مروری برکاربرد جاذب زیستی بیوچار (زغال زیستی) در پایداری محیط زیست با رویکرد انرژی، آب و کشاورزی

محورهای موضوعی : محیط زیست

لاله قفقازی ¹ , لعبت تقوی ²

1 - دانشجوی دکتری رشته علوم و مهندسی محیط زیست، گروه علوم محیط زیست و جنگل، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - دانشیار گروه علوم محیط زیست و جنگل، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1401/06/25 تاریخ پذیرش : 1401/07/08 تاریخ انتشار : 1401/06/01

کلید واژه: سلامت خاک, پایداری انرژی, بیوچار, زیست توده, گرمایش جهانی,

چکیده مقاله :

تامین منابع پایدار انرژی، گرمایش زمین و حفظ سلامت خاک از چالش های اصلی قرن بیست و یکم هستند. بیوچار پتانسیل زیادی در پرداختن به این مسایل جهانی دارد و می تواند در دستیابی به اهداف توسعه پایدار موثر باشد. بیوچار حاصل از زیست توده پسماند (بقایای گیاهی، پسماندهای شهری و روستایی) به واسطه محتویات معدنی و ظرفیت بافری و کاتالیزور فرآیند هضم بی هوازی بوده و تولید انرژی زیستی را افزایش می دهد. این پژوهش مروری حاصل بررسی مقاله های آنلاین معتبر سایت های گوگل اسکولار، ساینس‌دایرکت، ریسرچ‌گیت و ناشران الزویر و اشپرینگر می باشد. یافته‌های حاصل مزایای‌ بالای بیوچار را برای استفاده گسترده در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش ‌گازهای گلخانه‌ای توجیه می‌کند. بیوچار به طور بالقوه تولید متان و هیدروژن را در هضم بی‌هوازی افزایش و در غنی‌سازی بیوگاز در محل بسیار کارآمد است و منجر به تولید بیومتان با خلوص بیش از 90 درصد می شود. از طرفی می تواند جایگزینی ارزان و بالقوه برای الکترود سلول های سوخت میکروبی باشد و هزینه باتری های مبتنی بر یون را کاهش دهد. کاربرد بیوچار در اکوسیستم کشاورزی باعث افزایش ترسیب کربن در خاک و کاهش انتشار متان و اکسید نیتروژن می شود. خصوصیات ساختاری سطح ویژه بالا، توزیع بهینه منافذ، واکنش‌پذیری سطحی، آب گریزی، گروه‌های عاملی فراوان جاذب را برای حذف فلزات سنگین از محلول های آبی گزینه مناسبی می کند. پتانسیل استفاده پایدار از بیوچار برای تولید انرژی زیستی (بیوگاز و هیدروژن زیستی)، کاهش گازهای گلخانه ای، ترسیب کربن و سلامت خاک و تصفیه پساب به همراه چالش ها و چشم اندازهای آتی آن با رویکرد هم بست پیوند انرژی، آب و کشاورزی ضروری است.

چکیده انگلیسی:

Providing sustainable sources of energy, global warming, and maintaining soil health are the main challenges of the 21st century. Biochar has great potential in addressing these global issues and can be effective in achieving sustainable development goals. Biochar obtained from waste biomass (plant residues, urban and rural wastes) is a catalyst for the anaerobic digestion process and increases bioenergy production due to its mineral content and buffering capacity. This article is the result of reviewing valid online papers from Google Scholar, Science Direct, Research Gate, Elsevier, and Springer. The Results showed high advantages of biochar for using in the production of renewable energy and reducing greenhouse gases. Biochar potentially increases methane and hydrogen productions in anaerobic digestion and is efficient in on-site biogas enrichment, leading to biomethane production with a purity of more than 90%. On the other hand, it can be a cheap and potential replacement for the electrode of microbial fuel cells and reduce the cost of ion-based batteries. The application of biochar in the agricultural ecosystem increases carbon sequestration in soil and reduces methane and nitrogen oxide emission. The structural characteristics such as high surface area, optimal pore distribution, surface reactivity, hydrophobicity, and many functional groups make this adsorbent a suitable choice for the remediation of heavy metals from aqueous solutions. The potential of sustainable use of biochar in biological energy production (biogas and biohydrogen), reduction of greenhouse gases, carbon sequestration and soil health, and wastewater treatment along with its future challenges and perspectives is necessary with the Nexus approach of energy, water, and agriculture.