Wirkung von Bambus-Biokohle auf die Festigkeit und Wasserrückhalteeigenschaften von Ton und schlammigem Sand mit geringem Kunststoffgehalt

May 16, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 6201 (2023) Diesen Artikel zitieren

2524 Zugriffe

8 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Pflanzenkohle ist ein kohlenstoffreiches, stabiles Produkt, das aus der thermochemischen Zersetzung von Biomasse entsteht. Die Eigenschaften von Pflanzenkohle variieren je nach Art des Ausgangsmaterials, der Heizrate, der Pyrolysetemperatur usw. Folglich unterscheiden sich auch die mechanischen und hydrologischen Eigenschaften von mit Pflanzenkohle verändertem Boden (BAS) je nach Art der Pflanzenkohle und des Bodens. Allerdings fehlt in der bisherigen Literatur die Auswirkung der Bambus-Biokohle (BB)-Änderung auf die Bodenfestigkeit und die Wasserrückhalteeigenschaften. Bambusbiomasse wurde bei 600 °C pyrolysiert, um Pflanzenkohle herzustellen. Zur Herstellung von BAS wurden BB und Böden (Low Plastic Clay (CL) und schluffiger Sand (SM)) gemischt. Die Proben wurden durch Mischen von BB in fünf Verhältnissen hergestellt, nämlich 0 %, 1 %, 2 %, 3,5 % und 5 % des trockenen Bodengewichts. Durch die Anwendung von Pflanzenkohle wurden der optimale Feuchtigkeitsgehalt, die Alkalität (pH) und die Atterberg-Grenzwerte erhöht, während die maximale Trockendichte und das spezifische Gewicht beider Böden (CL und SM) verringert wurden. Es wurde festgestellt, dass die uneingeschränkte Druckfestigkeit (UCS) von CL-Boden bei einem Biokohlegehalt von 2 % um 10,5 % zunahm und danach abnahm, wohingegen die UCS von SM-Boden mit zunehmendem Biokohlegehalt kontinuierlich abnahm. Daher zeigte das Ergebnis der uneingeschränkten Druckfestigkeit (UCS), dass die Anwendung von Pflanzenkohle gegensätzliche Auswirkungen auf beide Böden hat. Der gemessene gravimetrische Wassergehalt (GWC) von BAS stieg mit zunehmender Biokohle in beiden Böden. Allerdings stieg der GWC bei gleichem Pflanzenkohlegehalt in CL-Böden stärker an als in SM-Böden. Die mikrostrukturelle Analyse zeigte, dass die Pflanzenkohle-Ergänzung den Porenraum der Bodenmatrix füllte, was zu einem Anstieg der UCS- und GWC-Werte führte. Die erhöhte Wasserrückhaltekapazität und -festigkeit (UCS) von mit Pflanzenkohle angereichertem CL-Boden liefert Hinweise darauf, dass er als Deponieabdeckungsmaterial verwendet werden könnte.

Biokohle (BC) ist ein kohlenstoffreiches, stabiles Produkt, das aus der Pyrolyse oder Vergasung von Biomasse bei hohen Temperaturen mit wenig bis gar keinem verfügbaren Sauerstoff in einer geschlossenen Kammer gewonnen wird1,2. Die primären Rohstoffe (Rohstoffe) für die Biokohleproduktion sind landwirtschaftliche Rückstände, Tiermist, Siedlungsabfälle, Forstwirtschaft und Holzverarbeitungsabfälle3. Im Allgemeinen ist Pyrolyse die thermochemische Zersetzung organischer Stoffe in einer anaeroben Umgebung bei einem Temperaturbereich von 200–700 °C, wobei Synthesegas, Bioöl und Biokohle entstehen4. Im Allgemeinen werden Synthesegas und Bioöl zur Energieerzeugung verwendet2,5. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften von Pflanzenkohle, zu denen eine höhere spezifische Oberfläche, Kationenaustauschkapazität, Kohlenstoffgehalt, pH-Wert, Wasserrückhaltevermögen und geringere Dichte usw. gehören, wird sie häufig zur Entfernung von Schwermetallverunreinigungen, zur Kohlenstoffbindung und in der Landwirtschaft eingesetzt und Ingenieurwissenschaften6,7. Daher wurde Pflanzenkohle möglicherweise in der Landwirtschaft, auf Gründächern, an biotechnologisch bearbeiteten Hängen, an Böschungen, auf Deponien usw. eingesetzt. Kürzlich haben Forscher die möglichen Anwendungen von Pflanzenkohle als mögliches Abdeckmaterial für Deponien und für die Stabilität bewachsener Böschungen untersucht8,9,10,11,12 ,13,14,15,16.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Studien zu verschiedenen Arten von aus Rohstoffen hergestellter Pflanzenkohle durchgeführt, um die geotechnischen (mechanischen und hydrologischen) Eigenschaften von Biokohle-verbessertem Boden (BAS) zu untersuchen. Die meisten Studien kamen zu dem Schluss, dass die Eigenschaften von Pflanzenkohle je nach Rohstofftyp und Pyrolyse variieren Temperatur, Aufheizgeschwindigkeit und atmosphärischer Zustand der Pyrolysekammer8,17,18,19,20,21,22,23. Darüber hinaus haben nur wenige Studien berichtet, dass sich die BAS-Eigenschaften mit dem Alter der Pflanzenkohle ändern24. Die mechanischen und hydrologischen Eigenschaften von BAS variieren auch mit der Größe der Pflanzenkohlepartikel25,26,27.

Generell wurde von Forschern eine Abnahme der Trockendichte von BAS berichtet12,27. Die uneingeschränkte Druckfestigkeit (UCS) und die Scherfestigkeit von BAS widersprachen dagegen den Ergebnissen, die je nach Ausgangsmaterial und Bodenart Unterschiede aufwiesen. Studien auf tonigen Böden zeigen, dass der UCS-Wert bis zu einem bestimmten Prozentsatz des Pflanzenkohlegehalts ansteigt und danach abnimmt28,29. Bora et al.22 berichteten über einen unveränderten oder verringerten UCS-Wert von schlammigem Sand aufgrund des erhöhten Biokohlegehalts. Ahmed et al.30 beobachteten eine Abnahme der Scherfestigkeit auf schluffigem Lehmboden, die auf die Zugabe von Pflanzenkohle zurückzuführen ist. Sadasivam und Reddy15 sowie Xu et al.31 berichteten über einen Anstieg der Scherfestigkeitsparameter aufgrund der Anwendung von Pflanzenkohle auf schluffigem Ton und reinem Tonboden. Neben den mechanischen Eigenschaften beeinflusst die Anwendung von Pflanzenkohle auch die Wasserhaltekapazität des Bodens. Es wurde berichtet, dass die Anwendung von Pflanzenkohle die Wasserrückhaltekapazität (WRC) des Bodens steigert21,32,33,34,35,36. Einige Forscher haben jedoch über widersprüchliche Ergebnisse berichtet, beispielsweise ist die Anwendung von Pflanzenkohle bei steigenden oder unterschiedlichen Rohstoffen mit einem unterschiedlichen WRC-Wert von BAS37,38,39,40 unwirksam.

Im Gegensatz zu anderen Nutzpflanzen, Gras- und Holzarten; Bambus ist ein schnell wachsendes einheimisches Material mit schnellerer Reifung und höherer Produktivität. Für Bambus fallen die anfänglichen Anpflanzungskosten an, ohne dass während der Wachstumsphase zusätzliche Ausgaben anfallen41,42. Darüber hinaus wird Bambus in Entwicklungsländern wie Indien, Malaysia und China häufig verwendet. als tragendes und tragendes Element bei Zäunen, Dächern, im Baugewerbe und im Handwerk43. Diese Biomasse ist weltweit in großen Mengen vorhanden, wobei Indien mit 11,4 Millionen Hektar der gesamten Waldfläche der zweitgrößte Produzent ist. Die derzeitige effektive Nutzung von Bambus liegt jedoch bei etwa 30–40 %, und der verbleibende Bambus stellt sich als Abfall heraus, der direkt verbrannt oder vergraben wird43.

Kumar et al.42 und Nath et al.43 berichteten, dass rund 4,5 Millionen Tonnen Bambus in der Industrie für verschiedene Zwecke verwendet werden und am Ende der Arbeit eine enorme Ansammlung von Bambusabfällen oder Abfallmaterialien entsteht. Die kontinuierliche Zunahme der großen Mengen an Bambusabfällen führt zu einer Verknappung des Deponieraums, was zu einem schwerwiegenden Umwelt- und Abfallmanagementproblem führt. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist die Wiederverwertung des Bambusabfalls zu Pflanzenkohle unerlässlich und umweltfreundlich1. Die Produktion von Pflanzenkohle wäre sowohl vorteilhaft als auch wirtschaftlich im Umgang mit solchen Abfällen.

