Che cosa è il Biochar?
- Legno (wood)
- Carbonella (charcoal): la carbonella, una forma di carbone vegetale, è prodotta dalla pirolisi (riscaldamento della biomassa in condizioni di basso ossigeno), è costituita principalmente da carbonio con lo scopo di essere usata come combustibile. Le caratteristiche della carbonella usata come base del biochar sono le seguenti:
- obiettivo principale: carbonio stabile per il suolo + CEC + habitat per i microbi.
- temperatura: moderata (350–550 °C) per mantenere alcuni gruppi funzionali.
- velocità di riscaldamento: controllata, più lenta per una carbonizzazione uniforme.
- atmosfera: a contenuto limitato di ossigeno, talvolta con attivazione di vapore o CO₂
- contenuto frazione volatile: moderato, conserva alcuni gruppi funzionali polari per la ritenzione dei nutrienti.
- porosità: elevata e ottimizzata per la capacità di ritenzione di acqua/nutrienti e habitat microbico.
- Ceneri (ash): le ceneri sono i minerali rimasti dopo che il carbonio è stato eliminato, o, in termini più eleganti, le ceneri sono il residuo inorganico che rimane dopo la completa combustione del materiale organico. Le ceneri, quindi, non fanno parte della sostanza organica del terreno ma della sostanza minerale essendo composte principalmente da ossidi, carbonati, sali di Ca, K, Mg, Si, Fe, ecc. Il fuoco non solo è capace di trasformare la materia viva in materia morta ma anche di trasformare la materia organica in materia inorganica. Le ceneri sono di colore chiaro (da bianco a grigio); possono essere più scure (presenza di un pò di carbonio) se la combustione è incompleta. Hanno un aspetto polveroso o sfaldato. Le ceneri si formano ad alte temperature quando tutto il materiale carbonioso viene ossidato in CO₂, lasciando solo materia minerale. Sono relativamente inerti dal punto di vista chimico, sebbene alcaline; possono alterare il pH del suolo solo se aggiunte in grandi quantità.
- Fuliggine (soot): la fuliggine è il carbonio che è sfuggito all’ossidazione e che è rimasto sotto forma di residuo nero o, in termini più eleganti, la fuliggine è l’insieme delle particelle fini di carbonio (principalmente carbonio elementare) formate dalla combustione incompleta della materia organica. Contiene idrocarburi policiclici aromatici (IPA) condensati e composti catramosi. Il suo aspetto è nero, soffice o untuoso, macchia facilmente. Si forma in condizioni di scarsa disponibilità di ossigeno; il carbonio non è completamente ossidato (passa da uno stato di ossidazione negativo a uno stato di ossidazione nullo, per esempio: C-2 → C0) e quindi non si libera come CO2 (C+4). Nel suolo, la fuliggine fa parte della materia organica pirogenica, è molto resistente e può persistere per secoli.
- Biochar: la carbonella è prodotta dalla pirolisi (riscaldamento della biomassa in condizioni di basso ossigeno) ed è costituita principalmente da carbonio con lo scopo di essere utilizzata per migliorare i terreni una volta che sia stata attivata e caricata e, quindi, sia diventata biochar.
Per quanto riguarda l’intervallo di temperatura ottimale per la produzione della carbonella (char) si osserva quanto segue:
T < 300 °C → Carbonizzazione a bassa temperatura, che elimina principalmente l’acqua e alcune sostanze organiche volatili. Produce una carbonella con bassa stabilità del carbonio, alto contenuto di catrame (tar) e bassa porosità. La carbonella in questa fase si decompone più rapidamente nel suolo.
350 °C < T < 500 °C → Ottimale per il biochar agricolo. Chimica e struttura equilibrate: carbonizzazione sufficiente a rendere la carbonella chimicamente stabile (alto contenuto di carbonio aromatico). Conserva ancora gruppi funzionali contenenti ossigeno che aiutano lo scambio di nutrienti e la ritenzione idrica. Buona microporosità per la colonizzazione microbica. Il pH è moderato-alto ma non estremo. Il fabbisogno energetico è gestibile per gli impianti fatti in casa.
T > 600 °C → Carbonizzazione ad alta temperatura. Produce carbonella aromatica altamente condensata → molto stabile nel suolo. Tuttavia: i gruppi funzionali vengono bruciati → minore capacità di ritenzione dei nutrienti (CEC inferiore); la porosità può aumentare ulteriormente, ma può aumentare anche l’idrofobicità; solitamente migliore per la filtrazione o la metallurgia che per migliorare le interazioni pianta-suolo.
