Biokul er betegnelsen for det restprodukt, der er tilbage, når biomasse som halm eller træflis bliver afgasset ved høj temperatur uden ilt i et pyrolyseanlæg. Biokul er et fast materiale med et højt indhold af kulstof. Dette kulstof er meget stabilt, og hvis det udbringes på landbrugsjord, nedbrydes det kun langsomt til CO₂, i modsætning til den oprindelige biomasse.

”En af fordelene ved at tilføre biokul til jorden er, at det øger lagringen af kulstof. Derved nedsætter man udledningen af CO₂ til atmosfæren,” forklarer lektor Lars Elsgaard fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet.

Tilførslen af kulstof til jorden er ikke den eneste mulige gevinst ved brugen af biokul i landbruget. Forskning har således bl.a. vist, at biokul kan forbedre jordens luftskifte samt øge jordens evne til at tilbageholde vand og næringsstoffer.

Interesse for biokul

Der har de seneste år været stigende opmærksomhed på biokul, særligt på grund af den nævnte effekt på mindsket CO₂ udledning, men også fordi, biokul i nogle tilfælde kan anvendes som middel til jordforbedring. Derfor har forskere fra Aarhus Universitet efter ønske fra Landbrugsstyrelsen udarbejdet en vidensyntese om biokul. Her skitserer forskerne de nødvendige betingelser for produktion og anvendelse af biokul i landbrugssammenhæng. Rapporten skal være med til at sikre, at biokul kan anvendes som et omkostningseffektivt klima- og miljøværktøj i Danmark og uden uønskede sideeffekter på jordens økosystem.

”Formålet med vidensyntesen har være at indsamle aktuel viden om biokuls effekt på miljø, klima og jordegenskaber, ligesom der er set på de økonomiske aspekter ved brug af biokul i dansk landbrug. Vi har i rapporten haft et særligt fokus på pyrolyse af de mest relevante biomasser som halm, afgassede fibre fra biogasanlæg og spildevandsslam. De er nemlig alle relevante under danske forhold,” forklarer Lars Elsgaard. 

Han forklarer, at vidensyntesen også viser potentielle forhindringer for anvendelse af biokul i dansk kontekst, ligesom den peger på områder, hvor man stadig mangler viden.

Råmaterialets betydning for klimapåvirkningen

Biokul er ikke bare biokul. Biokul kan produceres fra mange forskellige biomasser, og biokullets egenskaber afhænger i høj grad af hvilke biomasser og termiske konverteringsbetingelser (f.eks. pyrolysetemperatur og opholdstid), der anvendes under produktionen.

”Biokul er en samlet betegnelse, der dækker over produkter, der kan have vidt forskellige egenskaber. Derfor er det vanskeligt at generalisere virkningerne af biokul, når det tilføres til landbrugsjorden,” forklarer seniorforsker Anders Peter S. Adamsen fra Institut for Bio- og Kemiteknologi ved Aarhus Universitet.

Vidensyntesen lægger op til, at undersøgelser af biokuls effekter altid bør ledsages af en grundig karakterisering af det anvendte biokul og dets produktionsbetingelser. Det er også noget, der arbejdes med på europæisk niveau. ”European Biochar Certificate” (EBC) indeholder en række guidelines, der netop har til formål at tilskynde til og sikre kontrol med produktionen og kvaliteten af biokul på grundlag af velunderbyggede, juridisk underbyggede, økonomisk levedygtige og praktisk anvendelige processer.

Biomassepotentialer

Biomassen spiller en vigtig rolle i forhold til biokullets egenskaber. Forskerne har derfor taget udgangspunkt i de under danske forhold væsentligste biomasser: Halm, afgassede fibre og spildevandsslam. Halm fra korn, raps og frøgræs er den biomasse, der ifølge forskerne har det største danske potentiale.

”Vi estimerer, at i optimerede scenarier for 2030, vil de samlede halmressourcer til bioenergi og bioraffinering ligge mellem 3,09-3,85 millioner ton tørstof. Her har vi taget højde for, at man sandsynligvis i fremtiden vil kunne indsamle større andele af den halm, der i øjeblikket bliver tilbage på marken, men at der også på samme tid vil være et generelt fald i landbrugsarealet som følge af byudvikling og ønske om flere naturarealer,” siger professor Uffe Jørgensen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet.

Potentialet for at anvende afgassede fibre og spildvandslam er ligeledes blevet vurderet.

”Det kræver dog mere forskning, hvis potentialerne for alle tre typer biomasse skal realiseres. Vi har brug for mere viden om muligheder for at øge produktionen og indsamling af halm uden at gå på kompromis med jordkvalitet og afgrødeudbytte,” fortæller Uffe Jørgensen. Han understreger, at der også er brug for forskning i, hvorvidt alle halmfraktioner (halm, blad, aks og avner) samt forskellige typer frøgræshalm kan anvendes til pyrolyse og levere biokul med robuste egenskaber og kvalitet.

Jordens egenskaber spiller en rolle

De jordfysiske egenskaber handler om samspillet mellem faste partikler, væske og gas i jorden. Det er et samspil, der har stor indflydelse på, hvor godt jorden f.eks. kan understøtte plantevækst. De jordfysiske egenskaber påvirkes, når man tilfører biokul. Forskerne har i deres arbejde derfor også kigget på biokuls indvirkning på jordens fysiske egenskaber i forskellige jordtyper.

”Vi fandt, at biokul giver et gennemsnitligt fald i jordens volumenvægt og en stigning i det plantetilgængelige vandindhold,” forklarer tenure track forsker Emmanuel Arthur fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet.

