Biochar – Saudi Biochar Research Group

Bioالفحم الحيوي: تعديل محتمل للتربة

يعتبر الفحم الحيوي مادة كربونية تنتج من خلال الانحلال الحراري للمواد العضوية تحت ظروف متحكم فيها والذي برز كأداة متعددة الأوجه مع تطبيقات متنوعة عبر الزراعة والعلوم البيئية والتخفيف من تغير المناخ. يمثل إنتاج الفحم الحيوي الناتج من خلال الانحالل الحراري للكتلة الحيوية العضوية عملية تحويلية. حيث تعرض الكتلة الحيوية لدرجات حرارة مرتفعة في بيئة منخفضة الأكسجين، مما يؤدي إلى الإطالق المتزامن للمركبات المتطايرة مثل الميثان والهيدروجين، وتشكيل بنية كربونية مسامية ومستقرة تعرف باسم الفحم الحيوي. أدت الخصائص الفريدة للفحم الحيوي إلى استكشافه في مختلف التخصصات العلمية والتطبيقات العملية.

في مجال الزراعة، أظهر البيوتشار وعدًا كبيرًا كمادة تعديلية للتربة (Lehmann وآخرون، 2007). عند دمج البيوتشار في التربة، يعزز خصائصها الفيزيائية والكيميائية، مما يسهم في تحسين احتفاظها بالماء وتوافر المغذيات، وبنية التربة بشكل عام. وهذا، بدوره، يعزز النشاط الميكروبي ونمو الجذور، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج المحاصيل وتحسين خصوبة التربة. طبيعة البيوتشار الدائمة في التربة تجعلها أداة قيمة أيضًا لتخزين الكربون على المدى الطويل (Woolf وآخرون، 2010). من خلال تأمين الكربون لفترات طويلة، يمكن للبيوتشار أن يلعب دورًا حاسمًا في مكافحة تغير المناخ من خلال تقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الغلاف الجوي.

لا تقتصر إمكانات الفحم الحيوي على الزراعة وحدها. في مجال اإلدارة البيئية أيضاً وجد الفحم الحيوي تطبيقا في أنظمة معالجة المياه (2014 .,al et Mukherjee). بفضل هيكله المسامي العالي وسعته الامتصاصية العالي يزيل الفحم الحيوي بشكل فعال الملوثات من مصادر المياه وتحسين جودة المياه والمساهمة في الحفاظ على النظم البيئية المائية.

بالإضافة إلى تطبيقاته في الزراعة والإدارة البيئية، يوفر إنتاج الفحم الحيوي نفسه ميزة في شكل موارد الطاقة المتجددة (1999 .,al et Bridgwater). تولد عملية الانحلال الحراري الحرارة والغاز التخليقي والتي يمكن تسخيرها إلنتاج الطاقة. تضيف هذه الفائدة المزدوجة للتخلص من الكتلة الحيوية للمخلفات وإنتاج الطاقة المتجددة إلى جاذبية الفحم الحيوي كتقنية مستدامة ومسؤولة بيئيا.

باإلضافة إلى تطبيقاته في الزراعة واإلدارة البيئية، يوفر إنتاج الفحم الحيوي نفسه ميزة في شكل موارد الطاقة المتجددة )1999 .,al et Bridgwater). تولد عملية االنحالل الحراري الحرارة والغاز التخليقي والتي يمكن تسخيرها إلنتاج الطاقة. تضيف هذه الفائدة المزدوجة للتخلص من الكتلة الحيوية للمخلفات وإنتاج الطاقة المتجددة إلى جاذبية الفحم الحيوي كتقنية مستدامة ومسؤولة بيئيا

تؤكد المجموعة المتنامية من الأبحاث المحيطة بالفحم الحيوي على تنوعها وقدرتها على مواجهة التحديات المعاصرة في مختلف القطاعات. سواء كان الأمر يتعلق بتعزيز الإنتاجية الزراعية أو عزل الكربون أو تحسين جودة المياه أو تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أو المساهمة في إنتاج الطاقة المستدامة، وبالتالي يمثل الفحم الحيوي كأداة قوية في السعي وراء ممارسات أكثر استدامة بيئيا وكوكب أكثر صحة.

