Биочар на службе сельского хозяйства

Биочар – это порошковый уголь, получаемый из растительного материала, в том числе любых видов древесных отходов (лесосечных, лесопильных, деревообрабатывающих), в результате непрерывного пиролиза, то есть сжигания при 300–900 ⁰C и ограниченном доступе кислорода воздуха.

За последние 10 лет о биочаре написано больше 20 тысяч только специализированных статей. И это не случайно. Сегодня его можно считать промышленной продукцией номер один в мире, с уникальными свойствами и синергетическим использованием.

Избыточные неутилизированные отходы (древесные, солома, шелуха обмолота семян, лузга подсолнечника, навоз, куриный помет, багасса и многие другие), наносящие колоссальный вред окружающей среде, подвергаются пиролизу с одновременной секвестирацией (накоплением) углерода и превращаются в мелиорант и удобрение для сельскохозяйственных почв. При этом происходит депонирование углерода на длительный (около 500 лет) срок с повышением урожайности сельскохозяйственных растений.

Применение биочара в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных, особенно коров, дает дополнительный прирост мяса при снижении его себестоимости. Параллельно уменьшается выброс метана из желудка животных. А, по мнению климатологов, увеличение содержания метана в атмосфере, как и дву­окиси углерода, служит основной причиной глобального потепления, причем влияние метана в разы сильнее. Следовательно, производство биочара и его использование в сельском хозяйстве – это полноправные климатические проекты. В результате их реализации среднегодовая температура, согласно расчетам специалистов, будет снижаться на 2 ⁰С в год.

Осуществляемый сейчас по инициативе Европейской ассоциации биочара международный проект предусматривает строительство 380 тысяч (!) производств биочара до 2050 г. Сейчас в мире уже работают 600 установок, в том числе для утилизации отходов сельхозрастений (соломы и т. п.), они мобильные, прицепляются к трактору или автомобилю, собирают и пиролизуют растительные отходы и сразу оставляют образующийся уголь на полях.

Хорошо налаженный сегодня рынок углеродных единиц обеспечивает дополнительную прибыль собственникам реализуемых климатических проектов, в том числе производителям биочара и фермерам, вносящим его в почву в качестве мелиоранта и удобрения. Стоимость одной тонны депонированных углеродных единиц, равноценной 0,7 т угля, за пять лет повысилась с $20 до $146, а объем реализации углеродных единиц через биржи и специальные фирмы посредников в 2023 г. составил $780 млрд. И это притом, что продажа углеродных единиц, как уже было сказано, дает производителям биочара лишь дополнительную прибыль, тогда как основную они получают за произведенный объем порошкового угля.

Очевидная выгодность, прибыльность «биочарных» климатических проектов стимулирует строительство под их эгидой новых производств биочара. В России регистрация климатических проектов в специализированных международных реестрах с целью продажи углеродных единиц, к большому сожалению, запрещена из-за санкций. И оценить количество производимых углеродных единиц невозможно. Посему производители биочара могут рассчитывать только на основную прибыль от его продажи, а сельхозпроизводители – получать прибыль от повышения урожайности выращиваемых растений и от экономии объема вносимых в почву минеральных и химических удобрений.

Однако в российском реестре климатических проектов уже зарегистрированы первые два: новые технологии тушения лесных пожаров (компании «Русал») и создание лесных культур лиственницы на болоте в Сахалинской области.

Какие преимущества получает сельхозпроизводитель при внесении биочара в почву? Растительный уголь любого происхождения в той или иной мере действует на почвы разных типов как мелиорант и удоб­рение. В качестве первого биочар повышает воздухопроницаемость тяжелых глинистых почв к корням растений, а в легких песчаных и бедных почвах обеспечивает водонакопление и влагообеспечение для ритмичного питания растений, тем самым смягчая стресс для них в засушливый период. Применяемый вместе с химическими удобрениями биочар аккумулирует в микро-, меза-, мега– и макропорах (с открытой поверхностью до 1,5 тыс. м²/г) дождевые растворы внесенных химикатов, препятствуя их проникновению ниже корнеобитаемого слоя почвы. В результате водные растворы химикатов обес­печивают равномерное питание растений, химикаты используются рационально, уменьшается объем их внесения.

