Quantitative characterization of pore structure of several biochars with 3D imaging

Pore space characteristics of biochars may vary depending on the used raw material and processing technology. Pore structure has significant effects on the water retention properties of biochar amended soils. In this work, several biochars were characterized with three-dimensional imaging and image analysis. X-ray computed microtomography was used to image biochars at resolution of 1.14 $\mu$m and the obtained images were analysed for porosity, pore-size distribution, specific surface area and structural anisotropy. In addition, random walk simulations were used to relate structural anisotropy to diffusive transport. Image analysis showed that considerable part of the biochar volume consist of pores in size range relevant to hydrological processes and storage of plant available water. Porosity and pore-size distribution were found to depend on the biochar type and the structural anisotopy analysis showed that used raw material considerably affects the pore characteristics at micrometre scale. Therefore attention should be paid to raw material selection and quality in applications requiring optimized pore structure.Comment: 16 pages, 4 figures. The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s11356-017-8823-

Lämpökemiallisen käsittelyn vaikutus jätevesilietefosforin lannoitusarvoon

Jätevesien fosfori kiertoon lannoitteeksi (PRecover) -hankkeen loppuraporttiRavinteiden kierrätyksen edistämiseksi viljelykasvien lannoitustarve tulee tyydyttää yhä enenevässä määrin orgaanisilla ravinnerikkailla sivuvirroilla, joista merkittävimmät ovat tuotantoeläinten lannat ja jätevedenpuhdistuksessa muodostuva jätevesiliete. Tuotantoeläinten lanta päätyy jo nykyisellään suurimmaksi osaksi takaisin maatalouden ravinnekiertoon, kun taas jätevesilietteiden ravinteista suurin osa ohjautuu maatalouden sijasta viherrakentamiseen. Jätevesilietteiden käyttöä lannoitteena rajoittavat epätietoisuus orgaanisten haitta-aineiden ja raskasmetallien mahdollisesta siirtymisestä ruokaketjuun sekä vaikutuksisista maaperäeliöihin. Yksi mahdollisuus vähentää jätevesilietteiden orgaanisia haitta-ainepitoisuuksia on jätevesilietteiden lämpökemiallien käsittely. Jätevesilietteiden sisältämän fosforin käyttökelpoisuus kasveille voi kuitenkin muuttua lämpökemiallisten käsittelyjen myötä, mutta asiasta on vähän tutkimustietoa. Maa- ja metsätalousministeriön rahoittamassa ”Jätevesien fosfori kiertoon lannoitteeksi (PRecover)” -hankkeessa selvitettiin lämpökemiallisten käsittelyjen, torrefioinnin ja märkähiillon (HTC), vaikutusta lietefosforin välittömään käyttökelpoisuuteen kasvatuskokeilla. Tutkimuksessa selvitettiin myös kotieläinlantafosforin (sian-, naudan- ja ketunlannan) käyttökelpoisuus ja orgaanisten fosforilähteiden aikaansaamaa satoa verrattiin väkilannoitefosforin vastaavaan. Hankkeessa tutkittiin myös muiden menetelmien soveltuvuutta ennustamaan orgaanisten fosforilähteiden lannoitusvaikutusta. Lisäksi määritettiin kasvinravinteiden ja