BR112021026868B1 - Método para preparar um fertilizante sólido na forma de partículas discretas - Google Patents

Abstract

FERTILIZANTE SÓLIDO NA FORMA DE PARTÍCULAS DISCRETAS, MÉTODO PARA PREPARAR O MESMO E MÉTODO PARA FERTILIZAR UM CAMPO EM UMA ÚNICA PASSAGEM. Um fertilizante seco e sólido na forma de partículas discretas é fornecido. As partículas do fertilizante seco e sólido compreendem uma mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos. O material inorgânico compreende pelo menos um dos nutrientes NPKS. O material orgânico compreende um produto substancialmente estéril de carbono lábil de resíduo orgânico.

Description

[001] Este pedido reivindica prioridade dos documentos AU2020900981 e AU2019902376, cujo conteúdo inteiro é incorporado na presente invenção por referência.

Campo Técnico

[002] A presente invenção está relacionada a um fertilizante melhorado.

Antecedentes

[003] Os fertilizantes orgânicos compreendem principalmente materiais à base de vegetais e/ou animais. Os materiais podem ser, por exemplo, esterco, carcaças, resíduos alimentares, resíduo industrial orgânico e liteira verde. Os fertilizantes orgânicos e/ou à base de carbono tendem a ser benéficos para o solo, incluindo a melhoria da estrutura do solo, estimulação da atividade microbiana e/ou liberação gradual de todos os nutrientes essenciais para o solo.

[004] Os fertilizantes inorgânicos contêm minerais e, às vezes, produtos químicos sintéticos, como aqueles derivados de hidrocarbonetos naturais e/ou sintéticos e nitrogênio atmosférico. Os fertilizantes inorgânicos podem incluir os principais nutrientes que as plantas precisam para crescer e sobreviver, como nitrogênio N, potássio K e fósforo P. Os nutrientes dos fertilizantes inorgânicos podem lixiviar no solo e podem afetar as colônias microbianas na zona de aplicação. Por essa e outras razões, fertilizantes inorgânicos são melhor usados junto com fertilizantes orgânicos, pelo menos para manter a saúde do solo.

[005] Os fertilizantes orgânicos tendem a ser volumosos, com uma consistência de cobertura vegetal. Os fertilizantes inorgânicos vêm em diferentes formas, como pós secos ou pellets (grânulos, prills, pellets) ou líquidos, incluindo soluções solúveis. Os nutrientes em um fertilizante orgânico tendem a ser liberados lentamente ao longo do tempo, o que pode significar que a quantidade e o número de vezes que o fertilizante orgânico é necessário ser aplicado ao solo pode variar ao longo de um dado período de tempo. Os nutrientes inorgânicos normalmente são imediatamente disponíveis para a planta. A fertilização excessiva com fertilizantes inorgânicos ou a colocação incorreta ou técnica de aplicação pode aumentar o risco de que a concentração de nutrientes danifique a planta, especialmente plantas em germinação ou imaturas.

[006] Normalmente, os fertilizantes orgânicos, pelo menos aqueles compreendendo carcaças/resíduo, devem ser manuseados com cuidado, dado que, em alguns casos, o fertilizante orgânico pode ser colonizado por micróbios patogênicos que podem ser prejudiciais para humanos e animais de pasto.

[007] Devido às diferenças inerentes de consistência, requisitos de segurança e atividade do solo, fertilizantes orgânicos e inorgânicos são normalmente aplicados aos solos em dois processos de aplicação separados. Às vezes, máquinas diferentes são necessárias para aplicar cada um dos tipos de fertilizantes orgânicos e inorgânicos. A temporização de aplicações também pode precisar ser diferente para cada tipo de fertilizante.

[008] Existe uma necessidade de uma formulação de fertilizante melhorada que supere ou pelo menos melhore algumas das desvantagens dos fertilizantes do estado da técnica.

[009] Deve ser entendido que, se qualquer estado da técnica for referido na presente invenção, tal referência não constitui uma entrada de que a publicação faz parte do conhecimento geral comum do estado da técnica, na Austrália ou em qualquer outro país.

Sumário da presente invenção

[010] Em um primeiro aspecto, é fornecido um fertilizante seco e sólido na forma de partículas discretas, em que as partículas do fertilizante seco e sólido compreendem uma mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos, o material inorgânico compreendendo pelo menos um dos nutrientes NPKS, e o material orgânico compreendendo um produto de carbono lábil e substancialmente estéril de resíduo orgânico.

