Biogazownia rolnicza to „biologiczna elektrociepłownia” produkująca biogaz z organicznych „substratów”. W Polsce z roku na rok liczba biogazowi wzrasta. Aktualnie biogaz wytwarza 130 biogazowni rolniczych o łącznej mocy 125 MWe. Funkcjonowanie ich wiąże się z powstawaniem dużej ilości masy pofermentacyjnej, która może dochodzić do kilkudziesięciu tysięcy ton rocznie, w zależności od wielkości biogazowni. Zagospodarowanie jej w rolnictwie nasuwa wiele pytań: dlaczego poferment traktowany jest jako odpad? Dlaczego rolnicy obawiają się go i nie chcą go stosować jako nawóz w swoich gospodarstwach?

Co to poferment?

Poferment to pozostałość po produkcji biogazu z różnych surowców lub odpadów organicznych, takich jak:

  • nawozy naturalne (gnojowica, obornik, pomiot, gnojówka);
  • biomasa roślinna (np. kiszonka z kukurydzy, buraków cukrowych, traw, żyta);
  • produkty uboczne przemysłu rolno-spożywczego (np. wywar gorzelniany, pulpa ziemniaczana, serwatka, wysłodki, pozostałości warzyw i owoców).

Wśród typowo rolniczych substratów dominują gnojowica i kiszonka z kukurydzy. W mniejszej ilości wykorzystywany jest obornik, zielonki i kiszonki z traw. Spośród produktów ubocznych przemysłu największy udział mają: wywar gorzelniany, pozostałości warzyw i owoców, wysłodki, serwatka, pulpa ziemniaczana. Wyszczególnione substraty stanowią ponad 97% wszystkich produktów ubocznych przemysłu rolno-spożywczego, które są stosowane w biogazowniach. Należy zwrócić uwagę, iż wymienione produkty uboczne od lat stosowane są w rolnictwie jako pasze lub nawozy. Zatem ich użycie w biogazowni nie stwarza zagrożenia, jeśli poferment będzie używany w celach nawozowych. Jeśli do komory fermentacyjnej zostaną wprowadzone toksyczne związki chemiczne, mineralne czy też organiczne, dojdzie do zaburzenia biologicznego procesu rozkładu biogazu.

Właściwości nawozowe

Zgodnie z obowiązującym prawem substancja pofermentacyjna może być klasyfikowana jako odpad lub jako produkt uboczny – nawóz organiczny. Z punktu widzenia wartości nawozowej jest to cenny produkt. Aby masa pofermentacyjna została uznana jako nawóz, musi spełniać wymagania jakościowe zawarte w Ustawie z dnia 10 lipca 2007 r. o nawozach i nawożeniu oraz rozporządzeniu w sprawie wykonania niektórych przepisów tej ustawy. W dodatku musi uzyskać pozytywną opinię uprawnionych do badań jednostek, uzyskując certyfikaty jakościowe.

Właściwości nawozowe i skład chemiczny pulpy pofermentacyjnej jest ściśle związany z zastosowanymi w biogazowni substratami. Można stwierdzić, że powstały poferment jest bezpiecznym nawozem, jeśli w biogazowni używane są produkty organiczne pochodzenia rolniczego lub produkty uboczne przemysłu rolno-spożywczego. W skład pofermentu wchodzą:

  • mikroorganizmy przeprowadzające proces fermentacji metanowej;
  • nieprzefermentowane związki organiczne;
  • składniki mineralne (ilość porównywalna do zawartości substratów wprowadzonych wcześniej do biogazowni).

Różnice we właściwościach fizykochemicznych pomiędzy substratem, a pofermentem to:

  • wyższe pH (powyżej 7,0);
  • mniejsza zawartość suchej masy;
  • węższy stosunek C:N (szybszy rozkład w glebie);
  • większy udział składników pokarmowych w formach mineralnych (bezpośrednio dostępnych dla roślin – szybszy efekt nawozowy);
  • większy udział azotu amonowego (N-NH4+ ).

