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Dipartimento dei Sistemi Agro-Ambientali V.LE DELLE SCIENZE EDIFICIO 4, 90128 PALERMO - ITALY
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
Pellegrino Conte
Roma – 25 | 10 | 2011
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
PELLEGRINO CONTE
Roma
25/10/2011
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
PELLEGRINO CONTE
Roma
25/10/2011
AMAZONIAN DARK EARTH SOILS (TERRA PRETA)
Recognised hypothesis
Agricultural activity of ancient populations;
Deposition of plant residues;
Deposition of ashes and coal produced from use of fires;
All those factors contribute to the formation of dark soils in Amazonia basin. These soils result very fertile due to the large amounts of C, P, Ca, Mg, Zn and Mn.
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
PELLEGRINO CONTE
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25/10/2011
Available research and trials mainly show that biochar amendments result in appreciable improvements of soil fertility:
1. soil cation exchange capacity is increased.
2. soil microbial functions are enhanced; the porous structure of biochar forms a safe haven for microbes that make nutrients available to crops.
3. nutrient retention capacity of soils is improved thus preventing leaching and erosion; this allows farmers to reduce organic and inorganic fertilizers.
4. water retention capacity of soils is improved; the porous structure of biochar holds water and prevents the moisture from evaporating.
5. biochar variously affects soil pH depending on inorganic and organic soil constituents.
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25/10/2011
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
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Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
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Eight key questions:
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
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Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
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25/10/2011
A B C
D E Chicken manure char T=600°C; Charring time: 2h A=500 mm B=400 mm C=100 mm D= 50 mm E= 10 mm
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25/10/2011
Chemical shift (ppm)
-50 0 50 100 150 200 250
Conifer char
126
Marc char
Poplar char SSB SSB
T=1200°C
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25/10/2011
Surface water-biochar interactions
Protons belonging to different chemical or physical domains are relevant to FFC-NMR.
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25/10/2011
Biochar produced from gasification of 1. Poplar residues 2. Residues from coniferous trees 3. Marc residues
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25/10/2011
A. marc char, B. poplar char and C. conifer char
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25/10/2011
A. marc char, B. poplar char and C. conifer char
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25/10/2011
Samples a (s-1) b (x 106 s-2) <t> (x 10-6 s-1)
Marc char 5.1±0.5 32±3 0.35±0.03
Poplar char 5.4±0.5 7.6±0.8 1.4±0.1
Conifer char 3.2±0.3 8.1±0.8 0.95±0.08
]
218.0
12.0[
1
12
1
12
1
N
n
n
N
n nL
nn
N
n
n
N
n nL
nn
c
c
c
c
Rt
t
t
t
ba
n n
n nn
c
c tt
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25/10/2011
Experimental design Seeds on wet cotton Seeds on a soil Seeds on biochar Seeds on a mixture Biochar/soil (1:5)
Radish seeds
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Radish plants after 5 days
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Soil
Cot
ton
fiber
s
Mar
c
Pop
lar
Con
ifer
Soil+
mar
c
Soil+
Pop
lar
Soil+
Con
ifer
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
root le
ngth
(cm
)
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25/10/2011
Biochar can be applied for environmental remediation due to its chelating properties
Biochar can be applied for
environmental remediation due to its
chelating properties.
These properties are affected by the
nature of the parent material Two chars:
1. Chicken manure char
2. Fir waste char
Charring temperature: 500 C
Charring time: 30 min
Adsorbing metal: Cu
Adsorbing time: ½ and 4 h
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25/10/2011
0 2 4 6 8 10 12
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Abete 0.5 h
Abete 4 h
Sigmoidal model
Cu
ad
so
rbe
d (
mg
/g)
Cu solution (mg/mL)
Biochar can be applied for environmental remediation due to its chelating properties
Le isoterme con curva di tipo-S mostrano, inizialmente, un modesto assorbimento con l’incremento della concentrazione in soluzione dell’elettrolita. Ciò significa che l’affinità per la soluzione è, a concentrazioni relativamente basse, superiore a quella per le particelle solide del suolo. In alcuni casi ciò è stato spiegato con la presenza in soluzione di composti organici naturali che legano in complessi (non assorbibili) l’elettrolita, competendo fortemente con il solido. Aumentando le concentrazioni dell’elettrolita in soluzione vengono saturate le capacità di complessazione degli eventuali composti organici presenti ed aumenta fortemente la quantità di elettrolita che viene assorbito sulla superficie delle particelle solide.
