В связи с бурным ростом установки систем анаэробного сбраживания и растущим интересом к углеродным кредитам, потенциал производства биоугля на фермах может быть не за горами.
В последние годы популярность биоугля возросла благодаря его широкому применению в сельском хозяйстве и углеродном кредитовании. В результате ожидается, что в ближайшие годы рынок биоугля будет продолжать расти.
Биоуголь - это богатый углеродом продукт, получаемый в результате пиролиза, при котором биомасса - например, древесина или сельскохозяйственные отходы - подвергается термической обработке при высоких температурах в условиях ограниченного доступа кислорода (рис. 1).
В результате этого процесса образуются сингаз и био-масло, топливо, которое может быть использовано для отопления или производства энергии, а также твердый продукт - биоуголь. Биоуголь обладает уникальными характеристиками, такими как высокое содержание углерода, низкая плотность (от 80 до 320 кг/м3), высокая пористость и способность связывать некоторые питательные вещества и минералы.
Эти характеристики зависят от того, из чего был произведен биоуголь (сырье), при какой температуре он был произведен (где-то от 3500С до 9000С) и от времени его нахождения в реакторе. Исследования показали, что при использовании в качестве почвенной добавки биоуголь может связывать углерод, улучшать плодородие почвы и снижать вымывание нитратов - помимо прочих преимуществ для растениеводства и окружающей среды.
Системы производства биоугля в основном ориентированы на использование древесной биомассы, получаемой в лесной промышленности. Однако существует множество возможностей для переработки сельскохозяйственных остатков, таких как кукурузные стебли и навоз, в биоуголь. Существует возможность включения биоугля в системы животноводства с упором на утилизацию навоза.
Преобразование навоза в биоуголь
Навоз является большим подспорьем в сельскохозяйственном производстве, поскольку он содержит необходимые для выращивания сельскохозяйственных культур питательные вещества. Однако в некоторых районах страны системы животноводства дают больше питательных веществ в составе навоза (особенно фосфора), чем необходимо для выращивания местных культур. Это заставило отрасль искать решения и внедрять новые, инновационные технологии, чтобы переместить питательные вещества из навоза дальше от фермы.
Системы разделения навоза на фракции - это одна из технологий, используемых для разделения навоза на два различных потока - жидкий и твердый. Твердый материал содержит некоторую долю питательных веществ, но имеет меньшую плотность - из-за меньшего количества воды. Его можно использовать для подстилки или вносить в почву для агрономических целей. Благодаря меньшей плотности его можно транспортировать на большие расстояния. Однако в районах страны с высокой концентрацией скота все еще остаются проблемы с транспортировкой нутриентов навоза туда, где они больше всего нужны.
Преобразование твердого навоза в биоуголь может еще сильнее уменьшить массу (на 40-80%) и объем твердого навоза, что приведет к получению на основе навоза продукта с низкой плотностью. Полное извлечение фосфора из навоза достигается благодаря пиролизу. Полученный биоуголь может иметь содержание фосфора (кг фосфора на тонну материала) в шесть раз больше, чем исходный навоз (Рисунок 2). Однако более половины азота теряется во время процесса из-за высоких температур и улетучивания азота.
Пиролиз может стать потенциальным методом уплотнения фосфора навоза для снижения транспортных расходов. Однако часто задают вопрос: "Будет ли фосфор в биоугле доступен для сельскохозяйственных культур?" Это отличный вопрос для тех, кто хочет доставить фосфор из навоза туда, где он необходим. Поскольку биоуголь известен своей способностью связывать углерод в почве на длительное время, правомерно задать вопрос, будет ли то же самое происходить с фосфором.
В отличие от углерода, фосфор в биоугле относительно доступен. Недавнее исследование показало, что биоуголь, полученный из навоза, при внесении в почву со временем дает такой же доступный фосфор, как и твёрдые частицы непереработанного навоза при одинаковом уровне внесения фосфора (кг пентоксида фосфора на га) (Рисунок 3).
Проблемы, связанные с биоуглем, полученным из навоза
Несмотря на то, что биоуголь, полученный из навоза, может быть отличным дополнением к инструментарию по переработке навоза для уплотнения фосфора, его внедрение в промышленности сопряжено с трудностями.
Включение биоугля в системы переработки навоза потребует дополнительных технологий. Большинство животноводческих предприятий работают с жидким (от 1% до 7% сухого вещества), навозной жижей (от 8% до 12% сухого вещества) или полутвердым (от 13% до 19% сухого вещества) навозом.
В целом, чтобы системы пиролиза были экономически выгодными, содержание сухого вещества в биомассе должно превышать 70%. Для использования пиролиза на навозе потребуется разделение твердой и жидкой фаз для удаления твердых частиц, которые должны быть подвергнуты сушке для дальнейшего снижения влажности.
Многие фермы имеют системы разделения твердой и жидкой фаз, но сушка используется не так часто. Кроме того, сама система будет стоить дороже. Капиталовложения, вероятно, будут такими же, как при установке анаэробных метантанков. В ближайшие годы это может стать более реальным в связи с ростом интереса к биоуглю и проектам углеродных кредитов.
В целом, преобразование навоза в биоуголь имеет потенциал стать еще одним инструментом для систем уборки, хранения и использования навоза. Возможность преобразования твердых частиц навоза в низкоплотный продукт с потенциалом фосфорного удобрения будет интересна для промышленности и других заинтересованных сторон. Для реализации этой идеи необходимо преодолеть множество препятствий.
Однако, учитывая недавний бум в установке систем анаэробного сбраживания и интерес к углеродным кредитам, возможность производства биоугля на фермах может быть не так уж далека.