Biouhel je materiál, kterému se za poslední desetiletí věnovalo mnoho pozornosti. Jde o heterogenní materiál a jeho vlastnosti závisí na vlastnostech vstupní suroviny a parametrech pyrolýzní jednotky. Při zvažování aplikace biouhlu do půdy je třeba brát v potaz i vlastnosti samotné půdy. Pokud půda netrpí fyzikálním či chemickým poškozením, je vhodné porovnat možné přínosy biouhlu i s přínosy například kompostů, které obsahují mnoho živin.
Ve vztahu k zemědělství se biouhel může zmíněným kompostům a statkovým hnojivům rovnat jen velmi těžko. Oproti nim ovšem může stát ve středu určitého systému, který protíná několik nepřímo příbuzných oborů.
Prvním z nich je odpadové hospodářství. Biouhel lze vyrábět z nejrůznějších biologických opadů, od čistírenských kalů, přes zbytky v zemědělství až po gastroodpady. Limitujícím faktorem jsou především těžké kovy, se kterými je nutné v některých typech odpadů počítat a které se pyrolýzou sice zakoncentrují, ale nikam nezmizí (narozdíl například od patogenních organizmů).
Následuje energetika, a to proto, že biouhel je jen jedním z výstupu pyrolýzy. Kromě něj je původní biomasa (především lignin, celulóza a hemicelulóza) přeměněna na kapalné a plynné materiály, které lze energeticky zhodnotit. Pyrolýza je proces, který může probíhat za různých teplot bez přístupu či s omezeným přístupem O2 a vstupní materiály se mohou pyrolyzovat různě dlouhou dobu. Teplota a doba zdržení jsou hlavními faktory, které určují poměr mezi kapalnou, plynou a pevnou frakcí. Obecně lze říct, že energeticky zajímavé látky jsou produkovány na úkor biouhlu a jejich množství roste s teplotou.
Biouhel je často skloňován i ve vztahu ke klimatické změně, a to především díky vysokému obsahu uhlíku, který je navíc jen těžko mineralizovatelný a proto v půdě zůstává desítky, stovky či dokonce tisíce let. Při běžném spalování biomasy připadá na pevný zbytek (popel, a uhlíkaté látky, které jsou výsledkem nedokonalého spalování) jen několik procent a zbytek je uvolněn ve formě CO2 do atmosféry, kde působí jako skleníkový plyn. Podobně je to s rozkladem biomasy, kde je zásadní procento uhlíku uvolňováno jako CO2 a jen malá část zůstává v půdě a stává se na různě dlouhou dobu součástí organické hmoty. Zde je vhodné zmínit že těmito způsoby uvolněný CO2 není pravděpodobně hnací silou klimatické změny. Palčivým bodem je oproti tomu uhlík, který je miliony let ukládán do půdy ve formě fosilních paliv (uhlí, zemní plyn) a který byl během pouhých několika málo generací uvolněn do atmosféry. A právě v tomto bodě se o slovo hlásí biouhel, který je po zapravení do půdy oproti běžné biomase jen minimálně mineralizován. S trochou nadsázky lze říci, že aplikací biouhlu dochází k navrácení uhlíku do jeho přirozeného rezervoáru, do půdy. Zajímavou alternativou k aplikaci biouhlu jako hnojiva jsou technologie Carbon Capture and Storage, neboli Záchyt a ukládání uhlíku. V tomto případě je nutné stávající zařízení na spalování biomasy, zemního plynu a jiné upravit tak, aby byl možný záchyt produkovaného CO2, který bude následně ukládán například do dutin po těžbě. Tato technologie ukládání uhlíku má oproti biouhlu nedořešenou technologii. Například, zda by fosilní paliva nutná k přepravě CO2 nakonec nepřekonala množství ukládaného CO2.
Podstata biouhlu jako hnojiva není dosud plně poznána. Biouhel je karbonizovaná organická hmota s vysokým obsahem uhlíku a popelovin, která může obsahovat určité procento živin, díky své pórovitosti a vysokému povrchu může vylepšit vzdušný i vodní režim půdy, může podpořit biologické aktivity v půdě, může posunout půdní reakci pro rostliny příznivějším směrem. Na druhou stranu může být z půdy velmi snadno vyplaven či odvanut, může potlačit biologické aktivity v půdě (především díky snížení mikrobiálních aktivit, základního kamene půdních potravních řetězců), může na sebe sorbovat živiny, které se tak stávají nedostupnými pro rostliny a celkově může z půdy udělat poměrně nehostinné prostředí. Právě z těchto důvodů je třeba neustále zmiňovat, že biouhel není univerzálním řešením pro všechny půdy. Naopak podle řady odborníků přichází jeho chvíle až v momentě, kdy je půda nějakým způsobem degradovaná, příkladem mohou být kyselé, těžké půdy nebo lokality kde byla ukončena těžba. Dalším potenciálním prostorem mohou být náspy kolem dálnic, zelené střechy, či hydrodeponie (pěstování rostlin v živném médiu bez půdy).
Prapředek biouhlu terra pretta de indio
Půdy terra pretta se nachází především v Amazonii, ovšem v posledních letech byly zdokumentovány v mírném pasu, konkrétně v Německu, což vyvrátilo teorii, že jejich vznik je podmíněn tropickým klimatem. Jejich výjimečnost spočívá v úrodnosti, jedná se o černozemě s vysokým obsahem živin, bohaté na organickou hmotu, které jsou obklopeny méně úrodnými půdami. Dalo by se tedy říct, že se jedná o jakési extrémně úrodné půdní ostrůvky. Za jejich existenci vděčíme indiánským kmenům, které Amazonii osidlovaly. Indiáni si určovali místa, kam ukládali odpady, a to jak organické (zbytky rostlin, exkrementy), tak i ty anorganické (popel z ohnišť, kosti). A právě v tomto mísení spočívá unikátnost půd terra preta. Právě toto vzájemné propojení dostupných stavebních a energetických látek z organických zbytků a lukrativní životní podmínky pramenící z nedokonale spálených rostlin podpoří mikrobiální společenstva na tolik, aby dala vzniknout takto unikátním půdám.
Považovat aplikaci biouhlu do zemědělských půd za nástroj pro vytvoření půd terra preta má tedy jednu trhlinu, a to díky konvenčnímu zemědělství poměrně velkou. Kromě biouhlu je třeba aplikovat i organickou hmotu. Bez ní je biouhel jen jakousi kostrou, která může být pro půdní biotu zajímavým útočištěm, ale zdaleka ne tak zajímavým jako pokud by k ní byly přidány i živiny. Za slibné metodiky, jak situaci řešit se jeví nejen přidávání organických hnojiv k biouhlu při aplikaci do půdy, ale například i kompostování s přídavkem biouhlu. Této metodě se věnuje například skupina odborníků pod vedením pana Ing. Jaroslava Záhory (Mendelova univerzita v Brně).
Biouhel je často přirovnáván také k dřevěnému uhlí a je pravda, že jsou si tyto dva materiály velmi podobné. Zásadní rozdíl je ovšem v tom, že biouhel je vyráběn z odpadní biomasy a nalézá uplatnění v zemědělství nebo v environmentalistice. Mnoho vědeckých prací se zabývá otázkou potenciálu biouhlu jako hnojiva či rekultivačního činidla, ale zatím se opomněla otázka definování vstupní suroviny tak, aby šlo skutečně o odpad. Ten je sice definován jako „každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl nebo povinnost se jí zbavit a která přísluší do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k zákonu č. 185/2001 Sb“, ale z etického pohledu by mělo být zváženo i to, zda je možné tento odpad využít lépe než pyrolýzou. Ve středoevropských podmínkách je typickým příkladem chlévská mrva. Řada odborníků uvádí, že oddělení živočišné výroby od rostlinné produkce je jedním z důležitých faktorů, který se promítá do potřeby aplikace minerálních hnojiv a celkově do snížení obsahu organické hmoty v půdě. Biouhel vyrobený z chlévské mrvy je dle nedávných studií oproti jiným typům biouhlu bohatý na živiny (oproti jiným vstupním materiálům obsahuje chlévská mrva velké procento proteinů). Je ale otázkou, zda bychom měli pyrolyzovat chlévskou mrvu, která je velice cenným statkovým hnojivem, jehož je v zemědělství nedostatek.
Další kategorií jsou odpady, které lze zkrmit hospodářskými zvířaty. Zde jsou zářným případem zbytky po pěstování rýže. Mezi hlavní vývozce rýže patří kromě velmi vyspělých zemí, jako je Japonsko, i země, s velmi propastnými třídními rozdíly. Otázkou zde zůstává, zda má význam spalování těchto zbytků s výhledem na hnojivo (s omezenou funkcí) nebo zda tyto „zbytky“ nevyužít pro výrobu krmiva hospodářských zvířat, která mimo jiné produkují mnohem kvalitnější hnojivo, než jakým je biouhel.
Na druhou stranu jsou zde materiály, které skutečně nelze využít žádným jiným způsobem než právě pyrolýzou. Do této kategorie spadá například masokostní moučka, odpady ze zpracování krevet nebo třeba i komposty, které nesplují kvalitativní podmínky pro aplikaci do půd. Právě na tyto materiály bychom se měly soustředit, právě tyto jsou ideálními kandidáty pro výrobu biouhlu.
Velmi zajímavým materiálem pro výrobu biouhlu jsou kaly z čistíren odpadních vod, které ovšem obsahují kromě patogenních organizmů i těžké kovy. Patogeny jsou během pyrolýzy rozloženy, těžké kovy ovšem nikoliv. Aplikaci takového biouhlu je tedy třeba vždy zvažovat. Biouhel jako hnojivo by musel splňovat limitní hodnoty těžkých kovů.
Právě na materiály, jako jsou čistírenské kaly, tedy ty, které jsou neodmyslitelně propojeny lidskou společnostní nebo které nelze lépe využít, na ty bychom se měly soustředit. Výroba biouhlu z takových materiálů je skutečně smysluplná.
JAN HLADKÝ, Ph.D.,
autorizovaný zemědělský poradce
Ing. HELENA DVOŘÁČKOVÁ,
agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně
Autoři článku se v rámci projektů SYM:BIO ATCZ234 (Sítě přizpůsobené suchu a podpora biodiverzity ve městě a na venkově), které jsou řešeny v programu INTERREG (Podpora přeshraniční spolupráce komunit a institucí ve společném regionu), snaží podpořit povědomí o významu půdy a biologické rozmanitosti pro životní prostředí a pro možnosti přizpůsobení se suchu.
Článek z časopisu Odpady, č.04/2021.*
