بیوچار چیست؟

بیوچار یک ماده طبیعی بر پایه کربن و محصول جامد حاصل از فرآیند پیرولیز انواع زیست‌توده‌ها است. پیرولیز، تجزیه ترموشیمیایی زیست‌توده در دماهای بالا و در محیطی بی‌اثر است.

ساختار بیوچار

بیوچار از ترکیباتی شامل کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، گوگرد و خاکستر معدنی در درصدهای مختلف تشکیل شده است. مقادیر هر یک از این عناصر و خاکستر در بیوچار تحت تأثیر منبع اولیه زیست‌توده، شرایط پیرولیز و روش‌های پیش‌تیمار و پس‌تیمار قرار می‌گیرد. فرآیندهای پیرولیز زنجیره‌های کربنی آلیفاتیک زیست‌توده را به ساختارهای آروماتیک کربن در بیوچار تبدیل می‌کند. نسبت H/C  بالاتر نشان‌دهنده درجه بالاتر آروماتیزاسیون در ساختار بیوچار است، در حالی که نسبت‌های بالاتر O/C و N/C حاکی از گروه‌های عاملی قطبی سطحی و دوپ‌شده بیشتری است که موجب بهبود آب‌دوستی بیوچار می‌شوند. به‌طور خاص، بیوچار به‌عنوان یک کربن غیرگرافیتی/غیرقابل گرافیت‌شدن شناخته می‌شود که شامل گروه‌های مختلفی از صفحات کربنی موازی و موضعی است که با یکدیگر اتصال عرضی دارند.

چه چیزی بیوچار را چندمنظوره کرده است؟

بیوچار یک ماده کربنی با پایداری حرارتی، مکانیکی و شیمیایی بالا و دارای ویژگی‌های قابل تنظیم است. چندین روش اصلاح شامل انتخاب زیست‌توده مناسب، کنترل شرایط پیرولیز، دوپ کردن هترواتم ها، گروه های عاملی سطحی، فعال‌سازی و ترکیب با مواد دیگر می‌توانند برای بهبود ویژگی‌های خاص بیوچار مانند تخلخل، سطح ویژه، آب‌دوستی، و مورفولوژی به کار گرفته شوند. چندمنظوره بودن بیوچار آن را به ماده‌ای ارزشمند در کشاورزی، صنعت و مدیریت زیست‌محیطی تبدیل کرده که پتانسیل قابل توجهی در پایداری و کاهش تغییرات اقلیمی دارد.

کاربردهای بیوچار

بیوچار به دلیل ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیست‌محیطی منحصربه‌فرد خود کاربردهای گسترده‌ای دارد. در ادامه برخی از کاربردهای کلیدی آن آورده شده است:

1. اصلاح خاک و کشاورزی
• بهبود ساختار خاک، حفظ آب و افزایش در دسترس بودن مواد مغذی
• ذخیره‌سازی کربن در خاک و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای
• خنثی‌سازی خاک‌های اسیدی و افزایش فعالیت میکروبی
• ایجاد زیستگاه برای میکروب‌های مفید که آفات را سرکوب می‌کنند.
2. جاذب برای تصفیه آب
• حذف آلاینده‌هایی مانند فلزات سنگین، آلاینده‌های آلی و مواد مغذی اضافی از آب.
3. انرژی و سوخت
• تولید بیوانرژی: محصولات جانبی تولید بیوچار شامل بیو‌روغن و گاز سنتزی است که می‌توانند به‌عنوان منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده شوند.
• سوخت جامد: به‌عنوان یک سوخت پاک و کارآمد در اجاق‌ها یا فرآیندهای صنعتی به کار می‌رود.
• الکترود برای ابرخازن‌های آبی، آلی و حالت جامد
• آند در باتری‌های لیتیوم-یونی
4. مواد ساختمانی
• افزایش خواص بتن و سایر مواد ساختمانی هنگام استفاده به‌عنوان افزودنی.
5. کاتالیزور
• به‌عنوان کاتالیزور یا پایه کاتالیزور در فرآیندهای شیمیایی.
6. کاهش تغییرات اقلیمی
• فناوری کربن منفی: کربن را برای مدت طولانی ذخیره می‌کند و به کاهش CO₂ اتمسفر کمک می‌کند.
• کاهش انتشار متان: آزادسازی متان از سیستم‌های کشاورزی و پسماند را مهار می‌کند.