Kompostovanie predstavuje cennú stratégiu pre recykláciu zdrojov a ochranu životného prostredia v rámci nakladania s organickým odpadom. Počas tohto procesu sa organický odpad premieňa na sanitizovaný, stabilný a na živiny bohatý humus prostredníctvom mikrobiálneho metabolizmu. Avšak, kompostovanie má aj svoju tienistú stránku, ktorou sú emisie skleníkových plynov (GHG), najmä oxidu uhličitého (CO2), metánu (CH4) a oxidu dusného (N2O), ako aj amoniaku (NH3).

Na zmiernenie týchto emisií sa používajú rôzne postupy, vrátane pridávania exogénnych materiálov, ako je biochar. Biochar je považovaný za sľubnú cestu vďaka jeho výnimočným fyzikálno-chemickým vlastnostiam, ako je vysoký špecifický povrch, porézna štruktúra a početné povrchové funkčné skupiny. Predpokladá sa, že biochar zmierňuje emisie reguláciou mikrobiálnej komunity a adsorpciou plynov.

Nedávna globálna meta-analýza, ktorá zahŕňala 123 publikovaných štúdií s 1 184 pozorovaniami, potvrdila účinnosť biocharu. Celkovo, pridanie biocharu signifikantne znížilo emisie CH4 o 53,7 %, N2O o 49,8 % a NH3 o 35,9 %. Nemalo to však štatisticky významný vplyv na emisie CO2.

Aplikačná dávka ako kľúčový faktor

Analýza ukázala, že aplikačná dávka (AR) biocharu bola kľúčovým parametrom ovplyvňujúcim emisie CH4, N2O a NH3. Účinnosť zmierňovania preukázala nelineárny dávkovo závislý efekt. Napríklad, najväčšie zníženie CH4 (−86,1 %) a NH3 (−60,2 %) bolo pozorované pri dávkach AR nad 10,0 % (w/w). Zatiaľ čo nízke dávky AR (< 5,0 % w/w) dokonca signifikantne zvýšili emisie N2O (51,4 %), vysoké dávky AR (> 10,0 % w/w) ich silne potlačili (−93,7 %). Tieto výsledky naznačujú, že biochar pri nízkych dávkach môže podporovať proces nitrifikácie, čo zvyšuje emisie N2O. Regresná analýza naznačuje, že optimálny rozsah aplikačnej dávky na dosiahnutie spoločného zmierňovania CH4, N2O a NH3 je 10 %–20 % (w/w, suchá hmotnosť).

Optimalizácia podmienok kompostovania

Zmierňujúce účinky biocharu môžu byť narušené určitými podmienkami kompostovania. Biochar znižoval emisie CH4, N2O a NH3 za väčšiny podmienok, okrem kyslého prostredia. Vysoká elektrická vodivosť (EC > 4 mS/cm) oslabila zmierňujúce účinky biocharu na všetky sledované plyny. Vysoký pomer uhlíka k dusíku (C/N > 30) a nízky obsah vlhkosti (MC < 55 %) navyše výrazne zvýšili emisie CO2.

Pre stabilné a účinné zmiernenie emisií plynov sa odporúčajú nasledujúce optimálne parametre:

• Pomer C/N: 20 – 30
• Obsah vlhkosti (MC): 55 % – 65 %
• pH: 7,5 – 8,5
• Elektrická vodivosť (EC): < 4 mS/cm
• Dávka biocharu: 10 % – 20 % (w/w, suchá hmotnosť).

Prínos pre dusík a uhlík

Okrem znižovania emisií plynov preukázal biochar ďalšie prínosy. Biochar signifikantne znížil celkovú stratu dusíka (TN loss) o 41,3 %. Tiež znížil obsah NH4+ (o 17,4 %) a zvýšil obsah NO3− (o 17,2 %) v komposte, čo naznačuje, že biochar stimuluje nitrifikáciu a optimalizuje konzerváciu dusíka. Hoci biochar významne nezmenil celkové straty uhlíka (TC loss a TOC loss), jeho žiaruvzdorná štruktúra môže prispieť k zásobám a stabilizácii uhlíka v kompostovacom systéme.

Záver meta-analýzy zdôrazňuje, že biochar ponúka trojitý prínos: zmiernenie emisií (CH4, N2O, NH3), konzerváciu dusíkatých živín a stabilizáciu zásob uhlíka. Dodržiavanie navrhovaných optimálnych podmienok kompostovania a aplikácie biocharu je kľúčové pre dosiahnutie synergetického znižovania plynov v kompostovaní organického odpadu. JRi

Štúdia je publikovaná v časopise Nitrogen Cycling .