Istraživanje provedeno u Saudijskoj Arabiji pokazuje da dodavanje biougljena u kompost od otpada palmi može smanjiti emisije amonijaka za 55%, dušikovog oksida za 50% i metana za 88%. Najbolji rezultati postignuti su s bioogljem proizvedenim na 600°C i dodanim u udjelu od 10%.
Temperatura pirolize ključna za učinkovitost
Znanstvenici su testirali biougljen proizveden na dvije temperature – 300°C i 600°C – te ga dodavali u kompost u udjelima od 5% i 10%. Biougljen proizveden na višoj temperaturi pokazao je znatno bolje rezultate u smanjenju emisija. Tretmani su označeni kao T1 (300°C) i T2 (600°C), dok su stope primjene označene kao R1 (5%) i R2 (10%).
Razlog leži u strukturi materijala. Viša temperatura pirolize stvara biougljen s većom površinom i poroznošću – kod 600°C površina je iznosila 162,94 m²/g, dok je kod 300°C bila samo 3,72 m²/g. To je razlika od gotovo 44 puta. Ta porozna struktura omogućava bolju adsorpciju plinova i stvara povoljnije uvjete za mikroorganizme.
Osim površine, viša temperatura pirolize utjecala je i na kemijski sastav biougljena. pH se povećao s 6,84 na 8,75, električna vodljivost s 7,27 na 7,86 dS/m, a ukupni ugljik s 55,31% na 67,54%. Ukupni dušik blago je opao s 0,49% na 0,39% zbog volatilizacije pri višim temperaturama, dok se ukupni fosfor povećao s 0,07% na 0,09%.
Termofazna faza dosegla 63,5°C
Dodavanje biougljena utjecalo je i na temperaturu kompostiranja. Tretman s 10% biougljena proizvedenog na 600°C (T2R2) dosegao je najvišu temperaturu od 63,5±0,5°C sedmog dana, što je idealno za uništavanje patogena i sjemena korova. Kontrolni tretman bez biougljena dosegao je samo 55,5°C osmog dana.
Tretman T2R1 (600°C, 5%) dosegao je 59,5±0,5°C, dok su tretmani s bioogljem proizvedenim na 300°C (T1R2 i T1R1) dosegli 58,5±0,5°C i 56,5±0,5°C. Statistička analiza pokazala je značajan učinak vremena (p<0,0001, F=5404,94), tretmana (p<0,0001, F=433,53) i njihove interakcije (p<0,0001, F=94,64) na temperaturu komposta.
Viša temperatura u tretmanima s bioogljem rezultat je poboljšane aeracije i veće aktivnosti termofilnih mikroorganizama. Porozna struktura biougljena omogućava bolju cirkulaciju zraka kroz kompostnu masu, što potiče aerobni metabolizam koji generira više topline.
Značajno smanjenje emisija amonijaka
Praćenje emisija tijekom devet dana pokazalo je dramatične razlike. Emisije amonijaka u kontrolnom tretmanu dosegle su vrhunac od 32,17±0,12 mg/kg šestog dana. U istom periodu, tretmani s bioogljem pokazali su znatno niže emisije: T1R1 (17,10±0,26 mg/kg), T1R2 (12,03±0,3 mg/kg), T2R1 (2,2±0,05 mg/kg) i T2R2 (1,82±0,01 mg/kg).
Do devetog dana, emisije su pale na 10,4±0,12 mg/kg za kontrolu, dok su tretmani s bioogljem pokazali još niže vrijednosti: 1,23±0,009 (T1R1), 0,78±0,005 (T1R2), 0,21±0,003 (T2R1) i 0,3±0,008 mg/kg (T2R2).
Kumulativne prosječne emisije tijekom cijelog perioda bile su 18,19±1,3 mg/kg za kontrolu, 8,63±0,9 (T1R1), 7,13±0,8 (T1R2), 5,44±0,61 (T2R1) i 4,95±0,58 mg/kg (T2R2). To predstavlja smanjenje od 30±2,7% (T1R1), 40±3,1% (T1R2), 45±3% (T2R1) i 55±2,7% (T2R2) u odnosu na kontrolu.
