Z odpadów warzywnych do rolnictwa. Hydrochar może poprawiać wzrost roślin

Resztki warzyw, które zwykle traktowane są jako odpad, mogą zyskać zupełnie nowe zastosowanie w rolnictwie. Badania nad hydrocharem pokazują, iż odpowiednio przetworzona biomasa roślinna może poprawiać zdolność podłoża do zatrzymywania wody, dostarczać składników mineralnych i wyraźnie stymulować wzrost roślin.

Z odpadów warzywnych do rolnictwa. Hydrochar może poprawiać wzrost roślin

Kluczowe znaczenie ma jednak sposób wytwarzania hydrocharu. W doświadczeniu najlepsze rezultaty uzyskano w przypadku materiału produkowanego w niższej temperaturze.

Czym jest hydrochar?

Hydrochar powstaje w procesie karbonizacji hydrotermalnej. Rozdrobnioną biomasę ogrzewa się w wodzie, w zamkniętym reaktorze, pod podwyższonym ciśnieniem.

Zaletą tej technologii jest możliwość przetwarzania wilgotnych, świeżych odpadów organicznych bez konieczności ich wcześniejszego suszenia. To może mieć duże znaczenie przy zagospodarowaniu pozostałości z produkcji i przetwórstwa warzyw.

W badaniu wykorzystano odpady powstające podczas przygotowywania gotowych do spożycia warzyw liściastych – szpinaku, cykorii endywii oraz cykorii czerwonej.

Dwa hydrochary, dwie różne temperatury

Naukowcy przygotowali dwa rodzaje materiału.

Pierwszy, oznaczony jako HC180, powstawał przez godzinę w temperaturze 180°C i pod ciśnieniem 10 barów. Drugi – HC215 – produkowano w temperaturze 215°C i pod ciśnieniem 20 barów.

Różnica w warunkach procesu miała istotne znaczenie.

Z początkowej biomasy odzyskano około 24,7 proc. stałego materiału w przypadku HC180 oraz 17,3 proc. w przypadku HC215.

Wyższa temperatura powodowała silniejszy rozkład biomasy, dlatego końcowa ilość otrzymanego hydrocharu była mniejsza.

Hydrochar dobrze zatrzymuje wodę

Jedną z najciekawszych adekwatności obu materiałów była zdolność do wiązania wody.

Jeden gram HC180 zatrzymywał średnio 2,82 g wody, natomiast HC215 – około 2,43 g.

Taka adekwatność może mieć duże znaczenie w praktyce rolniczej, szczególnie na glebach ubogich w materię organiczną, lekkich i podatnych na szybkie przesychanie.

W warunkach coraz częstszych okresów suszy materiały poprawiające zdolność gleby do magazynowania wody mogą stanowić cenne uzupełnienie tradycyjnych metod gospodarowania materią organiczną.

Temperatura zmieniła adekwatności produktu

Karbonizacja hydrotermalna wpłynęła także na skład chemiczny materiału.

Oba hydrochary zawierały więcej węgla niż wyjściowe odpady roślinne, a jednocześnie mniej łatwo rozkładanych węglowodanów.

Wyraźne różnice pojawiły się jednak pomiędzy HC180 i HC215.

HC180 zachował więcej azotu i składników mineralnych, natomiast materiał produkowany w temperaturze 215°C był bardziej zwęglony, bardziej hydrofobowy i zawierał mniej składników potencjalnie dostępnych dla roślin.

W obu hydrocharach stwierdzono podwyższoną zawartość m.in. wapnia, magnezu oraz wybranych mikroelementów.

Co ważne, stężenia analizowanych metali ciężkich znajdowały się poniżej obowiązujących progów prawnych. Poziomy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych również pozostawały poniżej granicy wykrywalności zastosowanej metody i poniżej limitów przewidzianych dla produktów nawozowych.

Sałata rosła lepiej po zastosowaniu HC180

Najważniejszym etapem badania było sprawdzenie wpływu hydrocharu na rośliny.

Doświadczenie przeprowadzono na sałacie (Lactuca sativa). Hydrochary mieszano z podłożem torfowym w takich dawkach, aby ilość dostarczanego azotu była porównywalna.

Wyniki zestawiono z roślinami rosnącymi w samym torfie oraz z wariantem nawożonym saletrą wapniową.

Rezultaty dla HC180 były wyraźne.

Świeża masa części nadziemnej sałaty wzrosła o 30 proc. w porównaniu z kontrolą. Efekt był zbliżony do uzyskanego przy nawożeniu mineralnym.

Jeszcze większą różnicę zauważono w systemie korzeniowym.

Świeża masa korzeni była aż o 168 proc. większa niż w wariancie kontrolnym i również zbliżona do wyniku uzyskanego przy zastosowaniu nawozu mineralnego.

Wyższa temperatura nie oznaczała lepszego efektu

W przypadku HC215 sytuacja wyglądała inaczej.

Wpływ tego materiału na wzrost sałaty był niewielki i nie osiągnął istotności statystycznej.

Zdaniem autorów może to wynikać z silniejszego stopnia karbonizacji. Wysoka temperatura ograniczyła dostępność składników pokarmowych oraz zmniejszyła liczbę reaktywnych grup chemicznych, które mogą odgrywać istotną rolę w oddziaływaniu hydrocharu na rośliny i podłoże.

Badanie pokazuje więc, iż mocniejsze przetworzenie biomasy nie musi oznaczać uzyskania lepszego produktu rolniczego.

Zmienił się również metabolizm roślin

Analiza liści sałaty wykazała, iż HC180 wpływał nie tylko na masę roślin, ale również na procesy zachodzące wewnątrz nich.

W sałacie uprawianej z dodatkiem HC180 stwierdzono wyższe poziomy m.in. sacharozy, fruktozy, ksylozy i jabłczanu, a także związków zawierających azot, takich jak GABA, asparaginian i alanina.

Autorzy interpretują te zmiany jako możliwy sygnał aktywniejszego metabolizmu energetycznego, lepszego wykorzystania azotu oraz korzystniejszego zaopatrzenia roślin w składniki pokarmowe.

Mechanizm działania może być złożony. Znaczenie może mieć zarówno obecność składników mineralnych w samym hydrocharze, jak i poprawa zatrzymywania wody oraz kationów w podłożu. Hydrochar może również dostarczać łatwiej dostępnej materii organicznej dla mikroorganizmów glebowych.

Odpad może stać się wartościowym dodatkiem do gleby

Wyniki doświadczenia są obiecujące, ale trzeba zachować ostrożność w ich interpretacji.

Badanie przeprowadzono w warunkach szklarniowych przez 38 dni. Potrzebne są więc dalsze doświadczenia, które pokażą, czy podobne efekty wystąpią również w warunkach polowych, na różnych typach gleb i w przypadku innych gatunków roślin.

Mimo to badanie wskazuje na interesujący kierunek wykorzystania odpadów z produkcji warzywniczej.

Łagodna karbonizacja hydrotermalna może przekształcić świeże odpady roślinne w materiał o potencjalnych adekwatnościach biostymulujących i poprawiających parametry podłoża.

Najlepszy wynik uzyskano przy temperaturze 180°C. HC180 łączył wysoką zdolność zatrzymywania wody, obecność składników mineralnych i wyraźny wpływ na rozwój części nadziemnej oraz korzeni sałaty.

To pokazuje, iż odpowiednio prowadzony proces może być nie tylko sposobem zagospodarowania odpadu, ale również potencjalnym narzędziem wspierającym bardziej efektywne gospodarowanie wodą i materią organiczną w rolnictwie.