Aus der Literatur geht hervor, dass die mechanischen und hydrologischen Eigenschaften von BAS je nach Rohstoff und Bodentyp variieren. Daher ist die Untersuchung der Wirkung von Bambus-Biokohle auf die mechanischen und hydrologischen Eigenschaften von BAS erforderlich, um seine Wirksamkeit zu verstehen. Daher wurde versucht, die Auswirkungen der BB-Modifikation auf die kritischen mechanischen und hydrologischen Eigenschaften wie uneingeschränkte Druckfestigkeit, Verdichtungseigenschaften und Wasserrückhaltevermögen von Böden zu bewerten. Die aktuelle Studie konzentriert sich auch auf das Potenzial von Bambus-Biokohle als Ergänzungsmaterial für Ingenieurprojekte. Diese Forschung würde zur Auswahl einer wirksamen und optimalen Menge an Pflanzenkohle zur Bodenverbesserung beitragen. Darüber hinaus würde die aktuelle Forschung wesentlich zur Bewertung der mechanischen und hydrologischen Eigenschaften von BAS beitragen und dazu beitragen, BB als Ergänzungsmaterial für andere Bodentypen weiter zu untersuchen.

In der aktuellen Studie wurden zwei verschiedene Bodentypen verwendet. Die Bodenproben wurden an zwei Orten im Distrikt Patna in Bihar, Indien, gesammelt und sind in Abb. 1c bzw. d dargestellt. Zur Gewinnung der Probe wurde grashaltiger Mutterboden abgetragen. Anschließend wurde ca. 1 m unter der Erdoberfläche eine Grube ausgehoben und Bodenproben in Säcke gefüllt. Bodenproben wurden ins Labor gebracht, auf einer Matte ausgebreitet und an der Luft trocknen gelassen. Darüber hinaus wurden die Verunreinigungen wie Graswurzeln, Steine ​​und Kieselsteine ​​aus Bodenproben abgetrennt. Die Proben wurden mit einem Hammer zerkleinert und zu Pulver gemahlen und durch ein 2,36-mm-Sieb gegeben. Anschließend wurden die Pulverbodenproben für Tests in einem geschlossenen Behälter gelagert.

(a) Korngrößenverteilungskurve von Bambus-Biokohle (BB) und Bodenproben, (b) Foto von Bambus-Biokohle, (c) CL- und (d) SM-Boden.

Die in dieser Studie verwendete Bambus-Biokohle (Abb. 1b) wurde von VR International Organic Farming Solution, Bhopal, Indien, bezogen. Die Organisation hat Bambusbiomasse als Ausgangsmaterial verwendet. Die gewonnene Pflanzenkohle wurde bei Temperaturen von 650–700 °C pyrolysiert. Die Pflanzenkohle wurde nach Erhalt vom Lieferanten in einem luftdicht verschlossenen Behälter gelagert. Pflanzenkohle wurde wie vom Lieferanten bezogen verwendet und nicht zerkleinert. Nach dem Mischen der Erde und der erforderlichen Menge Biokohle wurde diese zur Homogenisierung 7 Tage lang in einem verschlossenen Behälter aufbewahrt.

Zur Bestimmung der Grund- und Indexeigenschaften wurde eine Charakterisierung der Böden durchgeführt. Partikelgrößenverteilung, Atterberg-Grenzwerte, spezifisches Gewicht, pH-Wert von Boden und Pflanzenkohle wurden gemäß dem in den ASTM-Standards44,45,46,47,48 beschriebenen Verfahren bestimmt.

Darüber hinaus wurden Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie-Studien (FESEM) durchgeführt, um die Oberflächenmorphologie von Böden und Pflanzenkohle zu untersuchen. FESEM-Bilder wurden mit unterschiedlichen Vergrößerungen von 500X bis 25KX mit Sigma-300, Zeiss, Deutschland, aufgenommen. Zur besseren Interpretation wurde Pflanzenkohle mit Gold vorbeschichtet, um für elektrische Leitfähigkeit zu sorgen. Darüber hinaus wurden Elementaranalysen auch mit der Technik der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) durchgeführt, ausgestattet mit FESEM. Die mineralogische Analyse wurde mittels Röntgenbeugungstechnik (XRD) unter Verwendung eines MiniFlex 300/600, Vereinigtes Königreich, durchgeführt. Alle Böden und Pflanzenkohleproben wurden für einen 2θ-Winkel zwischen 5 und 80° mit Cu Kα (λ = 0,154 nm) mit einer Scanrate von 2° pro Minute und einer Schrittgröße von 0,2° gescannt.

Mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) wurden die im Boden und in der Pflanzenkohle vorhandenen funktionellen Gruppen im Hinblick auf Kaliumbromid (KBr)-Pellet als Referenz unter Verwendung des FTIR DR-8000-Spektrophotometers (Shimadzu Co., Japan) untersucht. Der Scan wurde im Bereich von 4000–400 cm−1 durchgeführt. Die gesamte spezifische Oberfläche (SSA) von Böden und Pflanzenkohle wurde mit der Adsorptions- und Desorptionsmethode von Ethylenglykolmonomethylether (EGME)49 bestimmt.

Die Bodenproben wurden 24 Stunden lang bei 105 °C in einen Ofen gelegt, um die Bodenfeuchtigkeit zu entfernen. Auch die von der Industrie beschaffte Pflanzenkohle wurde getrocknet. Danach wurden trockene Böden und Pflanzenkohle 15 Minuten lang in einer Aluminiumpfanne gründlich von Hand vermischt und in einem Exsikkator aufbewahrt. Die Biokohle-Prozentsätze wurden auf der Grundlage von Ergebnissen aus der Literatur20,50,51 festgelegt. Zur Herstellung von BAS wurden Bodenproben mit 1, 2, 3,5 und 5 % Biokohle gemischt. An beiden Böden wurde eine Reihe standardmäßiger Proctor-Tests mit unterschiedlichem Anteil an Biokohle durchgeführt, um deren Auswirkung auf die Verdichtungseigenschaften52, die uneingeschränkte Druckfestigkeit53 und die Wasserrückhalteeigenschaften54 des Bodens zu bestimmen. Um das Ergebnis zu vergleichen, wurde eine Versuchsreihe auf den Böden (CL und SM) ohne Zugabe von Pflanzenkohle durchgeführt.

Das Trockengewicht von Pflanzenkohle, unbehandelten Böden und BAS-Proben wurde durch den Proctor-Verdichtungstest bestimmt. Alle Verdichtungstests wurden nach dem in ASTM D69852 genannten Verfahren durchgeführt. Vor dem Test wurden die Proben mit einem jeweils definierten Wassergehalt gemischt und die feuchten Proben 24 Stunden lang in einem Exsikkator aufbewahrt, um Homogenität zu erreichen. Anschließend wurden im Labor Verdichtungstests durchgeführt. Nach Abschluss des Verdichtungstests wurde das Schüttgewicht der Probe gemessen und anschließend der Feuchtigkeitsgehalt der Probe bestimmt. Repräsentative Proben der verdichteten Proben wurden an drei festgelegten Stellen (oben, in der Mitte und unten) entnommen und 24 Stunden lang in einem Ofen bei 105 °C Temperatur aufbewahrt, um den Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen. Anschließend wurden das Masseneinheitsgewicht (Verhältnis des Massengewichts der Probe zum Volumen der Form) und der Feuchtigkeitsgehalt verwendet, um das Trockeneinheitsgewicht der verdichteten Proben zu berechnen. Das Trockengewicht der Probe wurde mithilfe der folgenden Formeln berechnet:

Abschließend wurden der Feuchtigkeitsgehalt und die Trockendichte auf der x- bzw. y-Achse aufgetragen. Aus der Grafik wurden die maximale Trockendichte (MDD) und der optimale Feuchtigkeitsgehalt (OMC) ermittelt. Der Feuchtigkeitsgehalt entsprechend MDD wurde für die jeweiligen Proben als OMC angesehen (ASTM D69852). Ebenso wurden für jeden Fall drei unabhängige Proben getestet, um Fehler zu minimieren und die Ergebnisse zu validieren.

Die Tests der uneingeschränkten Druckfestigkeit (UCS) von nicht veränderten und BAS-Böden wurden gemäß dem in ASTM D216655 genannten Verfahren durchgeführt. Die Böden ohne Pflanzenkohle und das Boden-Pflanzenkohle-Gemisch wurden aus dem Behälter entnommen und gründlich gemischt, um die Probe für den UCS-Test vorzubereiten. Anschließend wurde eine Standardform mit einem Durchmesser von 38 mm und einer Höhe von 76 mm ausgewählt, um die Probe für UCS vorzubereiten. Das Gewicht der UCS-Probe wurde durch das Verhältnis von Volumen und Gewichtseinheit für jede Probe bestimmt. Die gewogenen Proben wurden mit OMC gemischt und 24 Stunden lang in einen Exsikkator gegeben, indem sie in einen Plastikbeutel verpackt wurden, um ein Feuchtigkeitsgleichgewicht zu erreichen. Anschließend wurde die feuchte Probe in einer zylindrischen Form von beiden Enden mit einem manuell betriebenen UCS-Probenehmer statisch komprimiert. Man ließ die UCS-Probe 5 Minuten lang ein Gleichgewicht erreichen, danach wurde sie extrahiert, um den UCS-Test durchzuführen. In ähnlicher Weise wurden auch andere UCS-Proben nach der gleichen Methode hergestellt.

