Skladovanie, manipulácia a využívanie hospodárskych hnojív v našich podmienkach nezodpovedá požiadavkám na trvalo udržateľný rozvoj poľnohospodárskej výroby a vidieka v zmysle noriem EÚ. Takmer neustále sú pri manipulácii s maštaľným hnojom, hnojovicou, močovkou a inými exkrementami prekračované rôzne limity znečisťujúcich látok v pôde, vode i v ovzduší. Riešením tejto nepriaznivej situácie je kvalifikované zhodnocovanie týchto hospodárskych hnojív pri znižovaní ich nepriaznivého účinku na životné prostredie a ich ekologicky prijateľné zapojenie do kolobehu živín a energie.
Nielen ekologické, ale aj ekonomické dôvody využívania fosílnych palív v súčasnom i budúcom období stále viac obracajú pozornosť poľnohospodárov na využívanie obnoviteľných zdrojov energie.
V Slovenskej republike absentuje koordinovaný výskum a nie sú k dispozícii vlastné viacročné poznatky o produkčných a mimoprodukčných účinkov vyhnitých substrátov po kontinuálnej výrobe bioplyne na pôdu, úroveň a kvalitu produkcie, zdravotný stav a výskyt škodlivých činiteľov s dôrazom na škodlivosť burín v porastoch. Kontinuálne spracovanie exkrementov na výrobu bioplynu nie je v SR overené. Krátkodobé čiastkové výsledky z iných prevádzok rôznych konštrukčných riešení neposkytujú komplexný pohľad na zmeny pôdneho prostredia, produkčné a mimoprodukčné vplyvy substrátu pri využívaní tohoto alternatívneho zdroja energie.
Práve z týchto dôvodov sa rozhodli pracovníci Slovenskej poľnohospodárskej univerzity (SPU) v Nitre realizovať výstavbu, prevádzku a overenie kontinuálneho spôsobu výroby bioplynu v rámci zahraničného projektu „Bioplynové technológie, ako náhradné zdroje energií vo východnej Európe“.
Demonštračné bioplynové zariadenie
Výsledkom projektu je vybudované demonštračné bioplynové zariadenie určené na kogeneračnú výrobu elektrickej energie z exkrementov od 80 VDJ HD.
Bioplynové zariadenie pozostáva z:
- príjmového zásobníka,
- homogenizačnej nádrže,
- horizontálneho fermentora,
- dohnívacej nádrže so zásobníkom bioplynu,
- kogeneračného motora.
Výstavba bola zahájená v marci 1998 a so skúšobnou prevádzkou sa začalo v decembri 2000.
Pri kontinuálnej anaeróbnej fermentácii exkrementov sú organické látky redukované metanogénnymi mikroorganizmami až na konečný produkt bioplyn, ktorý obsahuje 55-70% metánu. Metán má energetickú hodnotu 10 kW.m-3 až 14 kW.kg-1.
Vyhnitý kal po výrobe bioplynu je nepáchnuca z hygienického hľadiska nezávadná, tmavá, amorfná neplastická heterogénna zmes suspendovaných a koloidných látok. Vzhľadom k priaznivému obsahu organických a anorganických látok je vhodný na priame hnojenie alebo kompostovanie.
S cieľom zistiť exaktnými analytickými metódami vplyv vyhnitého substrátu po kontinuálnej výrobe bioplynu na hydrofyzikálne, chemické a biologické parametre pôdy a vplyv rôznych dávok substrátu na výživový režim pestovaných plodín, ich zdravotný stav a zaburinenosť bol na Školskom poľnohospodárskom podniku Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Kolíňanoch založený pre roky 2001-2003 poloprevádzkový poľný pokus so štyrmi plodinami (kukurica siata na siláž – jačmeň siaty jarný – repa cukrová – slnečnica ročná) pri piatich variantoch hnojenia. Okrem už uvedených cieľov riešenia biologického projektu je tiež zámerom zhodnotiť vplyv vyhnitého substrátu ako netradičného organického hnojiva na výšku a kvalitu produkcie a ekonomické výsledky rastlinnej výroby. Analyzovať vplyv používania substrátu na bioindikátory a trvalú udržateľnosť uplatňovaných pestovateľských technológií.
