Biochar of actieve kool in het rantsoen

Vraag

Kan je biochar of actieve kool aan je koeien of geiten voeren en wat is de impact op vertering en uitstoot van broeikasgassen of ammoniak?

Antwoord

Biochar kan de fysische en chemische eigenschappen van bodem en substraten in de land- en tuinbouw verbeteren en water- en nutriëntenverliezen verminderen. Toegevoegd aan mest of compost vermindert biochar nutriëntenverliezen en emissies en verhoogt het de microbiële activiteit. Biochar kan zo ingezet worden om de emissie van ammoniak, nitraat, lachgas en methaan naar de omgeving te reduceren. Toegevoegd aan mest in opslag kan biochar bijvoorbeeld de emissie van ammoniak, afhankelijk van de modaliteiten van de toepassing, met enkele tientallen procenten reduceren.^{15, 16} Ook in de veeteelt heeft het diverse toepassingen, bijvoorbeeld als additief in rantsoenen, waar het de vertering, voederefficiëntie en diergezondheid verbetert, toxines absorbeert en de productiviteit bevordert.^{3, 12}

Wat is biochar?

Biochar is een houtskoolachtige stof die gemaakt wordt door organisch materiaal, zoals restromen uit land- en bosbouw, onder zuurstofloze omstandigheden te verhitten tot voorbij 350°C (tot 1.000°C). Dit proces heet pyrolyse. Tijdens dit proces veranderen de fysische en chemische eigenschappen van het organisch materiaal. Het eindproduct (biochar) is erg poreus, stabiel en koolstofrijk. De concentratie van minerale nutriënten van biochar is ook hoger dan het organisch startmateriaal. Onderzoek toont aan dat biochar de fysische, chemische en biologische eigenschappen van bodems en substraten in land- en tuinbouw kan verbeteren:^{1, 2, 12}

Verhoogde kationenuitwisselcapaciteit
Verhoogd contactoppervlak (m²/m³)
Verhoogde pH
Verhoogde plantbeschikbaarheid nutriënten
Verhoogd waterhoudend vermogen
Verhoogde opslag van koolstof in de bodem

Met deze verbeterde eigenschappen van bodem of substraat kunnen water- en nutriëntenverliezen verminderd worden waardoor de gewasopbrengst verhoogt. Toegevoegd aan mest, compost of strooisel vermindert biochar nutriëntenverliezen en emissies en verhoogt het de microbiële activiteit. Ook kan biochar toegevoegd worden aan strooisel om klauwproblemen te reduceren.^{1, 2, 3, 12}

Naast het type startmateriaal bepaalt de maximale temperatuur en behandeltijd tijdens het proces de eigenschappen van de biochar. Kort verhitten aan hoge temperatuur (> 650°C) levert biochar in kleinere en poreuzere partikels met verhoudingsgewijs een groter contactoppervlak. Doorgaans levert pyrolyse aan hogere temperatuur een hogere pH, koolstofinhoud en energetische inhoud van het eindproduct. Langer verhitten aan een lagere temperatuur (450 – 650°C) levert biochar met grotere partikels en relatief kleiner contactoppervlak.^{2, 3}

Biochar kan extra geactiveerd worden tot geactiveerde biochar of actieve kool door verhitten tot 850°C met waterdamp of CO₂ of behandelen met fosforzuur of kaliumchloride.¹²

Biochar als voederadditief in de veehouderij – Onderzoek

Het gebruik van biochar of actieve kool als voederadditief is al geruime tijd gekend en vooralsnog zijn geen negatieve effecten op dier of omgeving gekend. De effecten van het gebruik ervan lopen voor verschillende diersoorten grotendeels gelijk:^{3, 12}

Betere vertering
Betere voederconversie
Betere groei
Betere vleeskwaliteit
Verlaagde emissie van broeikasgassen (niet altijd)
Verhoogde weerbaarheid tegen bacteriologische en virale ziekten en intoxicatie

De werking van biochar of actieve kool als voederadditief steunt op verschillende mechanismen:¹²

Adsorptie: eiwitten, amines, aminozuren, verteringsenzymen, bacteriële exo-enzymen, kiemen, endotoxines, mycotoxines, …
Redox activiteit: opnemen, opslaan en afgeven van elektronen

Geiten

Onderzoek bij geiten toonde aan dat een voedersupplement van 1 g biochar per kg lichaamsgewicht de verteerbaarheid van het rantsoen verbeterde en de N inhoud van de urine met ruim 60 % verlaagde. Ook groeiden jonge geiten die biochar verstrekt kregen 17 % sneller.^{3, 12}Toevoegen van 1 % actieve kool (“geactiveerde” vorm van biochar) aan het rantsoen verlaagt de concentratie aflatoxines in de melk met 76 %. In een rantsoen met letale dosis aflatoxines voorkomt toevoegen van actieve kool dat de interen organen van de geiten beschadigd worden.⁶

Rundvee

Biochar kan toegevoegd worden aan ruwvoeders bij het inkuilen om het inkuilproces te verbeteren. Het kan hierbij de vorming van mycotoxines en boterzuur verminderen, binden met pesticiden en de groei van melkzuurbacteriën bevorderen.¹²

Ook kan biochar in het rantsoen ingemengd worden. Bij het afmesten van stieren bleek 0,8 % biochar in het rantsoen de drogestof opname meer te verhogen dan 3 % biochar. In de groeifase hadden beide doseringen geen invloed op de opname. De emissie van CH₄ (methaan) en CO₂ werd door toevoeging van biochar aan het rantsoen in beide doseringen verlaagd.^{3, 9}Hoewel in een aantal onderzoeken biochar de emissies van broeikasgassen bij herkauwers verlaagt, zijn er ook onderzoeken waar geen effect of net het tegenovergestelde geobserveerd wordt. Zolang de precieze werking van biochar in de pens op dit vlak niet is uitgeklaard valt het effect moeilijk te voorspellen en lijkt toevoegen van enkel biochar aan het rantsoen weinig reductie in de emissie van methaan te bewerkstelligen.^{7, 8, 11, 12}

Ook actieve kool kan als voederadditief gebruikt worden. In rantsoenen met kuilvoer van lage kwaliteit (met grotere hoeveelheden mycotoxines) verhoogt een beperkte hoeveelheid actieve kool (20 of 40 g/koe/dag) de verteerbaarheid van het rantsoen. Ook de concentratie aflatoxines in de melk, overgedragen uit het voer, wordt door een kleine hoeveelheid actieve kool in het rantsoen verlaagd. De actieve kool verlaagt evenwel de smakelijkheid, zeker in hogere doseringen,¹³ waardoor het beter niet wordt toegepast als de kuilvoeders van goede kwaliteit zijn.^{4, 6, 10} In Australisch onderzoek met 180 melkkoeien verhoogde 0,5 % actieve kool in het rantsoen de melkproductie met 3,43 %, het eiwitgehalte met 2,63 % en het vetgehalte met 6,32 %. De uitstoot van methaan en CO₂ werd door de actieve kool in het rantsoen verlaagd met respectievelijk 30 – 40 % en 10 %.⁵

Een studie van 21 melkveebedrijven met elk meer dan 150 melkkoeien toonde een verbetering in gezondheid en vitaliteit van de dieren vanaf het moment dat ze 100 – 400 gram biochar per dag verstrekt kregen. Het celgetal in de melk daalde, terwijl vet- en eiwitgehalte in de melk toenam. Stoppen met biochar verstrekken draaide de verbeteringen terug. Ook voor behandeling van kalveren met diarree blijkt biochar te werken.¹²

Biochar in het rantsoen: Uitdagingen

De beperkte kennis en soms onvolledige of tegenstrijdige onderzoeksresultaten over het gebruik van biochar als voederadditief hinderen een vertaling naar de praktijk voor brede toepassing. Extra onderzoek, met meer dieren en voor langere periodes, is nodig om de resterende vragen te beantwoorden. Ook de specificiteit van biochar vormt een uitdaging. Biochar is immers geen wondermiddel tegen alle soorten toxines, waardoor een specifieke aanpak nog steeds nodig blijft. Biochar kan verder ook zware metalen bevatten of gevaarlijke stoffen die bij de pyrolyse ontstaan (bijvoorbeeld dioxines of polycyclische aromatische koolwaterstoffen). Tot slot speelt ook de prijs een rol. Een te hoge kostprijs maakt de toepassing in de praktijk immers minder interessant.⁶

Gerelateerd

Nog vragen?

