Из-за строгих экологических норм фермерам запрещено вносить весь навоз на свои земли. В то же время они используют синтетические удобрения, чтобы обеспечить свои культуры необходимыми питательными веществами. Результат — рост объёма навоза и потеря ценных питательных веществ.
Доктор философии Маррит ван дер Вал работает над круговым решением: методом отделения азота и калия из навоза для их повторного использования.
«Я из Фрисландии, мой отец работает торговцем кормами для скота, и многие мои друзья и знакомые — фермеры. Поэтому я хорошо знакома с проблемами, с которыми они сталкиваются», — объясняет Ван дер Вал. Когда она прочитала описание проекта, то не колебалась ни секунды. «Я даже переехала на юг страны ради этого».
С самого начала её цель была ясна: благодаря своему научному исследованию она хочет внести реальный вклад в решение текущих проблем в сельскохозяйственном секторе.
По её словам, фермерам сейчас нелегко. «Они сталкиваются с несколькими серьёзными проблемами, и навоз — одна из них». Навоз содержит важные питательные вещества, такие как азот (N), фосфат (P) и калий (K). Эти вещества необходимы для роста растений. Но избыток навоза может нанести вред окружающей среде.
«Когда вносится больше навоза, чем могут поглотить культуры, азот и фосфат попадают в грунтовые воды и поверхностные воды», — объясняет Ван дер Вал. Это приводит к росту водорослей в канавах и озёрах, что приводит к удушению рыб и других водных обитателей. Кроме того, из необработанного навоза выделяется аммиак, что также способствует загрязнению окружающей среды.
Чтобы уменьшить эти экологические последствия, фермеры должны соблюдать строгие правила, ограничивающие количество азота и фосфата из навоза, которое они могут использовать на своих землях.
В Нидерландах, где относительно большое количество животных содержится на относительно небольшой площади сельскохозяйственных угодий, это быстро приводит к избытку навоза, который фермерам запрещено использовать. Избыточный навоз необходимо вывозить или перерабатывать, часто за дополнительную плату.
Поскольку фермеры не могут использовать весь свой навоз, их культуры не получают достаточно азота или калия, поэтому они компенсируют это синтетическими удобрениями. Они обычно производятся с помощью энергоёмкого процесса Габера-Боша, который выделяет большое количество CO₂ и вызывает дополнительную нагрузку на окружающую среду.
Это приводит к парадоксу: навоз, полный ценных питательных веществ, должен быть утилизирован или обработан за плату, в то время как для повторного внесения этих же питательных веществ закупаются загрязняющие окружающую среду удобрения. «Это довольно жёстко и такая трата», — говорит Ван дер Вал.
«Весь процесс внесения удобрений стал очень сложным», — продолжает она. Количество навоза, которое фермеры могут вносить, и количество синтетических удобрений, которые им разрешено добавлять, зависит от типа почвы, погоды, культур, окружающих водных систем и многих других факторов.
«Очень сложно согласовать все эти переменные. Почти нужно иметь учёную степень, чтобы всё это понять и сделать правильно», — говорит она с улыбкой.
Чтобы разорвать этот порочный круг, исследователи изучают способы более эффективного использования навоза. «Что, если бы мы могли перерабатывать навоз таким образом, чтобы извлекать азот?» Обработанный продукт больше не классифицируется как навоз, а как так называемый РЕНУР — восстановленный азот из навоза.
Это регулируется развивающимися европейскими нормами, которые определяют, сколько синтетического азота можно заменить на РЕНУР. «Вы не можете полностью заменить синтетические удобрения, но использование РЕНУРА — важный шаг к более циркулярному и экологически чистому сельскому хозяйству».
Исследование Ван дер Вал сосредоточено на отделении азота и калия из навоза, делая их доступными в концентрированной форме, чтобы их можно было более точно вносить в поля.
Она использует мембранную технологию — метод разделения, при котором мембрана действует как фильтр, пропуская одни вещества и блокируя другие. Существуют разные типы мембранных технологий, и Ван дер Вал сосредоточилась на улучшении уже используемых.
Чтобы полностью понять, как работает переработка навоза на практике, и разработать действительно полезное для фермеров решение, Ван дер Вал не ограничивалась лабораторией. Она буквально «вышла в поле».
Она регулярно посещала компанию по переработке навоза Duurzaam Landleven Bernheze. Не только для сбора реальных образцов навоза — «Вы можете многое воссоздать в лаборатории, но ничто не сравнится с работой с реальным материалом», — но и для обсуждения узких мест и того, как технологии могут помочь их решить.
Её самый важный вклад — разработка метода, который разделяет азот и калий на отдельные фракции. Это позволяет фермерам вносить эти питательные вещества отдельно и в правильных дозировках.
«Если вы работаете с фиксированным соотношением азота и калия, гибкости нет», — объясняет она. С тремя отдельными фракциями — богатыми азотом, фосфатом и калием соответственно — фермеры могут работать более точно и гибко. «Они могут корректировать соотношения и вносить именно то, что нужно, в зависимости от времени года, типа почвы или культуры».
Внедрение этой новой технологии — следующий важный шаг, но Ван дер Вал настроена оптимистично. «В целом я вижу сильное желание фермеров адаптироваться и улучшить свои процессы». И в этом случае преимущества очевидны: переработка навоза в продукты многоразового использования может повысить эффективность их работы, помогая им соблюдать экологические нормы. Это позволяет фермерам продолжать свою деятельность устойчиво и с перспективой на будущее.
«Чтобы это стало возможным, нам нужно перейти к системам, в которых питательные вещества не теряются, а циркулируют в рамках сельскохозяйственного бизнеса», — заключает Ван дер Вал.
Предоставлено
Eindhoven University of Technology