà réfléchi et continueront à résoudre le problème de la restauration de la situation écologique non seulement dans une région particulière, mais dans le monde entier. Au cours des dernières décennies, quelque part en raison de la réticence à approfondir l’essence de l’interconnexion de tous les processus naturels, et quelque part des activités à courte vue et le désir d’obtenir des profits rapides, sans penser aux conséquences futures, ont conduit à une détérioration de la situation environnementale dans le monde.

À l’heure actuelle, d’immenses étendues de terres agricoles dues à une mauvaise rotation des cultures, à une sursaturation en engrais chimiques, à la pollution des écosystèmes par les déchets, à l’absence d’une approche sûre de l’élimination des déchets, à des conditions météorologiques pas toujours favorables, sont complètement épuisées et sont capables de produire un maigre récolte par rapport aux années précédentes. De plus, la plupart des sols du monde ne sont pas de la terre noire. La question d’une alimentation saine avec des produits écologiquement purs reste toujours une priorité pour la survie de l’humanité et sa santé, sa pleine vie et sa capacité de travail élevée.

Par conséquent, le biochar a récemment suscité l’intérêt des scientifiques du monde entier en raison de son potentiel d’amélioration de la fertilité des sols et de la séquestration du carbone, et sa production est une excellente opportunité pour recycler les déchets de biomasse. Lisez notre article précédent sur ce sujet – « Pourquoi Microsoft et Shopify font son jeu sur le biochar »

L’utilisation du biochar n’est pas un concept nouveau, son utilisation remonte à des siècles où il était utilisé pour améliorer les sols de l’Amazonie, qui ont conservé leur fertilité à ce jour. De nos jours, la pratique en foresterie s’est conservée depuis ces temps de tannage artificiel de certaines zones de terres forestières pour obtenir une fertilisation naturelle.

À la base, le biochar est le même charbon de bois obtenu dans le processus de pyrolyse de la biomasse et riche en carbone. La pyrolyse est un processus de transformation thermochimique dans lequel la biomasse est chauffée à haute température (généralement 450-750 ° C) en l’absence d’oxygène pour produire des produits énergétiques, dont l’un est le biochar (les autres sont de l’huile bio et du gaz de synthèse). Le biochar conserve la structure originale de la matière première, mais a une porosité accrue. En d’autres termes, le biochar est le même charbon actif, qui est utilisé non seulement pour améliorer la fertilité des sols, mais aussi pour purifier l’eau, stocker de l’énergie, réduire les émissions de métaux lourds, la litière des animaux, etc. en étudiant un large éventail d’applications du biochar.

Pour la fabrication de biochar, ou en d’autres termes – charbon de bois, des dispositifs de carbonisation spéciaux, des fours à charbon sont nécessaires. Le processus commence par la préparation des matières premières, en les nettoyant des impuretés mécaniques (sable, pierres, etc.) et des substances chimiques toxiques (selon les normes des communautés mondiales, le biochar est considéré comme un produit fabriqué à partir de matières premières sans impuretés toxiques). Si nécessaire, la matière première est broyée puis envoyée le long d’un convoyeur vers la trémie, à partir de laquelle elle entre dans la chambre de carbonisation, dans laquelle se produit une réaction exothermique à haute température, c’est-à-dire avec dégagement d’énergie thermique. Cette énergie peut être dirigée vers le séchage préalable des matières premières ou vers les besoins de production, en chauffant les locaux.

L’ensemble du processus de carbonisation comprend les processus suivants : combustion, carbonatation et refroidissement. À son tour, le processus de carbonisation comporte les étapes suivantes :

Phase de séchage : la température atteint 160°C, le taux d’humidité de la biomasse est réduit par évaporation de l’humidité, aucune modification chimique n’intervient à ce stade.

Carbonisation initiale: la température monte à 160-280°C. La biomasse se décompose, sa structure chimique commence à changer.

Carbonisation: la température atteint 300-650 ° C, la biomasse se décompose, une grande quantité de liquide est libérée, notamment de l’acide acétique, du méthanol, des résines de bois, qui sont traitées dans un four sans pénétrer dans l’environnement en raison de la conception spéciale d’ équipement. De plus, des gaz combustibles (méthane, éthane) sont également générés dans le foyer. La biomasse devient charbon de bois. 90 à 99 % du carbone passe dans une suspension liquide sous forme de grains de charbon poreux (C6H2O) avec une taille de pores de 8 à 20 nm. Ainsi, grâce au procédé de carbonisation, un produit poreux unique est obtenu avec une surface poreuse interne d’environ plusieurs stades de football. Une telle structure du biochar obtenu explique ses capacités en tant qu’agent filtrant, retenant les micro-organismes et les substances chimiques à l’intérieur, et un produit liant.

Presque tout le carbone de la biomasse organique est converti en biochar. Le processus de carbonisation dans les fours à charbon GreenPower permet de contrôler la teneur en carbone non volatil du biochar de 70 à 94 %.

Les matières premières qui ont passé l’étape de carbonisation à travers les canaux pour matières premières vont plus loin dans la trémie de stabilisation et à travers le convoyeur à vis sont acheminées vers le déchargement.

