Evropské priority výzkumu nakládání s organickými odpady v letech 2007 až 2013

I přesto, že znalosti kompostování se v posledních dvou desetiletích podstatně prohloubily, zůstávají stále ještě některé neznámé, které je třeba objasnit. Chybí především některé informace o komplexním procesu kompostování i o produktu zpracování bioodpadů - kompostu. Aby se zpracování organických odpadů dále rozvíjelo, je třeba dalších informací.

Potřebou výzkumu zpracování bioodpadů se zabývá článek Floriana Amlingera uveřejněný v časopise Waste Management World, květen-červen 2006. Článek se zabývá prioritami výzkumu kompostování a hodnocení kompostu z pohledu Evropské unie (EU) a 7. rámcového programu výzkumu (7RP).

Skupina technologií pro životní prostředí a prevence znečištění Evropské komise vyzvala experty na odpadové hospodářství, aby vyjádřili svůj názor na to, které oblasti považují za prioritní pro výzkum v oblasti nakládání s bioodpady a které by měly být zahrnuty do 7RP. 7RP určuje priority výzkumných oblastí a rozpočet na léta 2007 až 2013. Hlavním cílem 7RP je přispět k zajištění udržitelného rozvoje. Úprava odpadů a recyklace jsou zahrnuty do části technologie pro životní prostředí (Environmental technologies), která je jedním z devíti témat stanovených Akčním plánem pro životní prostředí Evropské unie (včetně změn klimatu). V kontextu těchto dokumentů Florian Amlinger a další odborníci na zpracování bioodpadů uvedli své názory na kompostování a směry potřebného výzkumu v oblasti nakládání s bioodpady.

Otázky spojené s technologií kompostování organických odpadů

Výběr nejvhodnějšího postupu nakládání s organickými odpady

V podstatě existují tři možnosti nakládání s organickými odpady:

• separace organického podílu odpadu v místě vzniku (ať v domácnostech tak i u průmyslových původců) následovaná kompostováním nebo anaerobním rozkladem,
• mechanicko-biologická úprava (MBÚ) tuhého komunálního odpadu (TKO) a stabilizace TKO,
• spalování, které může být využíváno pro všechen TKO bez separace nebo spalování TKO po MBÚ a rozdělení na nízko a vysokokalorickou frakci.

Zavedení kteréhokoli z postupů, popřípadě jejich kombinace, vyžaduje značné investiční náklady. Každá z uvedených alternativ má také specifické důsledky pro životní prostředí. Proto rozhodnutí o tom, kterou z alternativ použít, musí být založeno na objektivně a vyváženě zjištěných ukazatelích. Jenom tímto způsobem lze vytvořit vhodné návody, jak je předpokládá Strategie prevence a recyklace odpadů EU.

Nejnutnější parametry (kriteria), které je třeba pro hodnocení použít musí zahrnovat:

• vliv na energetickou rovnováhu,
• vliv na klimatické změny a rovnováhu CO₂ ekvivalentů,
• potenciál pro zadržování uhlíku v kompostu a půdě,
• analýza nákladů a výnosů,
• účinnost snižování skládkovaného množství odpadů,
• vliv na kvalitu půdy a její ochranu,
• vliv na koloběh prvků a úsporu hnojiv.

Městské a průmyslové odpady pro kompostování a anaerobní rozklad

Katalog odpadů zahrnuje seznam odpadů rozdělených podle vzniku a očíslovaných šestimístnými čísly. Tento katalog odpadů je velice důležitý i s ohledem na přepravu odpadů a úpravy odpadů.

Z kvalitativního hlediska existují omezení pro použití katalogu odpadů pro rozhodování o tom, zda je možné odpad použít ke kompostování. V České republice byl tento nedostatek odstraněn tím, že odbor odpadů Ministerstva životního prostředí vydal Přehled kompostovatelných odpadů podle řazení v katalogu odpadů, kde jsou kompostovatelné odpady explicitně uvedeny. Ani tento seznam však neřeší velice důležitou otázku, zda uvedený odpad svým složením zajišťuje vznik kvalitního a bezpečného kompostu. Dosud neexistují kvalitativní parametry pro odpady, které by zaručovaly vznik kvalitního a bezpečného kompostu. Definice a specifikace materiálů a odpadů pro kompostování jsou nedostatečné. Proto, aby bylo možné účinně recyklovat organické odpady kompostováním nebo anaerobní rozkladem, je třeba vytvořit specifičtější kvalitativní ukazatele, které nejsou založeny jen na tom, odkud odpad pochází nebo kde vzniká. Aby toho bylo dosaženo, je třeba provést výzkum a důkladné hodnocení odpadů. K hodnocení odpadů z hlediska jejich použitelnosti ke kompostování se využijí i národní zkušenosti.