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0 2 4 6 8 10
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
pollina 0.5 h
pollina 4 h
Sigmoidal modelC
u a
dso
rbe
d (
mg
/g)
Cu solution (mg/mL)
Biochar can be applied for environmental remediation due to its chelating properties
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
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25/10/2011
About 50% of N is in urea; around 10% of N is in ammomium salts
Chicken manure:
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25/10/2011
(mainlib) Pyridine, 2-ethyl-4,6-dimethyl-
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 1500
50
100
41 5165
77
91
107
117
134
N
(mainlib) Dibenzo[b,e]7,8-diazabicyclo[2.2.2]octa-2,5-diene
40 60 80 100 120 140 160 1800
50
100
41 50 63
76 89
98 109 126 139152
162
178
NH
HN
(mainlib) Pyridine, 3,4-dimethyl-
40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200
50
100
4151 65
79
92
107
N
(mainlib) Pyridine, 2-ethyl-6-methyl-
40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200
50
100
4151
6577
93
106
120
N
(mainlib) Pyridine, 2-ethyl-4,6-dimethyl-
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 1500
50
100
41 5165
77
91
107
117
134
N
(mainlib) Dibenzo[b,e]7,8-diazabicyclo[2.2.2]octa-2,5-diene
40 60 80 100 120 140 160 1800
50
100
41 50 63
76 89
98 109 126 139152
162
178
NH
HN
(mainlib) Pyridine, 3,4-dimethyl-
40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200
50
100
4151 65
79
92
107
N
(mainlib) Pyridine, 2-ethyl-6-methyl-
40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200
50
100
4151
6577
93
106
120
N
(mainlib) 2H-Benzo[f]oxireno[2,3-E]benzofuran-8(9H)-one, 9-[[[2-(dimethylamino)ethyl]amino]methyl]octahydro-2,5a-dimethyl-
40 70 100 130 160 190 220 250 2800
50
100
41
58
81109
126 149 166 185 203 219 248 278
O
N
O
O
NH
Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
PELLEGRINO CONTE
Roma
25/10/2011
CONCLUSIONS
Use of biochar clearly enhances soil quality (i.e. soil fertility)
Still a lot must be investigated to understand role of biochar in soils (e.g. effect of biochar on the inorganic and organic soil components)
A multidisciplinary approach is essential for the evaluation of char characteristics and its interactions with soils
As an example, combined use of spectroscopy and chromatography with mass spectrometry allows identification of biochar molecular components which are released into soils and may have toxic consequences
Among others, FFC NMR appears as a very suitable technique to study dynamics characteristics of biochar
Forschungszentrum Jülich
Dr. Anne E. Berns
Dr. Peter Burauel
Universität Koblenz-Landau
Prof. Gabriele E. Schaumann
Brno University of Technology
Dr. Jiry Kučerik,
Dr. Alena Prusova
Instituto de Recursos Naturales
y Agrobiología
Prof. Heike Knicker
Advanced Gasification
Technology
Dr. Alessandro Pozzi
Fondazione Minoprio
Dr. Massimo Valagussa
ENEA - Casaccia
Dr. Carlo Alberto Campiotti
Collaborazioni:
G. Alonzo P. Conte A. Micalizzi C. De Pasquale G. Butera G. Cimò V. Marsala G. Fontana S. Saladino
GRAZIE PER L’ATTENZIONE Biochar: tecnologia eco-compatibile per la produttività dei suoli
PELLEGRINO CONTE
Roma
25/10/2011
Gruppo di ricerca