خصائص وأهمية الفحم الحيوي

الفحم الحيوي، مادة واعدة وصديقة للبيئة، يمتلك مجموعة واسعة من الخصائص المميزة التي تجعل منه مورد مهم في مختلف الصناعات. تمتد فوائده العديدة إلى ما هو أبعد من حلوالً تحسين التربة التقليدية، حيث يقدم مبتكرة لبعض التحديات األكثر إلحا ًحا التي نواجهها اليوم.
فيما يلي بعض خصائص وفوائد الفحم الحيوي الرئيسي

خصائص الفحم الحيوي:

المسامية

يمتلك الفحم الحيوي بنية مسامية عالية، ويتميز بشبكة من المسام الصغيرة والكبيرة. تمنح هذه المسامية الفحم الحيوي مساحة سطحية عالية، والتي تكون مفيدة لمختلف التطبيقات.

االستقرار

الفحم الحيوي مقاوم للتحلل، مما يجعله شكالً مستق ًرا من الكربون. ويمكن أن يستمر في التربة لمئات إلى آالف السنين، اعتما ًدا على المواد األولية وظروف اإلنتاج.

الكيمياء السطحية للفحم الحيوي

يحتوي سطح الفحم الحيوي على مجموعات وظيفية، مثل مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل والفينول، والتي يمكن أن تؤثر على تفاعله الكيميائي وتفاعالته مع التربة والمياه...

تعديل الرقم الهيدروجيني

عتما ًدا على مصدر المادة، يمكن أن يحتوي الفحم الحيوي على درجة حموضة محايدة إلى قلوية، يساعد في توازن درجة حموضة التربة وتقليل حموضة التربة في التربة الحمضية..

قدرة تبادل األيونات الموجبة

يمكن للفحم الحيوي أن يعزز CEC للتربة، مما يعني أن لديه القدرة على االحتفاظ وإطالق العناصر الغذائية مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم، وبالتالي تحسين خصوبة التربة.

قدرة ادمصاص

يمنح الهيكل المسامي للفحم الحيوي ومجموعاته الوظيفية قدرة امتصاص قوية، مما يسمح له بحبس الملوثات مثل المعادن الثقيلة والمواد الكيميائية العضوية في التربة والماء والهواء.

أهمية الفحم الحيوي

تحسين التربة:

يستخدم الفحم الحيوي على نطاق واسع لتحسين جودة التربة وخصوبتها. فهو يحسن احتباس الماء، وتوافر العناصر الغذائية، والنشاط الميكروبي في التربة. ويمكنه أي ًضا تقليل ترشيح المغذيات ومنع تلوث المياه الجوفية

عزل الكربون:

الفحم الحيوي هو شكل مستقر من الكربون، وعند إضافته إلى التربة، يمكنه عزل الكربون لفترات طويلة، مما يحتمل أن يخفف من تغير المناخ عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغالف الجوي.  ا

انبعاث الغازات الدفيئة:

يمكن للفحم الحيوي عزل الكربون من الغالف الجوي وتقليل انبعاثات أكسيد النيتروز من التربة

تنقية المياه:

يمكن استخدام الفحم الحيوي في أنظمة معالجة المياه إلزالة الملوثات وتحسين جودة المياه. يمكنه امتصاص الملوثات العضوية والمعادن الثقيلة وبعض مسببات األمراض من الماء

تحسين نمو النبات:

يعمل الفحم الحيوي على تعزيز نمو النبات بشكل كبير من خالل تحسين توافر العناصر الغذائية، وتعزيز بنية التربة، ومساعدة النباتات على مقاومة الضغوطات البيئية.