Biougljen zadržava amonijak kroz fizičku adsorpciju i izmjenu kationa, sprječavajući njegovo isparavanje. Istovremeno potiče nitrifikaciju – pretvorbu amonijaka u nitrate koje biljke mogu koristiti. Statistička analiza potvrdila je značajan učinak vremena (p<0,001, F=22,44), tretmana (p<0,001, F=105,76) i njihove interakcije (p<0,001, F=7,47).
Dušikov oksid smanjen za 50%
Emisije dušikovog oksida (N₂O) bile su najviše u ranim fazama kompostiranja, posebno između drugog i petog dana. Vrhunac emisija zabilježen je drugog dana – 9,47±0,008 mg/kg u kontrolnom tretmanu i 6,4±0,003 mg/kg u T1R1. Tretmani s većim udjelima biougljena pokazali su značajno niže emisije: T1R2 (1,88±0,01 mg/kg), T2R1 (0,65±0,006 mg/kg) i T2R2 (0,48±0,009 mg/kg).
Do petog dana, emisije u kontroli pale su na 3,39±0,009 mg/kg, dok je T2R2 održavao niske emisije od samo 0,35±0,009 mg/kg. Od šestog dana nadalje, svi tretmani pokazali su relativno stabilne i smanjene emisije.
Kumulativna smanjenja N₂O emisija u odnosu na kontrolu bila su: T1R1 (29,2±1,9%), T1R2 (36,2±1,3%), T2R1 (43,1±2,1%) i T2R2 (50±2,4%). Statistička analiza pokazala je visoko značajne učinke vremena (p<0,001, F=14.443,68), tretmana (p<0,001, F=40.761,01) i njihove interakcije (p<0,001, F=3143,91).
Biougljen smanjuje N₂O emisije poboljšanjem aeracije i smanjenjem anaerobnih zona gdje nastaje dušikov oksid. Njegova porozna struktura omogućava bolju difuziju kisika, što inhibira denitrifikacijske bakterije koje proizvode N₂O.
Metan smanjen za 88%
Emisije metana pokazale su sličan obrazac. Tijekom prva četiri dana, komposti s bioogljem pokazali su relativno niske emisije. Kontrolni tretman pokazao je postupno povećanje od 0,012±0,0001 g/kg prvog dana do vrhunca od 0,058±0,0003 g/kg šestog dana.
Tretmani s bioogljem dosegli su vrhunac između četvrtog i šestog dana: T1R1 (0,038±0,0001 g/kg petog dana), T1R2 (0,028±0,00006 g/kg petog dana), T2R1 (0,033±0,00008 g/kg petog dana). Tretman T2R2 pokazao je odgođeni vrhunac od 0,04±0,0002 g/kg šestog dana.
Do devetog dana, sve emisije značajno su se smanjile. Kontrola je održavala 0,011±0,00002 g/kg, dok su tretmani s bioogljem pokazali niže vrijednosti: T1R1 (0,008±0,00003 g/kg), T1R2 (0,006±0,00004 g/kg), T2R1 (0,004±0,00006 g/kg) i T2R2 (0,007±0,00006 g/kg).
Postoci smanjenja bili su impresivni: T1R1 (44,1±3%), T1R2 (58,8±3,1%), T2R1 (76,5±2,2%) i T2R2 (88,2±4,2%). Statistička analiza potvrdila je značajne učinke vremena (p<0,001, F=57.512,77), tretmana (p<0,001, F=15.589,05) i interakcije (p<0,001, F=5486,47).
Ugljikov dioksid i ukupna razgradnja
Emisije ugljičnog dioksida (CO₂) ostale su relativno niske tijekom prvih pet dana s manjim fluktuacijama. Međutim, tretman T2R2 pokazao je primjetno povećanje već od prvog dana (3,11 g/kg). Od četvrtog dana nadalje, opći trend bio je uzlazan u svim tretmanima.
