Авторский состав:

Логинов Д.А. – Научный сотрудник Инновационного центра СПбГЛТУ

Крылов В.Н. – к.т.н., доцент, Заместитель директора Инновационного центра СПбГЛТУ

Андреев С.В. – Директор ООО «УРМАНЭКО» (производитель биочара).

Удобрение прошлого и будущего.

К каким результатам может привести использование биочара в сельском хозяйстве.

Синергетический эффект от производства и использования биочара в сельском хозяйстве в самом ближайшем будущем кардинально изменит взгляд российских аграриев на рынок удобрений и откроет новые пути миллиардам рублей инвестиций в реальный сектор экономики. В настоящее время удобрение из растительного сырья под названием биочар называют главным трендом в области повышения продуктивности сельского хозяйства.

Большинству дачников и представителей сельского хозяйства известно, что внесение даже небольшого количества золы из древесной печи в почву повышает качество и объем урожая.

Сотни лет назад древние цивилизации использовали метод подсечно-огневого земледелия (выжигание леса и посадка на этом месте культурных растений), чтобы повысить урожайность.

В качестве примера эффективности использования растительных углей в сельском хозяйстве можно привести плодородные черноземные почвы Терра Прета. В бассейне реки Амазонки существуют тысячи гектаров обрабатываемых участков, которым уже много сотен лет, и они остаются плодородными, несмотря на тропические ливни, которые ускоряют вымывание питательных веществ.

С помощью анализов выявлено наличие в этих почвах углерода обуглившихся материалов. Эти почвы постоянно плодородные, дают вдвое большую урожайность и содержат примерно в три раза больше фосфора и азота, а также около 9% углерода, тогда как другие почвы в этом регионе содержат его всего 1%.

Биологическим углем (биочаром) принято называть порошковый уголь с малой фракцией, получаемый из древесины или органических отходов путем пиролиза в среде с низким уровнем доступа кислорода. Биочар как промышленный продукт — это относительно новая концепция удобрения почвы и смягчения последствий изменения климата.

Биочар в современных условиях его возможного применения можно назвать продукцией под номером один, в первую очередь для сдерживания отрицательного изменения климата Земли, а также повышения урожайности органических продуктов питания на почвах, куда вносится биочар. Биочар в почве одновременно выполняет сразу множество функций, в том числе: мелиорант, сельскохозяйственное удобрение, депонирует (сохраняет) до 500 лет находящийся в нем углерод, повышает урожайность всех произрастающих растений, выполняет функции фунгицида (борется с гнилью), создает собственный микробиот, который обеспечивает положительное влияние на десяток функциональных особенностей почвобиота и еще около десятка др. полезных функций.

Анализ полезных функций биочара, как мелиоранта и удобрения сельскохозяйственных почв, дает огромный ряд преимуществ, что отражено в более 20 тысяч публикаций за последние 15 лет.

Кратко перечислим полезные функции и роль биочара:

Мелиорант. Биочар вносимый в песчаную почву в качестве мелиоранта является накопителем влаги для снабжения корней растений водой в засушливый период. В тяжелых глинистых почвах биочар обеспечивает кислородом воздуха корни растений для поддержания необходимого уровня биохимических процессов, происходящих в почве для снабжения питательными веществами растений.

Удобрение. Биочар, содержащий значительное количество мелкой фракции снабжает растение практически всеми необходимыми микроэлементами (магний, кремний, железо, медь и т.п.) являясь практически единственным комплексным доступным удобрением. Проведенные международные исследования показывают такие полезные функции как: повышение качества выращивания сельскохозяйственных культур, например увеличение масличности семян подсолнечника, повышение содержания белка в злаковых или глюкозы в ягодных и плодовых культурах, таких как виноград.

Аккумулятор удобрений. Биочар является аккумулятором вносимых в почву химических удобрений. При традиционных методах земледелия вносимые химические удобрения растворяются в дождевой воде и перемещаются ниже корнеобитаемого слоя почвы, при этом пропадают их полезные функции для повышения урожайности с одной стороны, а с другой при многократном внесении и перепахивании они создают повышенное содержание ряда химических элементов, например, нитратов. Биочар задерживает питательные элементы в корневом слое и таким образом отпадает необходимость ежегодно вносить удобрения, что повышает себестоимость и снижает объем урожая. В настоящее время в мире разрабатываются технологии получения удобрений пролонгированного действия на основе гранулированного биочара в комплексе с традиционными азотно-фосфорными и калийными удобрениями.

Биофунгицид. Наличие в почве биочара помогает росту и формированию структуры сельскохозяйственных культур, овощным, плодовым и декоративным растениям, одновременно служит своеобразным протектором от различных заболеваний, например от корневой гнили. В случае классического земледелия, без применения биочара, с целью поддержания здоровья урожая необходимо внесение специальных химических фунгицидов для борьбы с вредителями (грибы и микроорганизмы). В свою очередь бочар легко справляется с задачей защиты.

