Komposty – významný článek využití odpadů a zajištění půdní úrodnosti

Na orné půdě České republiky se každoročně vyproduje zhruba 17 mil. tun potravin a krmiv. Značná část tého hmoty se dříve nebo později stane vedlejším produktem nebo přímo biologicky rozložitelným odpadem. Podle tzv. Zelené knihy Evropské komise je ročně v EU produkováno asi 100 mil. tun biodegradablních odpadů, které je možno kompostovat. Evropská komise v tomto dokumentu požaduje směřovat k tzv. recyklační společnosti, tedy odklánět se od lineárních materiálových toků (zdroj-výrobek-skládka) k tokům uzavřeným a cyklickým (zdroj-výrobek- přepracování-zdroj).

Graf 1: Vliv intenzity aerace na průběh teplot ve čtvrtprovozních podmínkách při kompostování zahradních odpadů, A1 – nejnižší, A2 – střední, A3 – nejvyšší aerace

Kvůli poklesu stavu hospodářských zvířat v zemědělství se výrazně snížila produkce statkových hnojiv. Tím se také výrazně změnilo hospodaření na půdě. Pěstuje se méně plodin na zeleno (sklizeň celé rostliny), více se pěstují plodiny na zrno a sláma se ponechává na poli. Na půdě tak zůstává více primární organické hmoty, především ve formě slámy. Sláma se však rozkládá rychleji než částečně humifikovaná statková hnojiva či stabilizovaný kompost. Za určitých podmínek může dokonce primární organická hmota stimulovat mineralizaci a podporovat úbytek půdní organické hmoty.

Dle odhadů MŽP vzniká v ČR jen z činnosti občanů a obcí asi 2 mil. tun biologicky rozložitelných odpadů, k tomu můžeme přičíst zhruba srovnatelné množství odpadů z průmyslu. Tyto materiály lze transformovat např. aerobními nebo anaerobními postupy na hnojivo.

S ohledem na ochranu půdy a bezpečnost potravního řetězce je však nutné z tohoto toku materiálu vyloučit ty, které představují vyšší riziko pro potenciální obsah rizikových prvků a látek.

Často je také diskutována problematika výskytu patogenních mikroorganismů v odpadních materiálech. Experimentální činnost autorů a zejména mnohaleté provozní zkušenosti ze zahraničí potrzují, že intenzivní proces kompostování vede ke značnému snížení obsahu patogeních organismů, a to nikoli díky vysokým teplotám, kterých je možné kompostováním dosáhnout, ale díky vysoké kompetici širokého spektra mikroorganismů a jejich dynamickému růstu (Brodie et al., 2005; Amlinger, 2007). Záleží však, jak proces probíhá. Pokud jsou podmínky pro kompostování nastaveny nevhodně (např. nízkou aerací), výsledný efekt nesplní základní požadavky na obsah patogenních mikroorganismů. V případě vhodně nastavených podmínek jsou však patogenní mikroorganismy dostatečně inaktivovány. V tabulce I jsou uvedeny výsledky obsahu patogenních mikroorganismů z pokusů ve čtvrtprovozních fermentorech z odpadů z domácností. Ve vstupní surovině byl zaznamenán relativně vysoký obsah patogenních mikroorganismů, zatímco ve výsledném kompostu byl obsah vždy pod mezí detekce.

Tabulka I: Výsledky mikrobiologických rozborů produktů získaných kompostováním separovaného bioodpadu z rodinných domků a ze sídliště

TKB - termotolerantní koliformní bakterie; EK – enterokoky; KTJ – kolonie tvořící jednotku

Graf 2: Mikrobiální aktivita hodnocená aktuální spotřebou kyslíku

Aerace má prokazatelný vliv na teplotní dynamiku procesu, dále ovlivňuje mikrobioální aktivitu, a tedy rychlost rozkladu látek a mikrobiální kompetici. Tento vliv dobře dokumentuje graf 1, kde je zobrazen vliv intenzity aerace na průběh teplot při kompostování zahradních odpadů ve čtvrtprovozních podmínkách.

Mikrobiální aktivita může být hodnocena spotřebou kyslíku. Hodnoty spotřeby kyslíku získané během experimentů jsou zobrazeny v grafu 2. Opět je patrné, že nízká intenzita aerace vede k potlačení mikrobioální aktivity, což sebou přináší nižší a pomalejší rozklad organické hmoty.

Hnojiva na bázi produktů z odpadních surovin vykazují vysoké rozpětí kvality organické hmoty, obsahu živin a jejich přístupných forem. Dokládají to údaje tab. II, která uvádí analýzy 37 kompostů z 3 zemí EU.

Kvalita kompostů je ovlivněna jednak složením vstupní směsi, ale také způsobem zpracování. Při aerobním zpracování (kompostování) mohou díky probíhající humifikaci vznikat vysokomolekulární organické látky s vysokou sorpční schopností, na které jsou navázány živiny. Živiny se ve zralých a dobře aerovaných kompostech nacházejí ve vyšších oxidačních číslech. Opět však silně závisí na podmínkách a stáří kompostu. Čerstvé nebo nedostatečně aerované komposty obsahují většinu přístupného N v amonné formě, zatímco dostatečně zralé komposty obsahují přístupný N ve formě nitrátové. V grafu 3 je zobrazen obsah amonného a nitrátového dusíku v průběhu kompostování při různé intenzitě aerace.

Tabulka II: Rozsah zjištěných vlastností 37 vzorků kompostů ze 3 států Evropy (Zmora-Nahul et al., 2007)

* rozpustný organický uhlík

Kvalitu organické hmoty lze řízením procesu ovlivnit poněkud obtížněji. Z laboratorních zkoušek autorů však vyplývá, že komposty zpracované při vyšší aeraci dosahují vyššího podílu huminových kyselin (graf 4). Dle zahraničních autorů (např. Lechner et Smidt, 2003) má značný vliv také složení vstupních surovin.

Komposty je nutné hodnotit zejména podle vlivu na půdu. Zdůraznit je nutné především ovlivňování základních fyzikálně-chemických vlastnotí půdy. Především díky obsahu humusových látek podporuje kompost formování stabilní struktury půdy, která zlepšuje vododržnost a provzdušnění půdy. Humusové látky příznivě ovlivňují půdní reakci. Tmavá barva humusu ovlivňuje teplotní režim nejsvrchnější vrstvy půdy, především prohřívání na jaře, kdy je půda plně vystavena slunci. Vysoký obsah humusu rovněž umožňuje obdělávání vlhké půdy, aniž by docházelo k jejímu zhutňování (Golueke, 1975; Schachtschabel et al., 1998, Stevenson, 1982; Weil et Magdoff, 2004).

Půdní organická hmota se účastní biologických pochodů v půdě a je postupně rozkládána, takže velká část čerstvé biomasy je kompletně rozložena v průběhu jednoho roku. Zbylá část pak vykazuje velkou stabilitu a zůstává v půdě po mnoho let. Půdní organická hmota nepřispívá pouze jako část složky půdy, ale jako reaktivní „živá“ část, která poskytuje energii a stavební kameny pro různé humifikační procesy (Sauerbeck, 1992; Weil et Magdoff, 2004).

Graf 3: Obsah N-NH4+ a N-NO3- v kompostech s různou aerací (A1 – nízká aerace, A3 – vysoká aerace)

Řada polních pokusů s kompostem ukazuje, že pravidelné hnojení vede k podstatnému zvýšení obsahu humusu v půdě. Takové zvýšení bylo prokázáno při polních pokusech s dobou trvání od 1 do 28 let při dávce kompostu od 6 do 90 t/ha, tyto pokusy probíhaly na různých půdních typech. Diez et Krauss (1997) zaznamenali zvýšení obsahu půdního humusu o 0,42 % a 0,52 % při roční dávce 4,4 t/ha kompostu v polních pokusech trvajících 20 let. Pokusy probíhaly v Bavorsku.

Pravidelné hnojení kompostem také zvyšuje obsah a aktivitu mikrobiální biomasy v půdě a stimuluje aktivitu enzymů (Fliessbach et Mader, 2000; Lalande et al., 1998; Pascal et al., 1997; Schwaiger et Wieshofer, 1996), což vede ke zvýšené mineralizaci organické hmoty a zvýšené odolnosti rostlin proti škůdcům a chorobám.

Aplikace organické hmoty obvykle vede u kyselých půd ke zvýšení hodnoty půdní reakce, což je způsobeno zejména uvolněním kationtů z komplexních vazeb, dále mineralizací organického dusíku či denitrifikací. Pozitivní vliv aplikace kompostů můžeme ještě zvýšit aplikací vápence (Martins et Kowald, 1988), který zlepšuje fyzikální vlastnosti půdy, jako je například stabilita půdních agregátů, objemová hmotnost, pórovitost a zadržování vody v půdě (Giusquiani et al., 1995; Khalilian et al., 2002).

Pozitivní přínos aplikace kompostů na ornou půdu je velmi dobře popsán. Další výhody používání kompostů nebo přímo výroby kompostů z odpadních materiálů v zemědělství můžeme spatřovat např. v diverzifikaci příjmů např. provozem kompostárny na zpracování odpadů, snížováním nákladů na nákup hnojiv (využitím kompostů), či výrobou substrátů pro hobby sektor.

