Biochar kan op natuurlijke wijze vervuiling van Georgia’s wegen reinigen

Professor Yongsheng Chen en Ph.D. student Ahmed Yunus werken in het laboratorium met een afvalwaterreactorsysteem. Een houtskoolachtig materiaal, gemaakt van bladeren en takken die zich op de bosbodem verzamelen, zou een goedkope en duurzame manier kunnen zijn om te voorkomen dat vervuiling van wegen in de meren en rivieren van Georgia terechtkomt.

Ingenieurs van Georgia Tech en Georgia Southern University hebben ontdekt dat deze biologische houtskool (biochar) kan worden gemengd met grond en langs wegen kan worden gebruikt om vieze regenwateren op te vangen en natuurlijk te filteren voordat ze oppervlaktewater vervuilen. Uit hun tests bleek dat de biochar effectief verontreinigingen uit het regenwater verwijdert en even goed werkt in de zandgronden van de kustvlakte als in de kleigronden van Noord-Georgia. Hun biochar-grondmengsel kan gemakkelijk worden vervangen door dure materialen die gewoonlijk van de aarde worden gewonnen en op wegen worden gebruikt.

Hoewel ze zich op Georgia concentreerden, zeiden de onderzoekers dat de bevindingen gemakkelijk van toepassing kunnen zijn in de VS, en een eenvoudige, natuurlijke manier bieden om wegvervuiling uit waterbronnen te houden. Ze hebben hun aanpak gepubliceerd in het Journal of Environmental Management.

“Het wegdek verzamelt veel vervuilingen. Wanneer het regent, wordt alles in onze rivieren en oppervlaktewaterlichamen gewassen,” zei Ahmed Yunus, Ph.D. student aan de School of Civil and Environmental Engineering (CEE) en een fellow van het Renewable Bioproducts Institute die de hoofdschrijver van de studie was. “Wanneer het regent, vangt ons systeem het regenwater op en vermindert het de hoeveelheid vervuilende stoffen die weggelopen, waardoor ze zich niet ophopen in oppervlaktewater.”

Wegen verzamelen allerlei soorten verontreinigingen, zoals afzettingen van voertuiguitstoot, stof van remschijven, olie en vet. Hoe langer het tussen de regenbuien duurt, hoe meer rommel zich ophoopt. De onderzoekers mengden biochar in verschillende hoeveelheden met bovenlaag uit verschillende delen van Georgia. Het materiaal versnelt natuurlijke processen die normaal gesproken water zouden absorberen en filteren, waaronder het bevorderen van de groei van nuttige microben die vervuilingen afbreken die door het materiaal zijn opgevangen. En omdat het is gemaakt van het detritus dat zich op de bosbodem verzamelt, is het een overvloedig materiaal.

“We hebben veel bosresten, wat betekent dat het verkrijgen van het grondstof geen probleem is,” zei Yunus. “Dus kunnen we een overvloedige natuurlijke hulpbron gebruiken om een proces te creëren dat eigenlijk een andere hulpbron, ons oppervlaktewater, beschermt.”

Biochar wordt vaak gebruikt om de grond voor landbouwdoeleinden te verbeteren, en het is verkrijgbaar bij tuincentra. Het wordt ook steeds populairder voor het sequestreren van koolstof: Microsoft heeft onlangs meer dan een miljoen ton koolstofcredits gekocht van een bedrijf dat biochar in Bolivia produceert.

Yunus onderzoekt het idee om het materiaal gemengd met grond te gebruiken om wegvervuiling te reinigen sinds zijn masterstudies in milieutechniek bij professor George Yuzhu Fu van Georgia Southern. Bij Georgia Tech heeft hij het werk voortgezet met zijn Ph.D. adviseurs, Yongsheng Chen en Joe Bozeman. Ondertussen vult Fu’s team Yunus’s laboratoriumstudies aan met een grootschalige proef van het materiaal langs wegen op de campus van Georgia Southern.

“Manieren vinden om biologisch afbreekbare materialen of afval te gebruiken die anders op de stortplaats zouden belanden, sluit aan bij de principes van de circulaire economie—een groeiende interesse voor veel industrieën,” zei Joe Bozeman, een senior auteur van de studie en assistent-professor in CEE. “Steeds meer bedrijven bewegen zich naar het verbeteren van hun winst door hergebruik, remanufactureren en anderszins economische waarde te creëren uit dingen die ooit als waardeloos werden beschouwd.”

Het Georgia Department of Transportation heeft bestaande richtlijnen voor het bouwen van zogenaamde “bioslopes” langs wegen om afvloeiing op te vangen en te filteren. Het onderzoeksteam volgde deze richtlijnen bij het testen van hun materiaal. De biochar zou dure grindachtige materialen zoals zeoliet vervangen die moeten worden gewonnen.

Naast het verzamelen van grondmonsters uit de staat om met biochar te mengen, verzamelden de onderzoekers ook daadwerkelijk regenwaterafvloeiing van wegen in Zuid-Georgia. Eerder gepubliceerde studies gebruikten doorgaans gesimuleerde afvloeiing.

Hoewel deze studie zich richtte op grond- en wegontwerpstandaarden in Georgia, zei Yunus dat het vertalen van hun aanpak naar naburige staten of het hele land eenvoudigweg een kwestie is van het toepassen van hun gegevens op de kenmerken van de lokale grond. “Het inzicht hier voor ingenieurs is dat als je een weg bouwt en je deze ontwerprichtlijnen wilt toepassen, je de grond om je heen moet begrijpen. Sommige geotechnische ingenieurs doen dat al,” zei Yunus. “Onze studie presenteert ontwerpdata over hoe je de grond effectief kunt verbeteren door de juiste hoeveelheid biochar toe te voegen—bijvoorbeeld 10%, 5% of 2%. Je kunt die beslissing nemen op basis van je specifieke locatie-informatie.”