Микробный биотоп. Положительное влияние биочара на почву основывается на процессах микробного взаимодействия. Добавление биочара в почву изменяет ее микробиом (сообщество микроорганизмов, которые живут вместе в любой среде обитания) органического компоста и почвы. Компосты почвы служат домом для десятков тысяч видов микробов, а внесение биочара приводит к значительно разным пропорциям для различных видов микробиома, что в свою очередь приводит к значительному отличию микробиома от предшествующего состояния почвенного микробиота. Микробный биотоп, заселяющий поры биочара, которые могут составлять полтора см³ в одном грамме, дают достаточно большое место проживания для десятков видов микробиомов и сотен видов микроорганизмов, каждый из которых обладает определенной функцией, условно сравнимой с деятельностью пчел. В обычной почве, бактерии естественным образом выращивают «микробные провода», похожие на линии электропередачи, чтобы дотягиваться и прикасаться к другим микробам, для передачи электронов. С помощью биочара между различными почвенными микробами происходи ускоренный перенос электронов, что обеспечивает в результате повышенную почвенную продуктивность. В почвах удобренных биочаром микробы могут передавать электроны более эффективно, чем прямой перенос через соприкосновения друг с другом. Биочар напрямую проводит электроны между микробами, контактирующими с углем. Почвенные микробы процветают в присутствии биочара, потому что они используют услуги биочара по переносу электронов.

Раскислитель почвы. Биочар изменяет кислотность почвы в сторону щелочения за несколько сезонов.

Ускоритель роста. Наличие биочара повышает урожай в результате раннего и ускоренного прорастания семян в весенний период.

Возрождение земель. Внесение биочара в зараженные или бедные почвы делают возможным возвращение почв в сельскохозяйственный оборот. Таких почв в мире насчитывается миллионы гектаров.

Можно по-разному относится к гипотезам и теориям относительно эффекта от изменения климата. В основном это относится к поиску ответственных, к которыми относят целый ряд явлений от извержения вулканов до изменения океанских течений. В последние годы на мировой климат все большее влияние оказывает количество выбрасываемых в атмосферу двуокиси углерода из-за возрастающих объемов промышленных выбросов в различных сферах деятельности человека (сжигание угля, нефтепродуктов для получения тепловой и электрической энергии, выплавка металлов, добыча золота и т.п., а также разложение органических остатков). Ответственными также признают объемы выброса метана в сельском хозяйстве и животноводстве.

Климатический проект. Производство биочара это экономически эффективная утилизация органических отходов, сопровождающаяся ликвидацией выбросов СО2 в атмосферу, так как процесс пиролиза обязательно сопровождается секвестрированием углерода с его дальнейшим депонированием при внесении в почву на сотни лет. Соответственно производство биочара является ничем иным как климатическим проектом, позволяющим по расчету международных организаций снизить температуру мирового климата на 2 градуса к 2050 году. Разработанная международная климатическая программа позволяет по мнению авторов реализовать проект по созданию более 350 тыс. установок непрерывного пиролиза, которые должны обеспечить снижение температуры. За последние 5 лет в Европе запущено более 60 установок с планом строительства до 2050 года более 350 тыс. установок.

Углеродные единицы. В силу действия санкций Россия исключена из программы международной углеродной сертификации. Однако после прекращения санкций предприятия-производители биочара смогут получать дополнительную прибыль при реализации углеродных единиц на мировых биржах.

Пищевая добавка. Биочар также можно использовать в качестве кормовой добавки для крупного рогатого скота, главным образом коров, которых насчитывается полтора миллиарда голов (38,8% от общего поголовья скота). Биочар снижает выбросы метана, образующегося при пищеварении животных. Климатологи считают поступление метана в атмосферу более важным фактором для ухудшения климата, чем выбросы двуокиси углерода. Стоит отметить, что добавка в корм биочара, помимо глобального фактора положительного влияния на климат планеты, дает прямой экономический эффект прироста веса в единицу времени, в результате улучшения пищеварения, снижая себестоимость производства мяса.

Добавка к компосту. Добавление биочара в процессе созревания органического компоста из любых возможных органических отходов не менее 10% к начальному объему компостируемого материала также снижает поступление в атмосферу двуокиси углерода в разы. В прошлом году в ФРГ был подготовлен закон, запрещающий фермерам производить органический компост без добавки биочара, покупку которого фермерам частично субсидирует государство.

Заключение:

Россия обладает многомилионным сырьевым потенциалом для производства биочара. Предварительные оценки проведенные Инновационным центром СПбГЛТУ показывают, что рынок данного продукта имеет многомиллиардный потенциал.

В ряде стран процессы по изучению свойств биочара набирают обороты. В доступных источниках находится более 20 тысяч материалов по использованию бочара в сельском хозяйстве, однако большинство на иностранных языках. Ежегодно появляются новые сведения о полезности применении биочара. К сожалению, в России этот процесс практически не развивается, что может в дальнейшем привести к снижению площадей эффективного ведения сельского хозяйства, и повышению себестоимости производства.

Среди основных ограничивающих факторов развития данного направления промышленности - отсутствие серийного производства отечественного оборудования для непрерывного пиролиза. В настоящее время только 2 компании в России во взаимодействии с отраслевыми Ассоциациями занимаются проектированием и созданием данного оборудования. Среди них Инновационный центр СПбГЛТУ в сотрудничестве с российскими компаниями (ECOW и ЗБО Экокарбон) и СРО «Ассоциация Русский Пеллетный Союз».

Произведенные установки или оборудование проходят первую промышленную апробацию в Ярославле, Иркутске, Новгородской и Волгоградской областях. В качестве сырья используется древесные отходы, лузга подсолнечника, и скорлупа кедрового ореха.

На рынке отсутствует аналогичное удобрение, которое является продуктом утилизации избыточного количества отходов и параллельно является климатическим проектом.