إدارة المخلفات:

يمكن أن يوفر إنتاج الفحم الحيوي طريقة مستدامة إلدارة مواد النفايات العضوية، وتقليل تأثيرها البيئي وتحويلها إلى منتج ذي قيمة.

"يعد الفحم الحيوي أحد أكثر المواد الواعدة في عصرنا. بعد أن أصبح مشهو ًرا لخصائصه االستثنائية كتعديل للتربة، تم تطوير ودراسة العديد من أشكال االستخدام والتطبيق."
Helmut Gerber

أنواع الفحم الحيوي

أدت جهودنا في أبحاث الفحم الحيوي إلى مجموعة واسعة وشاملة من أنواع الفحم الحيوي، والتي تم تنسيقها بدقة في مجموعتنا الواسعة من المنشورات. تعرض أنواع الفحم الحيوي هذه، والتي تم اختيارها بعناية من أعمالنا المنشورة فقط، عمق أبحاثنا والتزامنا بتطوير الحلول المستدامة. وفيما يلي بعض خصائص وفوائد الفحم الحيوي الرئيسية:

1.الفحم الحيوي المشتق من نفايات العناب
2.المركبات العضوية المعدنية القائمة على النانو بنتونيت من الفحم الحيوي.
3.الفحم الحيوي الممغنط من مخلفات النخيل.
4.الفحم الحيوي المشتق من نفايات الزيتون المغذية بالمغذيات.
5.الفحم الحيوي من مخلفات الكونوكاربس المعدل باالحماض الدبالية.
6.الفحم الحيوي من مخلفات الكونوكاربس المعدل بصخر الفوسفات.
7.الفحم الحيوي المعدل بالسيليكا.
8.الفحم الحيوي من مخلفات الكونوكاربس.
9.الفحم الحيوي المعدل بالبوليمر.
10.الفحم الحيوي المشتق من النفايات الصلبة البلدية

أظهر المزيد اظهر أقل

أمثلة على التطبيقات الناجحة

الزراعة

تعزيز انتاج المحاصيل:
ثبت أن إضافة الفحم الحيوي إلى التربة الزراعية يؤدي إلى تحسين إنتاجية المحاصيل وصحة النبات بشكل عام. ويعزى هذا غالبًا إلى زيادة احتباس العناصر الغذائية، وتحسين بنية التربة، وتعزيز النشاط الميكروبي

معالجة التربة

يمكن للفحم الحيوي أن يثبت حركة المعادن الثقيلة في التربة الملوثة بشكل فعال، ويقلل من توافرها البيولوجي ويخفف من التأثير البيئي للتلوث المعدني.
يمكن للفحم الحيوي أن يمتص الملوثات العضوية، مثل المبيدات الحشرية ومبيدات األعشاب، من التربة، مما يساعد على إزالة السموم من المواقع الملو

تربية الحيوانات

إدارة السماد الطبيعي:
دمج الفحم الحيوي في روث الماشية يمكن أن يقلل من الرائحة، ويلتقط العناصر الغذائية، ويحسن التعامل مع السماد، مما يجعله صديق للبيئة

عزل الكربون

:التخفيف من آثار المناخ
يعتبر الفحم الحيوي تقنية سلبية للكربون ألنه يحبس الكربون في التربة لفترات طويلة. لديها القدرة على التخفيف من تغير المناخ عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغالف الجوي

زراعة المناطق الصحراوية

التخفيف من حدة الجفاف:
في المناطق القاحلة، يمكن استخدام الفحم الحيوي لزيادة احتباس الماء في التربة، مما يساعد على التخفيف من تأثير الجفاف على إنتاج المحاصيل.

التطبيقات البيئية والزراعية للفحم الحيوي

التطبيقات الزراعية للفحم الحيوي:

في الزراعة، يبرز الفحم الحيوي باعتباره مغي ًرا لقواعد اللعبة، ويحدث ثورة في الطريقة التي نزرع بها محاصيلنا ونعتني بها. عند إدخاله في التربة، يقوم الفحم الحيوي بتحويلها إلى نظام بيئي مزدهر. لقد جذبت قدرتها االستثنائية على تحسين بنية التربة، وتعزيز احتباس الماء، وزيادة توافر العناصر الغذائية، اهتمام المزارعين في جميع أنحاء العالم.

