Біочар — рішення для сільського господарства, енергетики та екології

Біочар — це пористий матеріал, отриманий з біомаси (наприклад соломи, пожнивних решток, гілок, лушпиння тощо) шляхом його нагрівання при низькому доступі кисню. Якщо «дослівно» перекласти біочар українською, то по суті це — біовугілля.

Виробництво біочару

Утворюється біочар шляхом нагрівання органічного матеріалу в середовищі без кисню за температури від 350 °C і вище. Цей процес, який називається піролізом, виробляє багаті на енергію гази та рідини, а також твердий продукт. Реакція піролізу вимагає дуже мало кисню, тому матеріал не горить, а викиди утримуються.
Біомаса розкладається на менші молекули газу та твердих речовин. При охолодженні деякі гази конденсуються, перетворюючись на біопаливо, а решта залишається в газоподібній формі (синтез-газ). Тверда речовина (головним чином лігнінова частина біомаси) стає тим самим біочаром. Більше біопалива утворюється під час «швидкого піролізу», коли швидкість нагрівання при піролізі висока, а вихідна сировина тонко подрібнена. І навпаки, під час «повільного піролізу», який використовує довші, повільніші швидкості нагрівання та більші шматки сировини, утворюється більше біовугілля.

Цей продукт можна виробляти майже з будь-якого сухого органічного матеріалу, включаючи відходи. Це робить його виробництво ключовим компонентом циркулярної економіки та сталого сільського господарства, пропонуючи можливість переробляти органічні відходи, покращувати здоров'я ґрунту та поглинати вуглець.

Властивості біочару

Основне застосування біочару в рослинництві — покращення структури ґрунту, утримання вологи, поживних речовин та мікроорганізмів. 

«Це як губка, яка допомагає ґрунту бути більш живим і родючим», — пояснив під час стріму Віталій Воронцов, голова ГС «Зелені Агро Рішення».

Чому ж біочар важливе саме зараз рішення? У сучасних умовах фермери стикаються з багатьма викликами: деградація ґрунтів через інтенсивне використання, зростання вартості добрив та паливно-мастильних матеріалів, зміни клімату, які призводять до дефіциту вологи і навіть посухи. А біочар — це рішення, яке допомагає впоратись з цими викликами, використовуючи доступні ресурси.

Читати також: Фітомеліорація та структурна меліорація: шляхи вирішення проблеми кислотності ґрунту

Взагалі, властивості біочару істотно відрізняються залежно від типу сировини та температури піролізу. Здебільшого він має лужний pH, є пористим, містить фіксований та доступний вуглець і може містити деякі поживні речовини. Вміст поживних речовин у вугіллі для росту рослин незначний, але його висока здатність до катіонного обміну покращує ефект від внесення добрив. Найважливішою характеристикою для покращення властивостей ґрунту (таких як адсорбційна здатність та водоутримання) є пористість та площа поверхні самого біочару.

Мікропориста структура біочару покращує аерацію та поглинання вологи ґрунтом, утримання поживних речовин у ньому та запобігає його ущільненню. А ще така структура є ідеальним середовищем для життя корисної мікробіоти.

За певних умов біовугілля викликає системну реакцію рослин на листкові грибні хвороби та поліпшує реакцію рослин на хвороби, спричинені ґрунтовими патогенами.

Читати також: Відновлення родючості українських ґрунтів справа спільна: держави, науки, бізнесу — нотатки з конференції BTU

Дуже важлива як на сьогодні властивість біочару — здатність до вологоутримання. Він відіграє роль такого собі «буферу», акумулятора вологи. Забирає надлишок вологи або утримує її і віддає, коли починається дефіцит.

Через високу адсорбційну здатність біовугілля може знизити ефективність пестицидів. Але біовугілля зменшує потребу в азотних добривах, тим самим зменшуючи витрати та викиди від виробництва та транспортування добрив.

Властивості біочару залежно від сировини, з якої він виготовлений

Властивості біовугілля визначають його застосування в ґрунті, і певне види можуть не підходити для всіх типів ґрунтів. Тому оптимізація біочару для конкретного застосування може вимагати вибору певної сировини та температури піролізу.

Наприклад:

• Гній: більший вміст поживних речовин та ємність катіонного обміну; вища електропровідність (може збільшити концентрацію солей у ґрунті); низький вміст вуглецю
• Пожнивні та трав'яні залишки: вищий вміст калію; менша пористість; вищий вміст вуглецю
• Деревні відходи: більший вміст фіксованого вуглецю і, отже, більша стабільність; більша пористість і, отже, краще утримання води; біовугілля з хвойної деревини має нижчий pH і краще підходить для лужних ґрунтів
• Вищі температури піролізу (500–650°C): більша кількість мікропор (краще для адсорбції токсичних речовин та відновлення ґрунту); вищий pH; більший вміст мінералів; нижча ємність катіонного обміну
• Нижчі температури піролізу (350–500°C): більше розкладного вуглецю як джерела для ґрунтових мікроорганізмів; вища ємність катіонного обміну

Завдяки високому рівню pH біовугілля та його здатності зв'язуватися з важкими металами та іншими органічними забруднювачами, багато дослідників у світі вивчають його як інструмент рекультивації ґрунту.

