Varje år, bränder rasar över norra Indien, som bönder bränner av sitt oönskade halm. Effekten är enorm. Från oktober till november, massiva rökmoln sträcker sig över Punjab och angränsande stater, blåst av de rådande vindarna i riktning mot Delhi.

Varje år, ministrarna kräver åtgärder – 2016, de fick sällskap av Indiens högsta domstol. Och varje år, NASA publicerar nya satellitbilder som visar omfattningen av bränningen. Människor dör på vägarna eftersom röken begränsar sikten, medan hjärt- och lungproblem förvärras.

De bördiga fälten i Punjab producerar cirka 20 % av Indiens ris och 40 % av dess vete. Ris odlas från maj till oktober, följt på samma fält av vete från november till mars. Vändningen mellan risskörd och veteplantering måste vara snabb, eftersom fördröjning påverkar veteutbytet dåligt.

De 11 miljoner ton ris som odlas i Punjab lämnar efter sig cirka 21 miljoner ton halm – den oätliga delen av växten. Bönderna har vanligtvis bara 20 dagar på sig att rensa bort det innan vetesäsongen börjar. Halmen bränns vanligtvis öppet på samma fält där det odlades, trots regelverk och kunskap om miljö- och mänskliga skador.

Detta har varit en del av Punjabi-kulturen i decennier (grannländerna Haryana och västra Uttar-Pradesh följer samma skördecykel i jämförbara mängder). Indien är inte unikt – delstaten Kalifornien brände rester så sent som på 1980-talet och halmbränning fortsätter i många delar av Sydostasien och Afrika idag.

Att bränna är dubbelt slösaktigt eftersom halmen försvinner till lågorna. Varje år, jorden förlorar mer kol, kväve och andra näringsämnen. Varje hektar ris ger ungefär 2,5 ton halm. Förbränning av halm skickar ungefär ett ton organiskt kol ut i atmosfären (i form av gaser som CO ₂ , CO och andra) tillsammans med andra näringsämnen som kväve, fosfor och kalium.

Släcker bränderna

Det finns många alternativ till att bränna, men alla har sina problem. Paddy halm är inte tillräckligt näringsrikt för att göra bra djurfoder, och dess höga koncentrationer av kiseldioxid kan skada traditionell jordbruksutrustning.

Eftersom ris vanligtvis odlas på små fält, Det är inte heller alltid möjligt (eller överkomligt) att använda de kraftfulla maskiner som krävs för att bearbeta halmen djupt ner i jorden innan man planterar vete. Andra lösningar som att använda halm för biomassakraft eller att tillverka papper kräver alla massor av ny infrastruktur.

Halm samlas och balas redan idag i några av Punjabs stora gårdar, och andra områden nära biomassakraftverk. Men balad halm är svår att hantera, och skrymmande att transportera och lagra. Dyra kraftverk står ofta stilla i veckor, omgiven av åkrar med fuktig halm som inte kan användas förrän det är torrt.

Halmbränning är olagligt men, eftersom alternativen antingen är opraktiska eller dyra, de flesta bönder gör det fortfarande. De fattar ett rationellt beslut. Därför, oberoende av regeringens politik och bredare miljöhänsyn, Varje lösning måste ge jordbrukarna själva ett bra incitament att inte brinna.

För att lösa några av dessa problem, vi har utvecklat EnergyHarvest. Först, rishalm komprimeras till små pellets med teknik som normalt används för att producera djurfoder. En syrefri uppvärmningsprocess känd som pyrolys omvandlar sedan dessa pellets till energiutgångar:värme och "biokol", en form av träkol.

Dessa pellets förvandlar rishalm till något användbart. Varje pellet innehåller mycket energi för sin storlek och vikt. De är lätta att hantera och förvara, och billigare att transportera än stora halmbalar.

Kylning och kol

Biokolet som pelletsen omvandlas till efter pyrolys fångar upp det mesta av kolet och de näringsämnen som finns i det ursprungliga halmen. När det återgår till marken gör det jorden friskare och håller kvar mer vatten.

Samtidigt kan värmen som avges under pyrolys fångas upp och användas för att producera varmvatten, eller mekanisk eller elektrisk energi. Den skulle också kunna omvandlas till kylning för mat till halva priset av konventionell elektrisk kylning. Det är viktigt att dessa pellets kan användas på många olika sätt eftersom olika odlingsområden kommer att ställa unika krav och möjligheter.

Vi har satt upp en demonstration av EnergyHarvest-teknologin vid Punjab Agricultural University (PAU) och en serie treåriga randomiserade fältförsök pågår. Kylningen är integrerad med kylförvaringsdemonstrationssystemen på PAU:s livsmedelsvetenskapliga avdelning.

Vårt arbete med att omvandla halm till pellets, och bearbeta dessa pellets till användbara produkter, kommer inte att lösa bränning i öppna fält – eller Delhis luftföroreningar – över en natt. Men det betyder att småskaliga bönder, majoriteten av bönderna i Punjab, kan nu göra något nyttigt med sina rester.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.