Zur Bestimmung des UCS wurde die vorbereitete Probe vertikal auf einen Belastungsrahmen mit einer Kapazität von 50 kN gelegt, der von Aimil, Indien, bezogen wurde. Anschließend wurden der Laststößel und der Weganzeiger vorsichtig auf der Probe platziert. Danach wurde eine inkrementelle Last aufgebracht, um eine axiale Verformung mit einer Geschwindigkeit von 2,5 mm/Minute zu erzeugen, und die Verschiebung der Probe entsprechend der aufgebrachten Last wurde aufgezeichnet. Die Belastung wurde fortgesetzt, bis es zum Versagen der Probe kam. Um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wurden drei Tests an identischen Proben durchgeführt. Als UCS der Stichprobe wurde ein Durchschnittswert aus drei Tests angegeben.

Der Wasserretentionskapazitätstest (WRC) wurde mit dem Taupunkt-Taupunktspiegel-Potentiometer WP4C (Decagon Devices Inc., USA) durchgeführt. Das Taupunkt-Taupunktspiegel-Potentiometer WP4C misst die Saugleistung in einem höheren Saugbereich von – 0,1 bis – 300 MPa genau. Im unteren Saugbereich unter – 0,1 MPa kann es jedoch zu einer gewissen Ungenauigkeit kommen. Dieses Gerät berechnet die Saugkraft indirekt mithilfe der Kelvin-Gleichung, indem es die relative Luftfeuchtigkeit der Probe und die über der Probe in der versiegelten Kammer vorhandene Luft ausgleicht54.

Der Saugtest von nacktem Boden und BAS wurde unter uneingeschränkten Bedingungen (Gülle) durchgeführt. Es wurde ein runder Becher mit 4 cm Durchmesser und 1 cm Tiefe ausgewählt. Unbehandelte Boden- und BAS-Proben in Form einer Aufschlämmung (mit einem Wassergehalt, der den Flüssigkeitsgrenzwerten entspricht) wurden ohne Überlastungsdruck in den runden Becher (Form) gegeben. Die die Form umgebende Aufschlämmung wurde abgewischt und die überschüssige Aufschlämmung über dem Becher wurde sorgfältig abgeschnitten und gereinigt.

Die feuchte Probenform wurde zum Trocknen in eine versiegelte Kiste mit Kieselgel gelegt und sobald die Probe den ungesättigten Zustand oder den unteren Saugbereich erreichte, wurde sie für den Saugtest herausgenommen. Anschließend wurde die Probe zur Saugmessung in das WP4C-Gerät gelegt. Das Instrument zeigte die gesamten Saug- und Temperaturwerte auf der Flüssigkristallanzeige (LCD) an. Anschließend wurde der Probenbecher aus dem Gerät entnommen und gleichzeitig gewogen. Danach wurde die Form zum Trocknen bei einer kontrollierten Temperatur gehalten. Nach einigen Minuten (ca. 10–20 Minuten) wurde die Form erneut in das WP4C-Gerät gestellt, um die Saugkraft zu messen. Dieser Vorgang wurde fortgesetzt, bis die Saugkraft 0–40 MPa erreichte. Anschließend wurde die Probe mit Kieselgel weiter getrocknet, um eine höhere Saugkraft (40–280 MPa) zu erreichen. Es wurde festgestellt, dass der Saugwert zunahm, während die Probe in Kieselgel weiter trocknete. Dieser Vorgang wurde fortgesetzt, bis der Saugwert konstant wurde. Als festgestellt wurde, dass der Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Saugwerten sehr gering war, wurde der Test abgebrochen und der Wassergehalt der Probe durch Ofentrocknung gemessen.

Die Partikelgrößenverteilung (PSD) von Boden und Pflanzenkohle ist in Abb. 1a dargestellt. Die Analyse der PSD-Kurve von Boden1 zeigt, dass die meisten Bodenpartikel schlammig (73 %) sind und vom einheitlichen Bodenklassifizierungssystem (USCS) als magerer Ton (CL) kategorisiert werden. Während Boden2 Sand (52 %) enthält, gefolgt von Schluff (39 %), wurde er als schluffiger Sand (SM) klassifiziert. Diese Böden wurden in Ländern wie Indien, den USA und China größtenteils als Deponieabdeckungsmaterial verwendet56,57. Die Analyse der BB-Partikelgrößenverteilungskurve (Abb. 1a) zeigt gröbere Partikel als CL-Boden. Im Gegensatz dazu weist SM-Boden sowohl kleinere als auch größere Partikel auf als Pflanzenkohle.

Die Ergebnisse der im Labor gemäß ASTM-Standards gemessenen Grund- und Indexeigenschaften von Böden und Pflanzenkohle sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Es wurde festgestellt, dass die Atterberg-Grenzwerte und das spezifische Gewicht von CL-Boden höher sind als die von SM-Boden. Plättchenförmige und eckige Partikel erleichterten diese Eigenschaften im CL- als im SM-Bodensystem (Abb. 2c, d, e, f). Darüber hinaus wies BB eine höhere Flüssigkeitsgrenze (108,3 %) und ein geringeres spezifisches Gewicht (1,61) auf als beide Böden. Dies wird auf die Wabenstruktur der Pflanzenkohle (Abb. 2a,b) zurückgeführt, die in den verfügbaren stäbchenförmigen Poren mehr Wasser hält. Die stäbchenförmigen Poren auf der Oberfläche von BB (Größen > 2 µm) ziehen Nährstoffe an und erhöhen den WRC in der Bodenmatrix58,59,60. Die Mikrostrukturanalyse zeigt auch, dass plättchenförmige Tonpartikel über den kantigen und subeckigen Schluffpartikeln haften blieben. Es wurde beobachtet, dass der pH-Wert von Bambus-Biokohle (8,9) alkalischer ist als der des Bodens (7,75–7,85). Der erhöhte pH-Wert in Pflanzenkohle ist auf den höheren Kohlenstoffgehalt und die funktionellen Oberflächengruppen (Hydroxid, Alkali und Carbonat) (Abb. 4a) von BB61 zurückzuführen. Daher hat BB das Potenzial, sauren Boden zu behandeln. Das Verdichtungsergebnis ergab eine höhere MDD im Fall von SM-Boden als im CL-Boden (Tabelle 1), und es wurde beobachtet, dass die MDD von BB im Vergleich zu beiden Böden geringer war. Die leichte und poröse Struktur verursachte eine geringere MDD im BB.

Oberflächenmorphologie von (a, b) Bambus-Biokohle; (c, d) CL- und (e, f) SM-Boden bei unterschiedlichen Vergrößerungen im Pulverzustand.

Abbildung 3a zeigt die XRD-Ergebnisse von Bambus-Biokohle, die das Vorhandensein der Mineralien Quarz (SiO2), Calcit (CaCO3) und Bariumcarbonat (BaCO3) in der Probe bestätigten23,62. Die XRD-Ergebnisse von CL- und SM-Boden sind in Abb. 3b bzw. c dargestellt. Die Spektralanalyse des CL-Bodens zeigte das Vorhandensein der Mineralien Quarz (SiO2), Muskovit (KAl3Si3O10(OH)2) und Aluminiumphosphat (AlPO4)63. In ähnlicher Weise zeigte das XRD-Ergebnis von SM-Boden das Vorhandensein der Mineralien Albit (NaAlSi3O8), Montmorillonit (CaAl4Si8O24), Muskovit (KAl3Si3O10(OH)2) und Quarz (SiO2)27. Darüber hinaus waren Quarz und Muskovit die vorherrschenden Mineralien in den Böden. Die Peaks, die 5,99° und 12° entsprechen, weisen auf das Vorhandensein von Montmorillonitmineralien im SM-Boden hin (Abb. 3c). Generell verbessert das Mineral Montmorillonit die Wasseraufnahme und Plastizität des Bodens. Der Beugungspeak bei 8,98° deutet auf das Vorhandensein von Muskovitmineralien hin. Es ist die häufigste Form von Glimmer und trägt zur Wasseraufnahme im Boden bei. Albitmineralien zeigten ihre Präsenz bei 23,73°, 32,05°, 42,54° und 45,71° in den XRD-Spektren. Es gehört zur Gruppe der Plagioklas-Feldspate und ist eine gute Quelle für Pflanzennährstoffe. Quarz ist ein vorherrschendes und stabiles Mineral, das die Wasserhaltekapazität verringert und das Eindringen von Wasser in den Boden erhöht.

