K+F Pályázatok → HU09-0029-A1-2013: Talajoltóanyag és bioszén kombinált alkalmazása leromlott talajokra

Norway+Grants.jpg

Talajoltóanyag és bioszén kombinált alkalmazása leromlott talajokra

Projekt azonosító: HU09-0029-A1-2013

Projekt időtartama: 2014.07.01. - 2016.04.30.

Kedvezményezett megnevezése:

BioFil Mikrobiológiai, Géntechnológiai és Biokémiai Kft.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont
Norvég Mezőgazdasági és Környezetvédelmi Intézet

Támogatás összege: 193.665.999,-Ft

Nyitó rendezvény Budapesten: Terra Preta Opening Workshop Invitation.pdf

Oktató Workshop Norvégiában: Terra Preta Training Workshop Invitation.pdf

 

A fejlesztés célja:

A bioszén alkalmazása leromlott talajok javítására.

Fejlesztési feladatok:

A bioszén-alapú termékek alkalmazási technológiájának kifejlesztése. Ennek lépései: bioszén-leltár és elő kísérletek alapján kiválasztani az alkalmas bioszeneket, kimérni az optimális technológiai paramétereket, ezt adaptálni szabadföldre és tesztelni kisparcellás (20–100 m2) kísérletekben, végül demonstrálni a kifejlesztett innovatív technológiát, nagy parcellákon (400 m2). A technológia-demonstrációra célszerűen kialakított monitoring-módszeregyüttessel kapott adatok alapján verifikálni az alkalmazott technológiát és a felhasznált új termékeket. Befejezésül a verifikált termékek és technológiák iparjogi védelme és piacra juttatása.

A megcélzott fejlesztések indoklása:

A bioszénnek, vagyis a hulladékok/melléktermékek szénné konvertált formájának hasznosítása előfeltétel ahhoz, hogy a pirolízis teret hódíthasson. Pirolízis alkalmazása esetén a bioszénből – az energia termelése mellett – olyan hasznok realizálhatóak, melyekkel a pirolízis behozhatatlan környezeti, gazdasági és társadalmi előnyökre tehet szert a többi energiatermelési technológiával szemben; ilyenek a talajjavító szerként és szilárd talajoltó-anyag hordozóanyagaként történő hasznosítás. Ezek a környezeti és társadalmi-gazdasági hasznok messze túlkompenzálhatják a technológiai szempontból jelenleg mutatkozó hátrányokat, melyek a jól bevált és rutinszerűen gyakorolt energiatermelő technológiákkal összehasonlítva esetleg felléphetnek.

A Magyarországon előforduló homoktalajok egyértelműen a leromlott, javítandó talajok közé tartoznak. Javításuk – a jelenlegi mezőgazdasági, illetve környezetvédelmi gyakorlat alapján – hosszútávon, jó hatásfokkal nem érhető el, nem várható, így folyamatosan romlanak. A bioszénnel történő textúra javítás, szerkezetstabilizálás ezen talajok tápanyag- és vízmegkötését hosszútávon is normalizálhatja. Összesen 1.4 millió hektár olyan talaj van Magyarországon, mely erózióra, deflációra hajlamos előnytelen textúra, leromlott szerkezet, szervesanyag- és tápanyaghiány, valamint savanyodás miatt. Ezek a veszélyeztetett talajok folyamatos javításra, hosszútávú minőség-fenntartásra szorulnak. Ezt az ősi amazonasi „terra preta”, a máig is jó minőségű, termékeny mesterséges talaj és a modernkori kutatások egyaránt alátámasztják.

A tervezett fejlesztés a teljes innovációs láncot lefedi az ötlettől a termékek és az alkalmazási technológiák kifejlesztésén és első szabadföldi demonstrációján át, a hatékonyság bizonyításáig (verifikáció), illetve a termék piacra juttatásáig.

Megcélzott eredmények:

A pirolízis (mellék)termékeként keletkező bioszén innovatív felhasználásainak demonstrálása és a kifejlesztett termékek és technológiák jóságának alátámasztása (verifikálása). Homoktalajok javítására alkalmas bioszenek szelekciója és az alkalmazási technológia kidolgozása. Know-how kidolgozása. A bioszenek környezeti technológiákban történő felhasználásának demonstrálása, a demonstrált technológiák verifikálása, a verifikált termékek és technológiák elterjesztése, piacra juttatása, iparjogi védelme.

 

TERRA PRETA” HU09-0029-A1-2013 - ÖSSZEFOGLALÓ

 

A Norvég Alap és az NFFKÜ által, a 2009–2014 Norvég Finanszírozási Mechanizmus Zöld Ipari Innováció Program keretében támogatott „TERRA PRETA” HU09-0029-A1-2013 kutatás-fejlesztési projekt, "Talajoltóanyag és bioszén kombinált alkalmazása leromlott talajokra" címmel, a 2014.07.01–2016.10.31 közötti időszakban, a bioszén talajjavításra történő alkalmazásának fejlesztését tűzte ki célul, elsősorban savanyú homoktalajok javítására, talajadalékként, valamint termésnövelő mikrobiális talajoltóanyag hordozójaként.

A „Terra Preta” projekt konzorcium tagjai: a BioFil Mikrobiológiai, Géntechnológiai és Biokémiai Kft., a  Norvég Biogazdasági Kutatóintézet (NIBIO), a Budapesti, Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék (BME ABÉT), valamint a Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont Talajtani és Agrokémiai Intézet (MTA ATK TAKI).

 

A Terra Preta Projekt legfőbb célja volt az ipari és mezőgazdasági hulladékok pirolízisével előállított bioszén innovatív felhasználásának demonstrálása, valamint a kifejlesztett technológia hatékonyságának alátámasztása. A projekt Magyarország kedvezőtlen adottságú talajai közül a könnyű mechanikai összetételű és a savanyú talajok javítását tűzte ki célul, a termőképesség növelése mellett. A hulladékok alkalmazását kedvezőtlen adottságú és szennyezett talajok javítására a BME valamint az MTA ATK Talajtani és Agrokémiai Intézete évek óta vizsgálja és szorgalmazza. Ennek a kezdeményezésnek egy környezethatékony és kiugróan jó fenntarthatósági mutatókkal jellemezhető megoldása a bioszén talajra alkalmazása.

 

A kísérleti fejlesztést megelőzően és azzal párhuzamosan, kiterjedt információgyűjtés és értékelés folyt a bioszenekről, eredettől, alapanyagtól, pirolízis-technológiától függően. Áttekintettük a bioszenek főbb fizikai, kémiai, biológiai és környezettoxikológiai jellemzőit. Értékeltük a bioszén talajfunkciók szempontjából jelentős minőségi paramétereit, elsősorban a felületi jellemzőket és a kémiai összetételt. Esettanulmányok feldolgozásán keresztül rendszereztük a talajjavítást célzó alkalmazások tapasztalatait. Feltérképeztük a talajoltóanyagnak alkalmas mikroorganizmusok hatásmechanizmusait és a talajoltóanyagok fejlesztési lehetőségeit. Összegeztük a bioszenek hatásait a talaj fizikai tulajdonságaira, hő-, víz- és szénforgalmára, valamint ezek modellezési és monitorozási lehetőségeit. Kidolgoztuk a „Bioszén tudásbázis” input felületét képező bioszén adatlapot és az áttekintett és rendszerezett információkat közzétettük a tudásbázisban.

Szakirodalmi adatok alapján a bioszén talajra alkalmazása, egy környezethatékony és jó fenntarthatósági mutatókkal jellemezhető megoldás kedvezőtlen adottságú és szennyezett talajok javítására. A bioszén stabil széntartalmán kívül, mely a talaj mechanikai, geobiokémiai és élőhely funkciójára egyaránt pozitívan hat, nagy biológiailag hozzáférhető elemfrakcióval rendelkezik, mely a talaj (műtrágyákkal kiegyensúlyozatlanul helyettesített) makro-, mezo- és mikroelemek pótlását szolgálja.

Ugyanakkor a bioszénnel együtt alkalmazott mikrobiális oltóanyagoknak jobb életfeltételeket biztosít a bioszén, az eredmények alapján határozott szinergenciát tapasztaltunk egyes esetekben.

 

A Terra Preta Projektben a bioszenes talajjavítás kifejlesztése a teljes innovációs láncot lefedte, az ötlettől a  bioszenek alapos jellemzésétől, a léptéknövelt kísérleteken keresztül az első szabadföldi demonstrációig és az alkalmazott technológia jóságának komplex bizonyításáig (verifikáció).

Az első fázisban húsz különböző eredetű és eltérő pirolízis technikával előállított bioszén termék – fizikai-kémiai, biológiai és ökotoxikológiai módszereket magában foglaló – integrált metodikával történő vizsgálatára és jellemzésére került sor. Az általunk kidolgozott multikritériumos előszűrő metodika alapján rangsoroltuk a tesztelt bioszeneket a további technológiai kísérletekhez történő kiválasztásra.

Ennek alapján a kiválasztott bioszenek (gabonahéj és papírgyártási szennyvíziszap alapanyagú (A1), fanyesedék alapanyagú (B1), valamint utókezelt gabonahéj és papírgyártási szennyvíziszap alapanyagú (A2) termékek) hatását vizsgáltuk komposzt és NPK forrás különböző kombinációival mikrokozmosz kísérletekben savanyú homoktalajon, valamint tenyészedényes kísérletekben, savanyú és karbonátos homoktalajon.

A mikrokozmosz kísérletek rámutattak arra, hogy rövidtávon, a gabona maghéj és papírgyártási szennyvíziszapból előállított bioszén a legkedvezőbb hatású a savanyú homokos talajra: a pH 1 egységnyit nőtt, a víztartó képesség 30%-os, a felvehető foszfor- 1,7-szeres, a káliumtartalom pedig kétszeres növekedést mutatott. Szignifikáns növekedést eredményezett a bioszén bekeverés a talajlakó mikroorganizmusok koncentrációjában, és ami a legfontosabb, semmiféle toxikus hatást nem mértek a tesztorganizmusként alkalmazott érzékeny baktérium-, növény- és állatfajokra. A talaj élőhely funkciója egyértelműen javult: az ugróvillás Collembolákat alkalmazó teszt és a növénytesztek is 20-40%-os serkentő hatást mutattak.

A bioszén, szennyvíziszap komposzt és mikrobiális oltóanyag különböző kombinációinak hatását tenyészedény kísérletekben is tanulmányoztuk két modelltalaj (nyírlugosi savanyú homoktalaj és őrbottyáni enyhén bázikus homoktalaj) talajkémiai és talajbiológiai mutatóira. A kísérletek során követtük a bioszén, az oltóanyag, a bioszénre oltott oltóanyag, a bioszén melletti oltóanyag és a komposzt hatását különböző kombinációkban a talaj pH értékére, humusztartalmára, tápanyagtartalmára, és biológiai aktivitására, továbbá mértük a megtermelt biomassza mennyiségét és minőségét. Javulást mutatott mindkét talaj a kezelések hatására.  A legjobb eredményeket a 2%-ban alkalmazott bioszén, a 10 kg/ha oltóanyaggal és 5 t/ha komposzttal együttes alkalmazása adta, de már 1%-nyi bioszén is eredményesnek bizonyult.

A szabadföldi alkalmazást megelőző mikrokozmosz és tenyészedény kísérletek jól szimulálták a szabadföldi körülményeket, így az eredmények alapján kiválaszthatóak voltak az alkalmas bioszenek, oltóanyagok, a kettő kombinációja és tervezhetőek a szabadföldi kísérleti paraméterek. A fizikai-kémiai hatások vizsgálata mellett különös figyelem irányult a talajra, mint élőhelyre.

A bioszén arbuszkuláris mikorrhiza gomba, valamint a gomba–gazdanövény rendszer működésére gyakorolt hatását is kutattuk savanyú homoktalajon 60 napos talajinkubációs kísérletben, növekvő mennyiségű bioszénnel (0; 0,5; 1,0; 1,5%). Az eredmények alapján a növekedési paraméterek közül a szárvastagság reagált a legérzékenyebben a bioszénre, pozitív hatása az 1,0 és 1,5%-os kezeléseknél volt jelentős a kontroll növényekhez képest. A bioszén csökkentette a szárazságstressz növénynövekedésre gyakorolt kedvezőtlen hatását, növelte a tesztnövények gyökérkolonizációját. Kiugróan nagy kolonizációs értékeket mutatottak mind a mesterségesen szárazságstresszelt, mind az optimális vízkezelésű egyedek, 1,5%-os bioszén alkalmazás mellett.

A bioszén és mikrobiális oltóanyag kezelések különböző kombinációinak jótékony hatását homoktalajokon szabadföldi kisparcellás kísérletekben is demonstráltuk. A bioszén növelte a savanyú talaj pH értékét és szervesanyag tartalmát. A bioszén tápanyag tartalmánál fogva javította a talaj tápanyagszolgáltató-képességét, savanyú talajon elősegítette a nitrifikációs folyamatokat. Fokozta a talajélet intenzitását és a mikrobiális biomassza mennyiségét. A kukorica termésére a bioszénnel együtt alkalmazott oltóanyagot használó kezelés volt a legjobb hatással savanyú homoktalajon, több mint tízszeres szemtermés növekedést mértünk.

A projekt keretében kidolgoztuk a bioszenet alkalmazó talajjavító technológiák jóságának, hatékonyságának mérésére szolgáló technológiaverifikáció elvét és területeit, így a technológiai, környezeti, gazdasági, társadalmi és kulturális szempontok szerinti hatékonyság mérését, számszerűsítését. A teljes körű verifikációs metodikában, a bioszenek leromlott talajokra történő alkalmazásának verifikációjához kidolgozott multikritériumos analízisben (MCA) elhelyeztük az átfogó értékelés során kapott mérési eredményeinket. A holisztikus szemléletű környezetmenedzsment követelményének megfelelően komplex értékelést végeztünk a különféle területek hatékonysági mutatóinak aggregálásával.

 

Bár a talaj hosszú időn keresztül képes kompenzálni a romlásból adódó károkat, de mára kimerült a talajok puffer-kapacitása, mely óriási kockázatot jelent mind az emberi mind az ökoszisztéma egészségre. A bioszenes talajkezelés, a hulladékok hatékony hasznosításával, biológiai újrahasználatával összekötve képes mind a talajok szervesanyag tartalmát, mind pedig biodiverzitását javítani.

Kapcsolat