Autor: asoja22b33ff148

Traditionell ist Ruß (CB) der vorherrschende verstärkende Füllstoff in Gummiverbundwerkstoffen. Diese Präferenz ist auf die überlegenen mechanischen Eigenschaften von CB zurückzuführen, die sich aus seiner einzigartigen Struktur auf hoher Kohlenstoffbasis und seiner hohen Reinheit ergeben. Die Herstellung von CB ist jedoch energieintensiv, birgt erhebliche Gesundheitsrisiken und ist umweltschädlich, da erhebliche Mengen an CO₂ freigesetzt werden. Folglich besteht ein wachsendes Interesse daran, nachhaltige Alternativen zu CB zu finden. Biochar (BC), ein weiterer kohlenstoffreicher Feststoff, der durch die Pyrolyse von Biomasse unter Sauerstofflimitierung hergestellt wird, wird weiterhin als vielversprechender, umweltfreundlicher und kostengünstiger Verstärkungsfüllstoff für Gummiverbundwerkstoffe untersucht. BC weist eine hohe Oberfläche, Stabilität und einen hohen Kohlenstoffgehalt auf, was es zu einem Anwärter auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Gummi macht. Für die Herstellung von BC wurden verschiedene Biomassematerialien verwendet, darunter Reishülsen, Maiskolben, Nussschalen, Getreideschalen und Palmkernschalen, wobei ihr Verstärkungspotenzial von den Produktionsbedingungen und der Art des Ausgangsmaterials beeinflusst wird. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Variation des Ausgangsmaterials und des Produktionsprotokolls Biochar mit unterschiedlichen Zusammensetzungs- und morphologischen Merkmalen zur Folge hat, was sich nachteilig auf die Eigenschaften des endgültigen Vulkanisats auswirken kann. Daher ist es wichtig, die maßgeblichen Faktoren zu verstehen, die die Leistung von BC in Gummiverbundwerkstoffen optimieren. Während BC zunehmend als vielversprechender Ersatz für CB als Verstärkungsfüller angesehen wird, fehlt eine detaillierte Bewertung seiner Verstärkungsfähigkeiten. In dieser Übersichtsarbeit wird die Eignung von BC als Alternative zu CB oder als teilweiser Ersatz von CB untersucht, wobei seine Umweltvorteile und seine Wirksamkeit bei Anwendungen von Gummiverbundwerkstoffen hervorgehoben werden. Die rheologischen und mechanischen Eigenschaften von BC-integrierten Gummiverbundwerkstoffen erreichten nicht die Standards von CB. Eine Mischung aus BC und CB, die den CB-Gehalt teilweise ersetzte, zeigte jedoch vielversprechende Ergebnisse. Daher sind weitere Studien erforderlich, um optimale Eigenschaften für BC zu finden, die in die Gummimatrix eingebaut werden können, um CB zu ersetzen.

Zitat:

Karunanayake, L. et al.: Role and potential of biochar as a sustainable alternative reinforcing filler to carbon black in rubber composites. Biochar 7(60), 2025

Die Rückgewinnung von Ressourcen aus der Abwasserbehandlung ist eine Komponente des nachhaltigen Umweltmanagements. Gereinigtes Abwasser (TWW) stellt nicht nur als Bewässerungswasser eine vielversprechende Möglichkeit dar, sondern auch als Quelle für Nährstoffe, die mit Adsorptionsmaterialien wie Biochar und Zeolith zurückgewonnen werden können. Diese Materialien adsorbieren effizient Phosphat bzw. Ammonium aus dem Abwasser und können, sobald sie angereichert sind, als Bodendünger dienen. In dieser Studie wurde der Einfluss von PO₄-angereicherter Biochar und NH₄-angereichertem Zeolith und die Bewässerung mit behandeltem Abwasser (TWW) auf die Bodenfruchtbarkeit und das Wachstum von Tomatenpflanzen durch ein Topfexperiment untersucht. Die TWW-Bewässerung, sowohl mit als auch ohne angereicherte Zusätze, verbesserte den Gesamt-N des Bodens und den verfügbaren P um 22 bzw. 15 %, erhöhte jedoch den Salzgehalt des Bodens, was sich in einem Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit um 27 % zeigt. Angereicherte und natürliche Biochar und Zeolith milderten jedoch effektiv den Salzeffekt, förderten eine salztolerantere mikrobielle Gemeinschaft und erhöhten den Kohlenstoffgehalt der mikrobiellen Biomasse. Diese Ergebnisse unterstützen die integrierte Verwendung von TWW mit nährstoffangereicherten Zusätzen, um den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft im Wassersektor zu unterstützen.