Výskumný projekt je rozdelený do 9 čiastkových úloh (pôdne vlastnosti, výživový režim, aktivita mikroorganizmov, organická hmota vo vyhnitom kale a v pôde, zaburinenosť pôdy a porastov, zdravotný stav plodín, výška a kvalita produkcie, dynamika výskytu bioindikátorov, energetické a ekonomické zhodnotenie účinkov kalu a ekonomika rastlinnej výroby).
Pri exaktných analýzach pôdy, vstupných a výstupných kalov, plodín, burín, zooedafónu, mikroorganizmov spolupracuje 10 pracovísk SPU. Celkove bude využitých 41 analytických metód na stanovenie 54 ukazovateľov.
Nakoľko rok 2001 bol úvodným rokom riešenia a niektoré čiastkové výsledky sú už k dispozícii predkladáme prehľad niektorých produkčných, ekologických a ekonomických prínosov z využívania vyhnitého kalu po kontinuálnej výrobe bioplynu ako organického hnojiva v rastlinnej výrobe.
Pre využitie tekutých organických hnojív (ku ktorým môžeme zaradiť aj neupravený vyhnitý kal po kontinuálnej výrobe bioplynu) sú k dispozícii rôzne spôsoby, líšiace sa od seba v zásade účelom, mierou využitia, výberom technológie a prevádzkou používaných zariadení.
Z praktického hľadiska je možné vyhnitý kal využiť na:
hnojenie poľnohospodárskych plodín (pred a počas vegetácie),
pri závlahe poľných plodín,
pri výrobe kompostov a melioračných hmôt.
Hnojenie poľnohospodárskych plodín
Hnojenie poľnohospodárskych plodín vyhnitým kalom je základným a v podstate najpoužívanejším spôsobom ich využitia. Z hľadiska jeho vplyvu na pôdu má rozhodujúci vplyv kvalita kalu (najmä obsah sušiny), veľkosť použitej dávky a doba aplikácie.
O trvalej udržateľnosti používania vyhnitého kalu na zložky životného prostredia rozhoduje primeranosť dávkovania, kvalita kalu a stanovištné podmienky.
Pri spracovaní surových exkrementov v bioreaktore dochádza k relatívnemu zvýšeniu obsahu živín a organických látok (1,3 až 2,5 násobne) nakoľko prebytočná voda sa môže využiť pri homogenizácii vstupného substrátu.
Pri odsírení bioplynu (nutné pri prevádzke kogeneračného motora) sa do vyhnitého kalu dostáva aj elementárna síra, ktorá sa dobre využije pri pestovaní olejnín.
Zvýšenou teplotou v procese metanogenézy (okolo 45°C ale najmä dĺžkou času fermentácie dochádza k eliminácii klíčivosti semien burín. Z doterajších analýz počtu a druhov semien vo vstupnom a vyhnitom kale vyplýva, že ich počet sa pohyboval v rozsahu 93 až 1253 ks v litri biokalu. Významnou skutočnosťou je zníženie klíčivosti semien burín po fermentácii iba na 7,8 až 23,2 % pôvodnej úrovne. Väčšina semien burín mala procesom vyhnívania narušené osemenie. Aplikáciou vyhnitého kalu nedochádza k zvyšovaniu zásoby semien burín v pôde.
Vyhnitý kal je predovšetkým pohotovým zdrojom dusíka. Tento je z kalu fyziologicky využiteľnejší než z minerálnych hnojív. Vyhnitý kal má pH 7,63-8,5 a neokysľuje pôdu, dochádza k lepšiemu využitiu fosforu z pôdy. Pri aplikácii vyhnitého kalu zo zábehovej prevádzky sme dávkou 100 t.ha-1 do pôdy vložili 22,4 kg N, 43,6 kg K, 6,2 kg P, 23,3 kg Ca, 10,5 kg Mg a 6 kg S. Pri bilancovaní potreby živín po pestovaní plodiny sme vyhnitým kalom pokryli živiny pri jarnom jačmeni na 96,9% ale pri slnečnici ročnej iba na 56,9%.
Vyhnitý kal používaný na ľahkých a eróziou ohrozených pôdach zvyšuje ich objemovú hmotnosť, súdržnosť, vododržnosť a vodostálosť pôdnych agregátov. Očakávame, že riadenou aplikáciou kalu sa zlepší protierózna ochrana územia a zvýši sa obsah organickej hmoty v pôde.
Experimentálne tiež sledujeme vplyv kvalitného vyhnitého kalu na vodný režim pôdy. Pri hnojení kalom a slamou sa rozkladali prítomné mikroorganizmy organické zvyšky rýchlejšie na čo poukázali hodnoty extrahovateľného uhlíka a biologicky uvoľniteľného dusíka v jesennom období.
Z hľadiska ochrany povrchových a podzemných vôd pred vyplavovaním dusíka je hnojenie vyhnitým kalom bezpečnejšie lebo dusík v ňom obsiahnutý je menej pohyblivý než v minerálnych hnojivách. Ku kontaminácii môže dôjsť iba zmyvom pri nevhodnej aplikácii.
V roku 2001 bolo zhodnotené druhové spektrum fytopatogénnych húb a zdravotný stav jačmeňa jarného a slnečnice ročnej. Z hľadiska vplyvu jednotlivých variantov hnojenia na výskyt a škodlivosť vybraných chorôb listov a stoniek nebol pozorovaný štatisticky významný rozdiel.
Z výsledkov kvalitatívnych analýz repy cukrovej na automatickej linke VENEMA vyplynulo, že aplikácia vyhnitého kalu po výrobe bioplynu zvýšila cukornatosť v priemere o 7% oproti kontrole. Obsah sacharózy sa podľa variantov hnojenia pohyboval pri zbere repy cukrovej v rozsahu 13,6-19,6%. Zaujímavým poznatkom je pokles obsahu sodíka a mierny nárast obsahu draslíka v buľvách cukrovej repy po aplikácii vyhnitého kalu. Pri zbere kukurice na siláž mali porasty hnojené vyhnitým kalom v priemere o 3% vyššiu sušinu.
Je zrejmé, že na základe jednoročných výsledkov exaktného sledovania vplyvu použitia vyhnitého kalu po kontinuálnej výrobe bioplynu na výšku a kvalitu produkcie pestovaných plodín, nie je možné robiť jednoznačné závery.
Hnojivý účinok vyhnitého kalu je všeobecne veľmi dobrý. Živiny z kalu a najmä dusík sú prijímané rýchlejšie ako z maštaľného hnoja, ale pomalšie než z priemyselných hnojív. Z hľadiska ochrany podzemných vôd pred vyplavovaním dusíka je menej nebezpečné hnojiť správne vyhnitým kalom než minerálnym dusíkom z priemyselných hnojív.
Agronomické účinky vyhnitého kalu v porovnaní so surovou hnojovicou sú pozvoľnejšie. Niektorí autori odporúčajú aplikovať vyhnitý kal vo vyššej dávke ako surovú hnojovicu. Nesporným prínosom pri dávkovaní vyhnitého kalu je aj obmedzenie zápachu v porovnaní so surovou hnojovicou.
Kontinuálna výroba bioplynu predstavuje z hľadiska trvalej udržateľnosti poľnohospodárskej výroby do pestovateľských technológií inkorporovaný prírodný proces recyklácie a biologického sprístupňovania živín pri využití netradičnej metódy potláčania burín. Redukované škodlivé pôsobenie odpadov živočíšnej výroby na životné prostredie prinesie zlepšené vzťahy medzi výškou produkcie a úrovňou ochrany poľnohospodárskej krajiny. Výrazným spôsobom bude posilnená ochrana pôdy, vody, prírodnej energie a biologických zdrojov realizácie. Pri realizácii technológie kontinuálneho spracovania živočíšnych odpadov a využití vyhnitého substrátu ako organického hnojiva predpokladáme prínosy v oblasti zníženia materiálových a energetických vstupov do rastlinnej výroby, zvýšenie nutričnej a hygienickej kvality produkcie, zlepšenie štruktúrnych, hydrofyzikálnych, chemických a biologických vlastností pôdy. Nemenej významné bude zníženie výskytu škodlivých činiteľov v pestovaných plodinách pri realizácii ekonomicky akceptovateľnej, ekologicky únosnej a prevádzkovo udržateľnej technológie.
Doc. Dr. Ing. Richard Pospišil
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre
