Od odpadu warzywnego do biostymulanta dla roślin - naukowcy pokazują potencjał hydrocharu z pozostałości produkcyjnych

Hydrochar, powstaje w procesie karbonizacji hydrotermalnej. Rozdrobnioną biomasę ogrzewa się w wodzie, w zamkniętym reaktorze i pod podwyższonym ciśnieniem. Metoda może być szczególnie przydatna do zagospodarowania świeżych odpadów warzywnych, ponieważ można je przetwarzać bez wcześniejszego suszenia.

W badaniu wykorzystano resztki warzyw pochodzące z produkcji gotowych do spożycia, krojonych warzyw liściastych: szpinaku, cykorii endywii i czerwonej. Autorzy otrzymali dwa hydrochary: HC180, wytwarzany przez godzinę w temperaturze 180°C pod ciśnieniem 10 barów, oraz HC215, uzyskiwany w temperaturze 215°C i pod ciśnieniem 20 barów. Z surowca odzyskano odpowiednio około 24,7% i 17,3% stałego materiału. Wyższa temperatura sprzyjała silniejszemu rozkładowi biomasy, dlatego uzysk hydrocharu był mniejszy.

Oba materiały dobrze wiązały wodę. Jeden gram HC180 zatrzymywał średnio 2,82 g wody, a HC215, 2,43 g. Zdaniem autorów taka właściwość może mieć znaczenie zwłaszcza w glebach ubogich w materię organiczną i podatnych na wysychanie.

Temperatura a właściwościach produktu

Karbonizacja zmieniła skład chemiczny biomasy. Hydrochary zawierały więcej węgla niż wyjściowe odpady roślinne, a jednocześnie mniej łatwo rozkładanych węglowodanów.

HC180 zachował więcej azotu oraz składników mineralnych niż HC215. Materiał uzyskany w wyższej temperaturze był bardziej zwęglony, bardziej hydrofobowy i zawierał mniej składników potencjalnie dostępnych dla roślin. Oba hydrochary były wzbogacone w niektóre pierwiastki, w tym wapń, magnez i wybrane mikroelementy. Stężenia badanych metali ciężkich pozostawały poniżej obowiązujących progów prawnych. Autorzy oznaczyli również wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne; ich poziomy były poniżej granicy wykrywalności metody i poniżej limitów dla produktów nawozowych.

Wyniki potwierdzają, że sam proces musi być odpowiednio dobrany. Silniejsze ogrzewanie nie przełożyło się na lepszy wzrost sałaty liściowej w 38-dniowym doświadczeniu prowadzonym w warunkach szklarniowych.

Lepszy wzrost sałaty po zastosowaniu HC180

Potencjał hydrocharów oceniono w doświadczeniu z zastosowaniem sałaty (Lactuca sativa). Hydrochary mieszano z podłożem torfowym w dawkach zapewniających porównywalną ilość azotu. Wyniki porównano z roślinami rosnącymi w samym torfie oraz z wariantem nawożonym saletrą wapniową.

HC180 istotnie zwiększył świeżą masę części nadziemnej sałaty, o 30% w porównaniu z kontrolą. Efekt był porównywalny z uzyskanym po zastosowaniu nawozu mineralnego. Jeszcze wyraźniejszą odpowiedź odnotowano w systemie korzeniowym, świeża masa korzeni była o 168% większa niż w kontroli i również zbliżona do wariantu nawożonego mineralnie.

  Wpływ HC215 na wzrost sałaty był ograniczony i nieistotny statystycznie. Autorzy wiążą słabsze działanie tego materiału z większym stopniem karbonizacji oraz mniejszą dostępnością składników odżywczych i reaktywnych grup chemicznych.

Zmiany w procesach metabolicznych liści sałaty

Analiza metabolomiczna liści wykazała, że HC180 nie tylko zwiększał wzrost sałaty, lecz także wpłynął na zmiany w metabolizmie. W roślinach traktowanych tym hydrocharem stwierdzono wyższy poziom m.in. sacharozy, fruktozy, ksylozy i jabłczanu, a także związków zawierających azot, takich jak GABA, asparaginian i alanina.

Autorzy interpretują te zmiany jako oznakę aktywniejszego metabolizmu energetycznego, sprawniejszego wykorzystania azotu i lepszego zaopatrzenia roślin w składniki pokarmowe. Efekt może być związany zarówno z obecnością składników mineralnych w hydrocharze, jak i z poprawą zdolności podłoża do zatrzymywania wody i kationów oraz dostarczaniem łatwo dostępnej materii organicznej mikroorganizmom glebowym.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzono w szklarni, z tego względu potrzebne są dalsze badania, aby sprawdzić, czy hydrochar działa równie skutecznie w uprawach polowych oraz w stosunku do innych gatunków roślin. Mimo to, można wnioskować, że łagodna karbonizacja hydrotermalna odpadów warzywnych może prowadzić do otrzymania materiału o właściwościach biostymulujących, a nie jedynie sposobu zagospodarowania odpadu. W tym przypadku kluczowe okazało się prowadzenie procesu w umiarkowanej temperaturze: HC180 łączył zdolność zatrzymywania wody, obecność składników odżywczych i wyraźny wpływ na wzrost roślin.

Źródło: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935126013654?via%3Dihub