haitallisten raskasmetallien pitoisuudet ohran jyvissä ja oljissa. Lämpökemiallisilla käsittelyillä pystyttiin muokkaamaan jätevesilietteen fysikaalisia ominaisuuksia ja muodostamaan erottuva biohiilifraktio. Rautasaostetun lietteen torrefiointi- ja HTC-käsittelyt vähensivät raudan sitomaa fosforipitoisuutta 75 %:sta 20 %:iin, lisäten vastaavasti vahvaan happoon liukenevan fosforin osuutta 22 %:sta 78 %:iin (Hedleyn fraktiointi). Märkähiillytyksessä neste- ja kuivajakeen erottamiseksi tarvittava käsittelyaika oli 30 minuuttia 230 °C:ssa ja fosfori sitoutui suurimmaksi osaksi kiintoainekseen, muodostaen rauta- ja kalsiumyhdisteitä. Hiilijakeeseen sitoutunut fosfori voidaan erottaa nestejakeeseen vahvalla hapolla, mutta tässä tutkimuksessa valituilla lämpökemiallisilla menetelmillä ei pystytty luomaan tarpeeksi kestävää biohiilijaetta, joka olisi mahdollistanut em. uuton ilman hiilen liukenemista. Mädätetyn ja kompostoidun jätevesilietefosforin välitön käyttökelpoisuus ohralle oli noin 10 %. Kalkkistabilointi paransi fosforin käyttökelpoisuuden 37 %:iin, kun taas torrefiointi ja märkähiilto alensivat fosforin välittömän käyttökelpoisuuden muutamaan prosenttiin. Kotieläinlannoissa paras fosforin välitön käyttökelpoisuus oli sian lietelannassa, jopa 160 % väkilannoitefosforiin verrattuna. Fosforin käyttökelpoisuuden kasveille ennusti mädätetyssä ja kompostoidussa jätevesilietteessä sekä naudan- ja sianlannassa parhaiten rauta ja – alumiinipitoisuuden moolisuhde suhteessa fosforin vastaavaan. Lannoitevalmistelain mukaisista fosforin käyttökelpoisuuden määrittämiseen käytettävistä uuttoliuoksista käyttökelpoisuuden ennusti parhaiten 2 % muurahaishappo, kun taas 2 % sitruunahappo ja 1 M neutraali ammoniumsitraatti-EDTA yliarvioivat sen. DGT- menetelmä ennusti puolestaan parhaiten fosforin liukoisuuden muutoksen maassa ja sen yhteyden kasvatuskokeissa havaittuun fosforin käyttökelpoisuuteen. Muut viljavuusuuttoliuokset (hapan ammoniumasetaatti, Mehlich-3 ja Olsen-P) sen sijaan yliarvioivat fosforin käyttökelpoisuuden. Jätevesilietteet tai kotieläinlannat eivät kohottaneet ohran jyväsatojen kadmium-, lyijy-, nikkeli-, arseeni- tai kromipitoisuuksia. Myöskään jätevesilietteiden torrefiointi tai HTC-käsittely eivät kasvattaneet jyväsadon raskasmetallipitoisuuksia. Jätevesilietefosforin potentiaalia fosforilannoitteena voidaan havainnollistaa laskemalla lannan ja jätevesilietteen fosforin riittävyys viljelykasvien tarpeisiin alueellisesti. Kun ensin huomioidaan lannan fosforisisältö eri ELY-keskusten alueilla, jäljelle jäävä lannoitustarve on tällä hetkellä suurin Uudellamaalla. Uudellamaalla muodostuva jätevesilietefosfori myös kattaisi kasvien jäljelle jäävän fosforilannoitustarpeen, jos olisi käytössä lietteenkäsittelytekniikoita, jotka nostaisivat fosforin käyttökelpoisuuden lähes väkilannoitefosforin veroiseksi. Tässä tutkimuksessa kehitetyt lämpökemialliset käsittelyt eivät kuitenkaan parantaneet fosforin käyttökelpoisuutta kasveille, minkä tulisi olla tärkeä tavoite fosforikierron tehostamiseksi.201