Après refroidissement et criblage à la sortie, il se forme également du charbon à grains fins, qui peut être pressé en granulés ou en briquettes pour le barbecue à l’aide de la ligne de briquetage.

Divers produits sont obtenus lors de la carbonisation de la biomasse. La température est l’indicateur le plus important dans ce processus. Le chauffage entraîne la désintégration de biomolécules complexes, à la suite de laquelle de nouvelles substances sont formées: divers gaz et combustibles solides. Si la température dépasse 400 ° C, alors la fraction solide est du charbon de bois, qui est presque à 100% de carbone. Et si la température est comprise entre 200 et 300 ° C, la fraction solide est une masse traitée thermiquement et le processus lui-même s’appelle «torréfaction», lisez notre prochain article sur ce sujet.

Les produits gazeux formés lors de la carbonisation peuvent être partiellement condensés en huile de pyrolyse liquide, qui est utilisée dans une production ultérieure ou peut devenir un carburant de transport. Les gaz non condensables contiennent principalement du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, du méthane, de l’hydrogène. Ces gaz et l’huile de pyrolyse peuvent être utilisés comme combustible.

La température élevée augmente également la valeur calorifique du carburant. La valeur calorifique du charbon de bois peut même dépasser la valeur calorifique du charbon, puisque le charbon de bois contient moins de cendres. La valeur calorifique du bois traité thermiquement (torréfié) est, en règle générale, légèrement supérieure à celle du bois non traité, car la teneur en humidité est beaucoup plus faible par rapport à la matière première, ce qui augmente la densité énergétique.

En tant que matière première pour la production de biochar, diverses biomasses organiques peuvent être utilisées : déchets agricoles, dont le maïs, les balles de riz, etc., coques de diverses noix et graines d’arbres fruitiers, bois de chauffage, déchets de l’exploitation forestière, de la transformation du bois et de la production de papier, la pyrolyse peut donc être le moyen le plus économique de générer de l’électricité à partir de biomatériaux.

Avantages du biochar.

Le biochar est utilisé en agriculture pour augmenter la fertilité des sols secs et appauvris contenant une petite quantité d’humus. La porosité du biochar contribue à une meilleure rétention des nutriments et de l’eau dans le sol. De nombreuses expériences et essais sur le terrain ont confirmé son efficacité pour stimuler la croissance des cultures agricoles même avec peu d’arrosage, ce qui est particulièrement important dans les régions arides et avec un climat changeant. De plus, c’est la structure poreuse du biochar qui améliore la biologie du sol et sa fertilité, en retenant les nutriments pendant longtemps et en les empêchant de se laver, ce qui permet de réduire la quantité d’engrais appliquée au sol. De plus, le biochar fixe durablement le CO2 dans le sol et réduit ainsi les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Le biochar ne contient pas de substances toxiques ni de métaux lourds.

Les principales propriétés du biochar :

Ces dernières années, de plus en plus d’attention est accordée au biochar, car il s’agit d’un engrais prometteur qui peut arrêter le processus de dégradation des sols et prévenir un certain nombre de problèmes économiques et environnementaux mondiaux.
Grâce aux ions actifs contenus dans les engrais biochar, le carbone ne s’évapore pas dans l’environnement, mais reste longtemps dans le sol, facilement absorbé par les racines des plantes. Ainsi, la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère diminue, et en même temps, la menace de l’effet de serre et du réchauffement climatique diminue.
L’amélioration de la fertilité des sols à haut rendement dans un avenir proche apportera une solution au problème de la faim dans les pays en développement, avec la formation ultérieure de leurs économies.
L’utilisation d’un moyen respectueux de l’environnement pour la restauration des sols contribue à éliminer du sol les produits chimiques agressifs précédemment introduits (herbicides, pesticides, autres pesticides), qui affectent non seulement la terre, mais menacent également la santé humaine.
La porosité du biochar assure la rétention des nutriments et de l’humidité dans le sol, qui sont des voies de transport pour les mycorhizes, c’est-à-dire le mycélium, qui augmente la productivité, fournit un accès à l’oxygène aux racines des plantes et à la circulation de l’air.
Améliore la composition des sols infertiles (alumine, loam sableux et sols sableux).
Retient et maintient les nutriments et les oligo-éléments essentiels dans le sol, élimine le problème de leur lessivage.

Ces caractéristiques spécifiques déterminent la variété des façons d’utiliser le biochar. Son utilisation dans l’industrie agricole gagne chaque année un nouvel élan. De plus en plus d’entrepreneurs agricoles se tournent vers la restauration des sols, à la recherche de solutions sûres pour augmenter les rendements.

Le marché du biochar a connu une croissance significative en raison de facteurs tels que l’utilisation plus large du biochar dans la production d’électricité, l’agriculture, la foresterie et autres. La demande croissante de divers produits en agriculture biologique est l’un des principaux facteurs influençant la croissance du marché du biochar. On s’attend également à ce que l’utilisation croissante du biochar dans le traitement de l’eau soit un autre moteur de croissance important tiré par la demande de stations d’épuration des eaux usées dans le monde.