Kategorie: Publikationen

Abstract

Ein neuartiges tragbares Rührscheiben-Festphasenextraktions-Gerät wurde entwickelt, bei dem eine Pflanzenkohle/Natriumalginat (SA)-Mischmatrixmembran (MMM) als Adsorptionsmittel diente. Damit wurden Bisphenolverunreinigungen aus Wasser entfernt. Die Pflanzenkohle/SA MMM wies zufriedenstellende Adsorptionseigenschaften und eine hervorragende Wiederverwendbarkeit auf. Die Faktoren wie Reaktionszeit, Elutionszeit, Art und Volumen des Elutionslösungsmittels und pH-Wert der Probenlösung wurden optimiert. Die Validierung der Methodik ergab, dass die Nachweisgrenzen für die Bisphenole zwischen 0,06 und 0,17 ng·mL^-1 lagen. Die vorgeschlagene Methode wurde effektiv für Bisphenole in Leitungswasser-, Trinkwasser- und Flusswasserproben eingesetzt. Die Mischmatrixmembran wies eine ausgezeichnete Wiederverwendbarkeit auf.

Zitat: Zhang, H.Y., Li, Y.Y, Zhang, S.J., Hou, X.H.: A portable stir-disc solid phase extraction using biochar/sodium alginate mixed matrix membrane as absorbent for bisphenols enrichment in water samples. International Journal of Biological Macromolecules, Volume 313, 144244, 2025.

Eine neue Studie der Universität Nottingham zeigt, dass durch die Umwandlung von Lebensmittelabfällen in Pflanzenkohle bis 2030 jährlich 93.000 Tonnen CO₂ eingespart werden könnten.

Der Bericht zeigt, dass die Umwandlung von Gärresten aus Lebensmittelabfällen, einem Rückstand aus der Biogasproduktion, in Biochar eine kostengünstige und klimawirksame Lösung darstellt. Bei der Studie wurden auf 70 % Feuchtigkeit entwässerte Gärreste mit hydrothermaler Karbonisierung (bei 200 °C) vorbehandelt und anschließender pyrolysiert (bei 750 °C).

Jede Tonne Biochar mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 88 % könnte bis zu 1,2 Tonnen CO₂-Äquivalent binden, und eine Standortwahl mit einer gemeinsamen anaeroben Vergärungsanlage, in denen Gärreste von Lebensmittelabfällen anfallen, könnte die Kosten für die Kohlenstoffentfernung unter 100 (britische) Pfund pro Tonne halten. Die Anwendung dieser Pflanzenkohle auf landwirtschaftlichen Böden kann die Bodenfruchtbarkeit und -struktur verbessern und so zu nachhaltigen landwirtschaftlichen Praktiken beitragen.

Wenn dieser Ansatz auf nationaler Ebene in Großbritannien umgesetzt wird und 50 % der prognostizierten verfügbaren Gärreste aus Lebensmittelabfällen verwendet werden, könnten bis 2030 jährlich rund 93.000 Tonnen CO₂ gebunden werden. Um bis 2030 50 % der prognostizierten Gärreste von Lebensmittelabfällen in Großbritannien zu verarbeiten, wären 28 Produktionsanlagen für Biochar mit einer Kapazität von jeweils 20.000 Tonnen pro Jahr erforderlich.

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Beton, der mit Biochar angereichert ist, bietet doppelte Vorteile und zeigt beeindruckende Gewinne. Die modifizierte Porenstruktur und die verbesserten Hydratationsprodukte tragen zu einer verbesserten Haltbarkeit gegen chemische Angriffe und Frost-Tau-Zyklen bei. Optimale Dosierungen (2-5 % der Zementmasse) erhöhen die Druckfestigkeit um bis zu 76 % und reduzieren die Wasseraufnahme um 41 %, während jeder Kubikmeter bis zu 9,40 kg Kohlendioxid bindet, was einen bedeutenden Schritt in Richtung nachhaltiges Bauen darstellt.

Zitat:

Zhou, Y., Wang, S., & Chen, L. (2025). Progress and prospects of biochar as concrete filler: A review. Alexandria Engineering Journal, 128, 306-323.

Eine kürzlich durchgeführte Studie unterstreicht das erhebliche Potenzial von Biochar in der nachhaltigen Landwirtschaft und zeigt eine Reduzierung der Ammoniakverflüchtigung aus tonigen Böden um bis zu 52 % und eine Verringerung der Nitrat-N-Auswaschung um 39 %, wenn Biochar zusammen mit organischen Düngemitteln ausgebracht wird. In sandig-lehmigen Böden wurden N₂O-Emissionen um bis zu 25 % reduziert, nicht aber in tonigen Böden.

Insgesamt zeigen die Anwendungen von Biochar ein erhebliches Potenzial zur Minderung von N-Verlusten und zur Verbesserung der N-Nutzungseffizienz. Die Wirksamkeit wird jedoch optimiert, wenn die Biochar-Eigenschaften (z. B. hohe spezifische Oberfläche und angemessenes C/N-Verhältnis) und die Anwendungsstrategien auf bestimmte Bodentypen und N-Quellen zugeschnitten sind.

Zitat:

Kohira, Y., Fentie, D., Lewoyehu, M., Wutisirirattanachai, T., Gezahegn, A., Ahmed, M., Akizuki, S., Addisu, S., & Sato, S. (2025). The Sustainable Management of Nitrogen Fertilizers for Environmental Impact Mitigation by Biochar Applications to Soils: A Review from the Past Decade. Environments, 12(6), 182.

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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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