Možný příspěvek kompostů a půdy k řešení klimatických změn

Potřebujeme mnohem lepší a hlubší pochopení a znalosti toho, jak oddělený sběr, kompostování a používání kompostu přispívá k řešení klimatických změn a jak ovlivňuje emise skleníkových plynů. Dále je třeba vypracovat vyvážený systém pro využívání a aplikaci kompostu. Specifický důraz je třeba položit na získání odpovědí na následující otázky. Odpovědi zaručují možnost širšího pohledu na způsob dávkování kompostu a na vyvážené dávkování:

• metody pro stanovení zadržování uhlíku v kompostu a půdě - zaměření výzkumu by se mělo posunout tak, aby od prostého zjišťování, zda něco zadržuje či nezadržuje uhlík, se výzkum zaměřil na zjištění, kolik uhlíku je emitováno do ovzduší a kolik ho je zadrženo v půdě v závislosti na způsobu aplikace a používaných technikách,
• úspora vody v zavlažovacích systémech,
• náhrada nebo úspora umělých hnojiv, rašeliny a pesticidů,
• úspora energie v důsledku zlepšené obdělatelnosti půdy,
• snížení emisí N₂O z půdy obohacené kompostem ve srovnání s dalšími hnojícími systémy (jako například minerální dusík, zbytek po anaerobním rozkladu organických materiálů, kaly),
• současné změny ve spotřebě, prevenci vzniku odpadů a recyklaci v důsledku zvýšení zájmu o kvalitu životního prostředí, který je výsledkem účasti v kampaních pro podporu recyklace bioodpadů.

Optimalizace kompostování

Velkým úkolem pro kompostování organických materiálů je optimalizace produkce kompostu s vysokou kvalitou podle způsobu jeho využití. Specifické technologické podmínky, které mohou optimalizovat transformaci organických materiálů na huminové látky, nejsou dosud úplně známy a pochopeny. Pozornost by měla být věnována:

• nalezení technologických podmínek, které umožňují úsporu materiálu, především co možná největší zadržení uhlíku a dusíku v huminových látkách a minimalizují rozkladné procesy na CO₂, NH₃ a N₂O. Toho lze dosáhnout optimalizací složení zakládky a optimalizací času intenzivního kompostování a ukončení procesu,
• zhodnocení technologických parametrů pro zvýšení syntézy huminových látek včetně nových parametrů a metod pro určení kvality humusu a procesních parametrů, které indukují tvorbu humusu.

Vývoj a hodnocení metod, které popisují "stabilitu" a "biodegradovatelnost"

V této části jsou nejvýznamnějšími otázky:

• určení kritérií pro stabilitu před přemístění polokompostu z uzavřené nádoby do větraných hromad na volném prostranství (riziko emise zápachových látek),
• chování organických látek a možnost emise či fixace dusíku v průběhu skladování a aplikace kompostu (v zemědělství, při terénních úpravách, při přípravě zahradních substrátů a směsí a při využití mechanicko-biologicky upravených materiálů jako technologických materiálů na skládkách).

Důsledky anaerobní předúpravy

Vzhledem k tomu, že prioritou je získávání energie z obnovitelných zdrojů, anaerobní rozklad v bioplynových stanicích bude mít stále věší význam při nakládání s bioodpady. V mnoha případech bude anaerobní rozklad následován kompostováním zbytku po anaerobním rozkladu. V současné době existuje mnoho technických otázek, které je třeba zodpovědět, aby byl optimalizován přechod z anaerobního na aerobní proces:

• tvorba dalšího CH₄ a N₂O po vypuštění zbytku po anaerobním rozkladu z bioreaktoru a na počátku kompostování,
• emise těkavých organických kyselin a zápachových látek,
• optimalizace úpravy zakládky pro kompostování,
• vliv kvality humusu a chování v půdě ve srovnání s vlivem kompostu vyrobeného výhradně aerobním způsobem.

Kompostování nebo kombinovaný anaerobní rozklad kalů z čistíren odpadních vod (ČOV)

Kaly z ČOV obsahují velké množství nežádoucích látek. Na rozdíl od kompostů připravovaných z vytříděného bioodpadu je třeba výzkum kompostování a anaerobního rozkladu kalů z ČOV zaměřit především na rozklad a transformaci organických polutantů.

