There is an urgent need to mitigate carbon emissions to the atmosphere to reduce the negative effects of climate change. Countries have pledged national strategies to reach their climate change mitigation goals in their Nationally Determined Contributions (NDC). In the case of Colombia, the country envisions becoming carbon neutral by 2050.  A pathway to reach this goal is emission reduction through nature-based solutions (NBS). Biochar is an NBS with the potential to be used as a land-based emission mitigation technology. Records indicate that it was first used by indigenous communities in the Amazon about a thousand years ago. Biochar can be obtained through thermochemical conversion by slow pyrolysis of residual biomass. The original organic carbon present in the biomass is sequestered in the biochar as it is pyrolyzed and thus, CO2 emissions are prevented. Biochar is not yet considered in Colombia´s carbon neutrality strategy. The aim of this thesis project is to investigate the potential of biochar production in Colombia as a land-based mitigation technology (LMT). Therefore, a comprehensive assessment is performed with the purpose of identifying the status of biochar in the country. The motivation behind the assessment is to gain an understanding of the variables involved in biochar production. Factors such as the production sectors involved, feedstocks, production technologies, project costs and emission mitigation are of interest. The study explores these factors by following five methodological steps. First, the current research on the technology is mapped to understand biochar’s status at a national level. Second, experts are interviewed to collect their views regarding biochar and a PESTEL (Political, Economic, Social, Technological, Environmental & Legal) analysis is employed based on their point of view on the technology. Third, the potential sources of residual biomass which could be used to produce biochar in the agricultural sector are quantified. The approach to biochar’s potential is enriched with a focused in-person case study of biochar production from oil palm residues. Fourth, these residual biomass sources are subsequently employed to estimate the emissions sequestered in their biochar production. Lastly, project feasibility implementation is evaluated through a techno-economic to identify the project’s main cost drivers. The results are then discussed using a SWOT (Strength, Weaknesses, and Opportunities & Threats) analysis. The existing studies and the local experts’ opinion indicate that biochar potential is in the agricultural sector and that it can be thought of for soil adaptation. Biochar’s emission mitigation is considered an added value. In 2021, the agricultural sector produced near 73 million tonnes of agricultural products. The residues from agriculture could be used for biochar production. If the residues from the most produced agricultural products are transformed into biochar, about 1 to 2,2 tonne of CO2 per tonne of biochar could be avoided. The published literature and the in-person study visit confirmed that the largest advance in biochar production and use in Colombia is in the oil palm sector. Palm kernel shell, fibre and empty fruit bunches are the oil palm residues that could be used to produce biochar. From 1 tonne of these three oil palm residues, about 60 kg of biochar can be obtained. The results show that currently there is no market for trading with biochar in Colombia. High investments, transport and feedstock costs are identified obstacles. An Advanced Technology pyrolizer cost can cost around 330.000 USD while a Basic Technology one can be around 100 USD. Taxes associated with revenue from the biochar trade can negatively impact a biochar project’s feasibility. In this study, a price for biochar is estimated using break-even analysis. Under the assumptions used, the biochar price per tonne is around 200 to 1.000 USD. Price variability is explained in the technologies used for production, feedstock biomass availability and variable revenues from biochar sales. / Koldioxidutsläppen till atmosfären behöver minskas för att undvika de negativa effekterna av klimatförändringar. Olika länder har presenterat på sina nationellt fastställda bidrag (NDC) hur sina mål för begränsning av klimatförändringarna skulle kunna uppnås. I Colombia är planen att uppnå koldioxidneutralitet år 2050. Ett sätt att uppnå detta mål är att minska utsläpp genom naturbaserade lösningar (NBS). Biokol är en NBS som kan användas som landbaserade åtgärder för att minska växthusgasutsläpp eller öka koldioxidupptag. Forskning har bevisat att biokol användes i Amazonas för ungefär tusen år sedan. Biokol framställs genom långsam pyrolys av restprodukter av biomass. Kolet i biomassan binds i biokolet genom pyrolysis, vilket förhindrar koldioxidens utsläppning till atmosfären. Biokol inkluderas ännu inte i Colombias strategi för koldioxidneutralitet. Syftet med detta projekt är att undersöka biokolets produktionspotential i Colombia son ett landbaserade åtgärder (LMT). En analys gjordes för att identifiera statusen av biokol runt om i landet. Faktorer såsom berörda produktionssektorer, råvaror, produktionstekniker, projektkostnader och koldioxidutsläppen var av intresse. Studien undersöker faktorerna ovan genom att tillämpa en femstegsmetod. Först identifierades den aktuella forskningen om biokol i Colombia. Sedan intervjuades experter för att samla in deras åsikter om biokol och en PESTEL analys (Political, Economic, Social, Technological, Environmental & Legal) användes. Nästa steg i metoden var att kvantifiera potentialen av restprodukter inom jordbrukssektorn. Detta steg kompletterades med en fallstudie som fokuserade på biokolproduktion från rester från oljepalmer och sedan beräknades utsläppen som binds i biokol. Till sist utvärderades projektets genomförbarhet genom en teknoekonomisk analys som identifierade viktigaste drivkrafterna bakom kostnaderna. Resultaten diskuterades med hjälp av en SWOT analys (Strength, Weaknesses, and Opportunities & Threats). Experter och forskningsresultat om biokol i Colombia anger att det finns stor potential nom jordbrukssektor där biokol skulle kunna användas för jordförbättring, medan utsläppsminskningar endast anses vara en ytterligare fördel. År 2021 Colombias jordbrukssektor producerade nästan 73 millioner tonne av jordbruksprodukter och restprodukter från jordbruket kan användas för produktion av biokol. För varje ton biokol som produceras undviks ungefär 1 till 2,2 tonne koldioxid. Litteraturen och studiebesöket bekräftade att största framsteget inom produktion och användning av biokol i Colombia händer inom oljepalmssektorn. Palmkärnor, fibrer och tomma fruktknippar är restprodukterna som kan användas för att producera biokol. En ton av dessa tre typer av oljepalmsrester ger cirka 60 kg biokol. Resultaten visar att det inte finns en marknad för biokol i Colombia. Höga investeringskostnader, transport-och råvarukostnader är främsta hindarna som identifierades. En pyrolysanläggning med avancerad teknik kostar cirka 330 000 US-dollar, medan en pyrolysanläggning med grundläggande teknik kostar cirka 100 US -dollar. Skatter på inkomster från biokolsförsäljning kan ha en negativ effekt på genomförbarhet. Studien uppskattas ett pris för biokol med hjälp av en break-even-analys och visar att cirka 200 till 1.000 USD per tonne biokol vore ett möjligt prisintervall. Prisvariationerna förklaras av tekniken som används för produktion, tillgång på biomassa som råvara och varierande intäkter från biokolförsäljning.