Röntgenbeugungsanalyse von reinem (a) Bambus-Biokohle-, (b) CL- und (c) SM-Boden in Pulverform.

Abbildung 4a zeigt die FTIR-Spektren von Bambus-Biokohle. Die Spektralanalyse zeigt die verschiedenen aktiven Oberflächenfunktionsgruppen im Bandenbereich von 4000–400 cm−1. Spektrale Absorptionspeaks in den Banden 700–900, 997, 1116, 1242 und 1392 cm−1 zeigen aromatische C-H-Schwingung, C-H-Streckung, C-OH-Biegung, C-C-Streckung bzw. C-O-Biegung64. Der höhere Wellenzahlbereich 4000–2500 cm−1 zeigt die O–H-Gruppe, die häufig in Böden und Biokohle vorkommt. Der Bandenbereich 2000–1500 cm−1 weist auf das Vorhandensein der funktionellen Doppelbindungsgruppe (C=C und C=O) hin, während Peaks bei 2500–2000 cm−1 das Vorhandensein von Dreifachbindungen anzeigen65,66,67.

FTIR-Spektrenanalyse für eine Pulverprobe von reiner (a) Bambus-Biokohle, (b) CL- und (c) SM-Boden in Pulverform.

Darüber hinaus ist die FTIR-Spektralanalyse von CL- und SM-Boden in Abb. 4b, c dargestellt. Quarz kommt im Boden in Form von Silikatmineralien reichlich vor. Die Bereiche 400–800 und 900–1100 cm−1 zeigen Biegung und Streckung der Si-O-Bindung über die Spektren, was das Vorhandensein von Silikatmineralien bestätigt. Die Absorptionspeaks, die den Wellenzahlen bei 3694, 1890, 1162–65, 1004, 998, 909–11, 773–75, 691 und 645 cm–1 entsprechen, bestätigen das Vorhandensein einer Einfachbindungsgruppe (Al–O, Si–O). , Al–O–Al) in beiden Böden. Die Peaks, die 1648 und 1636 cm−1 entsprechen, weisen auf Wassermoleküle hin68.

Tabelle 2 fasst die Ergebnisse des spezifischen Gewichts, der Flüssigkeitsgrenzwerte, der Kunststoffgrenzwerte und des pH-Werts von mit Pflanzenkohle angereichertem Boden (BAS) zusammen. Es wurde festgestellt, dass das spezifische Gewicht (GS) von BAS für CL von 2,78 (0 % v. Chr.) auf 2,69 (5 % v. Chr.) verringert war; und von 2,75 (0 % v. Chr.) bis 2,65 (5 % v. Chr.) für SM-Boden. Die kontinuierliche Verringerung des Gs von BAS erfolgte, weil leichtere und poröse Pflanzenkohlepartikel die schweren Bodenpartikel mit höherem spezifischem Gewicht ersetzten. Die Untersuchung von Reddy et al.9 und Huang et al.23 zeigte ähnliche Ergebnisse bei der Pflanzenkohle-Ergänzung.

Im Gegensatz zum spezifischen Gewicht erhöhten sich die Flüssigkeitsgrenzen von BAS mit der Zugabe von Pflanzenkohle in beiden Böden. Die Flüssigkeitsgrenzwerte betrugen 38,15 % bei 0 % BC und 40,52 % bei 5 % BC für CL-Boden, wohingegen 28,50 % bei 0 % BC und 32,47 % bei 5 % BC für SM-Boden eingehalten wurden. Die erhöhte Flüssigkeitsgrenze in BAS ist auf die hohen Poren und die hydrophile Natur der Pflanzenkohle zurückzuführen, die die Wasserspeicherung in der Mischung verbessert.

Ebenso stiegen die Kunststoffgrenzwerte von 19,51 % (0 % v. Chr.) auf 23,17 % (5 % v. Chr.) für CL und von 19,72 % (0 % v. Chr.) auf 25,34 % (5 % v. Chr.) für SM-Boden mit Pflanzenkohlezugabe. Das Plastizitätsergebnis zeigt, dass die Erhöhung der Biokohle in Böden die Feinheit der Mischung verändert und die spezifische Oberfläche vergrößert hat, was zu Wasseradsorption führt und so die plastische Eigenschaft (Plastizität) von Böden verbessert. Der pH-Wert von BAS ist ein wichtiger Faktor, der sich auf den Mineralniederschlag, die methanotrophe Aktivität und die Treibhausgasemissionen in Deponieabdeckungssystemen auswirkt69,70. Der pH-Wert von BAS stieg für CL von 7,75 (0 % v. Chr.) auf 8,15 (5 % v. Chr.); und 7,85 (0 % v. Chr.) bis 8,17 (5 % v. Chr.) für SM-Boden (Tabelle 2).

Abbildung 5 zeigt die Variation von MDD und OMC mit dem Pflanzenkohlegehalt beider Böden. Die Beobachtung zeigte, dass die MDD mit der Zugabe von Pflanzenkohle in beiden Böden abnahm. Die beobachtete Abnahme des MDD entspricht einem Biokohlegehalt von 0, 1, 2, 3,5 und 5 % und betrug 1,80, 1,78, 1,77, 1,74 und 1,71 g/cm³ für CL-Boden; und 2,02, 1,98, 1,95, 1,86 bzw. 1,77 g/cm³ für SM-Boden. Während der Anstieg der OMC für 0, 1, 2, 3,5 und 5 % Pflanzenkohlegehalt 17,25, 17,75, 18,25, 18,5 und 19,25 % für CL betrug; und 11,5, 12,1, 13, 14,5 bzw. 16,8 % für SM-Boden. Daher wurde beobachtet, dass die Erhöhung der Biokohle die MDD verringerte und die OMC beider Böden erhöhte.

Variation von MDD und OMC von CL- und SM-Boden mit der Erhöhung des Biokohlegehalts von 0 auf 5 % (w/w).

Allerdings war die Verringerung der MDD im CL-Boden stärker als im SM-Boden. Dies geschah, weil durch die Zugabe von Pflanzenkohle Hohlräume entstanden und das Gewicht von BAS im System verringert wurde (Abb. 2a). Es verstärkte auch den Wasser- und Lufteinschluss in der Matrix (aufgrund der in FTIR-Spektren beobachteten funktionellen Oberflächengruppe), was eine rutschige Oberfläche an der Grenzfläche des Boden-Biokohle-Komposits ermöglichte, was zu einer Verringerung der MDD führte. Ein ähnliches Muster wurde bei Untersuchungen von Kumar et al.12 zu BAS mit Biokohle aus Erdnüssen, Sägemehl, Wasserhyazinthen und Geflügelstreu beobachtet. Patwa et al.62 Untersuchungen von hochplastischem Schluff und Tonsand, angereichert mit Mesquite-Pflanzenkohle, zeigten ähnliche Ergebnisse. Analysen von Sun et al.71 haben ebenfalls über eine Verringerung der MDD berichtet. Diese Tests zeigen, dass sich die Änderung der Bambus-Biokohle (BB) negativ auf die MDD von BAS auswirkt.

