Senk temperaturen i biokullproduksjon

Forkullet biomasse i form av biokull bidrar til økt jordkvalitet og reduserte klimagassutslipp dersom det tilføres jord. I motsetning til ubehandlet organisk materiale som løv eller kompost, blir biokull nemlig værende i jorden fordi det har en kjemisk struktur som gjør det vanskelig for mikroorganismene som finnes der å bryte det ned. Det betyr at karbonet som biokullet består av i relativt liten grad forsvinner ut igjen som karbondioksid til atmosfæren.

For å produsere biokull blir organiske avfallsprodukter fra landbruket, for eksempel maiskolber eller halm, varmet opp til høye temperaturer under oksygenfrie forhold. Denne prosessen kalles pyrolyse og er svært energikrevende ettersom temperaturene som blir brukt i industriell fremstilling gjerne stiger til godt over 600 grader.

De siste årene har Alice Budai, stipendiat og forsker ved NIBIO, undersøkt om det er mulig å produsere et stabilt biokull av god kvalitet ved bruk av lavere temperatur enn det som til nå har vært vanlig praksis.

Resultatene fra forsøkene hennes er tydelige: Biokull som er produsert ved en temperatur på rundt 400 grader har egenskaper som gjør det til et godt og stabilt produkt, det vil si at det potensielt kan bidra til karbonlagring i jord i flere hundre år. Ikke nok med det, undersøkelsene til Budai viser at ingen ytterligere stabilitet ved biokullet blir oppnådd hvis høyere temperaturer enn dette blir brukt i produksjonsprosessen. 

Biokull for karbonlagring over tid

Karbontilførsel er viktig for å danne humus og mold i jord, som igjen er viktig for jordas struktur og omsetningen av næringsstoffer for plantene som vokser der. Det finnes mange måter å tilføre karbon til jorden på, blant annet gjennom gjødsel i form av fersk biomasse som halm eller kompost.

I motsetning til biokull, er disse karbonkildene i varierende grad nedbrytbare. Det vil si at mikroorganismene i jorden før eller siden spiser dem opp og karbonet slippes ut i atmosfæren som karbondioksid. Dette er uheldig for miljøet.

– Biokull har helt særegne egenskaper og er den mest stabile naturlige karbonkilden vi vet om i dag. Akkurat hvor stabilt det er avhenger imidlertid av hva slags biomasse kullet er laget av, pyrolysemetode og særlig produksjonstemperatur, forteller Alice Budai.

Sammen med kolleger har hun i sitt doktorgradsarbeid testet hva temperatur under produksjonsprosessen har å si for stabiliteten til biokull laget av maiskolber og en type gras som heter Miscantus. Forsøkene ble foretatt i et laboratorium der hun testet 34 typer biokull på ulike temperaturer mellom 230 og 800 grader Celsius.

– Vi ønsket å finne ut på hvilken temperatur det organiske materialet, som i utgangspunktet er relativt lett nedbrytbart, blir til et stabilt biokull som er tungt nedbrytbart, sier hun.

Såpass store temperaturforskjeller har nemlig mye å si for energibruk og ikke minst økonomiske kostnader knyttet til produksjonsprosessen. I tillegg bidrar oppvarmingsprosessen i seg selv til karbontap fra materialet som behandles. Jo lavere temperaturer som brukes, desto mer karbon bevares.

– Temperaturen har altså ikke bare betydning for hvor motstandsdyktig biokullet er mot nedbryting, det har også noe å si for hvor mye biokull man faktisk sitter igjen med etter pyrolysebehandling av det organiske materialet biokullet er laget av, forteller forskeren. 

Maksstabilitet nådd ved 400 grader

For å måle den biologiske stabiliteten i biokullet, det vil si hvor lenge biokull blir værende i jord, studerte Budai blant annet den kjemiske strukturen til biokulltypene produsert ved ulike temperaturer og produksjonsmetoder. Hun oppdaget at de største endringene i biomassen skjedde ved produksjonstemperaturer på mellom 200 og 400 grader. Videre steg stabiliteten ved sluttproduktet jo varmere det ble, men kun opp til et visst punkt.

– Vi fant ut at en pyrolysetemperatur på mellom 370 og 400 grader var nødvendig for at biokullet skulle være motstandsdyktig for nedbryting i jord. Høyere temperaturer enn dette, hadde imidlertid liten eller ingen effekt på biokullets stabilitet, sier hun.

Med tanke på at industrielle produsenter av biokull gjerne fremstiller produktet på temperaturer på godt over 600 grader, er det verdt å bite seg merke i at en så høy temperatur har lite å si for hvor motstandsdyktig kullet er for nedbryting i jord.

– Vi sammenliknet biokull produsert på 370, 400 og 700 grader med et biokull produsert i en stor reaktor på rundt 600 grader. Etter ett år så vi ingen forskjell i stabiliteten til de ulike kulltypene. I et kortere laboratorieforsøk sammenliknet vi kulltypene og målte omtrent like stor motstand mot nedbryting i alle, sier Budai.

Det fortalte forskerne at det er liten grunn til å overstige 400 grader når man skal produsere biokull, særlig ettersom mengden biokull man får ut av pyrolyseprosessen avtar jo varmere det blir.

– Biokull laget ved 400 grader viste seg dessuten å holde på mer næring i jord enn biokull laget ved både lavere og høyere temperaturer, forteller Budai og legger til at også dette er en god grunn til å ikke sløse med energi og heller målsette en temperatur på 400 grader i produksjonsprosessen.

Biokull har mange positive egenskaper

Måling av biokullets holdbarhet i jord er ingen enkel affære. I og med at det brytes ned såpass sakte, eksisterer det nemlig få langtidsforsøk på området. I tillegg kan det være ytre forhold som bidrar til at biokull forsvinner fra jorden, som for eksempel jorderosjon og avrenning på grunn av nedbør.

På grunn av dets mange positive egenskaper, kan biokull likevel være viktig bidragsyter for å oppnå et klimanøytralt landbruk. Foreløpig er det imidlertid svært få som bedriver storskalaproduksjon, i hvert fall i Norge.

– Vårt håp er at resultatene fra forskningen vår kan bidra til en endring her og at det blir kjent at et godt og stabilt biokull kan produseres på langt lavere temperaturer enn det som hittil har vært vanlig, sier Budai og legger til at for å få til dette, må produktet også etterspørres av markedet i større grad enn det gjør i dag.

– Biokull lagrer karbon, det tilfører jord viktige næringsstoffer, det øker jordens pH og bedrer jordens evne til å holde på vann. For at storskalaproduksjon skal iverksettes, må imidlertid bønder få øynene opp for dette produktet og det krever blant annet mer kunnskap og at myndighetene lager gode incentivordninger som kompenserer bøndene for å ta det i bruk. Akkurat her har vi fremdeles en vei å gå, avslutter hun.