Biohiilet viljelymaan korjaussarjoina

Facebooktwitterlinkedin

13.4.2015

Maanparannushiiltä markkinoidaan ominaisuuksilla, jotka muistuttavat kompostin vaikutuksia maassa. Myös tutkimuksissa on havaittu yhtäläisyyksiä.

 

TEKSTI TOM NIEMI, KUVA SAILA NIEMI

Biohiiltä tuotetaan pyrolyysissä, joka on puhtaasti fysikaalis-kemiallinen, hapettomissa oloissa tapahtuva hallittu palamisreaktio ja joka on vailla biologisen toiminnan häivää lopputuotteen ’bio’ -etuliitteestään huolimatta. Sen sijaan kompostointi on biologinen hajotustapahtuma, joka lisäksi vaatii happea ja pieneliöstöä toimiakseen.

Pyrolyysissä syntyy kaasuja ja tisleitä, jotka voivat olla ensisijaisia tuotteita, ja biohiili sivutuote. Grillihiilen valmistuksessa taas hiili on ensisijainen tuote. Grillaukseen sopimatonta liian hienoa ylijäämähiiliainesta on Suomessa alettu markkinoida maanparannuskäyttöön biohiilenä.

 

Hiilinielu rahaksi?

Biohiilen yhtenä hyvänä ominaisuutena on nostettu esiin, että se toimisi maassa lähes hajoamattomana hiilinieluna. Peltojen maanparannus biohiilellä ei silti ole niin kannattavaa, että sitä varta vasten kannattaisi tuottaa siihen tarkoitukseen.

Jos hiilinielut saataisiin osaksi hiilidioksidin päästökauppaa siten, että maaperään sidotusta hiilestä saisi korvausta, biohiilen markkinat maanparannusaineina saattaisivat muuttua aivan toisenlaisiksi. Tällöin jäteraaka-aineet saattaisivat olla erityisen edullisessa asemassa verrattuna esimerkiksi metsäbiomassasta valmistettavaan biohiileen.

 

”Hajoamaton” biohiili

Tutkimusten valossa vaikuttaa liioitellulta väittää, että biohiili lukittuisi maaperään kivihiilen tavoin. Hyvin merkittävä osa sen hiilestä säilyy kuitenkin maaperässä pitkään.

Tosin myös pitkälle maatunut humus on hyvin hajoamista kestävää. Tämänkaltaista ainesta saadaan peltoon esimerkiksi lisäämällä pitkälle maatunutta kompostia.

Biohiilelle ja kompostille on yhteistä se, että kummankin raaka-aineet ja prosessinohjaus vaikuttavat siihen, kuinka suuri osuus lopputuotteen eloperäisestä aineesta on maassa suhteellisen nopeasti hajoavaa sekä hiilidioksidia vapauttavaa, ja kuinka suuri osuus säilyy pitkään ja lukitsee vastaavasti hiilen pitkäksi aikaa maahan.

Esimerkiksi pyrolyysilämpötila ja viipymä reaktorissa vaikuttavat syntyvän biohiilen hajoamisen kestävyyteen, aivan kuten kompostin hajoamisaste vaikuttaa siihen, kuinka paljon tuotteesta vielä löytyy helposti hajoavaa eloperäistä ainesta.

Lisäksi eloperäisen aineksen hajoaminen maassa on hyvin olosuhderiippuvaista. Tropiikeissa hajoaminen on yleensä nopeaa. Siellä hitaasti hajoavasta biohiilestä saadaan suurin hyöty hiilinieluna. Viileissä oloissa tilanne on toinen. Huomattava osa julkaistuista viljely- ja maaperäkokeista on tehty trooppisissa tai subtrooppisissa oloissa, mikä kannattaa ottaa huomioon, kun markkinoi biohiilen hyviä vaikutuksista niin satoihin kuin viljelymaihinkin.

 

Pidätyskykyä ja lannoitusvaikutusta

Eloperäisen aineksen lisääminen maahan parantaa yleensä maan veden- ja ravinteidenpidätyskykyä. Biohiili toimii tässä samoin kuin esimerkiksi komposti. Ravinteidenpidätyskyky paranee, kun lisätyn eloperäisen aineksen kationinvaihtokyky on suurempi kuin maa-aineksen. Monet keskeiset kasvinravinteet ovat maaliuoksessa kationeina. Ne pidättyvät maahiukkasten ja orgaanisen aineksen kationinvaihtopaikoille kasveille silti käyttökelpoisina, mutta huuhtoutumiselta paremmin suojassa kuin maanesteessä olevat kationit.

Suomessa tehdyssä tutkimuksella biohiilen vedenpidätystä parantavalla vaikutuksella olisi merkitystä lähinnä karkeilla mailla. Hienorakeisilla mailla vedenpidätys ei ole muutenkaan ongelma. Jäykkien savimaiden rakenteen parantamisessa olisi taas etua, jos sinne lisätään suhteellisen hajoavaa orgaanista ainesta. Sinne ”hajoamaton” biohiili ei välttämättä ole optimaalisin maanparannusaine.

Runsaasti ravinteita sisältäneellä raaka-aineella kuten esimerkiksi puhdistamolietteellä on lannoitusvaikutusta myös pyrolyysin jälkeen.