Poferment zawiera spory udział składników pokarmowych w formach mineralnych bezpośrednio dostępnych dla roślin. Obejmuje to m.in. związki azotu, gdzie forma amonowa (N-NH4+) stanowi nawet ok. 80% azotu ogólnego. Na azot ogólny składa się azot w związkach organicznych + azot amonowy (N-NH4+) + azot azotanowy (N-NO3). Wysoka zawartość formy amonowej w pofermencie wpływa na szybkie pobranie tej formy azotu przez rośliny i wbudowanie w związki organiczne, dzięki czemu szybko pojawia się efekt plonotwórczy. Również ta forma azotu podlega w glebie tzw. sorpcji wymiennej – przez co jest mniej podatna na wymywanie do wód i inicjację eutrofizacji w stosunku do formy azotanowej N-NO3 występującej np. w nawozach mineralnych. Należy jednak pamiętać, że wprowadzenie nadmiernej ilości jonów amonowych do gleby powoduje jej samozakwaszenie, w efekcie negatywnie oddziałując na rośliny. Forma amonowa (N-NH4+) w glebie podlega nitryfikacji, co prowadzi do pojawiania się formy azotanowej (N-NO3). Jeśli nitryfikacja zachodzi podczas okresu wegetacji roślin, można uznać ją za proces korzystny, ponieważ pojawiająca się w roztworze glebowym forma N-NO3 będzie szybko pobierana przez rośliny. Jeśli proces nitryfikacji zachodzi na polach bez okrywy roślinnej, prowadzi do strat azotu na drodze wymywania azotanów w głąb profilu glebowego. Negatywnym skutkiem nitryfikacji jest zakwaszanie się gleby w wyniku uwalniania kationów wodoru (H+) zakłócając równowagę składników mineralnych.

Rodzaj substratu użytego do produkcji biogazu oddziałuje na właściwości fizykochemiczne pofermentu. Jeśli wykorzystywane są substraty bogate w azot, fosfor, potas czy inne makro- lub mikroelementy, także poferment będzie zawierał większe ich ilości [Tabela 1 i 2].

Tabela 1. Skład pofermentu w zależności od rodzaju użytych substratów [Faustzahlen Biogas, KTBL, 2007].

Substraty Udział substratów (%) Zawartość suchej masy (%) Koncentracja składników w pofermencie (kg/m3 świeżej masy)
N ogólny N-NH4 P2O5 K2O
Kiszonka z kukurydzy (35% s.m.) 70 9 5,8 3,8 2,3 9,1
+ gnojowica bydlęca (8% s.m.) 30
Kiszonka z kukurydzy (35% s.m.) 40 6,3 5,5 3,6 2,6 5,2
+ gnojowica świńska (6% s.m.) 60
Kiszonka z kukurydzy (35% s.m.) 80 10,9 7 4,6 2,8 11,1
+ kiszonka GPS z żyta (29,4% s.m.) 20
Kiszonka z kukurydzy (35% s.m.) 85 10,5 7,5 4,9 3,6 10,1
+ gnojowica świńska (6% s.m.) 10
+ ziarno pszenicy (86,6% s.m.) 5
Kiszonka z kukurydzy (35% s.m.) 40 7,5 5,5 3,6 2,1 8,1
+ gnojowica bydlęca (8% s.m.) 55
+ kiszonka z traw (25% s.m.) 5
Gnojowica bydlęca (8% s.m.) 100 5,1 5 3,3 1,8 6,5

 

Tabela 2. Właściwości chemiczne pofermentu w zależności od rodzaju użytych substratów [Alburquerque i In., 2012].

Substraty Właściwości pofermentu
pH s.m. (g/l) Azot ogólny (g/l) N-NH4 P K
Gnojowica świńska z dodatkiem pozostałości rzepaku (9,6%) 7,82 43,9 3,6 2,9 1,1 3,1
Gnojowica świńska z dodatkiem pozostałości słonecznika (4,5%) 7,92 38,3 3,5 2,6 1,1 3,1
Gnojowica świńska z dodatkiem pozostałości kukurydzy (5,4%) 7,9 28,3 3,4 2,7 1,2 2,7
Gnojowica bydlęca z dodatkiem gnojówki bydlęcej (4,5%) i kiszonki z owsa i kukurydzy (11,6%) 7,5 31,4 4,0 2,4 0,8 3,1

 

Poferment stosowany jako nawóz organiczny pod względem właściwości fizycznych przypomina gnojowicę. Zawartość suchej masy i fosforu jest porównywalna jak w przypadku gnojowicy, natomiast azotu i potasu jest znacznie większa (jest to uzależnione od rodzaju stosowanych w biogazowni substratów). Różnice między tymi dwoma nawozami to emisja odorów, która jest mniejsza dla właściwie przefermentowanego pofermentu. Poferment po separacji także można porównać do typowych nawozów naturalnych. Frakcja ciekła ma podobne właściwości do gnojówki, natomiast frakcja stała – do obornika. W oborniku zawarta słoma ulega rozkładowi w glebie dłużej niż np. nierozłożona kiszonka z kukurydzy zawarta w pofermencie. Należy jednak pamiętać, że efekty nawozowe przez wolniej rozkładającą się materię utrzymują się przez około trzy lata [Tabela 3 i 4].

poferment
Fot. 1. Biogazownie rolnicze są wykorzystywane do wytwarzania metanu z biomasy pozyskiwanej z pól, a także do „utylizacji” bioodpadów. W zależności od wsadu, zależy wartość nawozowa nawozu.

