Wpływ biowęgla na ograniczanie emisji amoniaku podczas kompostowania pomiotu kurzego

Wpływ biowęgla na ograniczanie emisji amoniaku podczas kompostowania pomiotu kurzego Krystyna Malińska - Politechnika Częstochowska Damian Janczak, Wojciech Czekała, Andrzej Lewicki, Jacek Dach - Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Rafaela Caceres - IRTA, Barcelona, Spain

DEFINICJA BIOWĘGLA Wprowadzenie Czym jest, a czym nie jest biowęgiel? Nowy produkt Biowęgiel to stały materiał, bogaty w węgiel, powstały w procesie pirolizy biomasy pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, którego wytwarzanie jest zgodne z prawem i który można bezpiecznie wprowadzać do gleb. Brak legalnej definicji Trudność terminologiczna INNE ROZUMIENIA Debata Biowęgiel polskie paliwo niskoemisyjne 27.01.2015 r. w Ministerstwie Rolnictwa i Rozwoju Wsi Biowęgiel kompozytowe paliwo biomasowo-węglowe (spreparowana mieszanina rolniczej biomasy i miału węglowego).

Aspekty jakościowe Wymagania dla otrzymywania i oceny jakości biowęgla IBI (International Biochar Initiative) EBC (European Biochar Certificate) BQM (British Quality Mandate) Standardy jakości biowęgla wymagania dla substratów do otrzymywania biowęgla, parametry procesu technologicznego, właściwości otrzymanego biowęgla, metodyka oznaczania składu biowęgla, Mające charakter zaleceń, nie mają żadnych skutków prawnych w krajach UE EU REFERTIL Stanowiące podstawę dla regulacji prawnych KE Rekomendacje REFERTIL (7PR) dla KE (nowelizacja Rozporządzenia o nawozach nr 2003/2003)

Aspekty jakościowe Propozycje dopuszczalnych ilości zanieczyszczeń w biowęglu * 2016 Comparison of the biochar criteria for PTEs and organic pollutants in the current EU legislations, legislation proposals and different Biochar Standards, Edward Someus, EU RFERTIL (289785) Zanieczyszczenia (mg/kg sm) Standardy jakości dla biowęgla* IBI (USA) BQM (UK) EBC (CH) EU REFERTIL High grade Standard Premium Basic As 13-100 10 100 13 13 10 Cd 1,4-39 3 39 1 1,5 1,5 Cr 93-1200 15 100 80 90 100 Cu 143-6000 40 1500 100 1000 200 Hg 1-17 1 17 1 1 1 Ni 47-420 10 600 30 50 50 Pb 121-300 60 500 120 150 120 Zn 416-7400 150 2800 400 400 600 Se 2-200 5 100 Na Na Na Mo 5-75 10 75 Na Na Na F Na Na Na Na Na Na WWA(16) 6-300 20 20 4 12 6 PCB 0,2-1 0,5 0,5 0,2 0,2 0,2 PCDD/F (ng/iteq/kg) 9 20 20 20 20 20

Biowęgiel w kompostowaniu W procesie kompostowania biowęgiel może powodować: 1. wzrost temperatury podczas fazy termofilowej, 2. ograniczenie emisji gazów podczas kompostowania, 3. ograniczenie strat azotu w kompostach, 4. wzrost aktywności mikroorganizmów, 5. ograniczenie biodostępności zanieczyszczeń organicznych i metali ciężkich dla żywych organizmów (wermikompostowanie), 6. wzrost retencji wody podczas kompostowania. 1 2 1 Malińska K., Zabochnicka-Świątek M., Dach J. 2014. Effects of biochar amendment on ammonia emission during composting of sewage sludge. Ecological Engineering 7, 474-478 2 Czekała W., Malińska K., Janczak D., Caceres R., Dach J., Lewicki A. 2016. Composting of poultry manure mixtures amended with biochar the effect of biochar on temperature and duration of thermophilic phase. Bioresource Technology 200, 921-927 5

Biowęgiel materiał pomocniczy w procesie kompostowania W procesie kompostowania może być wykorzystany jako: 1. Materiał pomocniczy (efekt synergii) w przygotowaniu mieszanek kompostowych (funkcja strukturotwócza, korygująca) 2. Nośnik dla mikroorganizmów 3. Wypełnienie dla filtrów/biofiltrów (oczyszczanie gazów procesowych z kompostowni) 4. Składnik mieszanek kompostowych (nadanie kompostom nowych właściwości). 6

Pomiot kurzy Polska jest jednym z wiodących producentów drobiu na świecie. 2015 produkcja drobiu 950 mln szt. 5 mln ton pomiotu kurzego (Cieślak i in., 2014). Pomiot kurzy zawiera ok. 4% N (60-65% kwas moczowy, 10% sole amonowe, 2-3% mocznik, kreatynina) ph 9, NH4+ ->NH3. Zagospodarowanie pomiotu kurzego: fermentacja metanowa, kompostowanie, termiczne przekształcanie do biowęgla. Straty azotu poprzez emisje NH3 podczas kompostowania 13-70%. 7

Problem badawczy 1. Problem badawczy Wysokie emisje amoniaku podczas kompostowania pomiotu kurzego. 2. Pytanie badawcze Czy biowęgiel jako materiał pomocniczy może przyczynić się do ograniczenia emisji amoniaku podczas kompostowania pomiotu kurzego? Pytanie badawcze 8

Biowęgiel - Biowęgiel ze zrębków drzewnych - Temp. 350 - Gęstość nasypowa 297 kg/m 3 - Porowatość 78% - Wielkość cząstek <10 mm - Skład chemiczny 9

Biowęgiel 10

Substraty Substraty i mieszanki kompostowe Mieszanki kompostowe 11

poj. 165 L Stanowisko badawcze Janczak et al. 2017. Biochar to reduce ammonia emissions in gaseous and liquid phase during composting of poultry manure with wheat straw. Waste Management (w druku) 12

Wyniki badań Kontrola przebiegu procesu kompostowania Janczak et al. 2017. Biochar to reduce ammonia emissions in gaseous and liquid phase during composting of poultry manure with wheat straw. Waste Management (w druku). 13

Wyniki badań Emisja amoniaku Janczak et al. 2017. Biochar to reduce ammonia emissions in gaseous and liquid phase during composting of poultry manure with wheat straw. Waste Management (w druku). 16

Wyniki badań Bilans azotu Janczak et al. 2017. Biochar to reduce ammonia emissions in gaseous and liquid phase during composting of poultry manure with wheat straw. Waste Management (w druku). 17

Wnioski 1. Pomiot kurzy może być zagospodarowywany w procesie kompostowania dodatek biowęgla ogranicza emisje amoniaku i straty azotu. 2. Straty azotu podczas kompostowania zależą od początkowego C/N, właściwości fizycznych, temperatury i ph. 3. Biowęgiel może być korzystnym dodatkiem w kompostowaniu materiałów o wysokiej zawartości azotu. 4. Biowęgiel ograniczył emisję gazowego amoniaku 5% i 10% dodatek ograniczył emisję amoniaku o 30% i 44% w porównaniu do kontroli i straty azotu (P:S+5%B-14%, P:S+10%B-21%). 5. Biowęgiel nie miał wpływu na stężenie jonu amonowego w odciekach i skroplinach. 6. Ograniczenie emisji amoniaku adsorpcja, immobilizacja i nitryfikacja. 18