Biochar Vermindert Risico’s van DDT-gecontamineerde Bodem

Biochar bindt DDT effectief, waardoor de toxine niet wordt opgenomen door bodemorganismen.

De verontreiniging van de bodem met dichloor-difenyl-trichloorethaan (DDT) blijft een groot probleem in veel delen van de wereld. Onderzoekers van de Chalmers Universiteit van Technologie in Zweden hebben een nieuwe methode ontwikkeld om ecologische risico’s van deze toxine te beheersen door het te binden met biochar. Toen ze biochar mengden met verontreinigde bodem in een voormalig boomkwekerij, werd de opname van DDT door wormen in de bodem gehalveerd. Deze methode zou het mogelijk kunnen maken om bepaalde gewassen te telen op gronden die momenteel als onbruikbaar worden beschouwd vanwege milieuriskos.

De erfenis van het gebruik van het insecticide DDT door voorgaande generaties heeft nog steeds invloed op ons vandaag. In de jaren 50 en 60 werd de stof gebruikt om plagen in de bosbouw en landbouw te bestrijden. Hoewel het al meer dan 50 jaar is verboden, zijn er alleen al in Zweden duizenden locaties waar de bodem nog steeds verontreinigd is met DDT. Veel andere landen wereldwijd kampen met hetzelfde probleem.

De toxine is in verband gebracht met verschillende negatieve gezondheidseffecten bij mensen en dieren, en het breekt zeer langzaam af. Het vormt een ecologisch risico omdat het kan worden opgenomen door terrestrische organismen zoals wormen. Wanneer deze op hun beurt door vogels en andere dieren worden gegeten, begint DDT zich op te hopen in de voedselketen, wat betekent dat de top-predatoren worden beïnvloed door de hoogste concentraties van de toxine.

Gedurende drie jaar hebben onderzoekers van de Chalmers Universiteit van Technologie een nieuwe methode getest om de ecologische risico’s van de toxine te verminderen op een DDT-verontreinigde voormalige boomkwekerij in Zuid-Zweden. “In ons veldexperiment mengden we de bodem met biochar en kweekten we verschillende planten. We ontdekten dat biochar DDT efficiënt bindt, zodat het niet wordt opgenomen door bodemorganismen,” zegt Paul Drenning, postdoctoraal onderzoeker aan de afdeling Architectuur en Civiele Techniek van Chalmers, en de eerste auteur van de studie die is gepubliceerd in het tijdschrift Science of The Total Environment.

Goedkope en milieuvriendelijke oplossing ter plaatse

Biochar, dat lijkt op houtskool, is een milieuvriendelijk product dat goedkoop te produceren is. Het bindt verontreinigingen en kan de bodemgezondheid verbeteren wanneer het aan de bodem wordt toegevoegd. Deze praktijk kan ook nuttig zijn voor het mitigeren van klimaatverandering, aangezien het kan bijdragen aan de langdurige opslag van koolstof in de bodem.

De onderzoekers ontdekten dat de hoeveelheid DDT die door wormen in de bodem werd opgenomen met gemiddeld 50% afnam wanneer de bodem was gemengd met biochar. Dit geeft aan dat de bio-beschikbaarheid van DDT voor bodemorganismen was verminderd, wat betekent dat de bodem minder giftig was, met een lager risico op verspreiding van DDT via bioaccumulatie in de voedselketen van dieren of door uitspoeling in water.

Deze vermindering van ecologische risico’s zou op zijn beurt kunnen leiden tot de mogelijkheid voor landeigenaren om opnieuw te gaan landbouw bedrijven op gronden die momenteel ongebruikt zijn, in afwachting van beslissingen over hoe de verontreinigde bodem te beheren.

De onderzoekers hebben bodem uitgehakt, in hopen gelegd en biochar in de helft ervan gemengd. Daarna hebben ze 24 experimentele percelen opgezet en de bodemhopen willekeurig verdeeld. De resultaten toonden later aan dat de hoeveelheid DDT die door wormen in de bodem werd opgenomen met gemiddeld 50% afnam wanneer de bodem was gemengd met biochar.

“Het behandelen van verontreinigde bodem in grote volumes is kostbaar en gecompliceerd. Een gebruikelijke oplossing is om de bodem uit te graven en naar een stortplaats voor gevaarlijk afval te transporteren, maar dat betekent het vernietigen van goede kwaliteit bodems en is geen redelijke oplossing voor grote verontreinigde gebieden,” zegt Drenning. “Behandeling met biochar ter plaatse zou de grond nuttig kunnen maken in plaats van onbenut of gedegradeerd te blijven, en ook tegen aanzienlijk lagere kosten voor zowel de landeigenaar als het milieu.”

Langdurig effect verwacht

Voorbeelden van gewassen die in het behandelde gebied zouden kunnen worden geteeld zijn jonge dennen en sparren, hooi voor diervoeder of bio-energiegewassen zoals wilgen (salix). De behandeling met biochar betekent dat planten mogelijk ook minder DDT uit de bodem opnemen, maar ze accumuleren zeer weinig zelfs zonder behandeling.

“De reden waarom de verontreinigde grond vandaag de dag ongebruikt blijft, is niet dat er gezondheidsrisico’s zijn met gewassen, maar dat de landeigenaar wettelijk verplicht is om de ecologische risico’s van DDT aan te pakken. In afwachting van een onderzoek en beslissing hierover, is de grond ongebruikt gebleven,” zegt Jenny Norrman, professor aan de afdeling Architectuur en Civiele Techniek en de leider van het onderzoeksproject.

Biochar verteert zeer langzaam in de bodem, en de onderzoekers verwachten dat het effect van de behandeling lange tijd zal aanhouden—misschien wel tientallen jaren. Ze zullen de ontwikkeling op de locatie nog enkele jaren blijven volgen. Tegelijkertijd zullen ze verkennen hoe ze het experiment op grotere schaal kunnen opschalen, zodat biochar in de bodem kan worden gemengd zonder grote volumes uit te hoeven graven.

Groot potentieel voor de methode

Het gebruik van biochar voor de behandeling van verontreinigde bodem is vandaag de dag ongebruikelijk. Voor zover de onderzoekers weten, is de methode nog niet eerder getest op boomkwekerijen in Zweden of internationaal in hetzelfde bodemtype en klimaat. “Er is grote interesse in het gebruik van biochar voor de stabilisatie van zowel DDT als verschillende andere verontreinigingen in de bodem, zoals metalen en polycyclische aromatische koolwaterstoffen. Daarom is het positief dat we in ons experiment een goed effect hebben kunnen waarnemen,” zegt Drenning.

Bodem is een waardevolle hulpbron met een zeer traag regeneratietempo—een enkele centimeter bodem kan honderden jaren duren om te vormen. In de Europese Unie wordt 60-70% van de bodems als ongezond beschouwd vanwege degradatie, waarbij bodemverontreiniging een belangrijke oorzaak is.

Actieve werkzaamheden zijn nu bezig binnen de EU om bodemverontreiniging beter te beheersen. De aankomende Bodemmonitoringswet van de Europese Commissie bevat nieuwe, strengere regels voor duurzaam landbeheer en sanering van verontreinigde gebieden, waar het behoud van bodemgezondheid naar verwachting een belangrijke rol zal spelen.

De Chalmers-onderzoekers hebben ook verschillende andere aspecten van bodemgezondheid onderzocht—zoals verschillende behandelingseffecten op bodemfuncties zoals nutriëntenkringloop, waterkringloop en koolstofopslag—met positieve resultaten, naast het effect van biochar op DDT. Hun veldexperiment is een demonstratie van een algemene methodologie die ze hebben ontwikkeld om de effecten van zachte saneringsopties op bodemgezondheid te evalueren. Het is ontworpen om ook toegankelijk te zijn voor praktijkmensen en besluitvormers, zoals landeigenaren.

De driejarige studie werd uitgevoerd op een 23-hectare DDT-verontreinigde voormalige boomkwekerij in Zuid-Zweden. De onderzoekers hebben bodem uit een sectie van 50×5 meter uitgegraven, de bodem in hopen verdeeld en biochar in de helft ervan gemengd. Ze hebben 24 experimentele percelen opgezet en de bodem willekeurig verdeeld over de percelen, waarvan de helft met biochar-verrijkte bodem. De percelen werden beplant met vier verschillende planten: pompoen, gras, peulvruchten en wilgen. De onderzoekers hebben vervolgens fysieke, chemische en biologische indicatoren gebruikt om de bodemgezondheid te evalueren en de effecten van de planten en de biochar te onderzoeken.

Biochar is een materiaal voor bodemverbetering met groot potentieel voor verschillende toepassingen. Het lijkt op houtskool en barbecuehoutskool, maar biochar wordt specifiek geproduceerd om aan landbouwgrond te worden toegevoegd en heeft speciale eigenschappen die het geschikt maken voor het stabiliseren van verontreinigingen in de bodem. Het wordt geproduceerd door organisch afval, zoals resten uit de bosbouw en landbouw, te verbranden in een proces zonder zuurstof, een proces dat pyrolyse wordt genoemd.

Het vermogen van biochar om verontreinigingen te binden is vergelijkbaar met dat van actieve kool, een stof die bijvoorbeeld wordt gebruikt voor het zuiveren van water en als behandeling wanneer mensen bepaalde toxines hebben geconsumeerd. Door zijn poreuze structuur kan biochar ook helpen om water, lucht en voedingsstoffen in de bodem vast te houden. Het verhogen van de bodemvruchtbaarheid met kool is een techniek die al duizenden jaren wereldwijd wordt toegepast, bijvoorbeeld door middel van slash-and-burn landbouw.

Meer over DDT

DDT is een insecticide dat in 1942 werd geïntroduceerd. Het is nu al meer dan 50 jaar verboden, maar het blijft in relatief hoge concentraties in bodems over de hele wereld. Een voorbeeld van hoe het in de jaren 50 en 60 werd gebruikt in Zweden om plagen te bestrijden, was het onderdompelen van de stekken in DDT, vaak in combinatie met het verspreiden van DDT op de grond.

DDT is een milieuverontreinigende stof die het endocriene systeem verstoort en is in verband gebracht met gezondheidseffecten zoals kanker, hart- en vaatziekten en reproductieve problemen bij dieren en mensen. Omdat het zeer langzaam afbreekt, accumuleert het in de voedselketen van dieren, waardoor grote roofdieren het meest worden beïnvloed—een groep die ook mensen kan omvatten.

Meer over: De EU Bodemmonitoringswet, die naar verwachting in 2025 wordt aangenomen

Er zijn naar schatting 2,8 miljoen mogelijk verontreinigde locaties in Europa. Om deze erfenis van eerdere verontreinigende activiteiten aan te pakken, roept het Voorstel voor een Richtlijn inzake Bodemmonitoring en Veerkracht (Bodemmonitoringswet) de EU-lidstaten op om:

• alle mogelijk verontreinigde locaties te identificeren
• ze in een openbaar register in kaart te brengen
• de locaties te onderzoeken
• onacceptabele risico’s voor de gezondheid van mensen en het milieu aan te pakken.

Het uiteindelijke doel is om tegen 2050 alle bodems in een gezonde toestand te hebben, in lijn met de EU-ambitie voor nulvervuiling. Om de doelstellingen te bereiken, omvat de Richtlijn:

• een geharmoniseerde definitie van bodemgezondheid
• een uitgebreid en samenhangend monitoringskader
• duurzame bodembeheerprincipes om bodembeheerpraktijken en sanering van verontreinigde locaties te begeleiden.