Vrhunac emisija CO₂ zabilježen je sedmog dana: T2R2 (31,9±0,00003 g/kg), T1R2 (23,91±0,00003 g/kg), kontrola (18,94±0,00003 g/kg), T2R1 (17,03±0,00003 g/kg) i T1R1 (16,08±0,00003 g/kg). Nakon sedmog dana, emisije su postupno opadale.
Do devetog dana, emisije su pale na: kontrola (19,04±0,00004 g/kg), T1R1 (11,44±0,00004 g/kg), T1R2 (16,10±0,00004 g/kg), T2R1 (12,12±0,00004 g/kg) i T2R2 (13,03±0,00004 g/kg). Postoci smanjenja bili su: T1R1 (9,2±0,7%), T1R2 (13,8±0,9%), T2R1 (18,4±1,5%) i T2R2 (23±2,3%).
Više emisije CO₂ u tretmanima s bioogljem, posebno T2R2, odražavaju intenzivniju mikrobiološku aktivnost i bržu razgradnju organske tvari. To je pozitivan znak jer pokazuje da biougljen ne inhibira razgradnju, već je čak i potiče, dok istovremeno smanjuje štetne emisije amonijaka, N₂O i metana.
Kvaliteta komposta poboljšana
Osim smanjenja emisija, biougljen je poboljšao i kvalitetu finalnog komposta. Suha tvar kretala se od 37,5±0,5% (T2R2) do 46,4±0,11% (T2R1). Sadržaj organske tvari povećao se s 26,3±0,1% u kontroli na 30,9±0,05% u T2R1, što zadovoljava minimalni standard od 30% za sredstva za poboljšanje tla.
Ukupni dušik povećao se s 0,5±0,01% u kontroli na 0,8±0,001% u T1R2. Omjer C:N smanjio se s 27:1 u kontroli na 21:1 u T1R2, što ukazuje na bržu razgradnju i zrelost komposta. Sadržaj amonijaka (NH₄-N) bio je najviši u T1R2 (659±0,1 mg/kg) i T2R2 (416±0,2 mg/kg), dok je kontrola imala 399±0,5 mg/kg.
Električna vodljivost povećala se s 6,8±0,01 mS/cm u kontroli na 9,5±0,006 mS/cm u T2R1, što odražava veću koncentraciju hraniva. Volumna masa smanjila se s 496±1,7 kg/m³ u kontroli na 410±0,08 kg/m³ u T1R1, što olakšava rukovanje i primjenu komposta.
Sadržaj makrohraniva također se poboljšao. Kalij se kretao od 0,8% (T1R1, T2R2) do 0,9% (kontrola, T1R2, T2R1). Kalcij se povećao s 1,8±0,001% u kontroli na 2,1±0,004% u T1R2, dok se magnezij povećao s 0,2±0,007% na 0,3±0,002% u T1R2.
Mikrohraniva pokazala su značajne promjene. Željezo dramatično je poraslo s 1.118,6±0,11 mg/kg u kontroli na 21.786,5±1,3 mg/kg u T2R1. Cink se povećao s 66,0±0,1 mg/kg u kontroli na 76,9±0,05 mg/kg u T1R2. Mangan dosegao je 106,9±0,02 mg/kg u T2R1 u usporedbi s 76,0±0,2 mg/kg u kontroli.
Preporuke za praksu
Istraživači preporučuju korištenje biougljena proizvedenog na 600°C u udjelu od 10% (T2R2) za optimalne rezultate. Takav tretman ne samo da smanjuje emisije stakleničkih plinova, već i ubrzava kompostiranje te poboljšava kvalitetu finalnog proizvoda.
Ovo istraživanje pruža važne uvide za upravljanje otpadom palmi u aridnim regijama i doprinosi razvoju održivih praksi kompostiranja koje smanjuju utjecaj na klimu.
SAVJETODAVNI PARTNER
