RenCARBio tar sikte på å løse kunnskapshullet om kvaliteten på resirkuleringsprodukter fra avfallsstrømmer, noe som bidrar til en sikrere og bærekraftig sirkulær økonomi. Å produsere kvalitetsprodukter fra avfallsfraksjoner vil muliggjøre en forbedret resirkulering av sine nærings- og energiverdi i en sikrere og brukervennlig gjødsel. For slike er prosessteknologier som reduserer mengden av avfall mens det omdannes til verdifulle biprodukter, tiltalende.
RenCARBio forsker på kombinasjonen av biogassproduksjon og pyrolyse-prosesser som en symbiose for å maksimere energieffektiviteten mens den produserer biokull fra tilgjengelig norsk organisk avfall. Pilotskala-forskningen er vurdert via LCA for en fullstendig oversikt over energi- og ressursbehov, miljøpåvirkning og økonomisk gjennomførbarhet. Biokullet som produseres analyseres for kvaliteten som gjødsel når det gjelder næringsstoff tilgjengelighet til planter, innhold av tungmetaller, legemidler og organiske forurensninger.
Prosjektet ble ferdigstilt i juli 2025, selv om dataanalyser fra høstingen av plantebiomassen tidlig i 2025, tekniske rapporter og vitenskapelige manuskripter for tiden er under utarbeidelse for de endelige resultatene. RenCARBio oppnådde positive resultater knyttet til optimalisering av pilotskala pyrolyseprosessen for gjødsel og utråtnet avløpsslam (biorest), samt karakterisering av biokullprøvene produsert fra alle råmaterialene som ble brukt. Totalt ble to prøver av rå avløpsslam, to prøver av biorest, én prøve av rå husdyrgjødsel og én av utråtnet husdyrgjødsel pyrolysert i løpet av prosjektet ved både 400 og 600 °C og analysert for næringsstoffer og tungmetallinnhold, mens rå husdyrgjødsel og én slambiorestprøve også ble pyrolysert i pilotskala ved 400 °C og i tillegg karakterisert for organiske forurensninger og legemiddelinnhold. Resultatene viser et karboninnhold i slammets biokullprøver på 27–40 %, 27–33 % for biorestprøvene og 51–53 % (tørr basis) for husdyrgjødsel. Totalt nitrogeninnhold ble redusert for alle prøvene etter pyrolyse, mens totalt fosforinnhold ble konsentrert etter pyrolyse. Biotilgjengeligheten av fosfor var et viktig aspekt for prosjektet, og ulike ekstraksjonsmetoder ble testet for biokullprøvene under den foreslåtte metodeutviklingen for analyse av biotilgjengelig fosfor i biokull, inkludert: Melich 3, ammoniumlaktakt og Olsen analytiske metoder blant andre.
Tungmetallinnholdet i biokull viste at kobber, sink, nikkel og kadmium nådde verdier som ville begrense direkte bruk av biokull som organisk gjødsel for slam- og biorestens biokullprøver. Når det gjelder organiske forurensninger og spor av legemidler, ble fjerning bekreftet for de fleste parameterne allerede ved en pyrolysetemperatur på 400 °C, selv om dannelse av polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH16) ble observert, sannsynligvis på grunn av den lange retensjonstiden som ble brukt i pyrolyseenheten (1 time). Når det gjelder plantevekst- og jordforsøkene, ble effektene av bruk av biokull produsert fra husdyrgjødsel og biorest som jordforbedringsmiddel evaluert på vekst, opptak av fosfor og opptak av tungmetaller for avling og belgfrukt.
Livssyklusanalysen fokuserte på alternativene for å kombinere anaerob nedbrytning med pyrolyse og på prosessene frittstående, for å evaluere klimapåvirkning og økonomiske aspekter. I tillegg ble det utført et sett med metoder for livssykluspåvirkningsvurdering for testing av miljøpåvirkningskategorier knyttet til øko- og menneskelig toksisitet knyttet til PFAS og tungmetaller.
