Fysik, kemi og piletræer kan løse nogle af verdens store klima- og miljøudfordringer

Verden står over for en række problemer.

Der er for meget CO2 i atmosfæren, og der kommer mere af det. Der er også et enormt behov for fosfor til brug i gødning, så vi kan blive ved med at brødføde verdens befolkning. Endelig slås verden også med at rense spildevand, så vi ikke forurener verden mere end højest nødvendigt.

Alle disse problemer er store hver for sig, men faktisk kan løsningen være lige til.

I hvert fald viser ny forskning, at piletræer både kan rense spildevand og opsamle blandt andet fosfor, så det kan genanvendes i landbruget. Samtidig binder piletræer en hel masse CO2 i biomasse, og hvis man kan sikre, at den biomasse ikke bliver nedbrudt af bakterier, kan den blive taget næsten permanent ud af det globale CO2-regnskab.

Forskningen viser også, hvordan hele regnestykket ser ud, og hvordan man kan slå flere fluer med ét smæk.

»Over hele verden forsøger forskere at finde løsninger på alle disse globale problemer, men med dette studie foreslår vi en løsning, hvor vi benytter såkaldt wetland engineering til at løse flere problemer på én gang. Samtidig er løsningen allerede nu klar til at blive implementeret,« fortæller en af forskerne bag studiet, ph.d. Andrés C. Acosta fra Institut for Biologi ved Aarhus Universitet og Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ).

Forskningen er offentliggjort i Chemical Engineering Journal.

Verden står over for en række problemer

De problemer, som forskerne bag det nye studie forsøger at finde løsninger på, er store og komplekse.

For det første er der hele problemet med udledningen af CO2. Jo mere CO2 der kommer i atmosfæren, jo varmere bliver Jorden, og det kan lede til alle mulige former for katastrofescenarier.

En mulig måde at modvirke ophobningen af CO2 i atmosfæren er ved få blandt andet træer til at binde det som biomasse.

Det kræver dog, at træerne ikke bliver brændt eller på anden måde nedbrudt, for i det tilfælde kommer det bunde CO2 blot tilbage i atmosfæren.

Det andet problem omhandler spildevand.

Verdensbefolkningens forbrug af vand stiger, og det stiller større og større krav til, at vandet bliver renset. Igen ser træer ud til at kunne løse en del af det problem, da for eksempel piletræer (Salix viminalis) er rigtig gode til at rense spildevand, så alle mulige former for stoffer ikke ender i naturen, og vandet kan genbruges i landbruget.

Endelig er der problemet med fosfor. Fosfor kan kun udvindes fra miner ganske få steder på Jorden, og det betyder, at hele verdens fødevaresystem er afhængig af lande som for eksempel Marokko.

Desuden er fosfor en begrænset ressource, som vi risikerer at løbe tør for en dag, hvis vi ikke finder på måder til at genanvende det på og beholde det i cirkulation.

Piletræer kan være løsningen på flere problemer

Og så er vi fremme ved det nye studie.

I deres undersøgelser har forskerne set på, hvordan de kan løse flere problemer på samme tid.

Den første del af løsningen involverer piletræer til at rense spildevand, fordi det er piletræer nemlig rigtig gode til.

I takt med at piletræerne renser spildevandet, opsamler de også fosfor, som kommer ud i spildevandet igennem blandt andet afføring og urin fra mennesker.

Når vi spiser en banan, optager vi kun omkring én pct. af den fosfor, som er i bananen. Resten ender i kummen og kommer i sidste ende ud i spildevandet, hvor piletræerne kan samle det op.

Derved kan piletræer også være løsningen på problem nummer to.

I takt med at piletræerne vokser, løser de også problem nummer tre, idet de tager CO2 ud af atmosfæren. Jaja, én mark med piletræer løser ikke hele verdens klimaproblemer, men de bidrager til løsningen.

»Men problemet er, at hvis vi brænder piletræerne af i forbrændingsanlæg, bliver en betydelig del af det bundne fosfor omdannet til en meget krystallinsk og uopløselig form, som gør det vanskeligt at genvinde det. Hvis piletræerne derimod skæres til flis og spredes på jorden, vil en stor del af det bundne fosfor blive skyllet ud og potentielt gå tabt. I begge tilfælde frigives den bundne CO2 til atmosfæren,« forklarer Andrés C. Acosta.

Kan binde CO2 i jorden i tusindvis af år

Andrés C. Acosta har dog undersøgt forskellige muligheder for, at fosfor og CO2 ikke går til spilde eller ender i atmosfæren igen.

Her er det om at holde tungen lige i munden.

Det er nemlig muligt på forskellige måder at behandle biomassen fra piletræ, så det i stedet for at blive formuldet i jorden kan holde på CO2 i al overskuelig fremtid.

Den ene metode hedder hydrotermal carbonisering og består i at nedsænke biomassen i vand og udsætte den for tryk og temperaturer, der får biomassen til at danne et kulagtigt materiale kaldet ”hydrochar”.

Den anden metode består i langsomt at opvarme biomassen ved pyrolyse, hvormed der bliver dannet ”pyrochar”.

I studiet har forskerne undersøgt forskellene mellem de former for char i forhold til blandt andet evnen til at holde på CO2 og frigive fosfor til omgivelserne.

Tanken er, at man kan omdanne biomasse fra piletræer brugt til spildevandsrensning til char og sprede det på markerne.

»Vores undersøgelser viser, at man med de forskellige metoder danner to forskellige former for char med forskellige egenskaber. Hydrochar vil blive i jorden i årtier eller århundreder og undervejs miste 10 til 40 pct. af den bundne CO2. Pyrochar kan derimod binde CO2 i tusindvis af år, samtidig med at fosfor fra begge typer char kan blive frigivet til omgivelserne,« forklarer Andrés C. Acosta.

Forskellige egenskaber til forskellige afgrøder

Andrés C. Acosta fortæller, at char også løser andre problemer end de tre store, der blev opridset øverst i artiklen.

Char gør også jorden bedre i stand til at binde vand, hvilket er godt for de planter, der skal gro i jorden.

I studiet har forskerne også brugt røntgen μ-computed tomografi til at nærstudere morfologien i de forskellige former for char.

Denne del af undersøgelsen viste blandt andet, at pyrochar har en porøs mikrostruktur, som er særligt god til at binde vand.

Endelig viste studiet også, at den piletræ-baserede pyrochar ikke frigiver giftige kemikalier til omgivelserne, for eksempel tungmetaller, hvilket kunne være en bekymring, når piletræerne nu vokser i spildevand.

»Med hydrochar vil der være mere fosfor til rådighed for afgrøderne i marken, mens pyrochar er renere, men dets form for fosfor er også mere stabil og mindre opløselig. Det kan påvirke, hvor man kan overveje at bruge den ene form for kul, og hvor man kan bruge den anden. Med denne undersøgelse får vi en dybere forståelse af potentialet i at lade piletræer filtrere spildevand, omdanne biomassen til trækul og bruge det som jordforbedringsmiddel i landbruget uden at sende den opsamlede CO2 tilbage til atmosfæren,« siger Andrés C. Acosta.