Odborné články

Využití digestátu jako hnojiva

Aplikace digestátu jako hnojiva je jednoznačně nejvhodnějším způsobem jeho využití, protože spolu s ním jsou do půdy navraceny snadno přístupné živiny pro rostliny a mikroorganismy. Kvalita digestátu jako hnojiva jde přitom ruku v ruce s kvalitou vstupních surovin, které jsou v bioplynových stanicích zpracovávány. Při aplikaci digestátu na pole je kladen důraz nejen na jeho nutriční hodnoty, ale i na jeho nezávadnost. Jako hnojivo nesmí být kontaminován chemickými polutanty, nežádoucími materiály, odpadem ani patogeny. Kladené nároky na kvalitu digestátu jsou v současné době v řadě zemí s rozvinutým sektorem bioplynu, jako např.: v Německu, Dánsku, Rakousku, Švédsku, Velké Británii i v České republice, již zaneseny do legislativy. Hnojivé účinky digestátu velmi často předčí v testech minerální hnojiva, ale třeba i kejdu.

Rozvoj bioplynových stanic (BPS) je v souvislosti s přechodem na životnímu prostředí šetrnější způsoby výroby energie nepostradatelným článkem. Stále nové technologie zvyšují energickou účinnost a výtěžnost zpracovávaných bio-materiálů a v případě dobrého managementu dodávek surovin, odběru energie a bioplynu, ale i digestátu, je životní prostředí zatíženo jen velmi málo.

Spolu s hnojem a kejdou, zpracovávanými na BPS, je vstupní substrát doplňován dalšími zdroji, jako jsou energetické plodiny, bioodpad, gastroodpad  nebo čistírenské kaly. Lze tedy říci, že s digestátem vstupuje na pole v podobě hnojiva v podstatě více živin a organické hmoty, než by tomu bylo při využití samotného hnoje.

Digestát vzniklý bez kofermentace s hnojem či kejdou, z důvodu jejich absence v dostupné vzdálenosti, je pak v takové lokalitě často jediným statkovým i jediným dodatečným organickým hnojivem aplikovaným na půdu.

Jako o dostatečné je možné uvažovat o produkci organické hmoty od 1 až 2 DJ (dobytčích jednotek) na ha, přičemž v ČR je aktuální stav 0,3 až 0,4 DJ. V současné době je v České republice produkováno cca 7,5 mil tun digestátu za rok a nárůst v roce 2030 je odhadován na přibližně 11 mil tun. Dalo by se tedy říci, že produkce digestátu z BPS zvyšuje potřebnou produkci organické hmoty orientačně o  0,1 DJ na ha.  Dle plánovaného růstu výroby bioplynu by mohla produkce digestátu v roce 2030 odpovídat 0,13 DJ na ha. To výrazně navyšuje současnou produkci statkových hnojiv od hospodářských zvířat, kterých je s ohledem na hnojení organickými hnojivy nedostatek.

Digestát

Digestát je zbylý materiál, který prošel anaerobní fermentací při výrobě bioplynu (směs majoritních složek metanu CH4, oxidu uhličitého CO2, vody a stopových množství sirovodíku, amoniaku NH3 a dalších sloučenin) v bioplynových stanicích. Proces anaerobní fermentace je považován za jednu z nejvíce energeticky účinných technologií výroby bioenergie a vzhledem k jeho příznivému vlivu na životní prostředí má být v budoucnosti stále významnějším zdrojem obnovitelné energie.

Samotný digestát lze rozdělit na separát (oddělenou tuhou část digestátu) a fugát (oddělenou kapalnou část) v poměru cca 4-5:1, respektive 80 – 84 % fugátu a 16 – 20 % separátu. Tyto složky mají rozdílné účinky na půdu a plodiny. Aplikace fugátu dosahuje srovnatelných výnosů jako při využití minerálních hnojiv, zatímco separát dodává půdě organické látky, podobnější účinkům hnoje. Separát také oproti digestátu dodává do půdy dvakrát více fosforu a hořčíku. Navíc jej lze využít jako podestýlku, nebo pro výrobu kompostu a dalších substrátů.

Digestát a fugát jsou hnojivem s rychle uvolnitelným dusíkem (až z 60 % využitelný), s poměrem C:N < 10. Separát je naopak hnojivem s pomalu uvolnitelným dusíkem (z cca 30 % využitelný) a poměrem C:N > 10. Ve srovnání s klasickými statkovými hnojivy má tak digestát vzhledem k použitým surovinám poměrně vysoký celkový obsah dusíku (0,2 - 1 %), vyšší pH (7 – 8), nižší obsah uhlíku a sušinu pohybující se v rozmezí od 2 do 13 %.

Protože složení digestátu představuje vyšší riziko ztrát dusíku, který se zde z větší části nachází v plynné amoniakální formě (NH4+), je zapravení fugátu a digestátu do půdy nutné provést do 24 hodin po aplikaci (s výjimkou použití hadicových aplikátorů a injektáží) a zapravení separátu potom do 48 hodin po aplikaci. Nicméně zde platí pravidlo, čím dříve, tím lépe.

