Il fosforo è un nutriente essenziale necessario a tutti gli esseri viventi. Tuttavia, in natura ne sono presenti solo piccole quantità. Il recupero del fosforo da risorse secondarie, come i fanghi di depurazione urbani (MSS) , ha suscitato interesse a causa della crescente domanda di fosforo in agricoltura. Tuttavia, la presenza di contaminanti, tra cui inquinanti organici, metalli pesanti e agenti patogeni, impedisce l'utilizzo diretto dei fanghi di depurazione in agricoltura. Pertanto, è fondamentale creare piani di gestione del fosforo sostenibili. Secondo una recente tesi di dottorato dell'Università di Borås in Svezia, il biochar è essenziale per sviluppare nuovi approcci al controllo e al riciclo di questo importante componente. La ricerca di Naeimeh Vali indaga su come il biochar potrebbe essere utilizzato per recuperare il fosforo riducendo al contempo i livelli di inquinamento, fornendo una soluzione a lungo termine per il riciclo del fosforo.

Capire il riciclaggio del fosforo

Il fosforo, ingrediente chiave dei fertilizzanti, è essenziale per la produttività delle colture. Tuttavia, l'eccessivo deflusso dai campi agricoli e la diminuzione delle sue riserve naturali causano problemi ambientali come l'eutrofizzazione . La difficoltà sta nel trovare un equilibrio tra l'impatto ambientale del fosforo e le esigenze agricole.

I fanghi di depurazione (MSS) rappresentano una potenziale risorsa agricola in quanto contengono nutrienti come fosforo, potassio, calcio, zolfo e magnesio. Tuttavia, la presenza di virus, diossine , microcistine , metalli pesanti e antibiotici ne complica l'utilizzo. Queste problematiche hanno innescato dibattiti a livello nazionale ed europeo sul divieto di utilizzo di fanghi di depurazione non trattati sui terreni agricoli.

Cos'è Biochar?

La sostanza ricca di carbonio nota come biochar si ottiene riscaldando materiali organici in assenza di ossigeno, un processo chiamato pirolisi . Il biochar è una sostanza potenzialmente utile per il recupero dei nutrienti perché stabilizza i rifiuti organici e riduce gli inquinanti.

La produzione di biochar da MSS e rifiuti agricoli consente il recupero stabile del fosforo riducendo al contempo l'emissione di inquinanti tossici. Sebbene l'interesse dell'industria per questa strategia sia cresciuto, la ricerca sui suoi potenziali utilizzi è ancora nelle sue fasi iniziali.

Leggi anche: Le 8 fonti più comuni di rifiuti tossici nella vita quotidiana

Ricerca innovativa sul biochar per il riciclaggio del fosforo

L'obiettivo del progetto di ricerca di Vali è ottimizzare le condizioni di pirolisi per la rimozione degli inquinanti e la ritenzione del fosforo. Ha condotto esperimenti con diverse composizioni di fanghi di depurazione e residui agricoli in un apparecchio di pirolisi a letto fisso a temperature comprese tra 500 °C e 900 °C.

I risultati indicano che la temperatura ha scarso effetto sul rilascio di fosforo e che oltre il 90% del fosforo viene trattenuto nel biochar. Inoltre, la co-pirolisi con scarti di panificazione e paglia di grano riduce le concentrazioni di metalli pesanti nel biochar, aumentando al contempo la disponibilità di fosforo per le piante.

Inoltre, studi condotti utilizzando un pirolizzatore rotativo hanno rivelato modelli di comportamento degli oligoelementi dipendenti dalla temperatura. La temperatura di pirolisi ideale per rimuovere gli inquinanti e preservare il carbonio è risultata essere compresa tra 600 °C e 700 °C.

Leggi anche: Le 8 migliori piante con scarsa adattabilità alla luce che prosperano senza sforzo in casa

Meccanismi di ritenzione e rilascio del fosforo nel biochar

La progettazione del reattore, la temperatura di pirolisi e la composizione della materia prima sono alcune delle variabili che influenzano la capacità del biochar di trattenere e rilasciare fosforo. La comprensione della speciazione del fosforo nel biochar è stata resa possibile combinando calcoli di equilibrio termodinamico con studi sulla composizione chimica.

Secondo la ricerca di Vali, il biochar sintetico può aiutare a produrre molecole di fosforo come KPMgO4, che sono disponibili per le piante. Il potenziale di recupero del fosforo dal biochar può essere notevolmente aumentato scegliendo le giuste combinazioni di materie prime e impostazioni di pirolisi.

Vantaggi ambientali e agricoli del riciclaggio del fosforo basato sul biochar

Ci sono diversi vantaggi nell'uso del biochar in agricoltura. Può essere aggiunto al terreno per aumentare la ritenzione idrica e la fertilità, riducendo al contempo la dipendenza dai fertilizzanti artificiali. L'elevato contenuto di carbonio e azoto del biochar promuove la salute del terreno a lungo termine.

Un altro vantaggio significativo è la sua capacità di ridurre la contaminazione ambientale. I metalli pesanti e i contaminanti organici vengono efficacemente immobilizzati dal biochar, impedendone la dispersione nei sistemi idrici. Ciò contribuisce a preservare gli ecosistemi acquatici e a ridurre l'eutrofizzazione.

Inoltre, intrappolando il carbonio in forme stabili nel suolo, il biochar contribuisce al sequestro del carbonio , aiutando così a mitigare i cambiamenti climatici. La sua produzione supporta le strategie di trasformazione dei rifiuti in risorse ed è coerente con l' economia circolare.

Leggi anche: Piante comuni dannose per i cani: proteggi il tuo amico a quattro zampe

Sfide e prospettive future

Anche se il riciclaggio del fosforo basato sul biochar ha un grande potenziale, alcuni ostacoli devono essere superati prima che possa essere ampiamente utilizzato. La fattibilità economica è ancora un problema perché il processo di pirolisi richiede investimenti energetici e infrastrutturali.

Sono necessari ulteriori studi per ottimizzare le tecniche di produzione perché le variazioni nella composizione dell'MSS incidono sull'uniformità delle proprietà del biochar. È inoltre necessario sviluppare quadri normativi per standardizzare l'uso del biochar in agricoltura.

Le indagini prospettiche dovrebbero concentrarsi sul potenziamento dei metodi di ingegneria del biochar, sul miglioramento dell'efficacia del recupero del fosforo e sulla valutazione degli effetti a lungo termine sulla salute del suolo e sulla produzione agricola. La cooperazione industriale e il supporto politico saranno essenziali per aumentare il riciclaggio del fosforo basato sul biochar.

Conclusioni

Lo studio dell'Università di Borås dimostra il potenziale del biochar per il riciclaggio del fosforo ecocompatibile. Le tecnologie di pirolisi e co-pirolisi possono essere ottimizzate per recuperare efficacemente il fosforo riducendo al contempo i rischi ambientali.

Il biochar ha il potenziale per svolgere un ruolo significativo nell'agricoltura sostenibile, aiutando nella gestione dei rifiuti, nella salvaguardia ambientale e nel recupero dei nutrienti con ulteriore ricerca e sviluppo di politiche. Un passo importante verso pratiche agricole circolari e sostenibili è l'uso del biochar nei piani di riciclaggio del fosforo.

Leggi anche: Da innocuo a pericoloso: come i rifiuti quotidiani diventano tossici nel tempo