Ученые повысят полезные свойства биоугля

Вполне может быть, что команде ученых из Университета штата Айова (США) удалось найти удобрение, способное питать растения при одновременной защите качества воды. Изначально исследователи пытались усовершенствовать биоуголь — твердый пористый побочный продукт, возникающий при сжигании стеблей кукурузы и другой биомассы при производстве бионефти в процессе, известном как пиролиз.

«Мы изучили невероятную способность биоугля накапливать углерод. Однажды биоуголь может стоить 200 долл. за тонну за свою способность поглощать углекислоту из атмосферы, однако сегодня его цена лишь порядка 40 долл. за 1 тонну», рассказал Роберт Браун, директор Института биоэкономики штата Айова.

Так как же можно улучшить этот черный порошок, сделав пиролиз еще более экономически привлекательной технологией биотоплива? Возможно, биоуголь можно будет смешивать с биомассой для улучшения качества биогаза в процессе анаэробного разложения? Или, быть может, он поможет контролировать неприятный запах на животноводческих фермах? Или, наконец, биоуголь может быть смешан с компостированным навозом и волокнистыми остатками анаэробного разложения для создания удобрений?

Команда ученых, возглавляемая Робертом Брауном, выиграла двухлетний грант на 1,4 млн. долл. на разработку эффективных способов применения биоугля. Грант был предоставлен министерствами сельского хозяйства и энергетики США в рамках программы Biomass Research and Development Initiative.

Биоуголь как губка

Еще одним видным ученым в команде стал Сантану Бакши, который ранее изучал способность биоугля снижать токсичность меди в почвах цитрусовых садов в штате Флорида. В другом проекте Бакши показал эффективность биоугля по удалению мышьяка из питьевой воды. Во время своих опытов ученый обнаружил, что биоуголь, производимый из биомассы, протравленной сульфатом железа, может впитывать в 12 рз больше фосфатов, чем биоуголь из обычной биомассы.

Предварительная обработка сульфатом железа, разработанная в штате Айова, была разработана для увеличения выхода сахара в результате пиролиза древесной и травяной биомассы. Как и крахмал из кукурузы, этот сахар можно ферментировать для производства биотоплива. Однако протравка сульфатом железа открыла и еще одно важное обстоятельство. Дело в том, что поверхность биоугля как правило отрицательно заряжена, равно как и фосфата — аниона, имеющего больше отрицательно заряженных электронов, нежели положительно заряженных протонов. Это, в свою очередь, означает взаимное отталкивание биоугля от фосфатов. Однако биоуголь, полученный из протравленной сульфатом железа биомассы, имеет несколько иную поверхность, способную притягивать анионы.

Во время лабораторных опытов Сантану Бакши обнаружил, что 1 кг биоугля с сульфатом железа поглощает 48 тыс. мг фосфата, в то время как 1кг обычного биоугля способен впитать лишь 4 тыс. мг фосфатов.

Таким образом, биоуголь может быть смешан с навозом для абсорбирования фосфора, а впоследствии добавлен в поля в качестве удобрения, что поможет улучить повторное использование этого химического элемента в почве. Примечательно, что в отличие от традиционных удобрений, внесение нутриентов в землю с помощью биоугля поможет минимизировать проблему вымывания химических элементов в водоемы, а значит, позволит снизить урон окружающей среде.

«Фосфат, абсорбированный в биоугле, может питать растения необходимым фосфором. Однако меньшая растворимость биоугля в воде по сравнению с традиционными удобрениями означает, что больше фосфора останется в почве во время ливней», — объясняет ученый.

В будущем ученые намерены исследовать возможность биоугля взаимодействовать с нитратами, а также тесты в теплицах на горшочных растениях с последующим переходом на испытания в полях.