Una nuova ricerca degli scienziati del Texas A&M AgriLife Research mostra che il biochar ha il potenziale per rendere la digestione anaerobica del letame animale un metodo più efficiente per liberare le fattorie dai rifiuti mentre produce metano per l'energia.

Biochar è un materiale di carbone artificiale composto da rifiuti agricoli tra cui letame, residui colturali ed erbe foraggere. Può essere utilizzato come fertilizzante sostenibile e per filtrare un'ampia gamma di contaminanti, compresi gli antibiotici, pesticidi e ormoni nelle acque reflue e nell'acqua, nonché per catturare gas serra e odori come anidride carbonica e ammoniaca.

"Effetti del biochar derivato da letame caseario su psicrofilia, digestioni anaerobiche mesofile e termofile di letame da latte" del Dr. Hyun Min Jang, Ingegnere ambientale AgriLife Research, Dott. Yong-Keun Choi, Ricercatore della Tarleton State University e Dr. Eunsung Kan, AgriLife Research ingegnere chimico e ambientale a Stephenville, è stato pubblicato di recente su Tecnologia Biosource .

L'articolo discute il potenziale dell'utilizzo del biochar come materiale accelerante per rendere più efficiente la digestione anaerobica del letame lattiero-caseario nei bioreattori per migliorare la decomposizione dei rifiuti e la produzione di gas metano.

L'attuale gestione del letame degli allevamenti include l'applicazione dei rifiuti ai terreni coltivati, ha detto Kan. I metodi attuali spesso generano odori e gas serra e possono causare problemi ecologici a valle, come fioriture di alghe e acque sotterranee contaminate.

"Il valore della nuova ricerca è che il letame può essere una fonte di problemi, e la digestione anaerobica utilizzando biochar serve a smaltire il letame mentre produce metano per alimentare l'azienda agricola ed eventualmente essere venduto a servizi di pubblica utilità locali, " Egli ha detto.

Kan ha detto che il letame è una fonte molto ricca di batteri coinvolti nella digestione anaerobica, che include batteri fermentativi e produttori di metano, per convertire il letame in metano in biogas e acidi organici volatili.

I batteri metanogeni sono di particolare interesse per Kan a causa del loro potenziale di produrre gas metano a una velocità che potrebbe alimentare una fattoria. Però, i batteri metanogeni si sono rivelati il ​​fattore limitante per la digestione anaerobica a causa delle loro risposte sensibili alle condizioni operative come la temperatura e i livelli di pH.

Kan ha affermato che i bioreattori utilizzati per eseguire la digestione anaerobica dei rifiuti - i digestori - funzionano bene solo quando le condizioni ambientali sono buone per entrambi i tipi di batteri.

"A volte le condizioni ambientali rendono difficile operare la digestione anaerobica negli allevamenti caseari in aree come il Wisconsin o il Texas dove le variabilità meteorologiche sono estreme, " ha detto. "Ciò renderebbe il processo incoerente e difficile da controllare".

La digestione anaerobica del letame determina un pH basso e altre condizioni indesiderabili nel bioreattore, che rallentano o inibiscono la crescita e il metabolismo dei batteri metanogeni quando le condizioni operative non sono ottimali, ha detto Kan.

Jang, l'autore principale, studiato come l'uso di biochar potrebbe superare questi problemi operativi.

Il biochar derivato dal letame è alcalino con un pH di 8-9, Kan ha detto, e può agire come un eccellente tampone per mantenere il pH ottimale per i batteri metanogeni, che è intorno a pH 7. Contiene alti livelli di nutrienti e minerali per supportare un'elevata crescita batterica, mentre il suo alto contenuto di carbonio arricchisce la comunità microbica associata alla digestione anaerobica.

Finora Kan e Jang hanno testato bassi rapporti biochar-letame con risultati promettenti. Il letame da latte mescolato senza biochar e 0,1-1 percento di biochar ha mostrato che l'aggiunta di biochar ha aumentato la produzione di metano di circa il 40 percento e ha ridotto il tempo di produzione per raggiungere la produzione di biogas target del 50-70 percento.

"Ha diminuito la fase di latenza, che è il tempo che trascorre prima che inizi la produzione, e dimezzare il tempo di produzione del biogas ogni volta che aggiungiamo più biochar, " ha detto. "Il tempo di produzione è un fattore significativo per un caseificio con diciamo 1, 000 mucche che ne producono 8, 000 chilogrammi di letame secco ogni giorno, ma ridurre il tempo di digestione significa anche ridurre della metà le dimensioni del bioreattore anaerobico".

Ridurre il tempo di ritenzione e l'ingombro dei digestori significherebbe un minor costo di investimento iniziale, consumo d'acqua, costi delle utenze, costi operativi e fabbisogno di terreno, ha detto Kan.

Ma Kan ha affermato che sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere i cambiamenti nelle comunità microbiche con biochar e per determinare le condizioni ottimali per la digestione anaerobica del letame prima che i ricercatori possano costruire una versione in scala che può essere testata e eventualmente applicata su scala per un caseificio funzionante.

Kan ritiene che la tecnologia attuale - lagune per la gestione del letame da latte - potrebbe essere aggiornata a digestori anaerobici coperti e miscelati con biochar. L'utilizzo del biochar nelle lagune anaerobiche migliorate migliorerebbe la produzione di biogas e ridurrebbe i tempi di trattamento catturando gas serra e odori.

Ha detto che ci sono buone indicazioni che i ricercatori potrebbero ottimizzare le condizioni per poi passare a un test pilota su un caseificio entro i prossimi anni.

"Ci sono buone indicazioni che il biochar renderà la digestione anaerobica una soluzione praticabile per una gestione più efficiente del letame animale con operazioni più semplici rispetto alle digestioni anaerobiche convenzionali, " ha affermato. "Quando ottimizzeremo le condizioni e passeremo alla fase di test su un caseificio, allora sapremo quale investimento di capitale e impronta sarebbero necessari per costruire digestori sostenibili in grado di soddisfare le esigenze di smaltimento e quindi applicarlo ad altre operazioni in base alle loro capacità."