海岸地帯管理ジャーナル

概要

バイオ炭土壌施用による森林生態系の炭素隔離増加の可能性

マルティナ・ジワレフスカ

近年、天然肥料、その生産、形態、可能性に対する関心が高まっています。同時に、世界中で毎年森林から収穫される量は年々増加しています。そのため、農業生産システムで天然肥料としてバイオ炭を使用する可能性が高まっていることを報告する研究がますます多く行われています。土壌の劣化の進行、気候変動の影響の激化、エネルギー生産、廃棄物管理に関連する環境保護の問題が増大しているため、新しい、より効果的で安価な解決策の探求が必要です。環境保護の分野で現在問題となっている解決策の 1 つがバイオ炭、つまり植物バイオマスと有機廃棄物の熱分解の過程で得られる炭酸塩です。バイオ炭とその使用は新しい解決策ではなく、何世紀にもわたって農業で使用されてきました。しかし、近年その特性と潜在的な用途が再発見され、伝統的に知られている炭酸塩は、環境保護の分野での現代のニーズと用途に応えて、新しい「ブランド」を獲得し、バイオ炭として機能するようになったと結論付けることができます。バイオ炭の製造のための基質には、エネルギー作物、森林廃棄物、農業バイオマス、下水汚泥、都市廃棄物の有機分、または農業食品加工からの残留物を含む多様な材料群が含まれます。基質の選択は、とりわけ、物理化学的特性（水分および有機物含有量、粒子サイズなど）、潜在的用途（エネルギー生産、農業目的、汚染物質の除去など）、物流の側面、および熱分解プロセスとそのパラメータによって異なります。バイオ炭は、安定した形態の有機炭素および鉱物物質の含有量が高いこと、著しく発達した多孔性および比表面積などの物理化学的特性により、次のような用途に効果的に使用できます。バイオエネルギーにおける再生可能燃料として。土壌への炭素隔離。アンモニア排出を制限する構造材料または添加剤としての堆肥化プロセス。バイオ炭に基づく有機肥料の製造。農地の特性改善。水溶液、都市および産業廃水、およびプロセスガスからの不純物の除去。有機化合物や無機化合物で汚染された土壌の修復、土壌中の生物由来成分の保持などによる地下水や表層水の汚染の軽減など。
環境保護におけるバイオ炭の使用は、化石燃料を再生可能燃料に置き換える可能性、土壌特性の改善（土壌中の炭素量や土壌の保水力の増加など）、有機および無機肥料や植物保護製品の消費量の削減、およびそれによる地下水と表層水の汚染リスクの低減など、多くの利点をもたらします。 多くの利点が確認されているにもかかわらず、バイオ炭の製造と環境への導入は、いくつかのリスクも引き起こす可能性があります。その中には、作物からの集中的なバイオマス抽出が関係し、土壌の劣化につながる可能性があり、PAH、ダイオキシン、フランなどの有毒化合物が土壌環境に導入され、生物に悪影響を与え、地下水汚染につながる可能性があります。 さらに、さまざまな基質から得られるバイオ炭の物理化学的特性、および自然環境への長期的な影響のプロセスとメカニズムはまだ完全には解明されていません。したがって、さらなる研究の方向性には、物理​​化学的特性と適用基準に基づいてさまざまな基質から得られるバイオ炭の分類システムの開発、環境保護におけるさまざまな用途に望ましいバイオ炭の特性を得るための熱分解プロセスのパラメータの最適化の可能性の分析、バイオ炭が自然環境に及ぼす長期的な影響の評価、バイオ炭が環境にもたらす潜在的な危険の発生の判断、バイオ炭の生産コストとその生産に有用な基質の可用性の分析、およびバイオ炭の使用コスト（エネルギー生産、汚染された土地の修復、土壌特性の改善、都市および産業廃水からの汚染の除去など）の分析などが含まれる必要があります。
バイオ炭は、将来の森林に多くの代替物を提供し、森林をより速く、より大きく成長させ、生育に適した条件をカバーするのに役立つ非常に興味深い材料です。しかし、特にハイドロチャーの形でのバイオ炭の影響についてはほとんどわかっていません。このワークペーパーは、苗木の育種におけるバイオ炭の使用の影響に関する情報と既知の事実を確認することを目的としています。多くの論文で、バイオ炭は土壌のない成長媒体を提供するための新しい材料として提案されています。しかし、森林の場合、これらの材料を肥料として使用するには、信頼できるアドバイスを与える前に、さらに多くの知識が必要であることを覚えておく必要があります。バイオ炭の生産技術では、適用されたプロセスに応じて、特定の炭に植物毒性と温室効果ガスの排出が見つかりました。私は、これらの炭が基質特性、植物の生育、水の節約、呼吸によるCO2排出にどのように影響するかを研究しました。しかし、バイオ炭は、より高い収量を提供するために、農業生産に非常に推奨されています。