Au cours des dernières décennies, une grande variété de pesticides émergents, tels que le chlorantraniliprole (CAP), ont été introduits malgré le manque de connaissance approfondie de leur risque écotoxicologique. Les marais filtrants (TW) sont des technologies écologiques et durables qui ont montré un grand potentiel d’atténuation des polluants agricoles communs, tels que les pesticides dans le ruissellement. L’objectif de cette étude était d’optimiser l’utilisation du marais filtrant sous-surfacique à écoulement horizontal (HSSF) en déterminant: a) l'effet d’un amendement de biochar au substrat et b) la performance de trois espèces de macrophytes (Phragmites australis subsp. americanus, Scirpus cyperinus et Sporobolus michauxianus) dans l'abattement du CAP du ruissellement agricole. L'efficacité d'abattement a été calculée en utilisant la méthode du bilan de masse dans des mésocosmes HSSF matures alimentés avec un ruissellement agricole synthétique contenant du CAP pendant une période d'un mois. Les mésocosmes avec l’ajout de biochar se sont avérés très efficaces dans l’abattement du CAP (90 à 99%) et ils le sont restés tout au long de la période expérimentale. Cette efficacité est probablement due à la grande capacité d’adsorption du biochar, bien que ce mécanisme n’ait pas été directement mesuré. En revanche, l'abattement du CAP dans les mésocosmes plantés sans biochar était faible et limité et il n’y avait pas de différence entre les espèces, bien qu’elles aient eu des différences dans leur biomasse aérienne et leur taux d'évapotranspiration (ET). Cependant, les traitements plantés ont agi comme zone tampon, en atténuant la masse du CAP de l'influent et en la libérant lentement dans l'effluent. Le taux d'ET de Scirpus et Phragmites était plus élevé que celui de Sporobolus, ce qui s’est traduit par un meilleur effet tampon. Cette étude suggère que l'ajout de biochar au substrat HSSF TW est prometteur pour l'atténuation du CAP dans le ruissellement agricole, mais leur efficacité à long terme reste à être étudiée. Malgré tout, les TW devraient être utilisés comme un outil complémentaire, dans le cadre d'actions plus larges visant à réduire la pression des polluants sur les écosystèmes aquatiques. / Over the past decades, a wide variety of emergent pesticides, such as chlorantraniliprole (CAP), have been introduced despite the lack of in-depth knowledge of their ecotoxicological risk. Treatment wetlands (TWs) are environmentally friendly and sustainable technologies that have shown great potential to mitigate common agricultural pollutants, such as pesticides in runoff. The objective of this study was to optimize the use of the horizontal subsurface flow treatment wetlands (HSSF TWs) by determining a) the effect of biochar amendment to the substrate and b) the performance of three species of macrophytes (Phragmites australis subsp. americanus, Scirpus cyperinus and Sporobolus michauxianus) in CAP removal from agricultural runoff. The removal efficiency was calculated using the mass balance method in mature HSSF mesocosms fed with synthetic agricultural runoff containing CAP for a period of one month. Mesocosms with the addition of biochar were very effective in removing CAP (90-99%) and remained so throughout the experimental period. This efficiency is likely due to the high adsorption capacity of biochar, although this mechanism has not been directly measured. In contrast, CAP removal in mesocosms planted without biochar was low and limited and there was no difference between species, although there were differences in their above-ground biomass and their evapotranspiration (ET) rate. However, the planted mesocosms acted as buffer zones, reducing the CAP mass of the influent and slowly releasing it into the discharge. The ET rate of S. cyperinus and P. australis was higher than that of S. michauxianus, resulting in a better buffering effect. This study suggests that adding biochar to the HSSF TW substrate is promising for CAP attenuation in agricultural runoff, but their long-term effectiveness remains to be investigated. Nevertheless, TWs should be used as a complementary tool, as part of wider actions aimed at reducing the pressure of pollutants on aquatic ecosystems.

