Efeito do biocarvão de bambu na resistência e nas propriedades de retenção de água de argila com baixo teor de plástico e areia siltosa

May 16, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6201 (2023) Citar este artigo

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Biochar é um produto estável rico em carbono derivado da decomposição termoquímica da biomassa. As propriedades do biochar variam com os tipos de matéria-prima, taxa de aquecimento, temperatura de pirólise, etc. Consequentemente, as propriedades mecânicas e hidrológicas do solo modificado com biochar (BAS) também diferem com os tipos de biochar e solos. No entanto, o efeito da alteração do biochar de bambu (BB) na resistência do solo e nas propriedades de retenção de água está ausente na literatura anterior. A biomassa de bambu foi pirolisada a 600 °C para produzir biocarvão. BB e solos (argila com baixo teor de plasticidade (CL) e areia siltosa (SM)) foram misturados para preparar BAS. As amostras foram preparadas misturando-se o BB em cinco proporções, ou seja, 0%, 1%, 2%, 3,5% e 5% do peso seco do solo. A aplicação de biochar aumentou o teor ótimo de umidade, alcalinidade (pH) e limites de Atterberg, enquanto reduziu a densidade seca máxima e a gravidade específica de ambos os solos (CL e SM). Observou-se que a resistência à compressão não confinada (UCS) do solo CL aumentou 10,5% com 2% de conteúdo de biochar e diminuiu depois disso, enquanto a UCS do solo SM diminuiu continuamente com o aumento do conteúdo de biochar. Portanto, o resultado da resistência à compressão não confinada (UCS) mostrou que a aplicação de biochar tem efeitos contrários em ambos os solos. O teor gravimétrico de água (GWC) medido do BAS foi aumentado com o incremento de biochar em ambos os solos. No entanto, o GWC aumentou mais no solo CL do que no solo SM com o mesmo teor de biochar. A análise microestrutural mostrou que o aditivo biochar preencheu o espaço poroso da matriz do solo, resultando em aumento nos valores de UCS e GWC. O aumento da capacidade e resistência de retenção de água (UCS) do solo CL modificado com biochar fornece evidências de que ele poderia ser usado como material de cobertura de aterros sanitários.

Biochar (BC) é um produto estável rico em carbono derivado da pirólise ou gaseificação de biomassa através de alta temperatura com pouco ou nenhum oxigênio disponível em uma câmara fechada1,2. As principais matérias-primas (matéria-prima) para a produção de biochar são resíduos agrícolas, esterco animal, resíduos sólidos urbanos, silvicultura e resíduos de processamento de madeira3. Em geral, a pirólise é a decomposição termoquímica da matéria orgânica em um ambiente anaeróbico a uma faixa de temperatura de 200 a 700 °C, produzindo gás de síntese, bioóleo e biocarvão4. Geralmente, o gás de síntese e o bioóleo são utilizados na geração de energia2,5. Considerando que, devido às propriedades vantajosas do biochar, que incluem maior área de superfície específica, capacidade de troca catiônica, teor de carbono, pH, capacidade de retenção de água e menor densidade, etc., é amplamente utilizado na remoção de contaminação por metais pesados, sequestro de carbono, agricultura e áreas de engenharia6,7. Portanto, o biochar tem sido potencialmente aplicado na agricultura, telhados verdes, encostas de bioengenharia, aterros, aterros, etc. Recentemente, pesquisadores investigaram as aplicações potenciais do biochar como um material de cobertura viável em aterros e estabilidade de encostas com vegetação8,9,10,11,12 ,13,14,15,16.

No passado, vários estudos foram realizados em diferentes tipos de biochar produzido como matéria-prima para investigar as propriedades geotécnicas (mecânicas e hidrológicas) do solo modificado com biochar (BAS), e a maioria dos estudos concluiu que as propriedades do biochar variam com os tipos de matéria-prima, pirólise temperatura, taxa de aquecimento e condição atmosférica da câmara de pirólise8,17,18,19,20,21,22,23. Além disso, poucos estudos relataram que as propriedades do BAS mudam com a idade do biochar24. As propriedades mecânicas e hidrológicas do BAS também variam com o tamanho das partículas de biochar25,26,27.

Em geral, uma diminuição na densidade seca do BAS foi relatada pelos pesquisadores12,27. Considerando que a resistência à compressão não confinada (UCS) e a resistência ao cisalhamento do BAS contradizem os resultados, que mostraram variação com a matéria-prima e o tipo de solo. Estudos em solo argiloso mostram que o valor de UCS aumentou até uma certa porcentagem do conteúdo de biocarvão e, depois disso, diminuiu28,29. Bora et al.22 relataram um valor de UCS inalterado ou diminuído de areia siltosa devido ao aumento do conteúdo de biochar. Ahmed et al.30 observaram uma diminuição na resistência ao cisalhamento em solo franco-argiloso atribuída à adição de biochar. Sadasivam e Reddy15 e Xu et al.31 relataram um aumento nos parâmetros de resistência ao cisalhamento devido à aplicação de biochar em argila siltosa e solo puramente argiloso. Além das características mecânicas, a aplicação de biochar também afeta a capacidade de retenção de água do solo. Foi relatado que a aplicação de biochar melhorou a capacidade de retenção de água (CRA) do solo21,32,33,34,35,36. No entanto, alguns pesquisadores relataram resultados contraditórios, como a aplicação de biochar é ineficaz no aumento ou em diferentes matérias-primas com WRC diferente de BAS37,38,39,40.