Úvod / Informácie / Obnoviteľné zdroje energie / Biomasa

Mení sa digestát na minerálne hnojivo?

02-03-2017
prof. Dr. Ing. Richard Pospišil | richard.pospisil@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Výrazný pokles výroby organických hospodárskych hnojív posúva do popredia rôzne alternatívne formy využívania hospodárskych odpadov organického pôvodu, so zámerom riešiť deficit organickej hmoty v pôde a udržať pôdnu úrodnosť na požadovanej úrovni. Jednou z možností, ktorá zároveň prispieva i k ochrane životného prostredia, je využitie digestátu –biokalu, odpadu po kontinuálnej fermentácii živočíšnych a rastlinných odpadov, ktorej cieľom je výroba bioplynu. Digestát je charakterizovaný ako zdroj prijateľného dusíka, má mierne zásaditú reakciu, čím zvyšuje využiteľnosť pôdneho fosforu a obsah organických látok v pôde.

Digestát po výrobe bioplynu je tmavá, heterogénna suspenzia. Vzhľadom k obsahu organických a anorganických látok je biokal vhodný na priame hnojenie plodín, aplikáciu na pôdu hlavne pred zaoraním pozberových zvyškov, pri závlahe poľných plodín, a na výrobu kompostov a melioračných hmôt. Pri odsírení bioplynu sa do vyhnitého kalu dostáva aj elementárna síra, ktorá sa dobre využije pri pestovaní olejnín. Vplyvom zvýšenej teploty (40 - 50°C) a agresivity prostredia (pH 7,5 - 8,0) pri metanogenéze dochádza k poklesu životaschopnosti semien a plodov burín v biokale. Vyhnitý kal potenciálne vplýva na pokles semien a plodov burín v pôdnej zásobe. Aplikácia na pôdu, pozberové zvyšky a priame hnojenie poľnohospodárskych plodín vyhnitým biokalom je základným a v podstate najpoužívanejším spôsobom jeho využitia.

V súčasnosti prevláda názor, že digestát z bioplynových staníc je dobré organické hnojivo. Tento poznatok sa však z rozvojom technológií a zvyšovaním efektívnosti bioplynových staníc  vyžaduje korekciu. Digestát nie je čisto hnojivo organické, ale hnojivo organicko minerálne. Rozhodujúci je obsah sušiny, využiteľného dusíka a draslíka. Na základe týchto hlavných parametrov sa rozhodujeme ako môžeme digestát v poľnohospodárstve efektívne využívať.

Ak má byť nejaké hnojivo označené za organické, musí spĺňať základnú požiadavku. Pri určitom obsahu uhlíkatej hmoty musí byť táto ľahko mikrobiálne rozložiteľná a schopná uvoľniť pre pôdne mikroorganizmy dostatok energie. Procesom mineralizácie sa potom z vysokomolekulárnych organických zlúčenín uvoľňujú minerálne živiny. Tieto sú následne prijímané rastlinami, ktoré z nich vytvárajú nové organické zlúčeniny a tak sa celý kolobeh  živín uzatvára.

Ako prebieha transformácia glycidobielkovinovej fytomasy rastlín na biokal? Najlabilnejšie frakcie organickej hmoty krmív využívajú prežúvavé zvieratá pre svoj rast a produkciu. Menej labilné frakcie v exkrementoch rozkladajú fermentačné mikroorganizmy pri anaeróbnej digescii v bioplynovej stanici. Do pôdy k hnojeniu sú v digestáte ostávajú k dispozícii už jen relatívne stabilné, ťažko rozložiteľné frakcie organickej hmoty. Ich stabilita je tým väčšia, čím je dokonalejšia technológia výroby biolynu! Súčasné BPS, sú v porovnaní s tými skoršie postavenými, už technicky a prevádzkovo na vysokej úrovni. Sú projektované a nastavené na maximálny výťažok bioplynu, čím nastáva  oveľa hlbšia degradácia organickej hmoty než minulosti v technologicky jednoduchších BPS. Moderné BPS pracujúce v oblasti mezofilného vyhnívania substrátu a poskytujú tak digestát z pohľadu kvality organického hnojiva oveľa horšej kvality. Hnojivý účinok takéhoto digestátu aplikovaného v jesennom alebo jarnom termíne je dobrý len za predpokladu, že jeho aplikáciu kombinujeme s priemyselným hnojením (NPK). Na základe pokusov sa odporúča aj na hnojenie porastov najmä repy cukrovej a slnečnice ročnej.