[011] Em um segundo aspecto, é fornecido um método para preparar um fertilizante seco e sólido na forma de partículas discretas, o método compreendendo as etapas de: esterilizar um material de resíduo orgânico para fornecer um produto de carbono lábil e substancialmente estéril; misturar um material inorgânico compreendendo pelo menos um dentre NPKS com o produto substancialmente estéril para produzir um produto misturado; ligar o produto misturado para fornecer uma mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos; e formar a mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos em partículas discretas.

[012] Em algumas modalidades, as etapas de ligação e mistura ocorrem concomitantemente.

[013] Por “mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos” no fertilizante, significa que o fertilizante compreende os dois materiais misturados e substancialmente ligados entre si. Os materiais não precisam ser quimicamente ligados, mas eles estão pelo menos fisicamente ligados. O fertilizante não se destina a incluir aqueles com um fertilizante orgânico aplicado em um estágio e um fertilizante inorgânico aplicado em um segundo estágio. Esta seria uma mistura heterogênea das duas e forneceria menos vantagens do que a presente invenção. Uma vantagem do fertilizante seco e sólido é que os materiais fertilizantes orgânicos e inorgânicos podem ser aplicados juntos em uma etapa usando o equipamento de aplicação existente. Isso representa uma economia significativa de custo e tempo.

[014] O resíduo orgânico pode ser referido como biossólidos. O resíduo orgânico é preferencialmente resíduo animal. O resíduo animal pode ser qualquer coisa derivada de um animal que é normalmente descartado ou considerado de pequeno valor para processamento adicional. O resíduo pode incluir esterco do animal, carcaças ou outros materiais usados (por exemplo, cama) pelo animal (por exemplo, cabelo, pele, partes do corpo). O resíduo pode incluir liteira. A liteira pode ser uma mistura de excrementos de aves, alimentação derramada, partes do corpo, por exemplo, penas e material usado como cama em operações agrárias. A liteira também pode incluir materiais de cama não usados. Em algumas modalidades, o resíduo orgânico é resíduo verde. Resíduo verde pode incluir resíduos agrícolas, como feno (possivelmente resíduo de feno danificado) ou outros biossólidos agrícolas. O resíduo orgânico submetido ao presente método ou no presente fertilizante podem ser misturas de diferentes tipos de biossólidos. Em algumas modalidades, o resíduo animal compreende pelo menos cerca de 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ou 100 % em peso do componente orgânico da composição de fertilizante.

[015] Em uma modalidade, o resíduo animal é resíduo de frango. O resíduo pode compreender carcaças de frango e/ou esterco de frango e/ou liteira de frango. Resíduo de frango ou liteira de aves representam uma corrente de resíduo significativa em alguns países. Em uma modalidade, o resíduo de animal é resíduo de porco. O resíduo pode compreender carcaças de porco e/ou esterco de porco e/ou liteira de porco. Em uma modalidade, o resíduo animal é resíduo de gado. O resíduo pode compreender carcaças de gado e/ou esterco de gado e/ou liteira de gado. O animal pode ser qualquer outro animal que produza resíduo. Em modalidades, a presente invenção pode fornecer um método para utilizar essa corrente de resíduo em um produto reciclado e comercialmente valioso. As porcentagens dos vários resíduos do animal podem variar conforme descrito na presente invenção. Preferencialmente, o resíduo não é muito úmido, então pode haver vantagens em usar mais liteira e menos esterco na corrente de alimentação.

[016] Uma das limitações para a aplicação direta de resíduo orgânico no solo é a presença de microrganismos patogênicos. Por exemplo, o resíduo animal pode conter fungos microscópicos, como fusarium genera, apergillus e/ou penicillium. A maioria dos fungos fusarium são fitotróficos. Aspergillus e penicillium formam toxinas no solo. Uma variedade de patógenos pode ser encontrada em liteira de frango ou em fertilizantes orgânicos à base de liteira de frango, como Actinobacillus, Bordetella, Campylobacter, Clostridium, Corynebacterium, Escherichia coli, Globicatella, Listeria, Mycobacterium, Salmonella, Staphylococcus e Streptococcus. Listeria e Salmonella são conhecidas por causar fatalidades. O fertilizante descrito na presente invenção é um produto substancialmente estéril de resíduo orgânico. Por substancialmente estéril, significa que os patógenos tendem a não estar presentes no fertilizante imediatamente antes do uso. Uma vez que é substancialmente estéril, o fertilizante é, portanto, mais seguro de manusear do que um fertilizante que não é estéril. A infecção por Listeria pode levar a abortos não planejados em mulheres grávidas ou à morte de bebês recém-nascidos. Salmonella, Campylobacter e Escherichia coli entero-hemorrágica estão dentre os patógenos alimentares mais comuns que afetam milhões de pessoas anualmente - às vezes com consequências graves e fatais. Deve ser entendido que os patógenos, incluindo bactérias, fungos e leveduras, etc., estão presentes no ar e inevitavelmente contaminarão qualquer material não isolado ou protegido de outra forma. Consequentemente, pode haver alguns patógenos presentes no produto fertilizante, mas eles não estariam no mesmo número que, de outra forma, estariam presentes na ausência de qualquer processo de esterilização.