The climate on earth keeps getting warmer where heat waves, eutrophication, rising sea levels, extreme weather like flooding, droughts and wildfires are an expanding problem. The focus of this bachelor thesis is to determine the potential of mitigating eutrophication and while contributing to blue growth by harvesting and make use of reeds like Phragmites australis and Arundo donax. Reeds have the ability to quickly absorb nutrients from aquatic environments and there are opportunities to use them as a feedstock for producing biochar to be potentially used in areas such as soil improvement, fodder additive and carbon sequestration. Additionally, optimal biochar properties for the observed applications gets analysed. The thesis is based on a systematic literature review and an interview with Niclas Anvret at the non-profit organisation “Race for the Baltic”.  Results show that biochar produced according to parameters such as heating rate, biomass species and especially, different temperatures, results in varied characteristics that change the biochar's adsorption abilities, nutrient retention, alkalinity, stability, surface area and porosity volume. The different applications of biochar are, however, not easily determined. This is because of the fact that certain biochar properties, that are prominent in entirely different pyrolysis conditions, could both be beneficial for the same application. Additionally, the different attributes sometimes influence each other which gives rise to unclear patterns affecting use potential. To overcome these issues, more research is needed to clarify the correlations between attributes of the biochar and to determine which characteristics of biochar are best suited for each application.  In terms of how large-scale harvesting of reed could affect the ecosystem is also unclear, there is not enough research regarding the question to be able to draw clear conclusions. The reasoning behind this is that there are knowledge gaps, geographical differences, different unit measuring and methodology. The potential for biochar in the coal market is high and the demand in Sweden has risen over the past couple of years. There is also interest in using biochar as a soil amendment, to make use of nutrient content as well as applying organic matter to soils to potentially achieve long-term carbon sequestration. However, the production cost of biochar out of reed is relatively expensive, and it cannot compete with coal or other fertilisers/soil amendments on the market, with feedstock management usually being the most expensive part of production. Lastly, there is currently no harvesting method that can measure the amount of reed that needs to be harvested to be able to produce biochar on a large scale. / Klimatet på jorden blir allt varmare och värmeböljor, övergödning, stigande havsnivåer, extrema väder som översvämningar, torka och bränder är ett stigande problem. Syftet med denna kandidatuppsats är att undersöka potentialen att mildra eutrofiering och samtidigt bidra till blå tillväxt genom att skörda - och använda sig av vass som Phragmites australis och Arundo donax. Vass har en framträdande förmåga att absorbera näringsämnen. Det finns därför möjligheter att använda dem som råvara för att producera biokol som potentiellt kan användas i områden såsom jordförbättring, fodertillsatser och kolbindning. Utöver detta undersöks optimala egenskaper för biokol enligt de observerade applikationerna. Kandidatuppsatsen bygger på en systematisk litteraturstudie och en intervju med Niclas Anvret på den ideella organisationen ”Race for the Baltic”.  Resultaten indikerar att biokol, producerad i pyrolys enligt parametrar som uppvärmningshastighet, biomassa och i synnerhet olika temperaturer, resulterar i varierande egenskaper som förändrar biokolets absorptionsförmåga, bibehållande av näring, alkalinitet, stabilitet, ytarea och porositetsvolym. De olika tillämpningarna av biokol är emellertid svåra att avgöra på grund av vissa biokolegenskaper. Dessa egenskaper är framträdande under helt olika pyrolysförhållanden men kan samtidigt vara fördelaktiga för samma typ av applikation. Dessutom påverkar de olika attributen ibland varandra vilket ger upphov till komplexa trender som påverkar användningspotentialen. För att kunna dra tydliga slutsatser behövs mer forskning för att klargöra sambandet mellan biokolens attribut och för att bestämma vilken samling egenskaper hos biokol som passar bäst för varje applikation.  Hur storskalig skörd av vass kan påverka ekosystemet är fortfarande oklart. Det finns inte tillräckligt med forskning kring frågan för att kunna dra tydliga slutsatser. Detta beror på att det finns kunskapsluckor, geografiska skillnader, olika måttenheter och metoder för de studier som gjorts inom detta område. Potentialen för biokol på kolmarknaden är hög och efterfrågan i Sverige har ökat de senaste åren. Det finns också intresse för att använda biokol för jordförbättring, dels för att använda näringsinnehållet men också för att applicera biokol i jorden för att potentiellt uppnå långvarig kolbindning. Dock är produktionskostnaden för biokol gjort på vass mycket kostsam och kan därför inte konkurrera med fossilt kol eller andra gödselmedel jordförändringar på marknaden. Detta beror främst på råvaruhanteringen som är den dyraste delen av produktionen. Slutligen finns det för närvarande ingen skördemetod som kan mäta den mängd vass som behöver skördas för att kunna producera biokol i stor skala.