Il Processo della Pirolisi
- Selezionare e preparare le materie prime: scegliere la biomassa (legno, paglia, letame, gusci di noci, ecc.). Le materie prime ad alto contenuto di lignina di solito danno una resa di carbonella più elevata.
- Ridurre la dimensione delle particelle se necessario per un riscaldamento uniforme.
- Pre-essiccare per ridurre l’umidità (unidità obiettivo <10-15%), lasciando il legno a riposare uno o più anni.
- Essiccare (evaporazione) — T <110 °C. L’acqua libera evapora. Pochi processi chimici, essiccazione prevalentemente fisica.
- Torrefare (facoltativa) — 200–300 °C. Trattamento termico delicato. Devolatilizzazione parziale, la biomassa diventa più secca, più fragile e più densa dal punto di vista energetico. Spesso utilizzata quando si desidera produrre combustibile o macinare.
- Pirolisi primaria / devolatilizzare — ~300–450 °C (a seconda della materia prima)
L’emicellulosa si decompone per prima (~200–350 °C), poi la cellulosa (~300–400 °C). La lignina si decompone in un intervallo più ampio (200–600 °C). Emissioni elevate di sostanze volatili: syngas (CO, CO₂, H₂), catrame (tar) condensabile / bio-olio, vapore acqueo. Si forma un residuo carbonioso solido (char = carbonella) che inizia ad aromatizzarsi. - Cracking secondario / aromatizzare — ~450–700 °C. Cracking del catrame, reazioni di condensazione → anelli aromatici più condensati nel solido. I rapporti H/C e O/C diminuiscono (la carbonella diventa più aromatica e chimicamente stabile).
- Gassificare (regime diverso; non pirolisi stretta) — >700 °C (con O₂/vapore limitati). Converte la maggior parte del carbonio in syngas (H₂, CO), lasciando poca carbonella; utilizzato per la produzione di gas.
- Raffreddare/temprare (fase finale). È necessario raffreddare in atmosfera inerte/a basso contenuto di O₂ o catturare i gas di scarico; la riossidazione durante il raffreddamento riduce la qualità del prodotto.
Per i forni di piccole dimensioni, è comune la tempra con acqua, ma per fare poi il biochar è preferibile il raffreddamento controllato o la copertura per limitare la formazione di IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici).
Sottoprodotti da gestire
Gas di sintesi/gas di combustione (possono essere bruciati per fornire calore di processo).
Bio-olio / catrami (utili o inquinanti a seconda degli obiettivi).
Aerosol / IPA (soprattutto con un controllo inadeguato) — devono essere considerati per la sicurezza ambientale e del suolo.
Spesso, leggendo di pirolisi del legno in inglese troviamo i termini char e tar.
In sostanza:
- char, la carbonella, è il sottoprodotto solido della decomposizione termica, e
- tar, il catrame, è il sottoprodotto liquido/semisolido della decomposizione termica.
A questi due sottoprodotti della pirolisi bisogna aggiungerne un terzo: la frazione volatile gassosa.
Mettiamo in evidenza anche la differenza tra carbonella, carbone e coke.
Carbonella (Carbone vegetale / Biochar)
- Origine: Biomassa recente (legno, residui colturali, gusci).
- Processo: Pirolisi in presenza di ossigeno limitato.
- Tempistica: Da alcune ore a diversi giorni.
- Contenuto di carbonio: ~60–80%.
- Uso: Combustibile, metallurgia, ammendante, filtrazione dell’acqua.
Carbone
- Origine: Materiale vegetale antico sepolto nelle paludi (Carbonifero e successivi).
- Processo: carbonificazione (fossilizzazione geologica sotto pressione + calore).
- Tempistica: milioni di anni.
- Contenuto di carbonio: variabile (torba ~50%, lignite ~60-70%, antracite fino al 95%).
- Uso: combustibile fossile per energia, industria siderurgica, chimica.
Coke
- Origine: carbone (solitamente bituminoso).
- Processo: distillazione distruttiva (pirolisi del carbone in forni a 1000-1200 °C senza ossigeno).
- Tempistica: processo industriale (ore).
- Contenuto di carbonio: 90%+.
- Uso: metallurgia (altiforni per ferro e acciaio), non per il suolo.
Quindi, in breve:
- Carbonella = biomassa pirolizzata (carbonio moderno).
- Carbone = biomassa fossilizzata (carbonio antico).
- Coke = carbone pirolizzato (carbonio industriale).
ATTIVAZIONE E CARICAMENTO
Carbonella ≠ Biochar.
La carbonella appena prodotta è solo carbonio poroso. Per diventare biochar (un ammendante del suolo), deve essere:
attivata (aprire i pori, aumentare la superficie), e caricata (caricata con sostanze nutritive e microbi in modo che non li “rubi” dal suolo sottraendole alle piante).
Ecco come procedere passo dopo passo:
Fase 1 — Attivazione
Cosa significa: rimuovere catrame e residui, creando una struttura pulita e porosa.
Come si fa: dopo la pirolisi, lasciare raffreddare completamente la carbonella senza ossigeno. Frantumarla in pezzi più piccoli (1-20 mm a seconda dell’uso). Facoltativamente, sciacquarla con acqua per rimuovere ceneri e residui solubili.
Fase 2 — Caricamento (nutrienti + inoculazione microbica)
La carbonella è come una spugna vuota. Se la mettiamo direttamente nel terreno, sottrarrà i nutrienti e l’acqua alle piante. Per evitare ciò, è necessario caricarla:
Opzioni per il caricamento:
- Caricamento con compost (il migliore) – Mescolare la carbonella frantumata in un cumulo di compost attivo in un volume pari a circa il 10-20%. Lasciare maturare insieme per diverse settimane. Risultato: pori riempiti di nutrienti e microbi benefici.
- Caricamento con letame o liquame – Immergere la carbonella in letame liquido, digestato o compost tea per 1-4 settimane. Mescolare di tanto in tanto per favorire l’infiltrazione.
- Caricamento con urina (tradizionale, semplice) – Immergere la carbonella in urina diluita (ricca di N, P, K). Lasciare coperto per un paio di settimane, i microbi si insedieranno una volta applicato al terreno.
- Caricamento con vermicompost – Aggiungere la carbonella ai contenitori dei vermi (5-10%). I vermi la macinano e la inoculano naturalmente.
Regola generale: utilizzare il 10-30% di biochar nelle miscele di compost.
Tempo di carica: 2-6 settimane, a seconda del metodo.
Risultato finale: un biochar vivo e ricco di sostanze nutritive pronto per il terreno.
Quindi il flusso è:
Carbonella → attivazione: frantumazione, risciacquo → caricamento: compost/urina/letame/tè → Biochar.
Protocollo di attivazione e ricarica del biochar
(per le condizioni di Torre di Mosto, lotti di carbone in fusti da 220 litri)
Fase 1 — Preparazione del carbone (attivazione)
Raffreddare la carbonella dopo la pirolisi con copertura di terra o acqua (evitare l’esposizione all’ossigeno).
Frantumarla fino a ottenere particelle di dimensioni comprese tra 1 e 20 mm (più piccole = migliori per la colonizzazione microbica).
Utilizzare un rullo, una pala o anche passarci sopra con un telo.
Sciacquare leggermente con acqua se la carbonella è polverosa o presenta strati di cenere bianca.
Conservare in sacchi traspiranti fino al caricamento.
Fase 2 — Caricamento con compost (inoculazione microbica)
Rapporto di miscelazione: aggiungere il 10-20% in volume di carbonella frantumata in un cumulo di compost attivo (residui vegetali + letame).
Stratificazione: alternare i materiali del compost e la carbonella per distribuirla uniformemente.
Umidità: mantenere il cumulo a un’umidità del 50-60% circa (come una spugna strizzata).
Durata: lasciare maturare per 3-4 settimane, rivoltando il cumulo ogni settimana.
Effetto: la carbonella assorbe i consorzi microbici e i nutrienti organici.
Fase 3 — Caricamento con liquame o letame liquido (infusione di nutrienti)
Dopo l’inoculazione del compost, trasferire la carbonella in un serbatoio o in un IBC.
Rapporto di miscelazione:
1 parte di carbonella
3 parti di letame liquido (daino, muflone, cervo o compost tea).
Aggiungere il 5-10% di cenere di legno o polvere di roccia per aumentare il carico minerale.
Tempo di macerazione: 2-3 settimane, mescolare una volta alla settimana.
Fase 4 — Maturazione finale
Scolare il liquido in eccesso (riutilizzarlo come biofertilizzante).
Lasciare maturare il biochar caricato all’ombra per circa 1 settimana.
Ora è pronto per l’applicazione sul campo.
Linee guida per l’applicazione
Incorporazione nel terreno: 5-20 t/ha, a seconda della coltura e della materia organica del terreno.
Uso ottimale: mescolare al compost, applicare prima della semina/piantagione o spargere vicino alle radici.
A lungo termine: combinare con colture di copertura + compost per massimizzare l’aumento di SOM.
Questo protocollo assicura che la carbonella diventi un biochar vivente: poroso, ricco di sostanze nutritive e biologicamente attivo, un potenziamento permanente per i terreni limosi / argillosi di Torre di Mosto.