Carbon stability of engineered biochar-based phosphate fertilizers

Abstract

O aumento do conteúdo de carbono orgânico no solo é importante para aumentar a qualidade do solo e mitigar as emissões de CO2. Assim, a pirólise da biomassa para produzir biocarvão tem sido investigada em todo o mundo com o objetivo de adicionar carbono (C) estável ao solo e melhorar suas propriedades funcionais. No Brasil, grandes quantidades de resíduos agroindustriais são produzidos e apresentam potencial para este propósito. Embora na última década os esforços de pesquisa tenham avançado, ainda há um longo caminho para viabilizar a aplicação de biocarvão em larga escala. Mais recentemente, o biocarvão enriquecido em fosfato foi proposto para ser usado como fertilizante de eficiência aumentada com maior estabilidade do C em comparação aos biocarvões regulares. Mas, devido à alta acidez de alguns biocarvões enriquecidos com fosfato, o óxido de magnésio (MgO) também tem sido proposto como aditivo para a produção de fertilizantes à base de biocarvão (BBFs). Entretanto, a estabilidade do C nesses materiais ainda é pouco conhecida. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar como a impregnação com ácido fosfórico (H3PO4) e MgO na biomassa iria afetar a estabilidade térmica e química do BBF sintetizado. Ácido fosfórico com e sem MgO foram pré-misturados com biomassa de casca de café e de cama de frango para produzir BBFs por pirólise. As biomassas também foram pirolisadas individualmente para produzir biocarvões simples. Os materiais foram quimicamente caracterizados e a estabilidade do C foi termicamente (análise termogravimétrica e oxidação em forno mufla) e quimicamente (oxidação de H2O2 e K2Cr2O7) avaliada. Todos os materiais foram caracterizados por análise espectroscópica de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e Raman. Os resultados mostram que o pré-tratamento de H3PO4 e H3PO4-MgO aumentou a produção e retenção de C nos BBFs, que apresentaram maior estabilidade térmica mensurada pela análise de TGA e oxidação em forno mufla em comparação aos biocarvões simples, causando menor perda de massa e maior C remanescente. Por outro lado, a oxidação de H2O2 foi maior no tratamento com H3PO4-MgO e K2Cr2O7 nos tratamentos H3PO4 e H3PO4-MgO em relação aos biocarvões, diminuindo sua estabilidade química. A maior estabilidade térmica dos BBFs provavelmente ocorreu devido à formação de complexos de fósforo, como C–O–PO3 ou (CO)2PO2 nos BBFs. Por outro lado, a menor estabilidade química deveu-se à alta área superficial específica (ASE) e menor cristalinidade dos compostos de C dos BBFs causados principalmente pela adição de MgO. Este estudo indica que a co-pirólise de biomassas com H3PO4 + MgO aumenta a produção (redução da perda de C durante a pirólise) e estabilidade térmica, mas também aumenta a oxidação química devido a maior reatividade.