Биочар предоставляет среду для развития почвенного биотопа, который, взаимодействуя с химическими компонентами угля, способствует образованию и росту биочарного микробиота, состоящего из сотен тысяч микроорганизмов, полезных для почвы и растений. Резко усиливается катионный обмен, в том числе микроэлементами, содержащимися в биочаре и почве. Биочар связывает почвенный углерод в почве в процессе длительного нахождения в ней после внесения, варьирующего от сотен до пятисот лет, и напрямую, с помощью микробиота, связывает углерод, за счет чего повышается урожайность сельскохозяйственных культур и снижается расход химических удобрений (NPK), которые обычно промываются дождем ниже корнеобитаемого слоя. Кроме того, подавляется рост грибных заболеваний. Микробиот биочара работает как фунгицид, например уничтожает очень опасную корневую гниль. При регулярном внесении биочара в кислую почву pH повышается до щелочного уровня, что позволяет сократить затраты на известкование. В обогащенной биочаром почве приблизительно в два раза ускоряется проращивание семян, вследствие чего урожайность повышается до 10–15%. Посредством сформированного микробиота биочар поглощает тяжелые металлы и опасные химикаты, содержащиеся в почвеы, оздоравливая ее и возвращая в сельскохозяйственный оборот.

Возникает закономерный вопрос: на каком оборудовании возможно производство столь привлекательного продукта, как биочар, из древесных отходов? В России для получения порошкового (не кускового) угля предлагаются три варианта установок так называемого непрерывного пиролиза горизонтального типа несерийного производства. При эксплуатации все они показали невысокую производительность. Позитивного опыта длительной постоянной эксплуатации таких установок нет.

Между тем сегодня из 276 пеллетных установок, функционировавших на лесопильных и деревообрабатывающих предприятиях до введения санкций, около сотни простаивают ввиду отсутствия экспорта пеллет. А если пеллетную установку снабдить пиролизатором, то на таком комплексе оборудования можно получать пиролизованные пеллеты, которым будут присущи свойства почвенного мелиоранта и удобрения для сельскохозяйственных растений. Остается заинтересовать сельхозпроизводителей в приобретении биочара, полученного из древесных отходов.

С этой целью Инжиниринговый центр переработки низкокачественной древесины, древесных отходов и биомассы дерева СПбГЛТУ разрабатывает государственную программу развития сельского хозяйства с использованием растительных отходов для производства биочара, применяемого в полеводстве, изготовлении кормовых добавок для животных, птиц и рыбы из древесной зелени и получения механической целлюлозы. В качестве сырья рассматриваются древесные и сельскохозяйственные отходы. Помимо рыночных обязательств выкупа продукции структурами предприятий в Министерстве сельского хозяйства РФ, предусматриваются государственные субсидии производств.

Необходимость создания такой программы мотивируется возможностью успешной утилизации растительных и древесных отходов, политическими и экономическими выгодами для всей России. Однако надо иметь в виду, что создание в зарубежных странах на всех континентах 380 тыс. установок по производству биочара неизбежно повлечет задействование неиспользуемых и загрязненных почв для выращивания сельскохозяйственных культур, а также повышение урожайности на традиционно используемых почвах, что, в свою очередь, приведет к резкому увеличению в мире объемов производства сельхозпродукции, и в первую очередь хлебных злаков. Тогда как сегодня в мире по реализации выращенной пшеницы лидирует Россия, и в обеспечении для страны экспортной выручки валюты пшеница на третьем месте. К тому же упадет экспорт химических удобрений (четвертое место по экспортной валютной выручке РФ). В связи с этим Россия должна опередить остальные страны по объемам выращивания зерна за счет использования биочара как для повышения урожайности, так и для вовлечения в хозяйственный оборот заброшенных сельскохозяйственных угодий, площадь которых исчисляется миллионами гектаров.

А пока в России запущен лишь один завод промышленного производства биочара из древесных отходов для использования в сельском хозяйстве… 

Текст:
Владимир Крылов, канд. техн. наук, доцент, заместитель директора Инновационного центра СПБГЛТУ
Александр Добровольский, канд. с.-х. наук, доцент, проректор по научной работе СПБГЛТУ
Кирилл Стариков, бакалавр СПБГЛТУ