Biyokömür
Biyokömür (İngilizce: Biochar), biyokütlenin (odun, tarımsal atıklar, gübre vb.) oksijensiz veya sınırlı oksijenli bir ortamda piroliz (ısıl bozunma) işlemine tabi tutulmasıyla elde edilen, karbon açısından zengin, ince taneli ve gözenekli bir maddedir.[1] Uluslararası Biyokömür Girişimi (IBI), biyokömürü "oksijenin sınırlı olduğu bir ortamda biyokütlenin termokimyasal dönüşümüyle elde edilen katı malzeme" olarak tanımlar.[1]
Odun kömüründen (mangal kömürü) temel farkı üretim amacıdır; yakıt olarak yakılmak için değil, toprak verimliliğini artırmak ve atmosferdeki karbon dioksiti (CO2) uzun vadeli olarak toprakta hapsederek iklim değişikliği ile mücadele etmek amacıyla üretilir.[2]
Tarihçe
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyokömür kullanımı, Amazon Havzası'ndaki yerli halkların tarımsal uygulamalarına, Kolomb öncesi dönemlere kadar uzanır. Yerliler, bitki atıklarını tamamen yakmak yerine üzerini toprakla örterek içten içe yanmasını sağlayan "kes ve kömürleştir" (slash-and-char) yöntemini kullanmışlardır.[3] Bu süreç sonucunda, bölgedeki verimsiz tropikal topraklarda Terra Preta (Portekizce: Kara Toprak) adı verilen, binlerce yıl sonra bile verimliliğini ve yüksek karbon içeriğini koruyan topraklar oluşmuştur.[4]
Üretim Yöntemleri
[değiştir | kaynağı değiştir]
Biyokömür üretimi, biyokütlenin termal bozunması (piroliz) esasına dayanır. Sıcaklık ve bekleme süresi ürünün kalitesini belirler.
Piroliz ve Gazifikasyon
[değiştir | kaynağı değiştir]- Yavaş Piroliz: Yaklaşık 350-500°C sıcaklıklarda ve uzun sürede gerçekleşir. Biyokömür verimi yüksektir (%35 civarı). Toprak verimliliği için ideal olan yöntemdir.[5]
- Hızlı Piroliz: Daha yüksek sıcaklıklarda ve saniyeler içinde gerçekleşir. Temel amaç biyo-yağ üretimidir (%60), kömür yan ürün olarak (%20 civarı) çıkar.[5]
- Gazlaştırma: 800°C ve üzeri sıcaklıklarda gerçekleşir. Ana ürün sentez gazıdır (Syngas), biyokömür verimi düşüktür ancak yüzey alanı çok geniştir.[6]
Hidrotermal Karbonizasyon (Hidrokömür)
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyokütlenin su içinde ve basınç altında ısıl işlem görmesiyle (hidrotermal karbonizasyon) elde edilen ürüne Hidrokömür (Hydrochar) denir. Teknik olarak biyokömürden farklıdır; özellikleri biyokütle ile kömür arasındadır ve üretiminde kurutma işlemi gerektirmez.[7]
Fizikokimyasal Özellikler
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyokömürün yapısı ham maddeye ve üretim sıcaklığına göre değişir:
- Gözeneklilik: Biyokömür, gram başına yüzlerce metrekareye ulaşan devasa bir yüzey alanına sahiptir. Bu yapı suyun ve besinlerin fiziksel olarak tutulmasını sağlar.[8]
- Karbon Yapısı: Düşük sıcaklıklarda amorf karbon yapısı hakimken, sıcaklık arttıkça (özellikle 600°C üzeri) grafen benzeri tabakalar oluşur ve malzemenin elektriksel iletkenliği artar.[9]
- pH Değeri: Genellikle alkalidir, bu da onu asidik topraklar için iyi bir düzenleyici yapar.