A novel solution for utilizing liquid fractions from slow pyrolysis and hydrothermal carbonization - Acidification of animal slurry

Pyrolysis and hydrothermal carbonization (HTC) have recently gained much interest in the field of biomass processing. This is due to the process flexibility with respect to raw materials and the range of potential applications proposed for the end products. In addition to the main product, biochar, the processes yield a liquid fraction that has turned out to be challenging to productize. Considering the feasibility of the thermochemical conversion technologies, it is crucial that all the produced fractions can be utilized reasonably and no waste fractions expensive to dispose remain. In spite of active research and development work, unambiguous uses for the liquid fractions have not been recognized yet. Please click on the file below for full content of the abstract

Performance of Liquids from Slow Pyrolysis and Hydrothermal Carbonization in Plant Protection

The feasibility of thermochemical biomass conversion technologies can be improved if value-added applications for all fractions can be developed. One of such approaches is the use of liquid by-products from slow pyrolysis and hydrothermal carbonization (HTC) in plant protection. Liquids produced from slow pyrolysis of pine bark, pine forest residues, wheat straw, and willow, and from hydrothermal carbonization of willow, were analyzed in this study. In particular, potential active compounds were analyzed, covering the main volatile, simple organic compounds and numerous phenolic substances. Effectivity tests of the liquids as pest repellent (Arianta arbustorum), herbicide (Brassica rapa), and insecticide (Rhopalosiphum padi) indicated that slow pyrolysis liquid from willow was the most effective pesticide, followed by the liquid from wheat, bark, and forest residues. HTC liquid did not show any pesticidal activity due to low concentration of organic compounds. High content of acetic acid and other carboxylic acids, and the presence of dozens of different phenolic compounds seem to be the main reason for the higher pesticidal activity of willow-derived pyrolysis liquid. Temperature-separated slow pyrolysis liquids proved to be suitable to be used as pesticides. Consequently there is possibility to improve the feasibility of thermochemical biomass conversion technologies remarkably by developing the liquid factions to value-added pesticides. [GRAPHICS] .Peer reviewe

Characterization of biochar pore structure with X-ray tomography

Biochar use as soil amendment can influence both physical and chemical properties of soil. The effects of biochar depend on the raw material from which biochar is derived as well as on the used processing technology and process conditions. One commonly highlighted benefit of biochar application is improved water retention properties of soil. Biochar may affect water retention in direct or direct way. In direct mechanism water is stored and held in the biochar pores while in indirect mechanisms biochar contributes to the soil structural development (aggregation). Please click on the file below for full content of the abstract

FAKTOR-FAKTOR YANG BERHUBUNGAN DENGAN KEPEMILIKAN JAMBAN SEHAT DI DUSUN TANGGUNGREJO DESA KARANGPATIHAN KECAMATAN BALONG KABUPATEN PONOROGO

Latar Belakang: Penyediaan sarana jamban merupakan bagian dari usaha sanitasi yang cukup penting peranannya. Ditinjau dari sudut kesehatan lingkungan, pembuangan tinja yang tidak saniter dapat mencemari lingkungan terutama tanah dan sumber air. Kecamatan Balong merupakan Kecamatan dengan kepemilikan jamban sehat yang rendah dibandingkan dengan Kecamatan lain di Kabupaten Ponorogo. Dusun Tanggungrejo merupakan dusun dengan angka kepemilikan jamban tidak sehat paling tinggi dibanding dusun yang lainnya di Desa Karangpatihan Kecamatan Balong. Pengetahuan dan sikap masyarakat di Dusun Tanggungrejo terkait kepemilikan jamban sehat tergolong masih rendah. Metode: Penelitian ini menggunakan desain penelitian cross sectional. Sampel dalam penelitian ini sejumlah 87 sampel yang diperoleh dengan teknik cluster random sampling. Instrument yang digunakan adalah lembar checklist yang digunakan untuk mengukur tingkat pengetahuan dan sikap responden serta lembar observasi yang digunakan untuk menilai kepemilikan jamban sehat. Hasil: Hasil penelitian menunjukkan bahwa ada hubungan antara tingkat pendapatan kepala keluarga dengan kepemilikan jamban sehat di Dusun Tanggungrejo Desa Karangpatihan Kecamatan Balong Kabupaten Ponorogo (p=0,000<0,005, RP=13,250, CI=3,471-50,582), ada hubungan antara tingkat pengetahuan kepala keluarga dengan kepemilikan jamban sehat di Dusun Tanggungrejo Desa Karangpatihan Kecamatan Balong Kabupaten Ponorogo (p=0,000<0,005), RP=4,840, CI=2,481-9,444) dan ada hubungan antara sikap kepala keluarga dengan kepemilikan jamban sehat dengan di Dusun Tanggungrejo Desa Karangpatihan Kecamatan Balong Kabupaten Ponorogo (p=0,000<0,005, RP=6,989, CI=2,404-20,318). Kesimpulan: Tingkat pendapatan, tingkat pengetahuan dan sikap kepala keluarga berhubungan dengan kepemilikan jamban sehat di Dusun Tanggungrejo Desa Karangpatihan Kecamatan Balong Kabupaten Ponorogo

Case Nortura/Norilia.Improving the utilisation of co-streams in poultry processing

Industrialised chicken production is far from organic agriculture prinicples. Still of interest is a more sustainable utilisation of by-products, e.g. hydrolysation of feathers for proteins, or extraction of food grade oil from chicken bones. Such approaches were studied in the bioeconomy-project "CYCLE" (2013-2017)