Challenges in Global Warming: Reduced emissions and 

sequestration

Woodrow W. Clark II, Milken Institute, and Ray Chrisman, Atodyne Technologies and Affiliate Faculty, 

Forest Resources, UW

Energy production from non‐fossil sources should reduce CO2 

emissions 

Solar and wind energy based sources are very interesting.  However, there are concerns since these are very discontinuous sources.

However, proponents point out that the wind is always blowing somewhere 

Building scale wind turbines, generate 1.2kwh at a price of $6,500

Sequestration side of the CO2 issue

Stabilizing CO2 at 400 ppm requires approximately 35 GT CO2 (~10 GT carbon) to be withdrawn from the atmosphere by 2030

The question is how can it be done and where can we put it?    In the water or on the land?

Annual carbon fluxes

What is AgricharTM biochar?• AgricharTM product is 

derived from Slow Pyrolysis which involves heating biomass in the absence (or reduced supply) of air 

• AgricharTM product delivers significant agricultural and environmental benefits –whilst sequestering carbon in soil

How Char can helpOrganics to Land Vs Char

Lehmann et al., 2006, Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, in press

Biochar a Gigaton response

Source: Lehmann, 2007, Nature

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Gt C

arbo

n

Annual potential for biochar sequestration

Hypothetical(40% biomass to biochar)

High

Low

Gaunt unpublished

Terra‐Preta: Evidence of longevity

• 500‐7000 years old

• Amazon ‐ Extreme 

environment for fast 

organics turnover

• 10% Total Carbon, 35% of which is Black Carbon. Char ≈ 3.5% of total soil.

Photos: Julie Major, Cornell University

The ‘terra preta’ example of product performance

Bulk composition of a typical biomass material

Almost any time biomass is burned both pyrolysis and 

oxidation occurs

Often both processes occur such that oxidation (burning) is on the outside and provides the heat 

for pyrolysis which is going on inside.  The biochar that first forms is then burned when 

oxygen can finally reach it.

For example, the burning of wood or cigarettes

How do we get just biochar?

The pyrolysis processes typically produce three general product types based on physical state 

• A gas that includes syn‐gas (H2 and CO)

• A complex hydrocarbon liquid (bio‐oil) and water

• A solid char (primary and secondary) and ash

The relative yields and composition of these products are a function of process conditions and starting materials.

What is Agrichar TM biochar?

• AgricharTM product is derived from Slow Pyrolysis and is a primary char which means it maintains much of its original physical structure.

• This structure seems to support enhanced microbial growth, aid in water retention and enhanced soil structure.

• The material has good CEC and has a long lifetime in the soil.

• The material has no odor and low residuals.

IBI conference  9/08

BEST’s Australian Demo facility

• Fully continuous with Integrated drying 

• Handles biomass with up to 50% moisture

• Can process high and low ash biomass

• Syngas produced runs 300 kWe internal combustion engine

• Approx. 35% yield by weight

• Can be scaled to process 48 & 96 dry ton/day

IBI conference  9/08

Increased Productivity

3a: Soil + Char

70 cm

2a: Soil + NPK

55 cm

4a: Soil + NPK Char

105 cm

1a: Soil only

30 cm

Summary of potential benefits of biochar

•Sequester Carbon Dioxide•Generate energy•Solve some waste management     

issues like disposal of manure

•Improve soil quality

Two scenarios for energy policy in the near term 

Cap and trade• Prices will go up• New technology has high 

startup cost• Price may be somewhat 

more stable as new forms of energy appear.

• Provides support for new processes though maybe not cost effective ones

• Some money will be spent on carbon capture

• Money stays in the system

Supply/demand balances• Prices will go up

• Supply of cheap oil has peaked 

• Prices will tend to spike

• Spikes will make new technology difficult to maintain

• Support for more energy efficient processes

• Money flows out of the system

What is the impact on process technology?

More biobased processes?More new products introduced?More efficient processes?

More online analysis?More process intensification?More microreactors?More focus on process separations?