Výsledky výskumov viacerých autorov prinášajú prekvapivé závery, že biokaly ako odpad z procesov moderne riadenej anaerobnej digescie sa stávajú skôr hnojivom minerálnym, než organickým. Z hľadiska ich použitia ako organického hnojiva do pôdy, alebo počas vegetácie sú materiálom s oveľa  nižším obsahom organickej hmoty, než sme boli zvyknutí pri prevádzke svojpomocne postavených modelových bioplynových staníc. Pri súčasných technológiách výroby bioplynu sa obsah využiteľných živín v digestáte skôr presúva do kvapalnej frakcie, ich podiel v pevnom podiele klesá.

Stabilná organická hmota v pevnej fáze digestátu však ostáva dobrým, pomaly sa rozkladajúcim materiálom na vyľahčenie ťažkých pôd a úpravu ich úrodotvorných vlastností. Prax je mystifikovaná údajom o obsahu dusíka v sušine. Ukazuje sa, že v pevnej časti digestátu (separáte) je organický dusík rastlinám okamžite relatívne neprístupný. Separát sa v pôde hydrolyzuje len veľmi pomaly a tak i tento dusík mineralizuje jen pomaly a v zime hrozí jeho vyplavenie. V kvapalnej časti digestátu (fugát) je síce dusík minerálny, rastlinám prístupný, ale je ho tam málo. V sušine fugátu ho môže být až do 10 %, ale obsah sušiny fugátu je len 1 – 3 %. To znamená že využiteľný obsah dusíka v kvapalnom fugáte je okolo 0,15 – 0,30 %.

Výskum hnojivých účinkov biokalu poukazuje však aj na ďalšie pozitívne efekty okrem parametrov výživy. Zdržaním organickej hmoty (najmä rastlinného pôvodu) v reaktore dochádza k potlačeniu klíčivosti semien burín v biokale.  Na variantoch po aplikácii biokalu bola zaznamenaná znížená aktuálna zaburinenosť pestovaných plodín počas vegetácie. Klíčivosť semien burín po fermentácii biokalu v reaktore poklesla na základe našich pozorovaní na úroveň iba 23,2 až 7,8 % pôvodného stavu v surovej hnojovici. Proces fermentácie sa tak javí významným činiteľom potlačujúcim nárast potenciálnej zaburinenosti vplyvom aplikácie biokalu na pôdu a redukuje požiadavky na pesticídy.

Po aplikácii biokalu zaznamenávame aj zlepšenie hydrofyzikálnych vlastností pôdy, čo má pozitívny vplyv na celkový vlahový režim pôdy. Pri odsírení bioplynu sa do vyhnitého kalu dostáva aj elementárna síra, ktorá sa dobre využije pri pestovaní olejnín.

Z hľadiska výšky produkcie a jej kvality pri pestovaných plodinách boli zistené niektoré pozitívne vplyvy na  parametre technologickej kvality (pri sladovníckom jarnom jačmeni nestúpli bielkoviny nad 11%, zvýšenie cukornatosti pri repe cukrovej 17,86 oS a obsahu oleja pri slnečnici ročnej 49,9 %).

Zaujímavým faktom je aj vplyv aplikácie biokalu na predlžovanie vegetácie pri kukurici siatej na siláž asi o desať dní.  Aplikáciou biokalu do porastu jačmeňa jarného sa predĺžila jeho vegetačná doba asi o sedem dní.

Aplikácia biokalu má pozitívny vplyv na zvyšovanie podielu  agronomicky cenných agregátov (0,3-3 mm), na objemovú hmotnosť pôdy, jej vlhkostný režim (zadržiavanie vody vo vrchnom profile ornice) a infiltračnú schopnosť pôdy (tvorba štruktúrnych agregátov). Významným poznatkom je aj pozitívny vplyv biokalu na vlhkostný režim pôdy. Zadržiavanie vody vo vrchnom profile ornice sme ocenili v suchých a podporu infiltračnej schopnosti pôdy tvorbou štruktúrnych agregátov zase vo vlhkých pestovateľských ročníkoch. Pri hodnotení vlhkosti pôdy môžeme konštatovať, že hnojenie vyhnitým kalom malo výraznejší vplyv na vlhkosť pôdy už v druhom roku po jeho aplikácií, kde biokal zvýšil zásobu pôdnej vody v monitorovanej koreňovej zóne pôdneho profilu.

Aplikácia biokalu v porovnaní s kontrolou znížila penetračný odpor hlavne v hlbších vrstvách ornice (pod 10 cm) a v koreňovej zóne plytkokoreniacich plodín, čo sa pozitívne prejavilo na úrodách testovaných plodín hlavne v suchých pestovateľských ročníkoch. Pri hnojení biokalom mikroorganizmy rýchlejšie rozkladali organické pozberové zvyšky najmä v povrchovej vrstve pôdy. Množstvo uhlíka biomasy pôdnych mikroorganizmov bolo na stanovišti v rozsahu 108,01 až 146,51 mg.kg-1 sušiny pôdy čo predstavuje hmotnosť 0,32 – 0,44 t.ha-1 vo vrstve 0,2 m pôdy.