Biologicky rozložitelné plasty (BRP) při kompostování

BRP se vyvíjejí přibližně 20 let. I když náhrada syntetických umělých hmot BRP je žádoucí a nutná, optimální úprava (kompostováním nebo spálením) musí být důkladně prověřena, aby byla zabezpečena recyklace bioodpadů. Základní obecná filosofie, kterou je třeba respektovat a zachovat je, že kompostování by nemělo být zneužíváno pro likvidaci odpadů, i když jsou vysoce biodegradovatelné. Pokud tuto myšlenku bereme v úvahu, výzkumné práce by měly zahrnovat:

• vývoj technologií, aby bylo možné zvýšit podíl BRP ve spotřebě umělých hmot,
• postupné nahrazování plastických hmot odvozených z ropy BRP vyráběnými z přírodních, obnovitelných zdrojů jako je škrob nebo polylaktát bez ohrožení systému odděleného sběru odpadů. (To snižuje nebezpečí znečištění odpadů, které budou kompostovány, jinými syntetickými hmotami snadnější identifikací různých zdrojů umělých hmot),
• jak zabránit negativním vlivům na zpracování, například optimalizací mechanického třídění a identifikací syntetických umělých hmot a BRP.

Hygiena a zdraví

Riziko spojené s potenciální přítomností rostlinných, živočišných či lidských patogenů v kompostu bylo intenzivně zkoumáno od počátku kompostování bioodpadů. Musí být použito pragmatických řešení na základě analýzy nákladů a výnosů, technické proveditelnosti a rizika, které vyplývají z původu kompostovaných bioodpadů a z konečného použití kompostu. Otevřené a nevyřešené otázky:

• postupy pro validaci alternativních technologií, které budou vypracovány a hodnoceny členskými státy,
• výběr a hodnocení nových indikátorových organismů pro řízení procesu a stanovení dosažení limitů,
• výzkum a vyhodnocení:
  • nových mikrobiologických screeningových metod pro rychlou detekci rostlinných, živočišných a lidských patogenů,
  • netepelné procesy a jejich parametry (např. mikrobiální procesy v době zrání) pro dosažení lepší hygienizace při kompostování,
  • parametry kompostování, které zajistí vyšší přirozenou schopnost kompostů potlačovat choroby rostlin (antifytopatogenní vlastnosti).

Detekce mikrobiálních společenství při rozkladu a zrání

Určitá mikrobiální konsorcia optimalizují rozklad a syntézu huminových látek. Nicméně jen velmi málo je známo o podmínkách specifických procesů, které potřebují tato mikrobiální konsorcia ke své činnosti. Předmětem zájmu proto bude následující:

• vývoj lepších kompostovacích postupů, definice technologických podmínek kompostování, materiálových zdrojů a úprava hotového kompostu. Těchto cílů může být dosaženo:
  • podporou a zvýšením transformace organických látek na vysoce polymerizované huminové látky, minimalizací ztrát dusíku v plynných produktech,
  • přizpůsobení technologických parametrů pro sušící techniky (to podporuje růst organismů rezistentních k nedostatku vlhkosti),
• rychlá a levná detekce rostlinných, živočišných a lidských patogenů.

Otázky spojené s produktem - kompostem

Cílem kompostování bioodpadů je vytvořit produkt, který je vhodný pro využití v zemědělství, zahradnictví, při terénních úpravách, rekultivacích, přípravě substrátů a půd. Použití kompostu a jeho kvalita určují druh a složení vstupních surovin a technologické parametry kompostování.

Kromě takových parametrů jako je obsah živin, koncentrace organických a anorganických polutantů, pH, elektrická vodivost a obsah organických látek není ještě dobře znám dynamický vliv aplikace kompostu na růst rostlin a funkce půdy. Lepší znalost této krátko-, středně- a dlouhodobé dynamiky je nezbytným základem pro jednodušší a stručnější formulaci definice produktu a vytvoření aplikačních schémat. To se vztahuje i k vytvoření preventivních opatření (například při ochraně půdy) stejně jako k řadě užitečných vlivů na systém půda-podzemní voda-rostliny.

