Biowęgiel – uwarunkowania prawne oraz przykłady zastosowań w rolnictwie i ochronie środowiska

Na początku należy nadmienić, że biowęgiel jako materiał używany w produkcji rolnej dalej jest przedmiotem badań naukowych i jego status nie jest jeszcze w Polsce uregulowany prawnie, nie jest też oficjalnie dopuszczonym środkiem do wprowadzania do gleby na terenie Unii Europejskiej. Proces legalizacji biowęgla, jako „produktu przeznaczonego do odżywiania roślin”- w myśl nowych regulacji prawnych UE, pozostaje dalej przedmiotem konsultacji i poprawek do oficjalnego Wniosku Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady określającego zasady udostępniania na rynku produktów nawozowych z oznakowaniem CE i zmieniającego rozporządzenia (WE) nr 1069/2009 i (WE) nr 1107/2009 (COM(2016)157/F1) z dnia 17 marca 2016 r., który stanowi projekt harmonizacji wspólnotowego prawa nawozowego. Wciąż trwają prace nad uwzględnieniem biowęgla w wykazie materiałów składowych (Załącznik 1 do proponowanego Rozporządzenia) oraz uzgodnieniem jego parametrów jakościowych (Załącznik 2). Jest to o tyle ważne, że naukowcy prowadzący badania nad biowęglem, wskazują na to, że może on zawierać toksyczne związki i zanieczyszczenia, których powstawanie jest rejestrowane podczas termicznej konwersji biomasy.

W drodze konsultacji tego projektu European Sustainable Phosphorous Platform (ESPP) zgłosiła Komisji Europejskiej propozycję delimitacji kryteriów jakościowych biowęgla w oparciu o zawartość węgla, pyłu respirabilnego, stosunek wodoru do węgla organicznego, metali ciężkich, mikroorganizmów patogennych, nasion, zanieczyszczeń makroskopowych, kamieni oraz polichlorowanych bifenyli (PCB), wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), jak również dioksyn i furanów. Także wiodące organizacje biowęglowe, tj. w Stanach Zjednoczonych International Biochar Initiative (IBI), a w Europie European Biochar Foundation oraz British Biochar Foundation opracowały własne standardy jakości dla biowęgla oraz wynikającą z tego certyfikację biowęgla (odpowiednio: IBI Biochar Standards, European Biochar Certificate oraz Biochar Quality Mandate). Jednak uczestnictwo w tych systemach jakości jest dobrowolne, z uwagi na to, że wytyczne te mają jedynie charakter zaleceń, a nie mają skutków prawnych w przestrzeniach legislacyjnych krajów UE; ponadto nie są spójne z regulacjami prawnymi w tych krajach. Oprócz wymienionych wiodących standardów, wymagania jakościowe dla biowęgla, stanowiące dodatkowo zalecenia dla Komisji Europejskiej w przygotowywaniu nowych regulacji prawnych w sektorze nawozowym, opracowano w wyniku realizacji projektu REFERTIL –

Reducing mineral fertilisers and chemicals use in agriculture by recycling treated organic waste as compost and biochar products (sfinansowanego w ramach 7. Programu Ramowego Komisji Europejskiej). Na tym polu działa również Europejska Agencja Chemikaliów (ang. European Chemicals Agency), która także pozostawia biowęgiel i jego skład w obrębie swego zainteresowania, pod kątem wpływu poszczególnych pierwiastków składowych na środowisko.

W Polsce badaniami nad wprowadzaniem do środowiska glebowego substancji polepszających właściwości gleb zajmuje się głównie Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznastwa –PIB w Puławach oraz Instytut Ogrodnictwa w Skierniewicach, a wykaz akredytowanych laboratoriów upoważnionych do wykonywania badań potwierdzających spełnianie przez nawozy oznaczone znakiem „NAWÓZ WE”  wymagań określonych dla tych nawozów wykazuje Załącznik do Obwieszczenia Ministra Gospodarki z dnia 28 kwietnia 2014 roku (M.P. 2014 poz. 357).