Das Ergebnis der uneingeschränkten Druckfestigkeit (UCS) von CL- und SM-Böden ist in Abb. 6 dargestellt. Der Test, bei dem ein Biokohlegehalt von 1 % und 2 % mit CL-Boden gemischt wurde, führte zu einem Anstieg des UCS-Werts um 2,7 % bzw. 10,5 % im Vergleich zu nicht verbesserungswürdiger Boden (nackter Boden). Der Anstieg des UCS-Wertes kann auf die hohe Oberflächenrauheit und den Reibungswiderstand von Bambus-Biokohle zurückgeführt werden. Darüber hinaus führt die Zugabe von 3,5 % und 5 % Pflanzenkohle zum gleichen Boden zu einer Verringerung des UCS-Werts um 12,9 % bzw. 24,3 %. Mikroskopische Analyse an UCS-Proben von; (a) nicht veränderte und (b) veränderte Böden sind in Abb. 7 dargestellt. Die Analyse der FESEM-Bilder bei 500-facher Vergrößerung zeigt, dass die 2 % Biokohle (Abb. 7b) im Vergleich mehr Poren gefüllt und die Bodenpartikel besser verstopft hat zur unveränderten (Abb. 7a) Probe von CL-Boden. Somit bestätigt die mikroskopische Analyse, dass die Ergänzung einer geringeren Menge Biokohle (2 % BB) mehr Raum gefüllt hat, wodurch eine bessere Anordnung und Verzahnung erreicht wurde, was zu einer Erhöhung der UCS-Festigkeit des CL-Bodens führt. Der erhöhte UCS-Wert legt nahe, dass die BB-Änderung den CL-Boden stärkt. Es zeigt, dass BB- und CL-Bodenverbundstoffe als Deponieabdeckungsmaterial verwendet werden können. Im Gegensatz zum CL-Boden zeigen die Ergebnisse des SM-Bodens eine stetige Abnahme des UCS-Werts mit einer Erhöhung des Biokohleanteils von 1 auf 5 %. Im Vergleich zu nicht verändertem SM-Boden verringerten sich die UCS-Werte um 21,5, 35,4, 43,8 und 51 %, was einem Biokohlegehalt von 1, 2, 3,5 und 5 % entspricht. Es wurde festgestellt, dass die Standardabweichung der UCS-Werte, die aus mit Pflanzenkohle veränderten CL- und SM-Böden erhalten wurden, zwischen 1,8 und 3,52 % bzw. 1,6–4,23 % schwankte, wie in Abb. 6 dargestellt. FESEM-Bilder von UCS-Proben für nicht veränderte und veränderte Böden sind in Abb. 7c,d dargestellt. Die mikroskopischen Bilder bei 500-facher Vergrößerung zeigen, dass die 2 % Biokohle (Abb. 7d) im Vergleich zur nicht veränderten (Abb. 7c) Probe von SM-Boden mehr Hohlräume im Verbundwerkstoff erzeugte. Darüber hinaus wird die Zugabe von Pflanzenkohle auf einen größeren Hohlraum und einen Verlust der Boden-Biokohle-Integrität im SM-Boden zurückgeführt. Darüber hinaus sorgt die funktionelle Gruppe auf der Pflanzenkohleoberfläche dafür, dass der Boden mehr Feuchtigkeit speichern kann, was bei Spitzenbelastungen zu einer erhöhten Dehnung führt und den Bodenverbund duktiler macht. Ein höherer Wassergehalt schmiert die Boden-Boden- und Boden-Pflanzenkohle-Bindungen und verhindert das Verrutschen zwischen Bodenpartikeln. Somit führte der Einschluss von BB zu einer Lockerung der Boden-Biokohle-Integrität, was zu einem Anstieg des OMC, der Hohlräume und der maximalen Dehnung bei Spitzenbelastung führte, was zu einem verringerten UCS-Wert führte. Bora et al.22 untersuchten BAS mit Wasserhyazinthe und Sägemehl-Biokohle und zeigten einen verringerten UCS-Wert. Die aktuelle Studie zeigt jedoch, dass der UCS-Wert bei CL-Boden (bis zu 2 % BC) erhöht und bei SM-Boden bei Biokohle-Änderung (BB) verringert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass das UCS von BAS je nach Bodentyp variiert. Darüber hinaus haben Adhikari et al.24 berichtet, dass die Alterung von Pflanzenkohle BAS physikalische Stabilität verleiht. Daher würde die Druckfestigkeit von BAS mit dem Alter der Pflanzenkohle variieren.

Die Auswirkung der Erhöhung der Biokohle (von 0 bis 5 % (Gew./Gew.)) auf den UCS-Wert von CL- und SM-Boden.

Die Änderung der Poren- und Partikelanordnung in der Oberflächenmorphologie von UCS-Proben, analysiert bei 500-facher Vergrößerung für (a, c) nicht veränderten CL-, SM-Boden und (b, d) CL-, SM-Boden gemischt mit 2 % (Gew./Gew.) Biokohlegehalt.

Abbildung 8 zeigt die Kurve der Bodenwasserretentionseigenschaften (SWRC) von BAS. Die Variation des gravimetrischen Wassergehalts (GWC) mit der Gesamtabsaugung von Biokohle-modifiziertem CL (Abb. 8a) und SM-Boden (Abb. 8b) wurde beobachtet. Die im Saugbereich von 10–106 kPa präsentierten Testdaten zeigen, dass der GWC beider Böden mit zunehmendem Biokohlegehalt zunahm. Es wurde beobachtet, dass der Anstieg zum unteren Saugbereich (nasser Zustand) hin größer und zum höheren Saugbereich (trockener Zustand) hin geringer ausfiel. Darüber hinaus wurden auch die GWC-Variationen bei unterschiedlichen Saugwerten (250 kPa, 1500 kPa und 240 × 103 kPa) beobachtet, wie in Abb. 9 dargestellt. Im Allgemeinen bezeichnet der GWC des Bodens bei 1500 kPa den permanenten Welkepunkt (PWP).

Gravimetrische Wassergehaltskurven: für (a) CL- und (b) SM-Bodenprobe; jeweils gemischt mit 0 %, 1 %, 2 %, 3,5 % und 5 % (Gew./Gew.) Biokohleanteil.

Variation des gravimetrischen Wassergehalts (GWC) von (a) CL- und (b) SM-Boden; mit der Erhöhung des Biokohlegehalts (von 0 auf 5 % (w/w)) bei 250 kPa, 1500 kPa und 240.000 kPa Saugniveau.

Die Analyse der SWRC-Kurve von mit Pflanzenkohle angereichertem CL-Boden (Abb. 9a) zeigt, dass bei einer Erhöhung um 1 % Pflanzenkohlezusatz der GWC im unteren Saugbereich (250 kPa) um 9,2 % zunahm und bei höherem Saugbereich um 0,57 % abnahm Saugbereich (240 × 103 kPa) im Vergleich zu nicht verändertem Boden. Beim weiteren Mischen von 2 % Biokohle wurde festgestellt, dass der GWC im unteren Saugbereich um 9,9 % zunahm und im höheren Saugbereich um 0,59 % sank. In ähnlicher Weise wurde festgestellt, dass der GWC bei einem Biokohlegehalt von 3,5 % und 5 % bei geringerer Saugleistung um 11,56 % bzw. 12,15 % und bei höherer Saugleistung um 0,6 % bzw. 1,13 % anstieg. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der GWC am PWP bei einem Pflanzenkohlegehalt von jeweils 1–5 % um 4,7–9,72 % erhöht war. Die Standardabweichung des mittleren GWC von mit Pflanzenkohle angereichertem CL-Boden wurde im Bereich von 0,23–2,95 % beobachtet. Aus Gründen der Lesbarkeit sind die Standardabweichungen nicht in Abb. 8 enthalten. Der erhöhte WRC von BAS wurde auf die höhere spezifische Oberfläche (Tabelle 1) und die hydrophile Natur der Pflanzenkohle zurückgeführt. Der hohe SSA von BB hat die Adsorptionsoberfläche im Verbundwerkstoff vergrößert, was die Wasserrückhalteeigenschaft von BAS verbessert. Darüber hinaus sind in Abb. 10a, b für CL und in Abb. 10c, d für SM-Boden mikroskopische Bilder von nicht veränderten (0 % v. Chr.) und mit Pflanzenkohle veränderten (3,5 % v. Chr.) WP4C-Proben dargestellt. Das FESEM-Bild zeigte, dass die feineren Pflanzenkohlepartikel den Durchmesser der Poren im veränderten CL-Boden (Abb. 10b) stärker reduzierten als im unbehandelten Fall (Abb. 10a), was das Kapillaritätsphänomen im System verstärkte. Die vergrößerten Kapillarporen in BAS verbesserten die Wasserretentionseigenschaft der Probe. Darüber hinaus trugen die Wasserabsorptionseigenschaften der Muskovitmineralien (Abb. 3b) auch zur Wasseranreicherung in der Matrix bei.

Die Änderung der Anzahl der Poren und der Größe in der Oberflächenmorphologie von WP4C-Proben bei 500-facher Vergrößerung: für (a, c) nicht veränderter CL-, SM-Boden; und (b, d) CL-, SM-Erde gemischt mit 3,5 % (Gew./Gew.) Biokohlegehalt.

In ähnlicher Weise zeigten die Ergebnisse von SM-Boden (Abb. 8b), dass der WRC von BAS mit zunehmender Biokohle zunahm. Darüber hinaus wurde eine signifikante Variation des GWC über den Saugbereich hinweg festgestellt. Das Ergebnis zeigt, dass bei höherem Pflanzenkohlegehalt (3,5–5 %) ein Anstieg des GWC (1,43–2,33 %) bei geringerer Saugleistung beobachtet wurde (Abb. 9b). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der GWC bei 1–5 % BC bei PWP um jeweils 1,3–3,28 % anstieg. Die Standardabweichung des mittleren GWC von mit Biokohle behandeltem SM-Boden wurde im Bereich von 0,12–3,5 % beobachtet. Aus Gründen der Lesbarkeit sind die Standardabweichungen nicht in Abb. 8 enthalten. Die Standardabweichungen wurden im Vergleich zu geringeren Saugbereichen stärker beobachtet als in höheren Saugbereichen, wie in Abb. 9 dargestellt. Darüber hinaus zeigten die FESEM-Bilder von mit Pflanzenkohle angereichertem SM-Boden größere Werte Poren in der Matrix (Abb. 10d) im Vergleich zum nicht geänderten Fall (Abb. 10c), was der Grund für die geringfügige Verbesserung im WRC sein könnte. Die Poren mit größerem Durchmesser beeinträchtigten die Kapillare in BAS, was zu einer geringeren Wasserrückhaltekapazität in der Probe führte. Darüber hinaus besteht SM-Boden überwiegend aus Quarzmineralien mit grober Korngröße (Abb. 3c), die nur ein minimales Wasserhaltevermögen aufweisen und die Erhöhung des Wassergehalts in der Matrix beeinflussen.