Vyhnitý biokal má pH 7,63-8,5, neutralizuje pôdu čím následne podporuje aj lepšie využitie fosforu. Z hľadiska obsahu cudzorodých látok a ťažkých kovov v biokale, v pôde a v pestovaných plodinách neboli zaznamenané nadlimitné množstvá žiadneho hodnoteného prvku (Cu, Fe, Zn, Mn, Cr, Cd, Pb, Co, Ni). Je však veľmi dôležité, aby sa do bioplynového reaktora nedostávali odpady, ktoré by uvedené rizikové prvky obsahovali. V prípade nášho pokusu substrát tvorila hnojovica HD s prídavkom siláže, senáže, láskavca a zelenej trávy.

Z hľadiska hodnotenia energetickej bilancie hodnotených pestovateľských technológií boli výrazne pozitívne výsledky zaznamenané pri repe cukrovej a kukurici na siláž (kde bol pomer vklad a výstup energie 1 : 11,41 až 1 : 14,1).

Pri každoročnom využívaní pri dostatočnej sušine je biokal je dobrým organicko-minerálnym hnojivom so špecifickými pozitívnymi vlastnosťami (pH reakcia, potlačená klíčivosť semien burín, nízky zápach) a zlepšuje štruktúru pôdy. Proces fermentácie sa tak javí významným činiteľom potlačujúcim nárast potenciálnej zaburinenosti vplyvom aplikácie biokalu na pôdu. Z hľadiska výšky produkcie a jej kvality pri pestovaných plodinách boli zistené niektoré pozitívne vplyvy na  parametre technologickej kvality.

Zaujímavým faktom bol aj vplyv aplikácie biokalu na predlžovanie vegetácie asi o sedem dní a rast kvalitatívnych parametrov pri kukurici siatej na siláž, čo umožňuje regulovať postupný zber porastov.

Živiny v biokale, hlavne dusík, sú prijímané rýchlejšie ako z maštaľného hnoja. Z hľadiska ochrany podzemných vôd pred vyplavovaním dusíka, je bezpečnejšie hnojiť správne vyhnitým biokalom než minerálnym dusíkom z priemyselných hnojív. Pri odsírení bioplynu sa do vyhnitého kalu dostáva aj elementárna síra, ktorá sa dobre využije pri pestovaní olejnín.

Agronomické účinky vyhnitého biokalu v porovnaní so surovou hnojovicou sú pozvoľnejšie a nesporným prínosom je aj obmedzenie zápachu v porovnaní so surovou hnojovicou. biokal po aplikácii na pôdy treba čo najskôr zapracovať tanierovým náradím. V prípade hnojenia porastov počas vegetácie používať hadicové aplikátory.

Pri realizácii technológie kontinuálneho spracovania biologických odpadov a využití vyhnitého biokalu ako organického hnojiva  sú zaznamenané prínosy v oblasti zníženia materiálových a energetických vstupov do rastlinnej výroby, zvýšenie nutričnej a hygienickej kvality produkcie a pozitívna úprava niektorých vlastností pôdy. Zakúpený aplikátor sa v živinách dodaných do pôdy sa nám „zaplatil“ do troch rokov.

Aplikácia biokalu nemá negatívny vplyv na bioindikátory prostredia (živočíchy žijúce v pôde), organická hmota biokalu prispieva k vytvoreniu ich vyhranených spoločenstiev. Organická hmota biokalu udržuje úrodnosť pôdy. Významné je zníženie výskytu škodlivých činiteľov v pestovaných plodinách pri realizácii tejto netradičnej technológie realizovanej v zmysle zásad správnej farmárskej praxe.

Na základe doterajších výsledkov exaktného sledovania vplyvu použitia digestátu po kontinuálnej výrobe bioplynu na výšku a kvalitu produkcie pestovaných plodín je  hnojivý účinok biokalu všeobecne veľmi dobrý. Každoročná aplikácia biokalu s dobrou sušinou (organická hmota a živiny) v správnom termíne je vhodným prostriedkom na udržanie viacerých parametzrov úrodnosti pôdy. V praxi sa stretávame však s pohybom aplikačnej techniky po pozemkoch za nevhodnej vlhkosti čo podporuje zhutňovanie pôd. Pri realizácii technológie kontinuálneho spracovania živočíšnych a rastlinných odpadov a využití digestátu ako organického hnojiva  sú zaznamenané prínosy v oblasti zníženia materiálových a energetických vstupov do rastlinnej výroby, zvýšenie produkcie a pozitívny vplyv na  niektoré vlastnosti pôdy.