Aarhus Universitets segl

Jern og biokul kan til sammen være en ny metode til af afbøde pesticidudvaskning

I et nyt projekt finansieret af Danmarks Frie Forskningsfond vil forskere fra Aarhus Universitet undersøge mulighederne for at skabe en ny effektiv og billig metode til at reducere pesticidudvaskningen fra danske landbrugsmarker ved at bruge biokul og jernspåner. Projektet "Novel rhizosphere-activated hydroxyl radical oxidation of pesticides", forkortet OHiROOT, vil anvende jernmodificeret biokul i samspil med vådområdeplanter til at afhjælpe pesticidforurenede marker og vandområder på en økonomisk og effektiv måde.

Foto: Jesper Rais

Dyrkning af landbrugsjord omfatter jordbearbejdning, tilførsel af næringsstoffer fra handelsgødning eller husdyrgødning og i konventionelt landbrug også anvendelse af pesticider. Den omfattende brug af pesticider har hjulpet landmændene med at øge deres udbytter betydeligt, men den omfattende brug af pesticider har også resulteret i udslip af pesticider til vandmiljøet. 

Ifølge Varslingssystem for udvaskning af pesticider til grundvand (VAP) kan der findes 32 forskellige pesticider i grundvandet i landbrugets afvandingsområder. Udvaskning af pesticider er i høj grad forbundet med afstrømning og udvaskning som følge af regnvejr og mængden af pesticider i grundvand og vandløb vil være højest i forbindelse med kraftige regnskyl. 

"En tidligere undersøgelse foretaget af GEUS (De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland) viser, at pesticidforurening af grundvandet er udbredt i Danmark, og at op til 40 % af grundvandsboringerne indeholder spor eller rester af pesticider. I betragtning af pesticiders negative virkninger på miljøet og på menneskers sundhed er der et stort behov for, at vi effektivt kan mindske risikoen for pesticidudvaskning fra landbrugets drænvand," forklarer lektor Shubiao Wu fra Institut for Agroøkologi, som leder det nye DFF-projekt. 

Han har forsøgt at opfinde en ny teknologi kaldet OHiROOT for at øge nedbrydningsevnen for pesticiderne i planternes rhizosfærezone. Ideen er at lade jernmodificeret biokul give brændstof til nedbrydning af pesticider. Der er en naturlig elektrisk potentialforskel mellem jern og biokul, og derfor kan der skabes mikrogalvaniske celler ved at kombinere dem. Disse mikroceller fungerer som selvdrevne elektronpuljer, der danner stærke oxidationsmidler, som nedbryder pesticiderne, inden de udvaskes i vandområderne. Et af de stærkeste oxidationsmidler, hydroxylradikaler, kan dannes, når der er ilt og protoner til rådighed ved at acceptere elektronerne fra elektronpuljerne. De kan let oxidere og nedbryde de pesticider, der er adsorberet af biokullet, til mindre og mere bionedbrydelige molekyler. Disse mindre molekyler kan udnyttes som kulstofkilde af de mikroorganismer, der lever i rødderne, og yderligere mineraliseres til CO2 og H2O, hvorved der opnås fuldstændig nedbrydning. Teknologien omfatter viden fra mikrobiologi, elektrokemi og plantefysiologi, som kan anvendes i udkanten af landbrugsarealerne og vil bidrage til at forbedre miljøet og spille en vigtig rolle i den grønne omstilling af landbruget. 

Brug af jernmodificeret biokul til at nedbryde pesticider

Shubiao Wu og hans hold vil undersøge de grundlæggende mekanismer i denne nye teknologi for bedre at forstå de komplekse biokemiske nedbrydningsprocesser med henblik på yderligere at fremme dens effektivitet. Jernmodificeret biokul spiller en nøglerolle, fordi det ikke blot kan mindske pesticidernes mobilitet ved adsorption i oversvømmelsessituationer, men også fungere som katalysator for aktivering af oxidationsprocesser ved kontinuerligt at levere elektroner til dannelse af hydroxylradikaler. 

"Teknologien involverer makrofytter (vandplanter), der normalt vokser i vådområder langs kanten af marken. De vil fungere som en rensningsstribe, hvor vi kan fjerne pesticider uden at bruge energi", siger Shubiao Wu. 

Brugen af disse planter er også afgørende for den nye teknologi, da rødderne er kilden til ilt, og potentielt har evnen til at levere protoner, hvilket er en forudsætning for dannelsen af hydroxylradikaler. Desuden er rhizosfærezonerne på grund af de næringsstoffer, der udskilles af rødderne, hotspots for liv og mikrobielle aktiviteter, hvor den mikrobielle nedbrydning kan yde et lovende bidrag til yderligere nedbrydning. 

Omkostningseffektiv metode

OHiROOT har modtaget en bevilling på 2 875 248 kr fra Danmarks Frie Forskningsfond. Formålet er at vurdere effektiviteten af pesticidreduktionen og dens potentiale til at bidrage til den grønne omstilling af det danske landbrug. I praksis vurderes det, at etableringen af et sådant behandlingssystem til avanceret oxidation af pesticider i landbrugslandskabet vil være meget omkostningseffektivt. Biokul er kommercielt tilgængeligt i Danmark, og fremstilling af biokul af restprodukter fra landbruget vil sikre lave omkostninger. Jernspåner er også lavprismateriale, der kan genereres af affald fra jernindustrien. Undersøgelserne vil blive gennemført under faktiske feltforhold for at forberede den reelle anvendelse i fremtiden.

"Hvis vores undersøgelser viser, at dette teknologikoncept fungerer og har tilstrækkelig kapacitet og stabilitet over tid, kan metoden potentielt udvikles til en omkostningseffektiv og robust metode til at reducere udvaskning af pesticider fra landbruget. Det er vores håb og mål med dette spændende projekt", slutter Shubiao Wu. 
 

Yderligere information

Samarbejdspartnere Institut for Agroøkologi
Finansering Danmarks Frie Forskningsfond
Bevilget beløb 2.875.248 kr
Kontakt Lektor Shubiao Wu, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet. Telefon: 93522758 eller mail: wushubiao@agro.au.dk