<p>In the last years, global focus has been directing towards the circular economy model. In this framework materials that had so far been regarded as waste, are now considered as valuable resources for both energy and added-value materials recovery. In this context, more and more valorization methods and technologies are being developed for waste valorization, with biomass materials of municipal and agroindustrial origin constituting ideal options, due to both composition and availability.</p><p>Biochar generation from waste biomass is a method with high potential for effectively valorizing such residual resources, by providing not only a waste management option, but also multiple agronomic and environmental benefits. In fact, biochar materials are characterized by high versatility as far as their applications are concerned. Due to their wide variety of properties, biochars can be used in various applications, such the use as an adsorbent for contaminant removal from water or wastewater, or the use as an amendment for improving soil characteristics and remediating contaminated sites.</p><p>In the present study, six different waste biomass feedstocks, specifically three of municipal origin, namely two types of sewage sludge and the organic fraction of municipal solid waste, and three of agroindustrial origin, namely grape pomace, rice husks and exhausted olive pomace, were used to generate biochar through pyrolysis at two different temperatures, i.e. 400 and 600 °C. The resulting carbonaceous materials were then characterized through a series of analyses. Based on both physical and chemical biochar properties, it was able to evaluate their potential use in different applications, for agronomic or environmental purposes.</p>

<p>The present study refers to biochar production, its application to soil with or without combining it with compost, as well as its effect on tomato (Solanum Lycopersicum L.) cultivation. The feedstock selected for biochar production was a mixture of primary and secondary sewage sludge, which had previously been anaerobically digested and thermally dehydrated. Sewage sludge pyrolysis was conducted at 300 °C. The produced biochar was initially characterized and subsequently applied to soil, in order to study its effect on Solanum Lycopersicum L. cultivation. Pot trials which included four treatments, each comprising of three replicates, were carried out during a period of three months, using pots with a 10 kg capacity. More specifically, the following treatments were studied: i) Control (soil without biochar addition), ii) soil with biochar at a rate of 2% w/w (BC-SS), iii) soil with compost at a rate of 2% w/w (Compost), and iv) soil with a mixture of biochar and compost at a total rate of 2% w/w (BC-SS+Compost). The aim of the study was to examine whether sewage sludge biochar with or without compost affects: a) the dry weight and morphological characteristics of the plant, b) the concentrations of macronutrients, micronutrients and heavy metals in aboveground and belowground plant tissues, c) soil properties, including nutrients and heavy metals.</p><p>With biochar application a number of soil properties exhibited substantial improvement. Specifically, significant increases were noticed for TOC (67% - 85% increase), NO<sub>3</sub>–N (55% increase) and ΝΗ<sub>4</sub>–Ν (145% increase). Moreover, biochar with or without compost, substantially improved plant growth (25% – 34% increase in the first 40 days), and led to a significant increase of the dry weight of aboveground and belowground plant tissues. Heavy metal concentrations in plant tissues were quite low. Specifically, traces of Cr, Ni and Co were found only in plant roots, while Si was present in plant roots and stems. As, Mo and Pb were present in all plant tissues, albeit without exceeding the permissible levels established for vegetables. Finally, no traces of Hg, Se and Cd were found in any of the tissues.</p><p>Generally, sewage sludge biochar addition to soil, with or without compost, improved soil characteristics and increased plant yield. Moreover, heavy metal concentrations within permissible levels do not raise any concerns regarding safe consumption of tomato fruits.</p><p> </p>

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η αξιοποίηση βιοεξανθρακωμάτων (biochars), προερχόμενα από τέσσερα διαφορετικά αγροτικά οργανικά παραπροϊόντα, με σκοπό την εφαρμογή τους σε καλλιέργειες. Τα οργανικά παραπροϊόντα που χρησιμοποιήθηκαν, ήταν τα στέμφυλα (Σ), οι φλοιοί ρυζιού (ΦΡ), οι εξαντλημένοι σπόροι κριθαριού (ΣΚ) και η πλεονάζουσα μαγιά (Μ). Η επιλογή των φλοιών ρυζιού έγινε λόγω της μεγάλης αφθονίας, παγκοσμίως, ενώ τα στέμφυλα λόγω των μεγάλων ποσοτήτων που παράγονται από τη διαδικασία της οινοποίησης στην Κρήτη. Οι εξαντλημένοι σπόροι κριθαριού και η πλεονάζουσα μαγιά επιλέχτηκαν λόγω της αύξησης της δραστηριότητας ζυθοποίησης τα τελευταία χρόνια στην Ελλάδα, επομένως και παραγωγής παραπροϊόντων ζυθοποιίας. Στο πρώτο μέρος της μελέτης διερευνήθηκε η επίδραση βιοεξανθρακωμάτων σε θερμοκρασία πυρόλυσης 300°C, που είχαν προέλθει από φλοιούς ρυζιού (BC-ΦΡ) και στέμφυλα (BC-Σ), στο Lolium perenne L. Η διάρκεια της καλλιέργειας ήταν 3 μήνες και χρησιμοποιήθηκαν δύο καλλιεργούμενα εδάφη διαφορετικής κοκκομετρικής σύστασης (Sandy Loam-SL και Loam-L). Στόχος ήταν να μελετηθεί (i) αν τα βιοεξανθρακώματα με/χωρίς οργανική (κόμποστ) λίπανση, σε δόση 2% κ.β. είτε χωρίς ανόργανη λίπανση (ΧΛ) είτε σε συνδυασμό με ανόργανη χωρίς Ρ (ΛΧΡ), επηρεάζουν το ξηρό βάρος του υπέργειους μέρους του φυτού, τη συγκέντρωση Ρ στους υπέργειους φυτικούς ιστούς και (ii) αν τα βιοεξανθρακώματα σε συνδυασμό με ή χωρίς κόμποστ, σε δόση 2% κ.β, χωρίς ανόργανη λίπανση (ΧΛ), επηρεάζουν το ξηρό βάρος του υπέργειου μέρους του φυτού, τις συγκεντρώσεις μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών στοιχείων στους υπέργειους φυτικούς ιστούς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, σημαντική αύξηση στο ξηρό βάρος των υπέργειων φυτικών ιστών του Lolium perenne L. στο SL έδαφος στον τρίτο μήνα καλλιέργειας επέφερε η προσθήκη βιοεξανθρακώματος με ή χωρίς κόμποστ (59-78%) και ιδιαίτερα του BC-ΦΡ (3.17 g/δοχείο), σε συνδυασμό με ανόργανη λίπανση, σε σύγκριση με τον μάρτυρα (1.78 g/δοχείο), ενώ στο L έδαφος δεν παρατηρήθηκε καμία σημαντική αύξηση. Καμία σημαντική επίδραση στο ξηρό βάρος δεν παρατηρήθηκε και στα δύο εδάφη, όταν προστέθηκαν τα εδαφοβελτιωτικά χωρίς ανόργανη λίπανση. Η προσθήκη BC-Σ και BC-Σ+κόμποστ αύξησε σημαντικά τη συγκέντρωση Ρ των υπέργειων φυτικών ιστών μόνο στο L έδαφος, σε όλες τις συγκομιδές, είτε παρουσία ανόργανης λίπανσης είτε απουσία. Η συγκέντρωση Κ στους υπέργειους φυτικούς ιστούς αυξήθηκε από τα BC-Σ και BC-Σ+κόμποστ κυρίως στο SL έδαφος. Η συγκέντρωση Fe, αυξήθηκε στους υπέργειους φυτικούς ιστούς από την προσθήκη BC-ΦΡ+κόμποστ στο SL έδαφος, ενώ η συγκέντρωση Mn και Zn επηρεάστηκε σημαντικά από την προσθήκη κόμποστ και BC-Σ+κόμποστ και στα δύο εδάφη. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας μελετήθηκε η επίδραση βιοεξανθρακωμάτων, κόμποστ και μίγματα των δύο, στο ξηρό βάρος, τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και στις συγκεντρώσεις μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών στοιχείων στους υπέργειους, υπόγειους φυτικούς ιστούς του Zea Mays L. και στα εδάφη. Τα βιοεξανθρακώματα παράχθηκαν από την ίδια βιομάζα (BC-Σ και BC-ΦΡ) και στην ίδια θερμοκρασία πυρόλυσης 300°C, όπως και στο πρώτο μέρος της εργασίας. Το καλαμπόκι αναπτύχθηκε για 30 ημέρες μετά την έκπτυξη των σποροφύτων σε δοχεία που περιείχαν δύο καλλιεργούμενα εδάφη διαφορετικής κοκκομετρικής σύστασης (Sandy Loam-SL και Loam-L) με/χωρίς κόμποστ σε δόση εφαρμογής 2% κ.β. σε συνδυασμό με ανόργανη Ν λίπανση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ξηρό βάρος του καλαμποκιού αυξήθηκε σημαντικά και στα δύο εδάφη. Η εφαρμογή του BC-Σ αύξησε σημαντικά το ξηρό βάρος των υπέργειων φυτικών ιστών (155%), σε σύγκριση με τον μάρτυρα, στο SL έδαφος, ενώ στο L έδαφος η σημαντική αύξηση προήλθε από το BC-ΦΡ+κόμποστ (436%). Η προσθήκη BC-Σ+κόμποστ αύξησε σημαντικά τη συγκέντρωση Ρ των υπέργειων και υπόγειων φυτικών ιστών μόνο στο πηλώδες έδαφος. Η συγκέντρωση Κ στους υπέργειους και υπόγειους φυτικούς ιστούς αυξήθηκε σχεδόν από όλα τα βιοεξανθρακώματα με ή χωρίς κόμποστ, ενώ η μεγαλύτερη αύξηση προήλθε από την προσθήκη BC-Σ+κόμποστ στο SL έδαφος, ενώ στο L έδαφος η συγκέντρωση Κ αυξήθηκε μόνο στους υπόγειους φυτικούς ιστούς με τη μεγαλύτερη αύξηση να εμφανίζεται από την προσθήκη BC-Σ. Η συγκέντρωση του Ca αυξήθηκε σημαντικά κυρίως στους υπόγειους φυτικούς ιστούς στο L έδαφος, ενώ η συγκέντρωση του Mg στους υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά από τις μεταχειρίσεις BC-Σ και BC-Σ+κόμποστ στο L και SL έδαφος, αντίστοιχα. Η συγκέντρωση Fe, αυξήθηκε στους υπέργειους φυτικούς ιστούς από την προσθήκη του BC-Σ+κόμποστ και στα δύο εδάφη. Η συγκέντρωση Mn στους υπέργειους και υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε σημαντικά από τη μεταχείριση BC-Σ+κόμποστ μόνο στο SL έδαφος. Η συγκέντρωση Zn στους υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά στις μεταχειρίσεις που περιείχαν κόμποστ στο SL έδαφος. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής, μελετήθηκε η επίδραση βιοεξανθρακωμάτων προερχόμενα από εξαντλημένους σπόρους κριθαριού (BC-ΣΚ) και πλεονάζουσα μαγιά (BC-Μ) λαμβάνοντας ανόργανη αζωτούχα λίπανση (Λ) ή χωρίς καθόλου ανόργανη αζωτούχα λίπανση (ΧΛ), στο Zea Mays L. σε ένα πηλώδες (L) έδαφος. Η θερμοκρασία πυρόλυσης των βιοεξανθρακωμάτων ήταν 300°C και η συνολική δόση εφαρμογής βιοεξανθρακώματος ήταν 2% κ.β. (BC-ΣΚ-2%; BC-Μ-2%) και 5% κ.β. (BC-ΣΚ-5%; BC-Μ-5%) για κάθε είδος βιοεξανθρακώματος και μίγματος (BC-ΣΚ+Μ-1%+1%; BC-ΣΚ+Μ-2.5%+2.5%) αποτελούμενο και από τα δύο είδη βιοεξανθρακωμάτων. Αξιολογήθηκε η επίδραση των βιοεξανθρακωμάτων στο ξηρό βάρος και στα μορφολογικά χαρακτηριστικά του φυτού, στις συγκέντρωσεις μακροθρεπτικών και μικροθρεπτικών στοιχείων στους υπέργειους και υπόγειους φυτικούς ιστούς και στις ιδιότητες του εδάφους, συμπεριλαμβανομένων των θρεπτικών συστατικών και του pΗ, σε ένα πείραμα 30 ημερών μετά την εμφάνιση των σποροφύτων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι η προσθήκη βιοεξανθρακωμάτων με ανόργανη λίπανση αύξησε σημαντικά το ξηρό βάρος του καλαμποκιού στο υπέργειο μέρος του φυτού (46-157%), σε σύγκριση με τον μάρτυρα, ενώ κατά 59-186% χωρίς ανόργανη λίπανση. Η μεγαλύτερη αύξηση προήλθε από τα βιοεξανθρακώματα είτε μεμονωμένα είτε συνδυαστικά σε δόση 5% κ.β. Η προσθήκη των βιοεξανθρακωμάτων είτε μεμονωμένα είτε συνδυαστικά και κυρίως σε δόση 5% κ.β. αύξησε σημαντικά τη συγκέντρωση Ρ των υπέργειων και υπόγειων φυτικών ιστών με ή χωρίς ανόργανη λίπανση. Τα βιοεξανθράκωματα μαγιάς (BC-M-2% και BC-M-5%), καθώς και του συνδυασμού βιοεξανθρακωμάτων, σε συνολική δόση 5% αύξησαν τη συγκέντρωση Κ στους υπέργειους φυτικούς ιστούς χωρίς ανόργανη λίπανση. Η συγκέντρωση του Ca στους υπόγειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά μόνο από το BC-ΣΚ-2% χωρίς ανόργανη λίπανση. Η συγκέντρωση του Mg στους υπέργειους φυτικούς ιστούς επηρεάστηκε θετικά από τις μεταχειρίσεις BC-ΣΚ-5% και BC-ΣΚ+Μ-2.5%+2.5%, χωρίς ανόργανη λίπανση. Συμπερασματικά, η προσθήκη βιοεξανθρακώματος αυξάνει την απόδοση των φυτών, ωστόσο οι εδαφικές παράμετροι, το είδος βιοεξανθρακώματος, η δόση εφαρμογής και η πρόσθετη λίπανση πρέπει να λαμβάνονται υπόψην, προκειμένου να αποτελέσει το βιοεξανθράκωμα ένα εργαλείο διαχείρισης των γεωργικών υπολειμμάτων και της ολοκληρωμένης γεωργίας.