Innenfor RenCARBio ble pyrolyse av organisk avfall vist seg å være en positiv metode for å redusere volumet (65 opptil 80 % reduksjon i massevolum) og forurensninger i avfallsstrømmene. Utfordringer med å gjennomføre pilotforsøkene viste at partikkelstørrelsen og tørking-prosess av råmaterialet var avgjørende for en vellykket prosess. Avhengig av kvaliteten på det brukt avløpslammet/bioresten og dets opprinnelige innhold av organiske forurensninger, kan temperaturer på 400 °C være nok til å fjerne legemidlene og betydelige mengder av miljøforurensninger, selv om innholdet av spesielt sink og PAH16 må overvåkes. RenCARBio viser også at oppførselen i jordsystemet og akkumulering i jord- og plantebiomasse er aspekter av største betydning for forskningen når man produserer bioressurser fra avfallsfraksjoner med sikte på å bli brukt som jordforbedringsmidler.
RenCARBio achieved positive results related to the optimization of the pilot-scale pyrolysis process for manure and digested sewage sludge (biorest) fractions, with volume reductions of up to 80 % and removal of main contaminants.
Challenges in running the pilot-trials proved that the particle size of the feedstock and the drying step are crucial for a successful process. A higher bulk density (>500 kg/m3), dry matter in the range of 80-85 % and possibility to pelletised the organic waste improved the prossess efficiency greatly.
These are important factors to address for the waste management companies and wastewater plant owners if aiming for a successful pyrolysis of their streams.
It was proven that the temperature of 400 °C might be enough to remove most of the pharmaceuticals and significant amount of the environmental contaminants.
The method development for analyzing available phosphorus in biochar samples proved which of the most commonly used methodologies are the most reliable and consistent for this application. A manuscript entitled "Available phosphorus extraction methods for biochar: A comparative analysis" is under preparation. This will impact in future biochar related research aiming to recycle phosphorus from secondary sources.
RenCARBio demonstrated very good results when biochar from manure and biorest was employed as soil conditioner, regarding the plant growth yields obtained and phosphorus uptake by the biomass, when compared to mineral fertilizer. The behavior in the soil-system and accumulation in soil and plant biomass not only of nutrients but also of metals and contaminants are aspects of most importance to research when producing bioresources from waste fractions aiming to be employed as soil conditioners. In particular the project focused on the heavy metal uptake and movilisation, as values of Zinc were found to be high in the biochar produced from sludge and biorest.
The LCA results gave a good overview of the climate impact to which the combination of anaerobic digestion and pyrolysis came as the best option, than considering the processes as separate options.
The public partners/stakeholders as well as the network organisations members of the project's reference group showed great interested in the activities and project results along the whole project period, with one public partner currently considering implementation of pyrolysis as a method for handling and post-processing its biorest.
Results of the project have been good disseminated along the whole project period in many national and international events and peer-review scientific events by all research partners, and currently 4 (5) scientific publications are begin drafted. RenCARBio results are being also disseminated via personal communication to actors as VKM/Mattilsynet and Biokull Nettverk (for EU regulatory bodies) that have requested data regarding sewage sludge pyrolysis trials and biochar characterisation analyses.
Today's bio-economy demands research regarding the engineering of quality recycled products from waste fractions,
that will allow for a secure and hygienic recycling of their inherent nutrient and energy value without harming the
environment. This project focus on typical Norwegian organic waste streams and on how to maximize their value in
the transition to the bio-economy. The increase in the amount of these waste streams will impact greatly the
environment, if not properly handled. Methods that can offer a reduction of the waste volume while also providing
valuable by-products are appealing. Biomass conversion methods as anaerobic digestion (AD) and pyrolysis are
examples. This last one needs a "dry" input feedstock, so the coupling of AD of "wet" waste feedstocks to pyrolysis,
can be considered a favorable combination that also provides renewable energy in the form of methane and syngas.
Such combination will be evaluated through a life cycle assessment, for an overview of the energy and resources
demand, environmental footprint and feasibility of such concept.
With upcoming stricter regulations regarding the quality of organic fertilizers from secondary sources, assessing the
quality of the pyrolysis product to be employed as such is crucial. The effects of biochar on plant-available
phosphorus (P) in soils have not been consistent. Analysis methods for plant-available P have been developed for
mineral soils and do not necessarily give adequate results for organic materials. Thus, this project will develop an
appropriate method by testing and/or modifying existing methods for estimating plant-available P in biochar.
Research on the effects that the pyrolysis treatment of wastes may have on the biochar's pollutants content is very
limited. The project will analyse the content of trace metals and selected contaminants of emerging concern (CEC) in
the biochars obtained, in order to help assess their impact on the environment and humans.