Tak więc, pozostawiając w tle uwarunkowania prawne i kwestie jeszcze nie do końca wyjaśnione, przyjrzyjmy się możliwościom wykorzystania biowęgla w sektorze rolnym, w ślad za badaniami naukowymi prowadzonymi w tej dziedzinie.

Doniesienia naukowe wskazują, że dla celów rolniczych, najodpowiedniejsze są te biowęgle, które charakteryzują się wysoką zawartością węgla w formie stabilnej, zawartością składników odżywczych, popiołu oraz właściwościami sorpcyjnymi co do związków nieorganicznych i organicznych, a także wysoką retencją wody, rozbudowaną powierzchnią właściwą, porowatością. Ważny jest również rozmiar cząstek i gęstość nasypowa. Im ona jest większa tym lepszej jakości jest biowęgiel, gdyż wprowadza do środowiska (np. gleby pola uprawnego) więcej pierwiastków w formie jonowej, które zasilają ogólną pulę substancji pokarmowych dostępnych dla organizmów żywych.

Warto zaznaczyć, że w czasie pirolizy (procesu otrzymywania biowęgla, jako frakcji stałej produktów spalania) kluczowe pierwiastki śladowe (ponad 50 metali) zespalają się ze strukturą węgla i następnie po wprowadzeniu do gleby są dostępne dla roślin dzięki wydzielinom korzeniowym i symbiozie z mikroorganizmami. Niektóre z tych substancji stymulują system odpornościowy roślin i wzmacniają ich reakcje na patogeny (zwłaszcza przy temperaturze pirolizy w przedziale 350 – 450°C). Możliwe jest również zastosowanie go do produkcji nawozów organicznych, bazujących na ziarnach biowęgla, poprzez zmieszanie go z organicznymi odpadkami (drewno, melasa, popiół, wytłoczyny z jabłek), takie połączenia zapobiegają ługowaniu składników pokarmowych z gleby, co jest wadą nawozów konwencjonalnych. Biowęgiel, jak stwierdzili Steiner i in., może być stosowany także jako materiał strukturotwórczy przy kompostowaniu odpadów bogatych w azot, co wykazali w swoich badaniach kompostując obornik ptasi z dodatkiem biowęgla. Odnotowali oni przyspieszenie procesów biodegradacji i ograniczenie emisji amoniaku o 64%.

Biowęgiel badany jest także pod kątem dodawania go jako składnik ściółek, kiszonek, jako dodatek do pasz, a także jako element wprowadzany do kompostowanych odchodów zwierzęcych. Z badań niemieckich naukowców, które trwały od 4 do 6 tygodni, wynika, że w specyficznych kombinacjach z kwasem huminowym i sokiem z kiszonej kapusty wpływa na zredukowanie: zaburzeń ruchu i płodności, zapaleń pęcherza moczowego, viscious salivas (lepkiej śliny) oraz biegunki. Wykazano również, że w/w mieszanka wpływa pozytywnie na poziom przeciwciał swoistych przeciw C. botulinum, jak również przeciw związanym z nią neurotoksynom. Sytuacja taka ma miejsce, gdy w przewodzie pokarmowym bydła, na wskutek działania glifosatu z pasz zawierających tą substancję, dochodzi do dysbakteriozy. Taka suplementacja wykazuje ponadto działanie toniczne dla bydła.

Co ciekawe, niektóre biowegle absorbują także etylen z żywności, który przyśpiesza starzenie się owoców i warzyw, a opakowania żywnościowe z dodatkiem biowęgla zachowują dłuższą datę ważności produktów spożywczych. Jest także używany do wytwarzania papieru i wszelkich jego pochodnych (np. doniczek biodegradowalnych, odzieży chirurgicznej i przeciwpotnej, biodegradowalnych worków na odpady organiczne z kuchni, z ogrodu, a także taśm nasiennych, kiełkowników taśmowych czy kubków do gorących napojów. Widać więc, że potencjał wykorzystania biowęgla jest szeroki, a możliwości jego zastosowania nadal są szeroko testowane przez naukowców z całego świata.