Aby bylo možné podstatně zvýšit hodnotu výsledků z polních testů (některé z nich probíhaly více než 10 let), bylo by vhodné vytvořit síť existujících dlouhodobých polních pokusů, aby bylo možné zkoumat klíčové otázky porovnáváním výsledků a účinným využitím zdrojů. Tato síť by měla nabízet k výměně informace včetně vzorků a metod pro výzkum různých parametrů a vlivů aplikace kompostu na různých místech, při různých klimatických podmínkách a při různých způsobech obdělávání půdy. Spojení všech současných experimentálních lokalit v Evropě včetně nových umožní získat chybějící informace, které se vztahují ke specifitě každé lokality včetně vztahu mezi půdou a klimatickými podmínkami.

Klíčové otázky vztahující se k produktu - kompostu, na které je třeba nalézt odpověď zahrnují:

• střednědobé a dlouhodobé chování anorganických a organických polutantů,
• vliv kompostu na půdní systém ve srovnání se standardními systémy hnojení jako jsou minerální hnojiva, hnojení kaly z ČOV či aplikace zbytku po anaerobním rozkladu bioodpadů,
• zhodnocení zásoby uhlíku a dusíku (krátko-, středně a dlouhodobé zásoby uhlíku a dusíku v kompostu a vliv hnojení půdy kompostem na mobilizaci dusíku a uhlíku),
• střednědobé zadržování uhlíku jako základ pro udělování CO₂ kreditů pro používání kompostu,
• vliv kompostu na snižování emisí N₂O z půdy.

Další výzkumná témata by měla být zaměřena na porovnání kompostu se zbytkem po anaerobním rozkladu bioodpadů a měla by zahrnovat:

• potenciální hygienické problémy vyplývají z používá "čerstvého kompostu" a zbytku po anaerobním rozkladu,
• vliv vyšší jednorázové dávky kompostu (100 až 400 tun na hektar) na životní prostředí při rekultivaci silně kontaminovaných půd,
• biologické (mikrobiologické) interakce a ostatní podmínky ovlivňující potlačující vliv na rostlinné choroby při hnojení kompostem,
• souhrn evropských dat o podrobnostech a doporučeních pro aplikaci kompostu,
• důkladný výzkum střednědobého negativního vlivu zbytku po anaerobním rozkladu na kvalitu a úrodnost půdy (včetně tvorby humusu a mikrobiálních půdních indikátorů).

Zbývající otázky

20 let systematického výzkumu a praktického vývoje kompostování bioodpadů prohloubilo naše znalosti o potřebách technologie kompostování, vlivu na životní prostředí a účincích používání kompostu na systém rostliny-půda. Přesto zůstávají neznámé některé prvky optimalizace procesu i praktické realizace, které je třeba vyjasnit.

Problémem zůstává pojímání nakládání s odpady v kontextu životního cyklu odpadů a nebezpečí šíření chorob s používáním kompostů. Tyto oblasti potřebují další výzkum. Dále je třeba lepších znalostí mikrobiální tvorby humusu. Tyto znalosti jsou klíčové pro maximalizaci organické hmoty dostupné ve vyrobeném kompostu. Nutný je také vývoj nových rutinních metod pro identifikaci specifických mikrobiálních konsorcií a analytického stanovení humusových látek.

Kompost je využíván stovky let pro dlouhodobé zlepšování kvality půdy a jako hnojivo, ale mnoho základních otázek je stále ještě třeba zodpovědět. Vytvoření sítě současných a budoucích pokusných středisek pro výzkum aplikace kompostů se stane účinným nástrojem pro získání lepšího pochopení účinku střednědobé a dlouhodobé aplikace kompostu na vlastnosti půdy a její funkce.

Obecné otázky nakládání s bioodpady

Systémy nakládání s bioodpady mají být zaváděny v mnoha zemích a oblastech po celé Evropě. Mnoho systémů má stejné strukturální podmínky jako je bydlení, ekonomika a infrastruktura. Důležitá indikátorová data jsou dostupná ze současných zavedených systémů sběru bioodpadů a kompostování. Tyto zkušenosti by se měly stát dostupné po vytvoření standardizovaných počítačových metod, které umožní zavedení celého systému nakládání s bioodpady včetně technologií jejich zpracování v nových regionech.

Závěr

Z článku Floriana Amlingera jasně vyplývají priority, které budou součástí 7RP. Na tyto priority by se měl zaměřovat i výzkum v oblasti nakládání s bioodpady v České republice, aby české subjekty měly šanci zapojit se do tohoto evropského výzkumného programu a efektivně přispívat k rozšiřování poznání v oblasti nakládání s bioodpady.

Tweet

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

Biometan se vyplatí a má budoucnost