Читати також: Дефекат — засіб, щоб вгамувати кислотність ґрунту та дефіцит кальцію

Зарубіжний досвід застосування біочару

Із зарубіжного досвіду використання біочару:

• У системах вирощування пшениці в посушливих районах Орегону внесення біовугілля в кількості 10 тонн на акр підвищило pH ґрунту та збільшило врожайність майже на 30%.
• У тепличних середовищах для вирощування біовугілля демонструє потенціал для заміни перліту та торфу, де воно також запобігає вимиванню поживних речовин (на 11% менше порівняно з традиційними середовищами).
• Виробники какао в Південній Америці використовують біочар для вирощування молодих дерев, щоб удвічі скоротити кількість років до початку виробництва.
• Подекуди ботанічні сади виготовляють власне вугілля та використовують його в компостних сумішах.

Читати також: Секвестрація вуглецю в ґрунті. Що це таке і до чого тут сільське господарство?

Вплив біовугілля може залежати від регіональних умов, включаючи тип ґрунту, стан ґрунту (збіднений чи здоровий), температуру та вологість. Незначні додавання біовугілля зменшують викиди оксиду азоту (N2O) до 80% і усуває викиди метану, які є ще більш потужними парниковими газами, ніж CO2.

Біовугілля можна заорювати в ґрунти на полях для підвищення їх родючості та стабільності, а також для середньо- та довгострокового поглинання вуглецю в цих ґрунтах.

Ефективність застосування біочару

Як зауважив на стрімі Володимир Бунецький, керівник ТОВ «БМ-Інжиніринг» та голова Пелетної асоціації України, пряме спалювання біомаси — це те ж саме, що спалювати асигнації в котлі. Він наголосив, що зараз є велика дилема між агрономами, що працюють на землі й хочуть використовувати пожнивні рештки, залишаючи їх на полях, та енергетиками, яким потрібна ця біомаса як дешева сировина. І якраз виробництво біочару може усунути ці розбіжності, задовольнивши обидва напрями. За словами експерта, вирішення дилеми полягає у низьковуглецевому кругообігу. Тобто потрібно вуглець, отриманий шляхом термічного розкладання пожнивних залишків, повертати у ґрунт, при цьому отримуватиметься й енергія.

Читати також: Леонід Центило: Основна наша мета — повернення ґрунторесурсів

Це якщо говорити про біочар, вироблений саме з пожнивних решток. Як уже зазначалось, для його виробництва можна використовувати дуже різну біосировину. Але при цьому слід враховувати, що від сировини, технології виробництва залежить якість кінцевого продукту. А ще ефективність біочару в сільському господарстві залежить і від технології його застосування.

Як зауважив Володимир Бунецький, також важливо, яку мету ви ставите: поліпшення властивостей ґрунту чи все-таки підвищення врожайності та маржинальності виробництва. Багато досліджень свідчать про те, що остання мета може бути досягнута шляхом поєднання активованого вуглецю (тобто біочару) з мікробіологічними препаратами. Саме синергія цих двох технологій може забезпечити підвищення врожайності (причому значне, за словами експерта).

«Сам по собі біочар це дороговартісний препарат, вартісна технологія. А ось, якщо ви застосовуєте його в симбіозі з іншими препаратами, то це дає значно кращий ефект», — наголосив Володимир Бунецький.

З переваг застосування біочару також від’ємна емісія вуглекислого газу. Тобто він може стати вагомою складовою у так званому вуглецевому землеробстві, до якого рухається ЄС і за правилами якого згодом доведеться працювати й українському агро. Плюс відкриває шлях до отримання вуглецевих сертифікатів і компенсацій за них, що є це одним економічним аргументом для цієї технології.

Так само як і той факт, що внесене у ґрунт біовугілля сприяє зменшенню вимивання поживних речовин із нього, відповідно знижує потребу у додатковому підживленні що веде до економії на добривах.

Але, як наголосив Володимир Бунецький, якщо земля гарна і вона «жирує», то ефективність біочару падає. Бо він дуже добре працює й окуповується саме на гірших ґрунтах а також у разі наявності стресових факторів для рослин.

Загалом тема біочару досить широка, якщо судити з решти доповідей на стрімі проєкту «Зелені Агро Рішення» та з чималої кількості пізнавальної й наукової літератури на цю тему. І при цьому ще багато аспектів не вивчені, тож універсальних технологій чи усталених систем, упроваджених у виробництво, поки небагато. Але всі фахівці констатують, що за цією технологією майбутнє, бо вона допомагає вирішувати цілу низку проблем, з якими стикається людство, — від продовольчої до енергетичної та екологічної.

Алла Гусарова, SuperAgronom.com

Читати також: Хімічна меліорація грунтів: меліоранти та їх застосування