Tabela 3. Skład chemiczny poszczególnych nawozów naturalnych i pofermentu [Szymańska, 2011].

Nawóz Sucha masa (%) Zawartość (g/kg świeżej masy)
N P2O5 K2O
Obornik 21-24 4,6-5,4 2,7-4,4 6,5-6,7
Gnojówka 3-5 1,2-3,5 0,1-0,2 2,8-8,0
Gnojowica 5-9,5 0,6-8,2 0,2-9,6 0,1-5,1
Poferment 4-7 3,0-5,0 1,0-1,5 3,5-5,5

 

Tabela 5. Uśredniony skład poszczególnych frakcji pofermentu z polskich biogazowni [Kowalczyk-Juśko i Szymańska, 2015].

Badana cecha Frakcja stała Frakcja ciekła
Zawartość suchej masy (s.m.%) 22-27 2,7-4,3
Zawartość suchej masy organicznej (s.m.o. %) 89-94,5 58-62
N ogólny (%) 0,4-0,8 0,29-0,75
N-NH4 (%) 0,08-0,52 0,28-0,38
P (%) 0,1-0,28 0,03-0,05
K (%) 0,12-0,69 0,5-0,62
Ca (%) 0,22-0,43 0,05-0,07
Mg (%) 0,06-0,17 0,01-0,02
Cd (mg/kg) 0,25-0,5 0,55-0,71
Cr (mg/kg) 1,15-4,55 4,52-6,73
Ni (mg/kg) 1,07-9,45 11,6-18,5
Pb (mg/kg) 0,5-2,16 4,12-6,01
Zn (mg/kg) 27,8-105,0 9,4-11,5
Cu (mg/kg) 7,9-27,9 1,5-1,74

 

Wykorzystanie pofermentu

Istnieje wiele metod wykorzystania osadu pofermentacyjnego. Każda z nich posiada zalety, jak i wady oraz ma zróżnicowany wpływ na środowisko naturalne. Sposoby zastosowania pofermentu dzielą się na: wykorzystanie rolnicze, utylizację termiczną oraz składowanie na składowisku odpadów.

Najważniejszym kierunkiem zagospodarowania pofermentu po uwzględnieniu właściwości fizykochemicznych powinno być wykorzystanie rolnicze. Biogazownia usytuowana na terenach wiejskich powinna odbierać od rolników produkty organiczne powstające w ich gospodarstwach takie jak nawozy naturalne. Tymczasem rolnicy, nie zapominając o żyzności swoich gleb, powinni odbierać z biogazowni powstający tam poferment i wykorzystywać go w celach nawozowych. Poferment jako nawóz organiczny można wykorzystać na kilka sposobów:

  • bezpośrednia aplikacja na grunty orne i użytki zielone;
  • separacja na poszczególne frakcję – aplikacja na pola;
  • kompostowanie i następnie aplikacja na pola itp.;
  • produkcja nawozów organicznych, organiczno-mineralanych, środków poprawiających właściwości gleby.

Wykorzystanie pofermentu jako nawozu w bezpośredniej aplikacji na użytki rolne jest najprostszym sposobem. Orientacyjne dawki dla pofermentu surowego wynoszą około 30 m3, dla stałego 30 t/ha, a dla płynnego (po separacji) około 50 m3. Należy stosować na grunty orne pod wszystkie rośliny uprawne (zboża, kukurydza, rzepak, rośliny pastewne i przemysłowe) w dawkach: pod oziminy 20-30m3/ha, pod rośliny jare 30-40 m3/ha. Termin aplikowania masy pofermentacyjnej oraz zalecenia nawozowe dotyczące ustalania dawek masy pofermentacyjnej są identyczne jak dla nawozów naturalnych:

  • stosowanie na polach od 1 marca do 30 listopada;
  • maksymalna dawka azotu 170 kg N/ha;
  • aplikowane równomiernie na całej powierzchni pola.

Zaleca się stosowanie przedsiewne, poprzez rozprowadzanie na polu za pomocą rozlewaczy wyposażonych w węże rozlewowe, płytki rozbryzgowe lub aplikatory doglebowe. Ważne jest przykrycie lub zmieszanie pofermentu z glebą, najlepiej bezpośrednio po rozprowadzeniu na polu lub nie dłużej jak następnego dnia. Wprowadzone składniki pokarmowe w postaci pofermentu należy zbilansować w planie nawozowym, a braki poszczególnych składników uzupełnić w postaci nawozów mineralnych.

