Carbon Stability of Biochar : Methods for assessment and indication

• Main Author: Söderqvist, Helena
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik 2019
• Subjects: Biochar; Stability; MRT; Carbon sink; Carbon stability; Negative emissions technology (NET); Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-254674

Biochar can reduce the amount of CO2 in the atmosphere and is acknowledged as one feasible technology for negative carbon emissions. The stability of carbon in biochar is of major importance for the carbon sequestration value. A method for confident estimation of the stability is needed to make efficient priorities for the climate. The aim of this study is to identify the best available method that can be used to indicate the stability and quantify the carbon sequestration potential of biochar. The result builds on a literature review of the current state of scientific knowledge and the proposed method is tested with data from previous studies and then applied to the case of Stockholm Exergi. Biochar has a stable carbon structure, always more recalcitrant than the biomass that it derives from. However, estimations of how stable the carbon are varying a lot in the literature. Biochar is not unambiguously defined, there is rather a range of materials with different stability and the degradationis context dependent. Further discrepancy in the estimated stability derives from different experimental design and approaches to modeling the data. There is a challenge to do a proper estimation of the actual degradation, due to the long time perspective and the complexity of observation of behavior in a naturalsystem. A functional method to indicate the stability of carbon in biochar is needed because a biochar producer cannot conduct a long term trial to prove the carbon sequestration potential. Several methods have in theory the ability to indicate stability. However, the H/Corg model with the expression BC+100 emerging to be the best suited method due to its connection to measured degradation, accessibility and acceptance. The H/Corg model could be further improved by calibration and validation by collecting existing data from previous assessments. Communication of the carbon sequestration after hundred years compared to other carbon sinks should be improved to better reflect the long term carbon sequestration value of biochar. Stockholm Exergi is planning for a biochar production of 5 000 ton/year. The H/Corg method estimate that this corresponds to 9 000 – 11 500 ton CO2 per year, stable for at least hundred years. The widerange in the result derives from the different interpretations on the H/Corg method, where the different interpretations derive from the variation that previous research result shows. This is an incentive to support further development of the method. The sequestered carbon in biochar must be protected in its application to ensure the carbon sink in a trade system. Biochar in soil, green areas and concrete face the risk of being dis/re-located. However, that is not a threat to the carbon sequestration value. Biochar and biochar in a soil product sold in bags cannot account for the biochar sequestration value detached from the product, because of the risk of incineration. The future development of biochar stability assessment should in a short term assemble the existing knowledge of conducted trials and use that with knowledge of what approaches that best corresponds to the real stability of biochar. This could decrease the observed variations in the stability assessments and be used to calibrate and validate methods that could indicate stability. In the long perspective field trials and incubation trials should be done in a standardized way to assess the degradation, designed according to best practice with long trial times and consciously extrapolated data. === Biokol kan minska halten av CO2 i atmosfären och är identifierad som en möjlig teknologi för negativa CO2 utsläpp. Biokolets stabilitet har stor betydelse för dess potential. Målet med denna studie är att identifiera den bästa tillgängliga metoden för att indikera kolets stabilitet. Resultatet bygger på en litteraturgenomgång av befintligt kunskapsläge. Den föreslagna metoden testas med biokolsdata ifrån tidigare gjorda mätningar. Kolinbindningspotentialen i Stockholm Exergi’s biokolsprojekt beräknas genom att applicera metoden på förväntad biokolsproduktion. Biokol har en stabil kolstruktur, alltid mer stabil än den biomassa den härstammar ifrån. Uppskattningar av hur stabilt biokol är varierar mycket i litteraturen. Biokol är inte entydigt definierat utan är ett spann av olika material och dessutom är stabiliteten kontext beroende. Ytterligare variationer härstammar ifrån varierande experimentdesign och olika metoder som används för extrapolation av mätdata. För att beräkna kolinbindning i biokol som produceras behövs en metod som kan visa hur stabilt kolet är.Mätmetoden är resurskrävande och därför behövs istället ett samband mellan kolets innehåll/struktur och uppvisad stabilitet som kan användas i kombination med en enklare analys av det producerade biokolet för att indikera stabilitet. I teorin finns det många metoder som kan vara funktionella men enligt denna studie är H/Corg metoden i kombination med BC+100 index mest lämpligt att använda pågrund av metodens uppvisade koppling till uppmätt stabilitet, tillgänglighet och acceptans. Stockholm Exergi planerar för en biokolsproduktion på 5000 ton/år och H/Corg metoden uppskattar att detta årligen motsvarar 9 000 – 11 500 ton CO2 stabilt i minst 100 år. Spannet som resultatet uppvisar beror av den variation av uppskattad stabilitet i litteraturen och är ett incitament för att stödja en vidareutveckling av metoden. I applikationen av biokol måste kolsänkan skyddas för att kunna ingå i ett handelssystem. För biokol till jordförbättring, grönområden i staden samt biokol i betong föreligger en möjlighet att biokolet blir omflyttat eller förloras ifrån den ursprungliga applikationen, detta medför dock inte att kolsänkan går förlorad och är därför inte ett problem för värdet av kolsänkan. Däremot bör värdet av kolsänkan av biokol som säljs i konsumentförpackningar inte frikopplas ifrån biokolsprodukten eftersom det då saknas kontroll över att kolet inte bränns. Vidare studier av stabilitet av biokol bör på kort sikt innefatta insamling av befintlig data ifrån genomförda försök. Genom kunskap om hur olika faktorer inverkar på verklig och uppskattad stabilitet kan spannet av variation bättre accepteras och minska. Vidare kan insamlad data användas för att kalibrera och validera indikationsmetoder. Kommunikationen av kolsänkan av biokol och det långsiktiga värde som skiljer biokol ifrån andra mer kortsiktiga kolsänkor bör förbättras. Långsiktiga fält och inkubationsförsök bör etableras enligt kunskap om experimentell design och hantering av data för att på ett så korrekt sätt som möjligt spegla verklig stabilitet och kolsänka.