Pierwszą instalacją do produkcji biowęgla w Polsce (a zarazem pierwszym produktem biowęgla na rynku polskim) jest instalacja w Sędziszowie przedsiębiorstwa FLUID S.A., a jej technologia wypracowana została przez zespół naukowców pod kierownictwem prof. Zbigniewa Bisa w Katedrze Inżynierii Energii Politechniki Częstochowskiej. Ostatnio zostało wydane także obszerne opracowanie badań własnych FLUID S.A. pod nazwą: „BIOWĘGIEL – szansą dla zrównoważonego rozwoju”.

Z działań na rynku polskim można wymienić jeszcze np. instalację do pirolizy pierza firmy „Indykpol” z Olsztyna, która likwiduje kłopotliwy odpad oraz ogrzewa zakład. Projektowane jest wytwarzanie energii elektrycznej.

Biowęgiel wpisując się w strategię „zielonej energii” jest wykorzystywany także w elektronice, jako półprzewodnik i element baterii. Przykładem może być biowęgiel z bambusa, który w badaniach naukowych z powodzeniem był wykorzystany do produkcji porowatych węglo-siarkowych nanoelementów jako katoda w bateriach litowo-siarkowych. Swoje zastosowanie znajduje także w odkażaniu gleb zdegradowanych poprzez działalność górniczą, wojskową czy występującą pod obecnymi (bądź byłymi) składowiskami odpadów.

Są to tylko niektóre z możliwości wykorzystania biowęgla w rolnictwie i ochronie środowiska. Przed badaczami rysują się coraz to nowe możliwości zagospodarowania tego materiału. Po wyjaśnieniu kwestii spornych dotyczących przede wszystkim bezpieczeństwa wprowadzenia biowęgla do gleb (jego standardów jakościowych oraz zbadania konsekwencji zalegania w środowisku glebowym w długim okresie), jego obecność może stać się codziennością rolnika gospodarującego w swoim gospodarstwie w sposób zrównoważony.

1. ^{Gerlach H., Schmidt HP. (2014) Biochar in poultry farming, the Biochar Journal 2014, Arbaz, Switzerland. ISSN 2297-1114}
2. ^{Gerlach H, Gerlach A, Schrödl W, Schottdorf B, Haufe S et al. (2014) Oral Application of Charcoal and Humic acids to Dairy Cows Influences Clostridium botulinum Blood Serum Antibody Level and Glyphosate Excretion in Urine. J Clin Toxicol 4:186. DOI: 10.4172/2161-0495.1000186}
3. ^{Gu X., Wang Y., Lai C., Qiu J., Li S., Hou Y., Martens W., Mahmood N., Zhang S. (2014) Microporous bamboo biochar for lithum-Sulfur battery, Nano Research, DOI 10.1007/s12274-014-0601-1}
4. ^{Malińska K., Dach J. (2014) Możliwości wykorzystania biowęgla w procesie kompostowania, DOI: 10.12912/2081139X.03}
5. ^{Malińska K., Miełgieś K. (2016) Aktualne wymagania jakościowe i prawne dla biowęgla jako nawozu i polepszacza gleby, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, nr 26, s.82-95}
6. ^{Schmidt HP., Wilson K. (2014) The 55 uses of biochar, the Biochar Journal 2014, Arbaz, Switzerland, ISSN 2297-1114.}
7. ^{Steiner C., Das K.C., Melear N., Lakly D. (2010) Reducing Nitrogen Loss during Poultry Litter Composting Using Biochar, DOI:10.2134/jeq2009.0337}
8. ^{Wniosek Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady określające zasady udostępniania na rynku produktów nawozowych z oznakowaniem CE i zmieniające rozporządzenia (WE) nr 1069/2009 i (WE) nr 1107/2009 (COM(2016)157/F1) z dnia 17 marca 2016 r., dokument wraz z aktualnymi poprawkami dostępny na: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CONSIL:ST_13610_2017_INIT&qid=1516015178896&from=PL}