Bronnen:

¹ Biochar. Wageningen University and Research

² What Is Biochar and How Different Biochars Can Improve Your Crops. Institute of Agriculture, University of Tennessee

³ A Review of Biochar Properties and Their Utilization in Crop Agriculture and Livestock Production. Kajetan Kalus, Jacek A. Koziel and Sebastian Opalinski. Appl. Sci. 2019, 9, 3494

⁴ Activated carbon supplementation of dairy cow diets: Effects on apparent total-tract nutrient digestibility and taste preference. P.S. Erickson, N.L. Whitehouse, M.L. Dunn. The Professional Animal Scientist · October 2011

⁵ Addition of Activated Carbon into a Cattle Diet to Mitigate GHG Emissions and Improve Production. Mohammed Al-Azzawi, Les Bowtell, Kerry Hancock en Sarah Preston. Sustainability 2021, 13, 8254

⁶ Biochar as a feed additive for improving the performance of farm animals. Emanuel Joel Laoa, Ernest Rashid Mbega. Malaysian Journal of Sustainable Agriculture (MJSA) 4(2) (2020) 86-93

⁷ Can Biochar Improve the Sustainability of Animal Production? Carly Graves, Praveen Kolar, Sanjay Shah, Jesse Grimes and Mahmoud Sharara. Appl. Sci. 2022, 12, 5042

⁸ Effect of biochar or biochar and urea supplementation on feed intake, milk yield, feed conversion and methane production of dairy cows. Georg Terler, Manuel Winter, Michael Mandl, Joseph Sweeney, Andreas Steinwidder. Czech Journal of Animal Science, 68, 2023 (6): 245–254

⁹ Evaluation of the effects of biochar on diet digestibility and methane production from growing and finishing steers. Thomas M. Winders, Melissa L. Jolly-Breithaupt, Hannah C. Wilson, James C. MacDonald, Galen E. Erickson, and Andrea K. Watson. Transl. Anim. Sci. 2019.3:775–783

¹⁰ Reduction of Carryover of Aflatoxin from Cow Feed to Milk by Addition of Activated Carbons. Fabio Galvano, Amedeo Pietri, Terenzio Bertuzzi, Giorgio Fusconi, Marco Galvano, Andrea Piva, Gianfranco Piva. J Food Prot. 1996 May;59(5):551-554

¹¹ Effect of engineered biocarbon on rumen fermentation, microbial protein synthesis, and methane production in an artificial rumen (RUSITEC) fed a high forage diet. Atef M. Saleem, Gabriel O. Ribeiro Jr, Wenzhu Z. Yang, Tao Ran, Karen A. Beauchemin, Emma J. McGeough, Kim H. Ominski, Erasmus K. Okine and Tim A. McAllister. J. Anim. Sci. 2018.96:3121–3130

¹² The use of biochar in animal feeding. Hans-Peter Schmidt, Nikolas Hagemann, Kathleen Draper and Claudia Kammann. PeerJ. 2019; 7: e7373

¹³ Use of biochar by sheep: impacts on diet selection, digestibility, and performance. Darren J. McAvoy, Beth Burritt, and Juan J. Villalba. Journal of Animal Science, 2020, Vol. 98, No. 12

¹⁴ Application of hydrochar and pyrochar to manure is not effective for mitigation of ammonia emissions from cattle slurry and poultry manure. M. Gronwald, M. Helfrich, A. Don, R. Fuß, R. Well & H. Flessa. Biol Fertil Soils 54, 451–465 (2018). https://doi.org/10.1007/s00374-018-1273-x

¹⁵ The effect of biochar and acid activated biochar on ammonia emissions during manure storage. Khagendra Raj Baral, John McIlroy, Gary Lyons, Chris Johnston. Environmental Pollution 317 (2023) 120815

¹⁶ Biochar amendment to cattle slurry reduces NH3 emissions during storage without risk of higher NH3 emissions after soil application of the solid fraction. J. Viaene, N. Peiren, D. Vandamme, A. Lataf, A. Cuypers, M. Jozefczak, B. Vandecasteele. Waste Management. Volume 167, 15 July 2023, Pages 39-45

Versie:

Onderwerp:

Biochar of actieve kool in het rantsoen

Datum:

20-10-2023

antwoord_footer

Dit antwoord werd door het Rundveeloket met de meeste zorg en nauwkeurigheid opgesteld. Er wordt evenwel geen enkele garantie gegeven omtrent de juistheid of de volledigheid van het antwoord op uw vraag. De gebruiker van dit antwoord ziet af van elke klacht tegen het Rundveeloket, van welke aard ook, met betrekking tot het gebruik van het gegeven antwoord. In geen geval zal het Rundveeloket aansprakelijk gesteld kunnen worden voor eventuele nadelige gevolgen die voortvloeien uit het gebruik van dit antwoord.

RUNDVEELOKET