 „Dobře aplikovaný digestát nemá negativní účinky na půdní vlastnosti ani plodiny“ (Duffková & Mühlbachová, 2017)

Mezi neodmyslitelné výhody zpracování digestátu jako hnojiva patří: snížení zápachu, redukce patogenů, omezení klíčivosti semen plevelů, snížení žíravého účinku surové kejdy na plodiny, zachování žádoucích forem organického uhlíku (prekurzory humusových látek) a živin (P, K, N).

Aby bylo dosaženo vyšší hnojivé hodnoty digestátu a současně byly omezeny emise (zejména amoniaku), jsou prováděna tato opatření:

  • použití zakrytých skladovacích nádrží nebo zamezení přímému účinku větru na hladinu digestátu, např. ochranným prostorem u jímky,
  • vlévání digestátu do skladovacích jímek pod hladinou tekutiny,
  • nerozrušování přirozeně plovoucí vrstvy ve skladovacích nádržích,
  • použití vhodných separátorů pro kvalitní odvodnění s možností recyklace fugátu,
  • digestát aplikován pouze na počátku vegetativního růstu rostlin,
  • dodržení optimálních povětrnostních podmínek pro aplikaci digestátu, jako jsou: vysoká vlhkost (ne přílišný déšť), bezvětří. Naopak suché, slunečné a větrné počasí zvyšuje odpařování a snižuje účinnost dusíku,
  • mírné míchání digestátu před aplikací,
  • aplikace pouze chlazeného digestátu,
  • použití potrubí, hadic s dosahem až k zemi nebo přímého vstřikování do půdy (lepší a rychlejší vsakování digestátu do půdy, výrazné snížení emisí dusíku a zápachu),
  • při aplikaci na povrch půdy je digestát okamžitě zapracován.

Pro určování potřeby množství digestátu se potom vychází:

  • z potřeby živin porostu pro předpokládaný výnos a kvalitu produkce,
  • z množství přístupných živin v půdě a stanovištních podmínek (zejména vlivu klimatu, půdního druhu a typu),
  • z půdní reakce (pH), poměru důležitých kationtů (vápníku, hořčíku a draslíku) a množství půdní organické hmoty (humusu),
  • z pěstitelských podmínek ovlivňujících přístupnost živin (předplodina, zpracování půdy, závlaha).

„Používání digestátu ke hnojení znamená pro zemědělce finanční úsporu z hlediska náhrady minerálních hnojiv, a to zejména dusíku. Obsah snadno rozložitelného uhlíku je sice redukován, ale digestát obsahuje žádoucí prekursory humínových látek. Aplikace digestátu má výrazně pozitivní vliv na úrodnost půdy a je jedním z důvodů, proč budování BPS posiluje udržitelnost zemědělství a venkova.“

(Marada a kol. 2008)

Požadavky BPS na vstupní suroviny jsou známé tím, že ovlivňují skladbu a výměru osevních postupů, a to především snahou zvýšit produkci kukuřice na siláž. Ta v případě anaerobní fermentace zásadně zvyšuje produktivitu bioplynu a tvoří tak významný podíl vstupních surovin. Širokořádkové plodiny však mohou přispívat ke zvýšenému riziku eroze. V takových případech je nutné zavádět opatření na pěstebních plochách a dle možností využít ochranných osevních postupů, jako jsou: meziplodiny, krycí plodiny a ozimé předplodiny, a zvýšit tak pokrytí půdy vegetací. Současně je také dobré zvýšit podíl biomasy z travních porostů.

Vliv digestátu na půdní organickou hmotu

Při aplikaci se dostává do půdy přibližně 3 až 6 % organických látek v případě fugátu a digestátu, a až 19 % v případě separátu. Toto množství je srovnatelné s obsahem organických látek v kejdě a hnoji. V digestátu jsou však tyto látky více stabilizované (s vyšším stupněm aromaticity), mineralizované. Těkavé mastné kyseliny, hemicelulóza a celulóza jsou z více než 50 % rozloženy během anaerobní digesce, zatímco lignin není rozložen vůbec.

Mnohé studie přesto neshledávají výrazné nebo dokonce žádné rozdíly mezi aplikací digestátukejdy a samotnou kejdou, co se týče obsahu organického uhlíku, ale i celkového dusíku. Zdá se tedy, že úbytek uhlíku, ke kterému dochází během anaerobní fermentace, je kompenzován nižší degradací uhlíku v půdě po aplikaci digestátu ve srovnání s kejdou. Vliv anaerobní fermentace na půdní organickou hmotu je tak z dlouhodobého hlediska pravděpodobně zanedbatelný. Některé studie dokonce neshledávají rozdíl v dynamice půdní organické hmoty po aplikaci digestátu na půdu ani co se týče vlivu složení vstupního substrátu, když akumulace organického uhlíku v půdě po aplikaci digestátu z jetelotrávy, byla stejná jako po aplikaci digestátukukuřice.