Korzyści rolnicze i środowiskowe

Do najważniejszych korzyści wynikających ze stosowania pofermentu zaliczamy:

  • wpływ na zwiększenie plonów roślin nawożonych pofermentem, poprawiając wynik ekonomiczny prowadzonej działalności rolniczej;
  • zmniejszenie zapotrzebowania na nawozy mineralne, przekładające się na obniżone koszty produkcji roślinnej i jednocześnie zmniejszone nakłady ponoszone na produkcję roślinną prowadzoną w gospodarstwie;
  • poprawę jakości gleb przez:
    • zwiększenie ich zasobności w dostępne formy składników pokarmowych;
    • zwiększenie pojemności sorpcyjnej gleb;
    • poprawę struktury jonowej kompleksu sorpcyjnego polegającej na zmniejszeniu udziału kationów o charakterze kwaśnym (tj. wodoru i glinu) i zwiększeniu udziału kationów o charakterze zasadowym (tj. potasu, magnezu i wapnia);
    • zwiększenie zawartości materii organicznej – efekty te są szczególnie widoczne po regularnym stosowaniu pofermentu.

Do najważniejszych elementów środowiskowych związanych ze stosowaniem pofermentu zaliczamy:

  • ograniczenie emisji metanu związanej ze składowaniem i stosowaniem nawozów naturalnych;
  • możliwość ograniczenia emisji odorów związanej ze składowaniem i stosowaniem nawozów naturalnych;
  • stosowanie pofermentu to pewien rodzaj „odzysku” składników pokarmowych, takich jak azot, fosfor czy potas – pierwiastki te zostały wcześniej włączone do obiegu np. z nawozami w produkcji roślinnej i wykorzystywanymi paszami w produkcji zwierzęcej po procesie fermentacji, dzięki której wytworzono energię; poferment zawierający azot, fosfor czy potas wraca do gleby, zmniejszając zapotrzebowanie na nawozy mineralne;
  • zmniejszenie wydobycia fosforytów, soli potasowych, gazu ziemnego – ochrona zasobów kopalnych, zmniejszenie zużycia nawozów mineralnych, zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych, która jest związana z ich produkcją, zwłaszcza nawozów azotowych.

Stosowanie różnych form pofermentu w celach nawozowych zwiększa zawartość materii organicznej w glebach. Ma to ogromne znaczenie, zwłaszcza w polskim rolnictwie, które gospodaruje na glebach lekkich, ubogich w próchnicę. Aplikując do gleby przykładową dawkę 10 t/ha pofermentu o średniej zawartości suchej masy oraz tzw. suchej masy organicznej, wprowadzamy na 1 ha około 0,4 t m.o. (t m.o. – tona materii organicznej), frakcji stałej ok. 1,7 t m.o., frakcji ciekłej ok. 0,2 t m.o., kompostu ok. 2,6 t m.o., a granulatu z pofermentu ok. 7,5 t m.o. na 1 ha. Wartości te ukazują, że różne formy pofermentu są źródłem materii organicznej, w efekcie poprawiają jej bilans w zmianowaniu [Tabela 6].

Tabela 6. Ilość materii organicznej wprowadzana do gleby z teoretyczną dawką 10 t produktu na 1 ha [Kowalczyk-Juśko, Szymańska, 2015].

Produkt Zawartość suchej masy (%) Zawartość suchej masy organicznej (%) Ilość materii organicznej (t) wprowadzona na 1 ha z dawką 10 t produktu
Poferment 5,0 79,0 0,4
Frakcja stała 20,0 87,0 1,7
Frakcja ciekła 3,0 76,0 0,2
Kompost z pofermentu 33,0 78,0 2,6
Granulat z pofermentu 95,0 79,0 7,5

 

Podsumowanie

Odpowiedziami na postawione wcześniej pytania są nawozy naturalne, znane i stosowane są przez rolników od wielu lat, natomiast poferment jest produktem nowym, przez co właściwości nawozowe nie są jeszcze sprawdzone przez polskich gospodarzy. Zarówno tradycyjne nawozy naturalne (gnojowica, obornik i gnojówka), jak i różne formy pofermentu są cenne z punktu widzenia nawozowego. Rolnik podejmujący współpracę z biogazownią poprzez dostarczanie do niej surowców w postaci nawozów naturalnych produkowanych we własnym gospodarstwie powinien odbierać poferment i stosować go na pola, jako źródło materii organicznej i składników mineralnych. Szczególnie zainteresowane powinny być gospodarstwa nieprowadzące produkcji zwierzęcej. W takich miejscach często dochodzi do degradacji materii organicznej, poprzez brak jej wprowadzania w postaci nawozów naturalnych lub organicznych. Stosowanie pofermentu może poprawić bilans materii organicznej w glebie, a w konsekwencji korzystnie wpłynąć na żyzność gleby.

Rolniku, zostaw słomę na polu!

Skomentuj. Jesteśmy ciekawi Twojej opinii!