V zemědělství je mezi teorií a praxí často propastný rozdíl. Jsme svědky poklesu stavu hosporářských zvířat, nízké ziskovosti zemědělské výroby a klesajících zásob zdrojů některých živin. V ČR existuje řada kompostáren, které nemají odbyt pro vyrobený kompost i přesto, že jej nabízí za ceny třetinové v porovnání s cenou obsažených živin. Téměř nulový zájem o komposty odrazuje řadu obcí od zavádění separovaného sběru bioodpadů a tak tato cenná surovina končí stále na skládkách.

Propojení mezi zpracováním bioodpadů a využitím kompostů v zemědělství je dosud nevyužitá šance.

Ekonomická bilance aplikace a dopravy kompostů na zemědělskou půdu s uvažovanou cenou kompostů 300 Kč/t je velmi dobrá. Náklady na nákup, dopravu a aplikaci kompostu do orné půdy se bez problémů vyrovnají nákladům na nákup a aplikaci minerálních živin. U kompostů s celkově nízkým obsahem živin je ekonomická bilance příznivá, pokud je dopravní vzdálenost nižší než cca 10 km k místu aplikace. U kompostů s nadprůměrným obsahem živin je jejich aplikace přijatelná až do vzdálenosti zhruba 70 km. U kompostů s průměrným obsahem živin je ekonomická dopravní vzdálenost zhruba do 30 km. V kalkulaci byla zanedbána cena organické hmoty kompostů a pozitivní vliv na půdní úrodnost, které však v reálných podmínkách zanedbat nelze.

Uplatnění kompostů na zemědělské půdě při ceně 300 Kč/t tedy není omezeno ekonomickou barierou. Barierou odbytu je nedostatek informací a často nedostatečná kvalita kompostů nejen ve vztahu k potenciálně rizikovým prvkům, ale také ve vztahu např. ke klíčivým semenům plevelů, obsahu nedostatečně rozložených suroviny apod.

Potenciál odbytu kompostů

Komposty ze zelených odpadů jsou svoji kvalitou a strukturou vhodné k použití v zahradnictví a hobby sektoru, kde je dnes využívána zejména rašelina s velkoobchodní cenou cca 320 Kč/m³ a roční spotřebou přes 250 tis. m³. Již dnes existuje poptávka po cca 120 tis. m³ kvalitního kompostu, pokud jeho cena bude nižší než 150 Kč/m³, tzn. cca 250 Kč/t. Bohužel na trhu toto množství kompostů v požadované kvalitě není.

Komposty především ze zelených odpadů mohou být také kvalitní náhradou kůry, které je na trhu nedostatek, protože je využívána v energetice. Cena čerstvé kůry je závislá především na výkupní ceně elektrické energie z biomasy, v současné době se v energetice kůra vykupuje za cca 150 Kč/m³ a zejména v letních měsících si značně konkuruje se zahradnickým sektorem, kde je dosahováno ceny 250 Kč/m³.

Tabulka III: Potenciál odbytu kompostů ve vybraných sektorech (CZ Biom, 2008)

Asi polovina spotřeby kůry k zahradním účelům může být bez problémů nahrazena kvalitními komposty ze zelených odpadů, tzn. cca 50 – 80 tis. t při ceně do 400 Kč/t.

Graf 4: Obsah huminových kyselin v různě aerovaných kompostech (A1 – nízká, A2 – střední, A3 – vysoká aerace)

Komposty ze zelených odpadů budou vznikat především ze zahradních odpadů na extenzivně zařízených kompostárnách s průměrnou kapacitou 800 t/rok. Pokud by takováto kompostárna byla vhodně integrována do zemědělského podniku, k uplatnění kompostů by stačila plocha 80 ha (při obvyklé dávce 40 t/ha za 4 roky). Tabulka IV uvádí odhadované odbytové kapacity kompostu v ČR.

Pro úplnost je v tabulce IV uvedeno též obvyklé složení kompostů s vyčíslením ceny živin.

Závěr

Zpracování biologicky rozložitelnými odpady lze chápat jako velkou příležitost. Pokud dnes naléhavý problém nedostatečné úrovně využívání biologicky rozložitelných odpadů správně uchopíme, může to přinést celospolečenské výhody. Jedná se zejména o možnou diverzifikaci činnosti a příjmů řady zemědělských podniků či soukromníků. Výrobou kompostů z biologicky rozložitelných odpadů můžeme též výrazně snížit skládkování odpadů, a tedy snížit zátěž na životní prostředí, kterou skládky představují. Využitím kompostů především na zemědělské půdě lze udržet a zvyšovat úrodnost půd a zvyšovat pozitivní vliv půdy, např. na filtraci vod. Důležité jsou též makroekonomické přínosy vyplývající s možného využití kompostů na orné půdě. Jedná se především o úspory primárních surovin a energie na výrobu hnojiv a snížení bilance zahraničního obchodu.

V příspěvku byly použity poznatky získané při řešení projektů SPII2f1/21/07 podpořeného MŽP a 2B08082 podpořeného MŠMT.

Použitá literatura je k dispozici u autorů.

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu