Ekologická hnojiva s postupným uvolňováním živin vyvíjí vědci z FCH VUT

Význam hnojiv pro lidskou populaci je nezpochybnitelný. Bez uměle vyráběných hnojiv bychom nebyli schopni vyprodukovat více než polovinu současných světových potravin. Vzhledem k rychlému růstu počtu obyvatelstva bude třeba větší produkce plodin, čímž se zvýší i spotřeba hnojiv. To společně s klimatickými změnami a ztrátami úrodné půdy staví zemědělství i celou společnost do složité situace. S možným řešením v podobě tzv. slow-release hnojiv (hnojiva s pomalým uvolňováním živin) přichází projekt BioAgro. Na projektu spolupracuje vědkyně Soňa Kontárová z Centra materiálového výzkumu Fakulty chemické VUT, která nám jej přiblížila.

Hnojiva: celosvětově důležité téma

Poskytovatelem projektu BioAgro (Biopolymery pro agrochemické aplikace) je Technologická agentura ČR. Zároveň je součástí programu „Národní centrum kompetence polymerních materiálů a technologií pro 21. století“. Jeho cílem je vytvořit ekologické hnojivo s postupným uvolňováním živin v půdě – tzv. slow-release hnojivo.

Hnojiva poskytují rostlinám základní makroživiny jako dusík, fosfor a draslík, kde je zejména dusík pro růst rostlin nezbytný a rozhodující. Problémem je však horší vstřebávání hnojiv plodinami a nekontrolovaný únik živin (hlavně dusíkatých látek) do půdy, vody a vzduchu, což způsobuje mnoho ekologických nesnází. Nadměrné užívání hnojiv vede k překyselení půd, kontaminaci vodních zdrojů a atmosféry. To negativně ovlivňuje životní prostředí, biodiverzitu, klima, zdraví zvířat i lidí.

Nastíněné problémy lze částečně redukovat střídmější konzumací masa, nízko-bílkovinným krmením zvířat, lepším agronomickým hospodařením (dělené aplikace, vyvážené používání hnojiv, přesné zemědělství, optimalizované střídání plodin) a použitím slow-release hnojiv. Tato slow-release hnojiva uvolňují živiny postupně, a dochází tak k menším ztrátám živin vlivem volatilizace (ztráty dusíku prostřednictvím výparů amoniaku) či vyplavením. Maximalizují využití živin rostlinami a umožňují jejich použití v menších dávkách. Vědci mohou řídit rychlost uvolňování živin i dle potřeb konkrétní plodiny. Tímto efektivnějším způsobem dávkování lze snížit spotřebu hnojiva i uhlíkovou stopu pěstování.

Doktorka Soňa Kontárová plánuje jednotlivé experimenty, které spolu s kolegou Jiřím Krhutem a dalšími členy týmu následně realizuje. Dále vyhodnocuje a zpracovává data a pomáhá s projektovou dokumentací a administrativou. „Spolupráce na projektu je pro mne velmi přínosná z pohledu nových zkušeností. Jako materiálový chemik jsem neměla tolik zkušeností s hnojivy a díky spolupráci s Mendlovou univerzitou a postupným studiem jsme se dozvěděli spoustu zajímavých informací. Sama jsem si do detailu neuvědomovala, jak jsou hnojiva důležitá v celosvětovém měřítku a kolik miliard lidí může díky nim na Zemi vůbec žít. Bohužel je to vyváženo ekologickými a dalšími problémy. Je to velmi zajímavé téma, které mě nutí k širšímu mezioborovému pohledu,“ hodnotí.

Biopolymerní materiál namísto polymerního

Projekt je zaměřen na vývoj a aplikaci biopolymerního materiálu, kterým se obalí granule dusíkatého hnojiva tak, aby se hnojivo v půdě z takovýchto obalených granulí uvolňovalo postupně. Tento materiál je na bázi přírodních polymerů – polyhydroxyalkanoátů (PHA), které v mnoha mikroorganismech slouží jako zásobní zdroj energie. Typickým zástupcem PHA je poly-3-hydroxybutyrát, který je zcela rozložitelný v půdě, sladké i slané vodě.

Granule běžně dostupného dusíkatého hnojiva se obalí tenkým povlakem PHA, který v půdě netvoří mikroplasty, ani se v ní nehromadí, takže nedochází k jejímu znečištění. Tento biopolymerní materiál, povlak na bázi PHA, je v souladu s novou legislativou EU, je akceptovatelný pro aplikaci do půdy, a nahradí tak polymerní povlaky, které v půdě rozložitelné nejsou. Navíc by měl být navržen tak, aby ho šlo v budoucnu vyrábět převážně z obnovitelných (případně i odpadních) surovin.

Po rešerši vědeckých prací se výzkumníci snažili přijít na optimální technologický postup pro přípravu těchto slow-release hnojiv. Ten zahrnoval např. nalezení vhodného rozpouštědla a v něm rozpuštění přírodního polymeru poly-3-hydroxybutyrátu za vyšší teploty i tlaku. Tak vznikl roztok, který bylo nutné nanést na granule hnojiva. Toho lze laboratorně dosáhnout i tzv. dip coatingem (ponořením do roztoku polymeru).

Technologický postup lze uplatnit i v průmyslové výrobě. Pro simulaci průmyslové výroby byl využit povlakovací rotační buben, ve kterém probíhá rychlejší a pro průmysl použitelné povlakování granulí hnojiva, podobně jako např. u dražování čokoládou. Úspěšně bylo vyzkoušeno i povlakování ve fluidním loži.

Významný aplikační potenciál

Projekt má vzhledem k aktuálnosti tématu velký aplikační potenciál. Populace rapidně roste a bude třeba zajistit její potravinové nároky, avšak s důrazem na ekologii. Smysluplnost výzkumu je pro Soňu Kontárovou největší motivací. „Velkým hnacím motorem je také skvělý tým z Laboratoře bioplastů, kterou vede Radek Přikryl. Tento tým plný inspirativních lidí pracuje nejen na projektu slow-release hnojiv v BioAgro, ale i na mnoha dalších zajímavých projektech souvisejících s praktickým uplatněním polyhydroxyalkanoátů a dalších bioplastů, které lze použít například v tkáňovém inženýrství či kosmetice. Hledáme rovněž nové metody mechanické i chemické recyklace konvenčních plastů i bioplastů. Fandíme cirkulární ekonomice i udržitelnému rozvoji a usilujeme o svět, který bude s plasty i bioplasty nakládat ekologicky a ekonomicky. V týmu navíc panuje skvělá přátelská atmosféra, a to je také jeden z hlavních důvodů, proč se do práce těšit,“ říká s úsměvem.

Do projektu je zapojena řada vědců, několik výzkumných institucí a průmyslových partnerů. FCH VUT spolupracuje s týmy z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, Mendlovou univerzitou v Brně, Centrem organické chemie, Svazem chemického průmyslu, Plastikářským klastrem a Výskumným ústavem chemicko-technologickým v Šaľe. Mezi průmyslové partnery patří Ethanol Energy, SYNPO a probíhá komunikace s Lovochemií. „Bez těchto skvělých lidí by nebylo možné pracovat a posouvat projekt dál. Chtěla bych zmínit hlavně Radka Přikryla, Silvestra Figallu, Jirku Krhuta, Štěpána Krobota, Vojtu Jaška, Alžbětu Kecíkovou, Elišku Kameníkovou, Přemka Menčíka a Veroniku Melčovou. Projekt BioAgro navazuje také na dřívější projekt MPO Trio a bakalářskou práci Magdy Bobkové,“ dodává doktorka Kontárová.

(jo)

Zdroj: Fakulta chemická VUT

Témata

Související články:
E-mobilita a udržitelnost – nový studijní program připraví absolventy na dopravu budoucnosti
Jak určit znečištění ovzduší pouhým okem kamery řeší odborníci z VUT
Odvážná inovace v recyklaci: Výzkumník Silvestr Figalla mění odpadní kaly na cennou surovinu
Je potřeba úplně změnit pohled na plasty, říká JUNIOR STAR Karel Sedlář
Nové generaci bakteriálních hnojiv se věnuje oceněný projekt Brno Ph.D. Talent Martina Súkeníka