Навоз - это реальность в выращивании сельскохозяйственных животных. Навоз может быть полезным удобрением, возвращая в почву ценный азот, фосфор и калий для роста растений. А вот с навозом есть проблемы. Неприятный запах, выбросы газов, сток питательных веществ и возможное загрязнение воды - это лишь некоторые из них.
Время также является проблемой. Животноводство производит навоз круглосуточно и без выходных, даже если нецелесообразно или неразумно вывозить его в поле. Доставка навоза на поле должна соответствовать потребностям в питательных веществах, уровню влажности почвы и температуре. Как фермеры могут решить эту проблему сроков, а также другие проблемы с навозом?
В городах канализационные и водоочистные сооружения обрабатывают человеческие отходы. На фермах лагуны для хранения навоза могут хранить навоз до тех пор, пока не созреет время. Это решает проблему сроков и доставки, но как быть с запахом и выбросами газа?
Помимо неприятного запаха, навоз может выделять газы, связанные с загрязнением воздуха и изменением климата. Примерами являются метан, закись азота, аммиак и сероводород. Ученый Брайан Догерти и его коллеги исследовали методы уменьшения этих негативных моментов, потенциально добавляя некоторые позитивные: покрытия из биоугля.
Biochar представляет собой растительный материал, такой как солома, древесные остатки или стебли кукурузы, которые были нагреты до высоких температур в среде с низким или нулевым содержанием кислорода. В результате получается черный, богатый углеродом материал, похожий на древесный уголь.
Догерти говорит, что биоуголь похож на губку. «Biochar обеспечивает структуру с большим количеством пустых пор», - говорит он.«Внешняя поверхность может показаться маленькой, но площадь внутренней поверхности абсолютно огромна. Несколько унций биоугля могут иметь площадь внутренней поверхности размером с футбольное поле. Там есть большой потенциал для удержания воды и питательных веществ».
В дополнение к своей скрытой накопительной способности поверхность биоугля, как правило, имеет химический заряд. Это дает биоуглю способность притягивать и удерживать ионы азота, фосфора и калия, металлы и другие соединения. Biochar также может плавать (некоторые типы больше, чем другие). Этот атрибут означает, что он может задерживать газы на поверхности воды.
Выросший на молочной ферме Догерти знаком с проблемами хранения навоза. «Как только я осознал свойства биоугля, я подумал, что у него есть хороший потенциал для укрытия в лагуне», - говорит он.
Исследование Догерти изучало два жидких молочных удобрения с разным содержанием питательных веществ. Также были изучены два типа биоуглей, изготовленных при разных температурах. Biochar несколько непостоянен, демонстрируя разные свойства при создании при разных температурах. Он также включил ведра с навозом с соломенным покрытием для сравнения и au natural без покрытия в качестве контроля.
Исследование показало, что биоугли получают больше питательных веществ из более концентрированного навоза с более высоким содержанием питательных веществ. «Биоуголь поглощает все, что может, поэтому, если доступно больше питательных веществ, потенциал для поглощения питательных веществ выше», - говорит Догерти. Азот, фосфор и калий являются питательными веществами, имеющими наибольшую экономическую ценность на ферме, но их применение в количестве, превышающем то, что культура может поглотить, может привести к потере питательных веществ в водораздел.
Догерти также измерял уровень аммиака в верхней части каждого ведра. Аммиак и сульфаты являются основными источниками запаха навоза. Лучше всего здесь показал себя биоуголь, созданный с помощью охладителя, сократив содержание аммиака на 72-80%. Он также лучше плавал. Но поскольку он лучше плавал и имел тенденцию отталкивать воду, он менее эффективно притягивал и прикреплялся к питательным веществам, чем биоуголь, изготовленный более теплым способом.
Biochar в настоящее время стоит дороже, чем солома, но Догерти не боится. Биоуголь может иметь хорошую экономическую отдачу: излишки сельскохозяйственных и лесных отходов можно использовать для создания биоугля на месте. Этот процесс вырабатывает энергию, которую можно использовать для нагрева воды и обогрева зданий в холодные месяцы. Существует также потенциал для производства электроэнергии, топлива и других побочных продуктов с использованием более сложного оборудования. После использования в лагуне биоуголь можно было разбрасывать по полям по мере необходимости. Любые излишки могут быть проданы как дорогостоящее удобрение.
И биоуголь имеет большие экологические преимущества. «Все, что вы можете сделать, чтобы предотвратить выход газов из лагуны, - это хорошо», - говорит Догерти. «Биоуголь, применяемый в почвах, особенно в почвах более низкого качества, очень полезен. Производство биоугля также может помочь снизить уровень углекислого газа в атмосфере. Часть углекислого газа, который был поглощен во время роста растений, превращается в очень стабильную форму углерода в почве. почвы. Общая картина имеет множество преимуществ."
Исследование Догерти не избежало очевидного. Будет ли биоуголь или солома лучше всего улучшать молочный воздух? Поскольку человеческий нос знает, Догерти набрал судейскую коллегию. Однако вмешалась погода: низкие температуры и дождь повлияли на интенсивность запаха в течение 12-недельного испытания. Несмотря на эти проблемы, было показано, что три разных биоугля уменьшают запах жидкого молочного навоза, тогда как покрытие из соломы не было эффективным.
«Определение наилучшего соотношения свойств биоугля будет важным следующим шагом», - говорит Догерти. «Дополнительные исследования могут найти правильную температуру производства биоугля, размер частиц, pH и свойства плавучести. Потенциал есть». Эту часть исследования еще предстоит изучить.
Подробнее об исследовании биоугля Догерти читайте в Journal of Environmental Quality. Это исследование финансировалось Фондом сельскохозяйственных исследований Университета штата Орегон и Образовательной программой сельскохозяйственных наук в области биоэнергетики.