Biochar z lokálních bioodpadů: Charakterizace, půdní aplikace a vliv na biodostupnost prvků

Ing. Zdeňka KWOCZYNSKI

Doctoral thesis

Biochar from local biowaste: Characterization, soil application and effect on bioavaibility of elements

Abstract:

Pyrolýza biomasy je moderním způsobem recyklace a zhodnocení bioodpadu, při kterém vznikají produkty s přidanou hodnotou. Vznikající pevný zbytek, nazývaný biochar, lze využít různými způsoby, konkrétně v této práci byla zkoumána jeho půdní aplikace. Zužitkování biocharu jako půdního doplňku je v souladu s principy udržitelného zemědělství a oběhového hospodářství, navíc také přináší snížení potřeby průmyslově vyráběných hnojiv a vede k navrácení spotřebovaných živin zpět do půdy. Předložená práce se zabývá produkcí biocharu z lokálních bioodpadů, jeho charakterizací a především vlivem jeho půdní aplikace na obsah biodostupných prvků v zemině. Tento hlavní cíl byl rozdělen do čtyřech dílčích cílů, které na sebe vzájemně navazovaly a kterým odpovídají čtyři přiložené publikace. Prvním dílčím cílem byla charakterizace bioodpadů vznikajících na území České republiky (bioodpad vznikající při výrobě mouky, oleje, vína, piva, cukru a zpracování dřeva) jakožto potencionální vhodné lokální suroviny pro výrobu biocharu. Druhým dílčím cílem bylo nastavení vhodných pyrolyzních podmínek pro výrobu biocharu tak, aby měl co nejvhodnější vlastnosti a složení a zároveň bylo dosaženo vysokého výtěžku při jeho výrobě. Třetím dílčím cílem byla detailní analýza vyrobených biocharů a posouzení na základě získaných výsledků, který z testovaných typů biocharu má nejvhodnější složení a vlastnosti, aby mohl být použitý jako půdní doplněk. Čtvrtým dílčím cílem byla půdní aplikace zvoleného biocharu a ověření jeho předpokládaného pozitivního vlivu na rostliny a půdu. Při půdních analýzách byl kladen důraz na zhodnocení vlivu přídavku biocharu na koncentraci biodostupné frakce prvků v zemině, jelikož analýza celkových obsahů prvků neposkytuje dostatečné výsledky. Cíle disertační práce se podařilo splnit. Byl připraven biochar z lokálně produkovaného bioodpadu (řepný šrot po extrakci hexanem), který byl detailně charakterizován (složení, vlastnosti a analýza povrchu) a následně aplikován jako půdní doplněk. Byl potvrzen jeho pozitivní vliv na složení a vlastnosti půdy. Po jeho aplikaci došlo k mnohonásobně vyšší výtěžnosti sklizené biomasy, která přímo korelovala s nárůstem biodostupné frakce draslíku.

Abstract:

The pyrolysis of biomass is a modern process for the recycling and valorization of bio-waste. The process produces a solid residue, known as biochar, which has various applications. This study focuses on investigating the use of biochar as a soil amendment. The use of biochar as a soil amendment is in line with the principles of sustainable agriculture and circular economy, in addition it leads to reducing the need for industrially produced fertilizers and returning consumed nutrients to the soil. The presented work focuses on producing biochar from local bio-waste, its characterization, and examining the impact of its soil application on the soil's bioavailable element content. The main goal was divided into four interconnected sub-goals, which correspond to the four attached publications. The first goal was to characterize the bio-waste generated on the territory of the Czech Republic (bio-waste from the production of flour, oil, wine, beer, sugar and wood processing) as a potentially suitable local raw material for the production of biochar. The second goal was to determine the appropriate pyrolysis conditions for the production of biochar in order to achieve the most suitable properties and composition of biochar, as well as a high yield during its production. The third objective was to thoroughly analyze the biochar produced and, based on the results, to assess which of the tested types of biochar has the most suitable composition and properties to be used as a soil amendment. The fourth sub-goal involved applying the selected biochar to the soil and verifying its expected positive impact on plants and soil. The soil analyses focused on evaluating the effect of biochar addition on the concentration of the bioavailable fraction of elements in the soil, since the analysis of the total content of elements does not provide sufficient results. The aims of the PhD thesis has been achieved. Biochar was prepared from locally produced bio-waste (rapeseed meal after hexane extraction), which was characterized in detail (composition, properties and surface analysis) and subsequently applied as a soil amendment. Its positive effect on soil composition and properties was confirmed. After its application, the yield of the harvested biomass was several times higher, directly correlated with the increased bioavailable potassium fraction in the soil.

Keywords

Biochar, odpadní biomasa, pyrolýza, půdní doplněk, biodostupné prvky, znovuvyužití odpadu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Pavel Janoš, CSc., prof. Ing. Pavel Janoš, CSc.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Environment

Doctoral programme / field:
Ecology and environmental protection / Environmental analytical chemistry