Źródła naukowe, zajmujące się analizą globalnego bilansu węgla w przyrodzie donoszą, że mamy do czynienia z ogromnym niezbilansowaniem pomiędzy emisją C do atmosfery a jego przyswajaniem przez wszystkie możliwe źródła na ziemi, co prowadzi do nieustannego wzrostu stężenia CO2, jako ekwiwalentu C w atmosferze z szybkością rzędu 4,1x109 Mg/rok.

Taka skala dysproporcji w emisji i pochłanianiu węgla winna skłaniać decydentów do nadania najwyższego priorytetu pracom nad rozwojem nowych metod przechowywania pierwiastka C w stabilnej formie poza atmosferą Ziemi w długim okresie czasu, innych niż tradycyjne CCS. 

Ta ostatnia opcja ze względu na wysokie koszty zarówno inwestycyjne jak i  eksploatacyjne (znaczna redukcja sprawności produkcji energii elektrycznej) oraz brak dostatecznie sprawdzonych technologii jej realizacji, może jeszcze długo kazać nam czekać na ograniczenie tempa wzrostu stężenia C w  atmosferze. 

Rozważając te kwestie należy brać pod uwagę aktualną sytuację demograficzną, gospodarczą oraz finansową świata, szczególnie po ostatnim kryzysie z 2008 roku. Problemu zaopatrzenia ludności świata w  energię nie rozwiążemy poprzez fotowoltaikę, wiatraki, czy spalanie i/lub zgazowanie biomasy. Przy tym nie należy zapominać o konieczności wzrostu produkcji żywności oraz ograniczenia tempa „stepowienia” znacznych obszarów dotychczas wykorzystywanych rolniczo. Już dawno obliczono, że gdyby powierzchnię uprawną Stanów Zjednoczonych obsiać kukurydzą – to uzyskane z niej biopaliwa nie wystarczyłyby do napędu samochodów używanych aktualnie w  tym kraju. 

Ostatecznie idea zrównoważonego rozwoju powinna dać społeczności świata alternatywę innej, niż poprzez wysokie koszty, metody ograniczenia emisji węgla do atmosfery. W tym kontekście warto zwrócić uwagę na intensywnie rozwijaną od dłuższego czasu na świecie inicjatywę sekwestracji CO2 w ziemi, wykorzystującą do tego celu biowęgiel. 

Szeroko zakrojonym działaniom w tym zakresie patronuje IBI (International Biochar Initiative). IBI jest organizacją typu non-profit, wspierającą naukowców, polityków, rolników, ogrodników oraz wytwórców i twórców technologii, pracujących nad zrównoważonym wytwarzaniem i stosowaniem biowęgla.

Biowęgiel - historia i przyszłość

Biowęgiel jest materiałem podobnym do powszechnie znanego węgla drzewnego, otrzymywanym w procesie termolizy (proces podobny do suchej destylacji) biomasy różnego pochodzenia. Biowęgiel nie tylko ma ujednorodniony skład chemiczny względem wyjściowego surowca, lecz przede wszystkim posiada mocno rozwiniętą wewnętrzną strukturę porów. 

Oprócz znanych powszechnie właściwości i zastosowań węgla drzewnego, biowęgiel na dużą skalę wykorzystywany jest w energetyce (niestety nie w Polsce, gdyż nasze przepisy na to nie zezwalają) jako paliwo odnawialne, a  ostatnio rozpatrywany jest jako potencjalnie znaczące źródło długookresowego przechowywania pierwiastka C w celu ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Zainteresowanie biowęglem jako źródłem sekwestracji CO2 pochodzi ze studiów ziemi z  okolic Amazonki w efekcie których wykryto występowanie w wielu miejscach tzw. terra preta do Indio – czarnej ziemi Indian.

Jest to gleba, która najprawdopodobniej powstawała dzięki celowym i systematycznym wysiłkom człowieka. Jej właściwości mocno kontrastują z właściwościami pozostałych, ubogich gleb amazońskich – jest bardzo żyzna, zdolna długo zachowywać swoje pozytywne cechy. Mimo, że została stworzona przez ludzi zamieszkujących dorzecze Amazonki być może nawet 2500 lat temu, ciągle pokrywa znaczącą jego część – być może nawet do 10%. 

Ocenia się, że gleba ta jest w stanie zachowywać swoje pozytywne właściwości nawet przez kilkaset lat, ponieważ jeszcze teraz obszary pokryte terra preta zdolne są dawać nadzwyczajne plony. Indianie dodawali do gleby, prawdopodobnie w dłuższych okresach czasu, fragmenty glinianych naczyń, błoto, szczątki ryb i zwierząt, a przede wszystkim węgiel drzewny pochodzący ze zwęglonych drzew. Powstawała gliniasta mieszanka posiadająca dobre właściwości sorpcyjne i  stanowiąca dobre środowisko dla życia i rozwoju licznych mikroorganizmów dodatkowo wzmacniających jej żyzność. Ich aktywność polegała m.in. na rozdrabnianiu kawałków węgla, dzięki czemu wzrastała powierzchnia sorpcyjna gleby. 