Die Interpretation der SWRC-Kurve zeigt, dass die Wasserrückhaltekapazität beider Böden mit der Zugabe von Pflanzenkohle zunahm. Es wurde festgestellt, dass der WRC von BAS mit der erhöhten Menge an BB in beiden Böden verbessert wurde. Allerdings war der Anstieg des WRC von SM-Boden geringer als der von CL-Boden mit Biokohlezunahme. Die mikroskopische Bildanalyse zeigte, dass der Unterschied im WRC auf die Veränderung der Porengrößen in beiden Böden zurückzuführen war. Die Beobachtung von FESEM-Bildern bei 500-facher Vergrößerung zeigte für beide Böden die Verringerung größerer Poren und die Zunahme kleinerer Poren in der mit Pflanzenkohle veränderten Probe im Vergleich zur unbehandelten Probe. Mit einer festen Menge an Biokohle (3,5 %) wurden jedoch im CL-Boden größere Poren mit kleinerem Durchmesser beobachtet als im SM-Boden. Die kleineren Porengrößen verbessern das Kapillarphänomen im BAS-System. Das Aufsteigen von Wasser im Kapillarrohr erfolgt durch Hydratation und Kondensation. Die Veränderung der Struktureigenschaften wie Porengröße und Feinheit in BAS hat das Wasserrückhaltevermögen der Probe unterstützt72. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass der CL-Boden eine höhere SSA als der SM-Boden aufwies und aus Quarz und Muskovit als vorherrschenden Mineralien bestand. Der CL-Boden hat einen höheren Tongehalt als SM-Boden, daher wirkte sich der hohe Anteil an Mesoporen und Mikroporen in BAS auf den WRC24 aus. Der höhere SSA und die wasserabsorbierenden Mineralien des CL-Bodens haben das WRC auch in BAS unterstützt. Diese Beobachtungen zeigten jedoch, dass die Wasserrückhaltekapazität des Bodens nicht nur vom Pflanzenkohlegehalt, sondern auch von der Bodenart beeinflusst wird.

Die aktuelle Studie zeigt die Wirkung von Bambus-Biokohle-Zusätzen (0, 1, 2, 3,5 und 5 Gew.-%) auf die Verdichtungseigenschaften, mechanischen Eigenschaften (UCS) und Wasserretentionseigenschaften von CL- und SM-Boden. Darüber hinaus wurden auch der Index und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von unbehandeltem Boden und BAS bestimmt. Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchung können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:

Die Zugabe von Bambus-Biokohle verringerte das spezifische Gewicht und erhöhte die Flüssigkeitsgrenzen, die Plastizitätsgrenzen und den pH-Wert beider Böden. Die Zugabe von Biokohle führte zu einer Verringerung der MDD und einer Erhöhung der OMC beider Böden. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Variation bei SM-Bodentypen größer war als bei CL-Bodentypen. Die Veränderung dieser physikalischen Eigenschaften wurde hauptsächlich durch den höheren SSA, die größeren Porengrößen und das geringere Gewicht der Pflanzenkohle beeinflusst. Es wurde beobachtet, dass die Zugabe von Pflanzenkohle den Hohlraum und den Lufteinschluss vergrößerte, was zu einer Gewichtsabnahme des Verbundwerkstoffs führte. Darüber hinaus führte die wasserspeichernde Eigenschaft der Biokohle zu einer rutschigen Oberfläche an der Grenzfläche zwischen Boden und Biokohle-Verbundwerkstoff, was zu einer Verringerung des MDD-Werts führte.

Es wurde festgestellt, dass der UCS-Wert im CL-Boden durch die Zugabe von BB anstieg, und der Maximalwert wurde bei einem Biokohlegehalt von 2 % beobachtet. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass der UCS-Wert mit der weiteren Zugabe (3,5 % und 5 %) von BB in CL-Boden abnahm. Der UCS-Wert von BAS stieg aufgrund der Oberflächenrauheit, der Verzahnung, des Reibungswiderstands und der Füllung von Porenräumen mit geringerem Pflanzenkohlegehalt. Der erhöhte UCS-Wert weist darauf hin, dass die Mischung aus CL und BB zur Verstärkung der Deponieabdeckung eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu mit Pflanzenkohle angereichertem CL-Boden wurde bei mit Pflanzenkohle angereichertem SM-Boden eine kontinuierliche Abnahme des UCS-Werts beobachtet. Somit führte der Einschluss von BB zu einer Lockerung der Boden-Biokohle-Integrität, was zu einem Anstieg des OMC, der Hohlräume und der maximalen Dehnung bei Spitzenbelastung führte, was zu einem verringerten UCS-Wert führte.

Es wurde festgestellt, dass die Wasserspeicherkapazität beider Böden durch die Zugabe von Pflanzenkohle erhöht wurde. Bei gleichem Biokohlegehalt wurde jedoch festgestellt, dass der WRC von CL im Vergleich zu SM-Boden unter Güllebedingungen stärker erhöht war. Die Verringerung größerer Poren und die Zunahme kleinerer Poren wurde in mit Pflanzenkohle angereichertem CL-Boden stärker beobachtet als in SM-Boden. Es wurde beobachtet, dass aufgrund des Kapillaritätsphänomens die BAS-Probe mit kleineren Porengrößen mehr Feuchtigkeit enthielt als die Probe mit größeren Poren. Darüber hinaus war der Anstieg des GWC bei BAS eher im unteren Saugbereich als im höheren Saugbereich zu verzeichnen. Der Anstieg des WRC war auf die Verstopfung und den Einschluss von Pflanzenkohlepartikeln in der Bodenmatrix zurückzuführen. Die Biokohle-Änderung erhöhte auch den GWC am PWP in beiden Böden, was das Vegetationswachstum unterstützen würde. Daher unterstützt die mit BAS hergestellte Deponiedeckschicht das Vegetationswachstum. Daher wäre es auch möglich, Deponien, insbesondere in größeren Städten, in denen die Landknappheit groß ist, zu sanieren und für Freizeit- und Sportaktivitäten zu nutzen.

Aus dem Festigkeits- und Wasserretentionstest geht klar hervor, dass die Eigenschaften von BAS-Boden je nach Bodenart und Pflanzenkohlegehalt variieren. Darüber hinaus versprechen die erhöhten UCS- und WRC-Werte von BAS ein geeignetes Material für die Deponieabdeckung. Es müssen jedoch weitere Studien mit verschiedenen Bodentypen und BB durchgeführt werden, wobei die Probenbedingungen variiert werden müssen, um das Verhalten von Biokohle-Ergänzungsböden besser zu verstehen. Weitere Untersuchungen zu gealterter Pflanzenkohle sind erforderlich, um die mechanischen und hydrologischen Eigenschaften von Pflanzenkohle-Ergänzungsböden zu verstehen.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel [und seinen ergänzenden Informationsdateien] enthalten.

Lehmann, J. & Joseph, S. Biokohle für Umweltmanagement: Eine Einführung. Biokohle-Umgebung. Geschäftsführer Wissenschaft. Technol. 1, 1–12 (2012).

Google Scholar

Li, Y., Biores. Technol. 312, 123614 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Wani, I. et al. Übersicht über die Wirkung von Pflanzenkohle auf die Bodenfestigkeit: Auf dem Weg zur Erforschung der Verwendung von Pflanzenkohle in der geotechnischen Infrastruktur, Biomasseumwandlung und Bioraffinerie (Springer, 2022). https://doi.org/10.1007/s13399-022-02795-5.

Buchen Sie Google Scholar

Internationale Biokohle-Initiative (IBI). Standardisierte Produktdefinitions- und Produkttestrichtlinien für Pflanzenkohle, die im Boden verwendet wird. IBI Biochar Standards Version 2.1, 1–61 (2015).

Xie, T., Reddy, KR, Wang, C., Yargicoglu, E. & Spokas, K. Eigenschaften und Anwendungen von Pflanzenkohle zur Umweltsanierung: Eine Übersicht. Krit. Rev. Environ. Wissenschaft. Technol. 45, 939–969 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, X., Zhang, S., Ju, M. & Liu, L. Vorbereitung und Modifikation von Biokohlematerialien und ihre Anwendung bei der Bodensanierung. Appl. Wissenschaft. (Schweiz.) 9, 1365 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Kazemi Shariat Panahi, H. et al. Eine umfassende Übersicht über künstliche Pflanzenkohle: Produktion, Eigenschaften und Umweltanwendungen. J. Sauber. Prod. 270, 122462 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Yargicoglu, EN, Sadasivam, BY, Reddy, KR & Spokas, K. Physikalische und chemische Charakterisierung von Biokohlen aus Abfallholz. Abfallmanagement 36, 256–268 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Reddy, KR, Yaghoubi, P. & Yukselen-Aksoy, Y. Auswirkungen der Biokohle-Änderung auf die geotechnischen Eigenschaften des Deponiedeckbodens. Abfallmanagement Res. 33, 524–532 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Chen, Umgebung. Wissenschaft. Umweltverschmutzung. Res. 23, 7111–7125 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Alotaibi, KD & Schoenau, JJ Zugabe von Pflanzenkohle zu sandigem Wüstenboden: Auswirkung auf Pflanzenwachstum, Wasserretention und ausgewählte Eigenschaften. Agronomie 9, 5–7 (2019).

Artikel Google Scholar

Kumar, H. et al. Erodierbarkeitsbewertung von verdichtetem, mit Pflanzenkohle angereichertem Boden für Geo-Umweltanwendungen. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 672, 698–707 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Bordoloi, S. et al. Rolle von Pflanzenkohle als Abdeckmaterial im Deponieabfallentsorgungssystem: Perspektive auf ungesättigte hydraulische Eigenschaften. Adv. Chem. Umweltverschmutzung. Umgebung. Geschäftsführer Prot. 7, 93–106 (2021).

CAS Google Scholar

Wani, I., Ramola, S., Garg, A. & Kushvaha, V. Kritische Überprüfung von Pflanzenkohleanwendungen in der Geoengineering-Infrastruktur: Über die landwirtschaftlichen und ökologischen Perspektiven hinaus. Biomassekonverter. Bioraffin. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01346-8 (2021).

Artikel Google Scholar

Sadasivam, BY & Reddy, KR Technische Eigenschaften von Biokohle aus Abfallholz und mit Biokohle veränderten Böden. Int. J. Geotech. Ing. 9, 521–535 (2015).

Artikel Google Scholar

Chen, C. et al. Einfluss der Anwendung von Pflanzenkohle auf die hydraulischen Eigenschaften von Sandböden unter trockenen und nassen Bedingungen. Vadose Zone J. 17, 180101 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Kameyama, K., Miyamoto, T., Iwata, Y. & Shiono, T. Auswirkungen von Biokohle, die aus Zuckerrohrbagasse bei unterschiedlichen Pyrolysetemperaturen hergestellt wird, auf die Wasserretention eines dunkelroten Kalkbodens. Bodenwissenschaft. 181, 20–28 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Garg, A. et al. Einfluss der Zugabe von Pflanzenkohle auf die Gasdurchlässigkeit in ungesättigten Böden. Geotechnik. Lette. 9, 66–71 (2019).

Artikel Google Scholar

Verflüssigungswiderstand von mit Pflanzenkohle verändertem Sand. Geotechnik. Lette. 10, 290–295 (2020).

Artikel Google Scholar

Bordoloi, S. et al. Bewertung der hydromechanischen Eigenschaften von mit Pflanzenkohle angereicherten Böden, die aus zwei gegensätzlichen Rohstoffen stammen. Biomassekonverter. Bioraffin. https://doi.org/10.1007/s13399-020-00946-0 (2020).

Artikel Google Scholar

Ganesan, SP et al. Untersuchung der Auswirkungen von Schwankungen in der Biokohleproduktion auf die geotechnischen Eigenschaften des Bodens. Biomassekonverter. Bioraffin. https://doi.org/10.1007/s13399-020-00847-2 (2020).

Artikel Google Scholar

Jyoti Bora, M. et al. Einfluss von Pflanzenkohle tierischen und pflanzlichen Ursprungs auf die Druckfestigkeitseigenschaften degradierter Deponieoberflächenböden. Int. J. Damage Mech. 30, 484–501 (2021).

Artikel Google Scholar

Huang, H. et al. Auswirkungen der Pyrolysetemperatur, der Art des Ausgangsmaterials und der Verdichtung auf die Wasserretention von mit Pflanzenkohle behandelten Böden. Wissenschaft. Rep. 11, 1–19 (2021).

Google Scholar

Adhikari, S., Timms, W. & Mahmud, MAP Optimierung der Wasserhaltekapazität und Hydrophobie von Pflanzenkohle zur Bodenverbesserung – eine Übersicht. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 851, 158043 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang, Y. et al. Auswirkungen von Pflanzenkohle auf das Kompressions- und Quellverhalten toniger Böden. Int. J. Geosynth. Boden-Ing. 6, 1–8 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Alghamdi, AG, Alkhasha, A. & Ibrahim, HM Einfluss der Partikelgröße von Pflanzenkohle auf die Wasserretention und -verfügbarkeit in einem sandigen Lehmboden. J. Saudi Chem. Soc. 24, 1042–1050 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Hussain, R., Ghosh, KK & Ravi, K. Einfluss der Biokohle-Partikelgröße auf die hydraulische Leitfähigkeit von zwei verschiedenen verdichteten technischen Böden. Biomassekonverter. Bioraffin. https://doi.org/10.1007/s13399-020-01226-7 (2021).

Artikel Google Scholar

Sarkar, A. et al. Einfluss von selbst hergestellter Pflanzenkohle auf die geotechnischen Eigenschaften von expansivem Ton. IOP-Konf. Ser. Erdumgebung. Wissenschaft. 463, 012072 (2020).

Artikel Google Scholar

Williams, JM, Latifi, N. & Vahedifard, F. Auswirkungen der Biokohle-Änderung auf die mechanischen Eigenschaften von Schrotton. IFCEE https://doi.org/10.1061/9780784481592.013 (2018).

Artikel Google Scholar

Ahmed, A., Gariepy, Y. & Raghavan, V. Einfluss von aus Holz gewonnener Pflanzenkohle auf die Verdichtbarkeit und Festigkeit von Schluff-Lehm-Boden. Int. Agrophys. 31, 149–155 (2017).

Artikel Google Scholar

Xu, K., Yang, B., Wang, J. & Wu, MZ Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Ton in Deponieleitungen mit Biokohle-Zusatz. Araber. J. Geosci. 13, 1–12 (2020).

Artikel Google Scholar

Abel, S. et al. Einfluss der Zugabe von Biokohle und Hydrokohle auf die Wasserretention und Wasserabweisung von Sandböden. Geoderma 202–203, 183–191 (2013).

Artikel ADS Google Scholar

Arthur, E., Tuller, M., Moldrup, P. & de Jonge, LW Auswirkungen von Pflanzenkohle- und Güllezusätzen auf die Wasserdampfsorption in einem sandigen Lehmboden. Geoderma 243–244, 175–182 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Wong, TF Die Auswirkungen von Pflanzenkohle auf Bakteriengemeinschaften und geotechnische Eigenschaften von Deponieböden (2017).

Ni, JJ, Chen, XW, Ng, CWW & Guo, HW Auswirkungen von Pflanzenkohle auf die Wasserretention und Matrixabsaugung von bewachsenem Boden. Geotechnik. Lette. 8, 124–129 (2018).

Artikel Google Scholar

Bordoloi, S., Garg, A., Sreedeep, S., Lin, P. & Mei, G. Untersuchung der Rissbildung und Wasserverfügbarkeit von Boden-Biokohle-Komposit, synthetisiert aus invasivem Unkraut, Wasserhyazinthe. Biores. Technol. 263, 665–677 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Hussain, R., Garg, A. & Ravi, K. Boden-Biokohle-Pflanzen-Interaktion: Unterschiede aus der Perspektive von technischen und landwirtschaftlichen Böden. Stier. Ing. Geol. Env. 79, 4461–4481 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Ojeda, G. et al. Werden die Boden-Wasser-Funktionen durch die Anwendung von Pflanzenkohle beeinflusst? Geoderma 249–250, 1–11 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Hardie, M., Clothier, B., Bound, S., Oliver, G. & Close, D. Beeinflusst Biokohle die physikalischen Eigenschaften des Bodens und die Verfügbarkeit von Bodenwasser? Pflanzenboden 376, 347–361 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Jeffery, S. et al. Die Anwendung von Pflanzenkohle verbessert die hydrologische Bodenfunktion eines Sandbodens nicht. Geoderma 251–252, 47–54 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Nath, AJ, Lal, R. & Das, AK Bewirtschaftung von Bambusholz für Kohlenstoffanbau und Kohlenstoffhandel. Globale Ökologie. Konserv. 3, 654–663 (2015).

Artikel Google Scholar

Kumar, PS, Shukla, G., Nath, AJ & Chakravarty, S. Bodeneigenschaften, Streudynamik und Biomasse-Kohlenstoffspeicherung in drei Bambusarten der Sub-Himalaya-Region Ostindiens. Wasser-Luft-Bodenverschmutzung. 233, 12 (2022).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Jyoti Nath, A., Das, G. & Das, AK Oberirdisch stehende Biomasse und Kohlenstoffspeicherung in Dorfbambusbäumen im Nordosten Indiens. Biomass Bioenergy 33, 1188–1196 (2009).

Artikel Google Scholar

ASTM D422, 07. Standardtestmethode für die Partikelgrößenanalyse von Böden. ASTM-Standard D422–63. West Conshohocken, PA. Astm Bände D422–63 (2007).

ASTM D2487, 17. Standardpraxis für die Klassifizierung von Böden für technische Zwecke (Unified Soil Classification System). ASTM-Standard D2487. ASTM International, West Conshohocken, PA. ASTM International, West Conshohocken, PA (2017) https://doi.org/10.1520/D2487-17E01.2

ASTM D4318, 10. Standardtestmethoden für Flüssigkeitsgrenze, Plastizitätsgrenze und Plastizitätsindex von Böden. ASTM-Standard D4318. ASTM International, West Conshohocken, PA. Bericht Bd. 04 (2010).

ASTM D854, 14. Standardtestmethoden für das spezifische Gewicht von Bodenfeststoffen mittels Wasserpyknometer. ASTM-Standard D854. West Conshohocken, PA. Astm D854 vol. 2458000 (2014).

ASTM D4972. Standardtestmethoden für den pH-Wert von Böden. ASTM-Standard D4972. West Conshohocken, PA. Annual Book of ASTM Standards vol. 01 (2007).

Cerato, AB & Lutenegger, AJ Bestimmung der Oberfläche feinkörniger Böden mit der Ethylenglykolmonoethylether (EGME)-Methode. Geotechnik. Prüfen. J. 25, 315–321 (2002).

Google Scholar

Wong, JTF, Chow, KL, Chen, XW, Ng, CWW & Wong, MH Auswirkungen von Pflanzenkohle auf die Bodenwasserretentionskurven von verdichtetem Ton während der Benetzung und Trocknung. Pflanzenkohle 4, 1–14 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Hussain, R. & Ravi, K. Untersuchung von mit Pflanzenkohle angereichertem Boden als potenzielles Leichtbaumaterial für Böschungen. Ökologisch. Ing. 180, 106645 (2022).

Artikel Google Scholar

ASTM D698, 12. Standardtestmethoden für Laborverdichtungseigenschaften von Böden mit Standardaufwand. ASTM-Standard D698 -12. West Conshohocken, PA. Das jährliche Buch der ASTM-Standards 3, 1–11 (2012).

ASTM D2166, 13. Standardtestmethode für die uneingeschränkte Druckfestigkeit bindiger Böden. ASTM-Standard D2166. West Conshohocken, PA. ASTM International (2013)https://doi.org/10.1520/D2166.

ASTM D6847, 16. Standardtestmethoden zur Bestimmung der charakteristischen Bodenwasserkurve für die Desorption unter Verwendung einer Hängesäule, eines Druckextraktors, eines Taupunktspiegelhygrometers und/oder einer Zentrifuge. ASTM-Standard D6847–16. West Conshohocken, PA. Wasservol. 04 (2016).

ASTM D2216, 98. Standardtestmethode zur Laborbestimmung des Wasser- (Feuchtigkeits-) Gehalts von Boden und Gestein nach Masse. ASTM International 1–5 (1998) https://doi.org/10.1520/D2216-19

Shaikh, J. et al. Langfristige hydraulische Leistung eines Deponieabdeckungssystems in extrem feuchten Regionen: Feldüberwachung und numerischer Ansatz. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 688, 409–423 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Ng, CWW et al. Ein neuartiges begrüntes dreischichtiges Deponieabdeckungssystem unter Verwendung recycelter Bauabfälle ohne Geomembran. Dürfen. Geotechnik. J. 56, 1863–1875 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Baiamonte, G. et al. Strukturveränderung eines sandig-lehmigen Bodens durch Pflanzenkohlezusätze. J. Soils Sediments 15, 816–824 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Liao, W., Drake, J. & Thomas, SC Die Biokohle-Granulierung verbessert die Pflanzenleistung auf einem Gründachsubstrat. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 813, 152638 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Rawal, A. et al. Mineral-Pflanzenkohle-Verbundwerkstoffe: Molekulare Struktur und Porosität. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 50, 7706–7714 (2016).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Liao, W. & Thomas, SC Die Partikelgröße von Pflanzenkohle und die mechanische Verarbeitung nach der Pyrolyse beeinflussen den pH-Wert des Bodens, die Wasserrückhaltekapazität und die Pflanzenleistung. Bodensystem. 3, 1–16 (2019).

Artikel Google Scholar

Patwa, D., Chandra, A., Ravi, K. & Sreedeep, S. Einfluss von Biokohle-Partikelgrößenfraktionen auf thermische und mechanische Eigenschaften von mit Biokohle behandelten Böden. J. Mater. Zivil. Ing. 33, 04021236 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Pan, Z., Garg, A., Huang, S. & Mei, G. Mechanismus zur Unterdrückung der Schwellung von verdichtetem, expansivem Boden, ergänzt durch tierische und pflanzliche Pflanzenkohle. Abfallbiomasse-Valoriz. 12, 2653–2664 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Armynah, B., Tahir, D., Tandilayuk, M., Djafar, Z. & Piarah, WH Potenziale von Biokohlen aus Bambusblatt-Biomasse als Energiequellen: Einfluss von Temperatur und Erhitzungszeit. Int. J. Biomater. 2019, 12–18 (2019).

Artikel Google Scholar

Janek, M. et al. Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie ausgewählter Schichtsilikate. Clays Clay Miner. 57, 416–424 (2009).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Alabarse, FG, Conceição, RV, Balzaretti, NM, Schenato, F. & Xavier, AM In-situ-FTIR-Analysen von Bentonit unter hohem Druck. Appl. Clay Sci. 51, 202–208 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Lei, O. & Zhang, R. Auswirkungen von Biokohlen, die aus verschiedenen Rohstoffen und Pyrolysetemperaturen gewonnen werden, auf die physikalischen und hydraulischen Eigenschaften des Bodens. J. Soils Sediments 13, 1561–1572 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Gnanasaravanan, S. & Rajkumar, P. Charakterisierung von Mineralien in natürlichem und hergestelltem Sand im Cauvery River Belt, Tamilnadu, Indien. Infrarotphysik. Technol. 58, 21–31 (2013).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Zebarth, BJ, Neilsen, GH, Hogue, E. & Neilsen, D. Einfluss von Änderungen an organischen Abfällen auf ausgewählte physikalische und chemische Eigenschaften des Bodens. Dürfen. J. Bodenwissenschaft. 79, 501–504 (1999).

Artikel Google Scholar

Reddy, KR, Yargicoglu, EN, Yue, D. & Yaghoubi, P. Verbesserte mikrobielle Methanoxidation in mit Pflanzenkohle angereichertem Deponieboden. J. Geotech. Geoumgebung. Ing. 140, 04014047 (2014).

Artikel Google Scholar

Sun, WJ, Li, MY, Zhang, WJ & Tan, YZ Gesättigtes Permeabilitätsverhalten von mit Pflanzenkohle angereichertem Ton. J. Soils Sediments 20, 3875–3883 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Quin, PR et al. Öl-Mallee-Pflanzenkohle verbessert die Struktureigenschaften des Bodens – Eine Studie mit Röntgen-Mikro-CT. Agr. Ökosystem. Umgebung. 191, 142–149 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde am Department of Civil and Environmental Engineering des Indian Institute of Technology in Patna durchgeführt, einer vom Bildungsministerium der indischen Regierung finanzierten Einrichtung. Die Autoren danken dem Institut für die Unterstützung dieser Forschung. Diese Forschung erhielt jedoch keine spezifische Förderung von öffentlichen, kommerziellen oder gemeinnützigen Förderstellen.

Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen, Indian Institute of Technology Patna, Patna, Bihar, Indien

Shailesh Kumar Yadav & Ramakrishna Tasche

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Der erste Autor hat einen Manuskriptentwurf, Abbildungen und Tabellen erstellt. Der zweite Autor stellte Ressourcen für die Recherche bereit, überwachte die Arbeit, korrigierte und stellte das Manuskript fertig.

Korrespondenz mit Ramakrishna Bag.

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Yadav, SK, Bag, R. Wirkung von Bambus-Biokohle auf die Festigkeit und Wasserrückhalteeigenschaften von Ton und schlammigem Sand mit geringem Kunststoffgehalt. Sci Rep 13, 6201 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33466-8

Zitat herunterladen

Eingegangen: 27. Oktober 2022

Angenommen: 13. April 2023

Veröffentlicht: 17. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33466-8

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.