Kullanım Alanları
[değiştir | kaynağı değiştir]Tarım ve Toprak Islahı
[değiştir | kaynağı değiştir]
Biyokömür, tarımsal verimliliği artırmak için toprağa uygulanır:
- Su ve Besin Tutma: Toprağın su tutma kapasitesini artırır ve azot, fosfor gibi gübrelerin yağmur sularıyla yıkanıp yeraltı sularına karışmasını (leaching) önler.[10]
- Mikrobiyal Aktivite: Gözenekli yapısı, yararlı toprak bakterileri ve mantarları için korunaklı bir habitat sağlar.[11]
- Asitlik Giderme: Toprak pH seviyesini yükselterek asiditeyi düşürür.[12]
İklim Değişikliği (Karbon Yutağı)
[değiştir | kaynağı değiştir]Bitkisel atıkların doğal çürümesi atmosfere karbondioksit ve metan salar. Biyokömür üretimi ise bu karbonu stabilize eder ve yüzlerce, hatta binlerce yıl boyunca toprakta saklar (Karbon sekestrasyonu).[2] Ayrıca biyokömür uygulanan tarım topraklarından, karbondioksitten çok daha güçlü bir sera gazı olan Nitröz oksit (N2O) salınımının %80'e varan oranlarda azaldığı gözlemlenmiştir.[13]
İnşaat Sektörü
[değiştir | kaynağı değiştir]Biyokömür, beton ve harç üretiminde "yeşil katkı maddesi" olarak kullanılmaktadır. %1-2 oranında biyokömür eklenmesinin, betonun mukavemetini ve esnekliğini artırdığı, aynı zamanda yapının karbon ayak izini düşürdüğü tespit edilmiştir.[14]
Hayvancılık
[değiştir | kaynağı değiştir]Yem katkısı olarak kullanıldığında hayvanların sindirim sistemini düzenlediği ve geviş getiren hayvanlarda (sığır vb.) metan gazı üretimini azalttığı belirtilmektedir. Ayrıca hayvan altlıklarına karıştırılarak koku ve amonyak salınımını azaltır.[15]
Su Arıtma
[değiştir | kaynağı değiştir]Aktif karbona benzer şekilde, atık sulardaki ağır metalleri, boyaları, farmasötik kalıntıları (ilaç atıkları) ve diğer organik kirleticileri adsorbe etmek (tutmak) için etkili ve düşük maliyetli bir yöntemdir.[16]
Çevresel Riskler
[değiştir | kaynağı değiştir]Yanlış hammadde (örneğin ağır metal içeren atıklar) kullanımı veya toprağa aşırı miktarda uygulama yapılması, toprak pH dengesini bozabilir, tuzluluğu artırabilir veya toprak canlılarına zarar verebilir.[17]
Ayrıca bakınız
[değiştir | kaynağı değiştir]Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ a b "Standardized production definition and product testing guidelines for biochar that is used in soil" (PDF). International Biochar Initiative. 23 Kasım 2015.
- ^ a b Woolf, Dominic (2010). "Sustainable biochar to mitigate global climate change". Nature Communications. 1 (5): 56. doi:10.1038/ncomms1053.
- ^ Lehmann, Johannes (2007). "A handful of carbon". Nature. 447: 143-144. doi:10.1038/447143a.
- ^ Glaser, Bruno (2002). "Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal – a review". Biology and Fertility of Soils. 35: 219-230.
- ^ a b Winsley, Peter (2007). "Biochar and bioenergy production for climate change mitigation". New Zealand Science Review. 64.
- ^ Rollinson, Andrew N (2016). "Gasification reactor engineering approach to understanding the formation of biochar properties". Proceedings of the Royal Society. doi:10.1098/rspa.2015.0841.
- ^ Kambo, Harpreet Singh (2015). "A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physicochemical properties and applications". Renewable and Sustainable Energy Reviews. doi:10.1016/j.rser.2015.01.050.
- ^ Mochidzuki, Kazuhiro (2003). "Electrical and Physical Properties of Carbonized Charcoals". Industrial & Engineering Chemistry Research. 42. doi:10.1021/ie030358e.
- ^ Budai, Alice (2016). "Biochar persistence, priming and microbial responses to pyrolysis temperature series". Biology and Fertility of Soils. doi:10.1007/s00374-016-1116-6.
- ^ Razzaghi, Fatemeh (2020). "Does biochar improve soil water retention? A systematic review and meta-analysis". Geoderma. doi:10.1016/j.geoderma.2019.114055.
- ^ "Interview with Dr Elaine Ingham". 17 Şubat 2015.
- ^ Dai, Zhongmin (2017). "Potential role of biochars in decreasing soil acidification - A critical review". The Science of the Total Environment. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.12.169.
- ^ "Biochar decreased N2O emissions from soils". FERTIPLUS. 2015.
- ^ Suarez-Riera, D. (2020). "The use of Biochar to reduce the carbon footprint of cement-based materials". Procedia Structural Integrity. doi:10.1016/j.prostr.2020.06.023.
- ^ Schmidt, Hans-Peter (2019). "The use of biochar in animal feeding". PeerJ. doi:10.7717/peerj.7373.
- ^ Mukarunyana, Brigitte (2023). "The ability of biochars from cookstoves to remove pharmaceuticals and personal care products from hospital wastewater". Environmental Technology & Innovation. doi:10.1016/j.eti.2023.103391.
- ^ Brtnicky, Martin (2021). "A critical review of the possible adverse effects of biochar in the soil environment". Science of the Total Environment. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.148756.