Plemię Indian Kayapo, żyjące w Brazylii, w dorzeczu górnej Amazonki, współcześnie kontynuuje tworzenie gleby podobnej do terra preta, nazywanej przez nich terra mulata. Według opisów badaczy, którzy spędzili sporo czasu na badaniu życia i zwyczajów tego plemienia, tworzenie tego rodzaju ziemi uprawnej polega na permanentnym, powolnym wypalaniu, a raczej wytlewaniu roślinności i drzew bez widocznego ognia (z ang. smoldering). 

Mimo że prace nad precyzyjnym zidentyfikowaniem mikroorganizmów wchodzących w  skład terra preta są dopiero prowadzone, wiąże się z nią wiele możliwości. Jedną z nich jest przywrócenie bardziej zrównoważonych niż do tej pory sposobów prowadzenia agrokultur na terenie Amazonii i dzięki temu zahamowanie wyrębu lasów deszczowych. Karczowanie lasów tropikalnych pod uprawy wprowadzili w Amazonii Hiszpanie, a obecnie kontynuują specjaliści od upraw palmy olejowca, którego owoce są masowo wykorzystywane do produkcji biopaliw. 

Ze względu na nadzwyczajną żyzność „czarnej ziemi” powstającej wskutek wzbogacania struktury gleb za pomocą węgla, rozważa się także, na ile ich zastosowanie może przyczynić się do zminimalizowania światowego głodu. Ponieważ główny składnik terra preta stanowi węgiel, jak już wcześniej podkreślono, wprowadzenie opartych na niej agrokultur na szerszą skalę może w znaczący sposób przyczynić się do powstrzymania efektu cieplarnianego – poprzez sekwestrację CO2 w glebie. Okazuje się, że prekolumbijski model prowadzenia agrokultury, organizacji społeczności i relacji pomiędzy człowiekiem a jego środowiskiem może służyć utrzymaniu bioróżnorodności i powstrzymaniu degradacji środowiska naturalnego, a także wspomóc wysiłki na rzecz ograniczenia skutków innych globalnych zagrożeń współczesności, których reperkusje mogą być w przyszłości trudne do zniwelowania. 

W  rezultacie na świecie podejmowane są liczne projekty angażujące nie tylko społeczności akademickie, ale także przedsiębiorców, organizacje pozarządowe i  społeczności lokalne. Powstaje duża liczba specjalistycznych publikacji naukowych dotyczących zwłaszcza wybranych aspektów możliwych zastosowań bazowego składnika terra preta: węgla drzewnego, czy też jego odpowiednika produkowanego współcześnie dzięki termolizie biomasy – biowęgla.

Liczne badania wykazały, że ziemia zawierająca pierwiastek C jest znakomitą glebą uprawną. Ostatnie badania nad zastosowaniem biowęgla w glebie (Lehmann 2004), wykazały następujące pozytywne efekty: 

Biowegiel zwiększa nawożenie gleby na dwa sposoby. Pierwszy sposób polega na poprawie potencjału wymiany kationowej w efekcie którego rośliny mogą łatwiej przyswajać nawozy. Drugi sposób wynika z ograniczonego wymywania nawozów zgromadzonych w glebie (w porach biowęgla) przez opady, co w połączeniu z pierwszym sposobem zwiększa stopień wykorzystania nawozów przez rośliny. Zwiększona, wskutek dodania porowatego biowęgla, zdolność gleby do zatrzymywania dawki nawozów w rejonie korzeni roślin w wielu przypadkach może ograniczyć wymywanie azotu do rzek i zbiorników wodnych, co jest poważnym problemem towarzyszącym intensywnym uprawom. 

Porowata struktura biowęgla stwarza znakomite warunki dla życia i rozmnażania się mikroorganizmów w ziemi, poprzez co biowęgiel dodany do zdegradowanej ziemi może ją rekultywować,
Biowęgiel poprawia retencją wody w glebie,
Biowęgiel zwiększa pH gleby (neutralizuje jej kwasowość),
Biowegiel znacząco redukuje wydzielanie CH4 oraz N2O z gleby (oba gazy traktowane jako gazy cieplarniane o znacznie większym potencjale niż CO2), pochodzących z  naturalnych procesów gnilnych.

Sekwestracja węgla kontra produkcja energii z biomasy