Zitat:

 Paliaga, S., Muscarella, S. M., Alduina, R., Badalucco, L., Bulacio Fischer, P. T., Di Leto, Y., … & Laudicina, V. A. (2025). The effects of enriched biochar and zeolite and treated wastewater irrigation on soil fertility and tomato growth. Journal of Environmental Management, 380, 124990.  

Foto: PivotIrrigationOnCotton.jpg

In der Landwirtschaft kann das Vorhandensein von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) in rezykliertem Wasser eine Bedrohung für bewässerte Kulturen und die menschliche Nahrungskette darstellen. Biochar stellt potenziell einen kostengünstigen und umweltfreundlichen Ansatz dar, um PFAS aus rezykliertem Wasser durch Adsorption zu entfernen. Die Identifizierung der wichtigsten Eigenschaften von Biochar, die für die erfolgreiche Adsorption von lang- und kurzkettigen PFAS verantwortlich sind, sowie die Entwicklung von Vorhersagemodellen sind entscheidend, um das Potenzial von Biochar zur Sanierung von PFAS in der Landwirtschaft zu identifizieren. In dieser Arbeit wurde eine systematische und umfassende Bewertung von 17 physikalisch-chemischen Eigenschaften von 24 Biochars durchgeführt, um die Hauptfaktoren zu bestimmen, welche die PFAS-Entfernung aus dem Wasser beeinflussen. Es wurden Batch-Studien durchgeführt und Hauptkomponentenanalysen sowie Korrelationsstudien verwendet, um jene Faktoren zu bestimmen, die die PFAS-Entfernung beeinflussen. Verschiedene Parameter hatten Einfluss auf die Entfernung von lang- und kurzkettigen PFAS (Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis, spezifische Oberfläche. Unter Verwendung dieser 24 Biochars als Trainingsdatensatz wurden lineare Modelle erstellt, um die Entfernung ausgewählter PFAS auf der Grundlage der Eigenschaften der Biochars vorherzusagen. Diese Modelle wurden verwendet, um eine kommerzielle Kiefernholzkohle auszuwählen, die bei der Entfernung von PFOS, PFOA, PFBS, PFHxS und PFNA in verschiedenen Matrices effektiv funktionierte. Die thermische Behandlung nach der Pyrolyse erleichterte die Aufrechterhaltung des Adsorptionspotenzials über nachfolgende Zyklen hinweg und bot gleichzeitig den zusätzlichen Vorteil, dass die Entfernung des kurzkettigen Sulfonats PFBS um das Zwei- bis Fünffache erhöht wurde. Eine sorgfältige, evidenzbasierte Auswahl von Biochar mit optimalen physiochemischen Eigenschaften kann eine hervorragende Entfernung sowohl lang- als auch kurzkettiger PFAS-Verbindungen aus dem Wasser ermöglichen.

Zitat:

Ramos, P. et al.: Biochar selection for removal of perfluoroalkyl substances from reclaimed water for agricultural irrigation. Biochar 7(56), 2025 

Es wurde eine Studie durchgeführt, um den Einfluss von Biochar-Zwischenschichten auf die Dynamik und Verteilung von Wasser und Salz in salzhaltigen Ödlandböden zu untersuchen, die mit Salzmelde (Suaeda salsa; S. salsa) bewirtschaftet wurden. In drei aufeinanderfolgenden Jahren wurde ein Feldversuch mit vier Ausbringungsmengen von Biochar durchgeführt: 0 Mg/ha (CK), 15 Mg/ha (M1), 45 Mg/ha (M2) und 75 Mg/ha (M3). Die Biochar wurde gleichmäßig in einer Tiefe von 40 cm verteilt und der ursprüngliche Boden aus der 0–40 cm dicken Schicht wieder verfüllt. Die Ergebnisse zeigen, dass Biochar-Zwischenschichten die Grundwasserverdunstung reduzierten und die Salzakkumulation an der Oberfläche während der Wachstumsphase minimierten, was zu einer Verringerung des Salzgehalts des Bodens um 13 % bis 50 % in der 0 bis 40 cm Schicht führte, wobei ein bimodales Salzverteilungsmuster in 0 cm und 45 cm Tiefe beobachtet wurde. Während der Wachstumsphase verbesserte Biochar die Wasserspeicherung erheblich und reduzierte den Salzgehalt. Der Wassergehalt stieg um 0,14 %–18,92 % und der Salzgehalt sank um 24,51 %–36,64 % innerhalb der 0–40 cm tiefen Bodenschicht, wobei sich das Salz in 40–60 cm Tiefe ansammelte. Das Wurzelsystem von S. salsa nutzte Wasser und Salz aus der Biochar-Zwischenschicht, was zu einem deutlichen Anstieg des Salzgehalts in den Pflanzenorganen führte. Die Ausbeute von S. salsa verbesserte sich um 22 % – 66 % und die Salzabsorptionseffizienz stieg um 31 % – 85 %. Übermäßige Ausbringung von Biochar kann jedoch die Entsalzung des Oberflächenbodens behindern und das Risiko einer Sekundärversalzung bergen. Daher wird eine moderate Ausbringungsmenge von 45 Mg/ha für eine effektive Wasserrückhaltung und Salzunterdrückung in salzhaltigem Ödland empfohlen.

Zitat:

 Xu, Q., Xu, Y., Xia, H., Han, H., Li, M., Gong, P., Wang, C., Li, Y., Li, P., & Liu, H. (2025). Mitigation of soil salinity by biochar and halophytes. Geoderma, 454, 117191

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Die Salzlandwirtschaft ist eine mögliche Lösung für die Produktion von Nahrungsmitteln auf salzbelasteten Böden mit Salzwasser zur Bewässerung. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen der Anwendung verschiedener Arten und Mengen von Biochar auf salzhaltige Böden unter Bewässerung mit salzhaltigem Wasser auf Indikatoren für Bodenqualität, Wachstumsparameter und Ertrag von Rucola (Garten-Senfrauke) zu untersuchen. Vier Arten von Biochar wurden in den Töpfen in Mengen von 1 %, 3 % und 5 % (w/w) auf den Boden in den Töpfen ausgebracht: Bananenblatt-Biochar (BLB), Reisstroh-Biochar (RSB), Sorghumstiel-Biochar (SSB) und Holzspäne-Biochar (WCB). Dieser Topfversuch wurde mit Rucola unter Bewässerung mit Salzwasser (6,2 dS m^{− 1}) kultiviert. Die Kationenaustauschkapazität, der insgesamt verfügbare Stickstoff und das verfügbare Kalium stiegen im Vergleich zur Kontrollbehandlung (unveränderter Boden) signifikant an. Im Vergleich zur Kontrollbehandlung verbesserte sich die frische Biomasse der Rucolapflanze signifikant um 57-146 %. Der höchste Wert an frischer Biomasse, Stickstoffaufnahme und Phosphoraufnahme der Rucolapflanzen wurde bei 3% SSB-Anwendungen beobachtet.

Zitat:

Elsaman, N.K. et al.: Comparative effects of different types and doses of biochar on soil quality indicators and arugula growth under saline conditions. Scientific Reports  15, Article number: 10046 (2025) 

Foto: pixabay.com Filmbetrachter