En gennemgang af litteraturen viser, at biokul fra halm har en evne til at øge jordens pH, hvorfor biokul ifølge forskerne i et vist omfang vil kunne erstatte kalkning. Det har ikke kun en økonomisk værdi, men også en klimaeffekt via undgået CO₂-udledning fra tilsat kalk. 

Påvirker biokul jordens biologi?

Biokul forårsager altså både fysiske og kemiske ændringer i jorden. Det kan øge den vandholdende evne, ændre pH og skabe bedre porerum til mikroorganismerne. Men hvordan påvirker biokul selve jordbiologien?

”Den litteratur, der beskriver biokullets effekt på jordbiologien, har ofte den samme konklusion, nemlig at virkningerne er afhængige af de specifikke egenskaber ved de forskellige typer biokul samt af hvilken mængde, der er blevet udbragt,” forklarer Professor Anne Winding fra Institut for Miljøvidenskab på Aarhus Universitet.

Biokul er ikke et homogent produkt. Der er bl.a. forskel på andelen af nedbrydeligt kulstof, partikelstørrelserne og porestrukturen i biokullet. Derfor vil påvirkningen på jordbiologien også variere. Derudover afhænger det også i høj grad af jordbundens egenskaber, dyrkningspraksis og klimatiske forhold.

”Det er derfor vanskeligt at komme med helt klare og entydige konklusioner på, hvordan jordbiologien bliver påvirket,” siger Anne Winding.

Et internationalt studie viser, at biokul både har positive og negative effekter på regnorme, mens et tilsvarende dansk studie viser, at regnormens forekomst i jorden var upåvirket. Andre undersøgelser har vist, at biokul kan ændre mikrobielle samfund i jorden, men at det er usikkert, hvorvidt det har en positiv eller negativ indvirkning på jordens kvalitet.

”Vi er nødt til at forske mere i jordbiologien, så vi bedre kan forstå både kortsigtede og langsigtede virkninger af biokul i landbrugsjordens økosystem,” siger Anne Winding. 

Biokul kan indeholde problematiske stoffer som olie- og tjærestoffer (PAH), tungmetaller, dioxiner, PFAS og flygtige organiske kulstofforbindelser (VOC’er). Indholdet afhænger meget af udgangsmaterialet og pyrolyseforholdene - både temperatur, ilt og tid. Især slam og husholdningsaffald kan give anledning til øget koncentration af tungmetaller, dioxin og PFAS, mens PAH’er kan dannes ved suboptimale pyrolyseforhold. Nogle tungmetaller og organiske stoffer, som medicinrester, pesticider og mikroplastik, kan dog fjernes i forbindelse med pyrolysen.

“Før anvendelse af biokul i dansk landbrug bliver udbredt bør der være sikkerhed for at disse problematiske stoffer ikke giver anledning til ophobning i jorden. På den anden side kan biokul også binde problematiske stoffer, der findes i jorden, og nedsætte deres biologiske tilgængelighed,” siger Anne Winding.

Kulstofbinding og drivhusgasemissioner

Vidensyntesen peger på, at biokul har et stort potentiale for lagring af kulstof i jorden.

”Biokul nedbrydes langsommere i jorden end den oprindelige biomasse, der blev brugt til at producere biokullet,” forklarer postdoc Henrik Thers fra Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet.

Hastigheden afhænger dog i høj grad biokullets og jordens egenskaber, og flere studier viser, at en mindre del af kulstoffet i biokul består af relativt let omsættelige forbindelser. Mængden af letomsætteligt kulstof varierer, og bør ifølge forskerne bestemmes for hver specifikke type af biokul for at estimere potentialet for kulstoflagring. Det samme gælder i forhold til stabiliteten af den mere svært omsættelige del af biokullet.

”Målet med brug af biokul til kulstoflagring er at opnå en langsigtet effekt over mere end 100 år, men de forsøg og resultater vi har at støtte os til, stammer alle fra kortvarige forsøg, typisk på kun et år,” forklarer Henrik Thers og understreger betydningen af, at der bliver udført flere langtidsforsøg under rigtige markforhold.

Vidensyntesen slår fast, at dette også gælder med hensyn til at dokumentere om biokul på længere sigt kan reducere udledningen af lattergas fra dyrkningsjorden, hvilket hovedsageligt er undersøgt i korttids-forsøg. Selv mindre reduktioner i lattergasemissioner fra jorden er relevante, da lattergas er en drivhusgas, der er næsten 300 gange stærkere end CO₂.

Biokul og næringsstoffer

”Biokul har potentiale til at forbedre landbrugsjordens dyrkningsegenskaber, f.eks. ved at forbedre jordens evne til at holde på vand, forbedre stabiliteten af aggregater og øge tilgængelighed af næringsstoffer. Det er dog svært at generalisere effekterne, fordi biokuls egenskaber afhænger af både den oprindelige biomasse og pyrolyseforholdene. Effekten er derudover også afhængig af blandt andet jordtype, klimaforhold og jordens næringsstofstatus,” siger seniorforsker Peter Sørensen, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet.

Selvom internationale studier viser en gennemsnitligt signifikant positiv effekt af biokul på jordens dyrkningsegenskaber og udbytter, så har man ikke kunnet påvise tydelige positive effekter på afgrødeudbytte på tempererede jorde.

”Dansk landbrugsjord er ofte behandlet med kalk og har et højt indhold af næringsstoffer. Udbytterne er derfor allerede optimerede, og den videnskabelige litteratur finder typisk ingen signifikante udbyttestigninger ved brug af biokul under danske markforhold,” siger Peter Sørensen. Han tilføjer dog, at der på meget sandede jorder muligvis kan være et potentiale for bedre vandhusholdning og rodvækst, og at dette måske vil kunne styrke udbytterne. Dette er aspekter, der aktuelt undersøges i flere forskningsprojekter.