Sen sijaan toista ääripäätä edustavan puuperäisen biohiilen lannoitusvaikutus on heikko. Joissakin tapauksissa biohiili voi alkuun jopa sitoa typpeä maasta pois kasvien ulottuvilta.

Biohiilen lannoitusvaikutus on siis yleisesti ottaen vaihteleva kuten kompostinkin, ellei tuotetta ole karakterisoitu sen tarkemmin.

Päästöt kuriin

Typpioksiduuli (N2O) eli ilokaasu on hiilidioksidia lähes 300 kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu. Peltojen typpilannoitus on yksi merkittäviä ilokaasun päästölähde. Sen vähentämisessä biohiilellä on lupaavia ominaisuuksia.

Suomessa tehdyssä tutkimuksessa biohiilen vaikutus ei tosin ollut havaittava, mutta useissa ulkomailla tehdyissä kokeissa päästövähennys on ollut selvä.

Vielä ei tosin olla varmoja, millä mekanismilla biohiili hillitsee N2O-päästöjä maasta, ja kuinka tehokkaasti meidän oloissamme.

Kompostin, kuten muidenkin typpilannoitusvaikutusta omaavien ainesten levitys yleensä kasvattaa myös peltojen N2O-päästöjä. Toisaalta on viitteitä siitä, että vähän ravinteita sisältävät kasviperäiset kompostit hillitsisivät muun lannoituksen lisäämää N2O-päästöriskiä.

Jätteitä kompostoitaessa ammoniakki-, metaani- ja ilokaasupäästöt halutaan mahdollisimman pieniksi. Puuperäisen biohiilen sekoittaminen kompostoitavaan ainekseen vaikuttaa julkaistujen tietojen valossa lupaavalta tavalta vähentää kompostoinnin typpihävikkiä ja muita haitallisia päästöjä.

Suomessa on myös tutkittu sitä, voisiko biohiilen lisäys vähentää fosforin huuhtoutumista pellosta. MTT:n tutkimuksissa mukana ollut puuperäinen biohiili ei lisännyt fosforin sitoutumista maahan, vaan päinvastoin lisäsi hieman sen liukoisuutta ja huuhtoutumisriskiä.

Toisaalta, jos itsessään vähän fosforia sisältävä aines parantaa maassa jo olevan fosforin liukoisuutta ja käyttökelpoisuutta kasveille, saatetaan pärjätä entistä pienemmillä fosforilannoitusmäärillä, mikä taas on hyvä asia.

Biohiilen tutkimusta tehdään maailmalla laajalla rintamalla. Niin lupaavia ominaisuuksia kuin ongelmiakin on havaittu. Hankkeiden painopiste on silti ollut muissa kuin jäteperäisissä biohiilissä.

Ennen käytännön investointeja kannatta tarkasti selvittää, millaisia ominaisuuksia saadaan jonkun tietyn jätekoostumuksen pyrolyysituotteesta, eikä pelkästään olettaa sen olevan samanlaista kuin tutkimustulosten keskimääräinen biohiili.

 

Lähdeaineistoa:

Cayuela, M.L., van Zwieten, L., Singh, B.P., Jeffery, S., Roig, A. & Sánchez-Monedero 2014. Biochar’s role in mitigationg soil nitrous oxide emissions: A review and meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment 191:5-16.

Dalal, R.C., Gibson, I., Allen, D.E. & Menzies N.W. 2010. Green waste compost reduces nitrous oxide emissions from feedlot manure applied to soil. Agriculture, Ecosystems and Environment 136:273-281.

Fagernäs, L., Kuoppala, E., Ranta, J., Arpiainen, V., Tiilikkala, K., Kemppainen, R., Hagner, M. & Setälä, H. 2014. Hidaspyrolyysituotteiden hyödyntäminen ja tuotannon kannattavuus. Biohiili ja tisle. VTT Technology 182. 74 s. ISBN 978-951-38-8277-8. http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2014/T182.pdf

Jeffrey, S., Verheijen, F.G.A., van der Velde, M. & Bastos, A.C. 2011. A quantitative review of the effects of biochar application to soils on crop productivity using meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment 144:175-187.

Karhu, K., Mattila, T., Bergström, I. & Regina, K. 2011. Biochar addition toagricultural soil increased CH4 uptake and water holding capacity – Results from a short term pilot field study. Agriculture, Ecosystems and Environment 140:309-311.

Liu, J., Schulz, H. & Brandl, S. 2012. Short.term effect of biochar and compost on soil fertility and water status of a Dystric Cambisol in NE Germany under field conditions. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 175:5:698-707.

Hossain, M.K., Stretzov, V., Yin Chan, K. & Nelson, P.F. 2010. Agronomic properties of wastewater sludge on biochar and bioavailability of metals in production of cherry tomato (Lycopersicon esculentum). Chemosphere 78:1167-1171.

Soinne, H., Hovi, J., Tammeorg P. & Turtola, E. 2014. Effect of biochar on phosphorus sorption and clay soil aggregate stability. Geoderma 219-220:162-167.

Tammeorg, P.. Simojoki, A., Mäkelä, P., Stoddard, F.L..  Alakukku, L. & Helenius, J. 2014. Short-term effects of biochar on soil properties and wheat yield formation with meat bone meal and inorganic fertiliser on a boreal loamy sand. Agriculture, Ecosystems and Environment 191:108-116.

Facebooktwitterlinkedin