تحسين نمو النبات:

تأثير الفحم الحيوي المحمض على تدفق ثاني أكسيد الكربون وتوافر المغذيات الدقيقة في التربة الرملية القلوية.
التأثيرات السلبية واإليجابية المحتملة على المدى القصير للفحم الحيوي المشتق من معصرة الزيتون على توافر المغذيات في التربة الرملية الجيرية الطينية
تثبيت الكروم في الموقع وتوافره لنباتات الذرة في التربة الملوثة بنفايات الدباغة: تأثيرات المواد الخام للفحم الحيوي ودرجة حرارة االنحالل الحراري.
تأثير الفحم الحيوي قصير المدى لنخيل التمر على تطاير 3NH وتحول النيتروجين في التربة الطينية الرملية الجيرية
آثار درجة حرارة االنحالل الحراري على امتزاز النترات والنيتروجين (N3−-NO( والبرومات (3−BrO (على الفحم الحيوي لنخيل التمر.

إدارة التربة:

سلوك االمتصاص واالمتزاز للـ دوكسيسايكلين في سماد التربة المعدل باستخدام الفحم الحيوي من نفايات خشب المسكيت.
إمكانات الكربون للفحم الحيوي المختلفة المشتقة من النفايات الصلبة البلدية في التربة المالحة .
تقييم مدى انتشار المضادات الحيوية البيطرية والمخاطر البيئية المحتملة المرتبطة بها في تربة األراضي الجافة، والسماد: دراسة حالة من المملكة العربية السعودية.
ترشيح السلفاميثوكسازول من التربة الطميية الرملية المعدلة بالسماد والتي تتأثر باستخدام الفحم الحيوي المشتق من نفايات خشب العناب.
تثبيت وتخفيف سمية الكروم في المحاليل المائية والتربة الملوثة بمخلفات الدباغة باستخدام الفحم الحيوي والفحم الحيوي المعدل بالبوليمر .

معالجة المياه:

اإلزالة االمتزازية لألترازين من المياه الملوثة باستخدام مواد كربونية منخفضة التكلفة
تصميم مركب مغناطيسي بأستخدام الشيتوزان والفحم الحيوي المشتق من نفايات كونوكاربوس إلزالة السلفاثيازول بكفاءة من المياه الملوثة.
تثبيت وتخفيف سمية الكروم في المحاليل المائية والتربة الملوثة بمخلفات الدباغة باستخدام الفحم الحيوي والفحم الحيوي المعدل بالبوليمر.
تصنيع مواد ماصة جديدة قائمة على الرمال مدمجة مع الفحم الحيوي أو عوامل الربط عن طريق ترسيب الكالسيت إلزالة السلفاثيازول
ألياف نانوية بولوالن مضمنة بالنقاط النانوية الكربونية إلزالة السلفاثيازول من مجاري مياه الصرف.

الأدوات واالجهزة

تعمل المجموعة السعودية ألبحاث الفحم الحيوي (SBRG) على مبدأ أن الدقة هي مفتاح التقدم العلمي. في مختبراتنا ومرافقنا البحثية المجهزة تجهيزاً جيدا،ً نستخدم مجموعة من األدوات واالجهزة المتقدمة الستكشاف اإلمكانيات الالمحدودة للفحم الحيوي. تعمل هذه الموارد على تمكين فريقنا من إجراء دراسات شاملة وتحليل البيانات وتطبيق النتائج التي توصلنا إليها عبر مجاالت مختلفة. سواء في المختبر أو الميدان، فإن التزامنا باستخدام أحدث التقنيات يضمن أن نبقى في طليعة أبحاث الفحم الحيوي، وندفع الحدود، ونقود التغيير اإليجابي لبيئتنا ومجتمعنا . الآن،