Akumulace uhlíku v půdě může být významně ovlivněna změnami v osevních postupech a výměrách plodin, tj. pěstováním nových energetických plodin, změněnými termíny sklizně a využitím meziplodin a posklizňových zbytků jako vstupních surovin do fermentoru.

Závěr

Je zřejmé, že pokud chceme, aby nám digestát v půdě dobře sloužil, je potřeba odborně zvládnout management jeho výroby a aplikace. Stejně jako jakékoliv jiné půdní přídavky je vždy nutné posuzovat možnosti aplikace pro konkrétní lokalitu s ohledem na všechny půdní vlastnosti a způsob využití. Pokud si na tomto dáme záležet, potom si můžeme být jistí, že v tomto případě si z přírody sice něco bereme, ale v podobě digestátu jako hnojiva v kvalitní a regenerativní formě za odměnu opět navracíme.  

Vypracováno v rámci řešení projektu Ministry of Education, Youth and Sports of the CR (project n. CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000845)

Článek byl publikován v časopisu Biom 1/2019 Půda a organická hmota.

Zdroje:

Abubaker, J., Risberg, K., Pell, M. (2010). Biogas residues as fertilisers – Effects on wheat growth and soil microbial activities. Applied Energy 99, 126-134

Abubaker, J., Risberg, K., Jönsson, E., Dahlin, S., Cederlund, H., Pell, M. (2015). Short-term effects of biogas digestates and pig slurry application on soil microbial activity. Applied and Environmental Soil Science 2015, Article ID 658542

Al Seadi , T, Drosg, B., Fuchs, W., RUTZ, D., JANSSEN, R. (2013). The Biogas Handbook: Biogas digestate quality and utilization. Woodhead Publishing Limited. DOI: 10.1533/9780857097415.2.267

Badalíková, B., Novotná, J. Změny fyzikálních vlastností půdy po aplikaci digestátu [online]. 2018-01-29 [cit. 2018-10-09]. Dostupné z: https://www.agromanual.cz/cz/clanky/vyziva-a-stimulace/hnojeni/zmeny-fyzikalnich-vlastnosti-pudy-po-aplikaci-digestatu.

Bolzonella, D., Fatone, F., Gottardo, M., Frison, N. (2018). Nutrients recovery from anaerobic digestate of agro-waste: Techno-economic assessment of full scale applications. Journal of Environmental Management. 216, 111-119.

CZ Biom (2015). Nakládání s digestátem, možnost využití jako kvalitní hnojivo. Biom.cz [online]. 2015-09-11 [cit. 2018-10-09]. Dostupné z: <https://biom.cz/cz/odborne-clanky/nakladani-s-digestatem-moznost-vyuziti-jako-kvalitni-hnojivo>. ISSN: 1801-2655.

Dennehy, C., Lawlor, P.G., McCabe, M.S., Cormican, P., Sheahan, J., Jiang, Y., Zhan, X., Gardiner, G.E. (2018). Anaerobic co-digestion of pig manure and food waste; effects on digestate biosafety, dewaterability, and microbial community dynamics. Waste Management. 71, 532-541.

Duffková, R.,  Mühlbachová, G., a kol. (2016). Metodický postup pro efektivní užití digestátu ze zemědělských bioplynových stanic. Certifikovaná metodika.

Marada, P., Večeřová, V., Kamarád, L., Dundálková, P., Mareček, J., (2008). Příručka pro nakládání s digestátem a fugátem. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Institut celoživotního vzdělávání ve spolupráci s Ústavem zemědělské, potravinářské a environmentální techniky.

Risberg, K., Sun, L., Levén, L., Horn, S.J., Schnürer, A. (2013). Biogas production from wheat straw and manure – Impact of pretreatment and process operating parameters. Bioresource and Technology 149, 232-237.

Smatanová, M. (2012). Digestát jako organické hnojivo. Rostlinná výroba. Zemědělec 18, 21-22.

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Kaly z čistíren odpadních vod
Co se zbytkovou slámou z polí?
Komposty na bázi separovaného digestátu a jejich aplikace na ornou půdu
Bioodpad se promění na energii a hnojivo
Proč je důležitá organická hmota v půdě
Auta na plyn by mohla pohánět cirkulární ekonomiku v evropské dopravě
Air Liquide SA uvedla do provozu biometanizační a multi-energetickou plnící stanici
E.ON otevřel největší švédskou bioplynovou stanici na suchou fermentaci
Posouzení skutečných emisí biopaliv
Brňáci jezdí na splašky

Zobrazit ostatní články v kategorii Bioodpady a kompostování, Bioplyn, Obnovitelné zdroje energie, Pěstování biomasy

Datum uveřejnění: 21.6.2019
Poslední změna: 21.6.2019
Počet shlédnutí: 318

Citace tohoto článku:
JEŘÁBKOVÁ, Julie: Využití digestátu jako hnojiva. Biom.cz [online]. 2019-06-21 [cit. 2019-08-21]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-obnovitelne-zdroje-energie/odborne-clanky/vyuziti-digestatu-jako-hnojiva>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto