Kategorie: Publikationen

Ein innovatives rezirkulierendes Aquakultursystem (RAS) mit einem Biochar-Filter kann die Klimaneutralität in der Fischproduktion ermöglichen. In dieser Studie wird die Umweltverträglichkeit der Verwendung von Biochar zur Nährstoffrückgewinnung in rezirkulierenden Aquakultursystemen (RAS) und der Erzeugung einer nährstoffangereicherten Pflanzenkohle für die landwirtschaftliche Nutzung untersucht. Im Rahmen einer prospektiven Ökobilanz (LCA) werden in der Studie zwei verschiedene RAS-Konfigurationen untersucht, eine mit einem konventionellen Biofilter und eine mit dem innovativen Biochar-Filter. Wenn der Biofilter durch einen Pflanzenkohlefilter ersetzt wird und Pflanzenkohle hauptsächlich als Filter erzeugt wird, sind zusätzliche große Auswirkungen aus der Produktion von forstwirtschaftlicher Biomasse und dem Bau einer Pyrolyseanlage mit dem RAS verbunden. Dem wird durch zurückgewonnene Wärme und Nährstoffe nur teilweise entgegengewirkt, aber für die Auswirkungen auf das Klima sind die Vorteile im Zusammenhang mit der C-Sequestrierung beträchtlich.

Zitat:

Behjat, M., Svanström, M., Peters, G., & Wennberg, N. (2025). Life cycle assessment of recirculating aquaculture systems with innovative biochar filter for enhanced nutrient recirculation. Resources, Environment and Sustainability, 21, 100233.

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Ein Kompositmaterial mit 4 % Biochar aus Wassermelonenschalen und mit 30 % Silan-modifizierter Muskatnussfaser zeigte eine verbesserte Abschirmung von elektromagnetischer Interferenz gegenüber einfachen Vinylester-Kompositen. Der Biochar-Anteil verbesserte den Ladungstransport und die Mehrfachreflexionen und optimierte die Wellendämpfung optimiert. Aufgrund dieser Eigenschaften kann das neue Kompositmaterial in den meisten Branchen für elektrische und elektronische Geräte wie Raumfahrzeuge, Kommunikation, Navigation, Medizin, Automobil und Informationstechnologie usw. eingesetzt werden.

Zitat:

Kanchana, K., Anoop, K. J., Vinod, V. P., Kavitha, K. K., & Kathiravan, M. N. (2025). Electromagnetic shielding effectiveness of surface modified porous watermelon rinds biochar nutmeg short fibre reinforced lightweight vinyl ester biocomposite. J Mater Sci: Mater Electron, 36(830). DOI: 10.1007/s10854-025-14878-w

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Schwankungen in der Biogasproduktion und geringe Methanerträge stellen in der Palmölindustrie nach wie vor große Herausforderungen dar. Die Forscher fanden heraus, dass Biochar die Methanausbeute aus dem Abwasser von Palmölmühlen um 104 % erhöht, wenn sie mit einem Feed-to-Inokulum-Verhältnis von 0,615, einer Biokohle-Dosierung von 1,34 g/l und einer organischen Belastung von 4,8 g VS/L (flüchtige Feststoffe/L) optimiert ist. KNN (künstliche neuronale Netze), ein Tool für maschinelles Lernen, sagte das Biogasvolumen und die Methanausbeute genau voraus. Zur Optimierung der Prozessparameter wurde RSM (Response Surface Methodology) eingesetzt. Die Studie unterstreicht das Potenzial von Biochar für eine kostengünstige Biogasproduktion in der Palmölindustrie.

Zitat:

Chang, P. Y., Chan, Y. J., Arumugasamy, S. K., Wan, Y. K., & Lim, J. W. (2025). Optimisation of anaerobic digestion of palm oil mill effluent with biochar addition: Synergistic application of Artificial neural network and response Surface Methodology. Fuel, 398, 135514. 

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Kommunaler Klärschlamm (MSS) wurde als vielversprechender Rohstoff für die Herstellung von Biochar mit potenziellen Anwendungen als Bodenverbesserer identifiziert. Der hohe Schwermetallgehalt und die begrenzte Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Phosphor (P) stellen jedoch Herausforderungen dar.

Ziel dieser Studie war es, die Qualität von MSS-abgeleiteter Pflanzenkohle durch Copyrolyse mit Weizenstroh (reich an K und Si) und Abfällen aus Backstuben (reich an K) bei Temperaturen von 500, 650 und 900 Grad Celsius zu verbessern. Diese Mischungen verbesserten die Bildung von pflanzenverfügbaren Phosphaten im Vergleich zu reiner Klärschlammkohle. Insbesondere Biochars aus Faulschlamm (BSS) wies den höchsten Phosphorgehalt auf, wobei ein Gemisch von 90 % BSS und 10 % BKW (Backstuben-Abfälle) bei 900 °C bis zu 55 g/kg Phosphor ergab.

Darüber hinaus reduzierte die Kopyrolyse die Konzentrationen von Schwermetallen wie Cadmium (Cd), Blei (Pb) und Zink (Zn) in den Biochars im Vergleich zur alleinigen MSS-Pyrolyse. Es hatte jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Kupfer- (Cu), Chrom- (Cr) und Nickel- (Ni)-Werte.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Copyrolyse mit Weizenstroh und Backabfällen nicht nur das Nährstoffprofil und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Klärschlammkohle verbesserte, sondern auch die Schwermetallkontamination verringerte.

Zitat:

Vali, N., Zabihi, S., Mohsenzadeh, A., & Pettersson, A. (2025). Copyrolysis of Municipal Sewage Sludge with Agricultural Residues: A Theoretical and Experimental Study for Tailored Biochar Production. ACS Omega, 2025. DOI: 10.1021/acsomega.4c11089

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In dieser Studie wird das CO2-Adsorptionspotenzial von Biochar aus Klärschlamm unter verschiedenen Pyrolysetemperaturen (300 °C, 450 °C und 600 °C) untersucht. Die Klärschlammkohlen wurden bei unterschiedlichen Temperaturen hergestellt und anhand der Oberfläche, der Porenstruktur, der elementaren Zusammensetzung und der Alkalität charakterisiert. Die CO2-Adsorptionskapazität wurde bewertet, um den Einfluss der Pyrolysebedingungen auf die Leistung der Pflanzenkohle zu bestimmen. Biochar, die bei 600 °C hergestellt wurde, wies aufgrund ihrer erhöhten Porosität und Alkalität die höchste CO₂-Adsorptionskapazität von 0,971 mmol/g (43 g/kg) auf. Diese Studie unterstreicht das Potenzial von Klärschlamm-Biochar für die CO₂-Abscheidung bei gleichzeitiger Förderung einer nachhaltigen Abfallwirtschaft.

Zitat: Oktaviana, A. A., Hermana, J., Syafei, A. D., & Hsi, H. C. (2025). Effect of Pyrolysis Temperature of Domestic Sewage Sludge Biochar on CO2 Adsorption. Results in Engineering, 105136.

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Im Rahmen einer 3-jährigen Studie wurde die Kombination von fein gemahlenem Metabasaltgestein mit anderen Boden-CDR-Technologien (Kompost‑ und Biochar-Zusätze), um die Kohlenstoffbindung (C-Bindung) zu stimulieren. Der kombinierte Zusatz von gemahlenem silikatischem Gestein (GR), Kompost und Biochar hatte über 3 Jahre die größten Zuwächse an Boden-C-Vorräten (15,3 ± 4,8 t C/ha). Alle anderen Behandlungen verlangsamten oder kehrten die Hintergrund-C-Verluste um, wobei reine GR-Behandlungen die Raten des Boden-C-Verlusts im Vergleich zur Kontrolle reduzierten, aber im Laufe der Zeit immer noch Boden-C verloren. Bodenzusätze senkten die Lachgasemissionen (N2O) um 11,0 ± 0,6 kg CO2e/ha.yr und erhöhten den Methanverbrauch (CH4) um 9,5 ± 3,5 auf 18,4 ± 4,4 kg CO2e/ha.yr. Die Emissionsreduktionen waren zwar bemerkenswert, aber um eine Größenordnung geringer als die organische C-Sequestrierung mit Kompostzusätzen. Die kombinierte Änderung ergab den größten geschätzten Nettonutzen für das Ökosystem (relative Veränderungen des Boden-C über 3 Jahre, geschätzte Gesteinsverwitterungs-Raten und Treibhausgasemissionen) von -86,0 ± 24,7 Mg CO2e/ha. Die Vorteile wurden durch den Zuwachs an organischem C im Boden dominiert, direkt durch organische Zusatzstoffe und indirekt durch erhöhtes Pflanzenwachstum. Die Verwitterungsraten lagen bei <10 % des theoretischen Potenzials. Kombinierte Gesteinsverwitterung und organische Zusatzstoffe erhöhten die geschätzten Verwitterungsraten und stimulierten die organische C-Bindung im Boden.

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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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Foto: Pinterest – Dan Perry