[017] A fim de esterilizar o material, métodos químicos, térmicos e ou físicos podem ser empregados. A matéria orgânica do presente fertilizante é preferencialmente submetida a um processo de esterilização térmica. Deve ser entendido que outros processos de esterilização além da esterilização térmica podem ser aplicados. O processo de esterilização submete preferencialmente o resíduo orgânico a uma temperatura suficiente para reduzir ou eliminar os patógenos no resíduo. O processo de esterilização visa reduzir ou eliminar os patógenos e também pode reduzir o teor de umidade do resíduo orgânico a um ponto onde o crescimento adicional de microrganismos seja inibido. Essa redução no teor de umidade pode ser importante para o armazenamento e transporte da parte orgânica do fertilizante até o ponto de uso quando aplicado no solo. Em modalidades, o processo de esterilização pode reduzir o teor de umidade para um teor total de água em peso de no máximo cerca de 1, 2, 5, 10 ou 15 % em peso.

[018] Durante o processo de esterilização térmica, o vapor e outros gases voláteis podem ser evaporados, capturados e/ou condensados em um sistema de limpeza de gás. Acredita-se que haja baixa perda de nutrientes dos sólidos a granel para os vapores condensados. Os vapores não condensáveis podem ser enviados para a atmosfera através de um processo de filtração final. O condensado pode ser armazenado no local e opcionalmente reciclado de volta através do processo (como um agente umectante) ou descartado. Em uma modalidade, o condensado é empregado no estágio de granulação do processo conforme descrito adicionalmente abaixo. O condensado tem potencial para ter outros nutrientes adicionados (por exemplo, APP e ou ureia) para então ser vendido como um fertilizante líquido.

[019] Em uma modalidade, a fim de efetuar a esterilização, o material orgânico é submetido a uma pirólise. Preferencialmente, a pirólise é uma torrefação do material orgânico. Pirólise é a decomposição térmica de materiais em temperaturas elevadas em uma atmosfera inerte (anaeróbica). A pirólise de materiais orgânicos requer controle/eliminação de oxigênio para evitar oxidação parcial ou completa (queima). A pirólise de materiais orgânicos ocorre em faixas de temperatura e normalmente resulta em diferentes produtos finais. A pirólise começa a cerca de 250 graus C e carboniza a cerca de 400 graus C para muitos materiais orgânicos naturais. Na extremidade mais baixa, a compostagem ocorre entre 40 graus C a 80 graus C. A torrefação normalmente ocorre entre 150 graus C e 350 graus C. Biochar é habitualmente produzido acima de ~ 750 graus C. Normalmente, o carvão torna-se mais superficialmente ativo em temperaturas acima de 600 graus C. Biochars preparados em temperaturas muito altas, por exemplo >600-700 graus C podem não ser úteis, pelo menos para uso em agricultura. Alguns biochars preparados em torno de 450-500 graus C podem fornecer resultados relativamente bons para uso agrícola. O presente método aplica preferencialmente uma temperatura na qual ocorre a torrefação, de forma que o resíduo orgânico se torne um produto torrefado.

[020] Acredita-se que a torrefação é uma tecnologia de processo adequada para a preparação do presente fertilizante, porque pode “ativar” o material orgânico a uma temperatura baixa o suficiente para evitar a evolução de materiais voláteis mais difíceis (por exemplo, alcatrão). Ativação é o processo de mudança da matriz de carbono subjacente. Após a torrefação (~ 350 graus C), o carbono do resíduo orgânico tende a se tornar mais quebradiço e é relativamente mais fácil de moer e compactar. O produto torrefado tem uma estrutura celular que é semelhante, mas não a mesma que o biochar. Preferencialmente, o presente processo não submete o resíduo orgânico a temperaturas que resultam em biochar.

[021] Mediante a aplicação do fertilizante seco e sólido ao solo, as bactérias presentes no solo são capazes de começar a metabolizar o carbono do material orgânico. O material orgânico é rico em carbono. O carbono do fertilizante é lábil. Por lábil, entende-se que o carbono está biodisponível para os microrganismos na matriz do solo. Outro exemplo de um material rico em carbono é o biochar; entretanto, o carbono do biochar tende a não ser lábil. Biochar não é portanto (tão) útil no fertilizante da presente invenção, uma vez que os microrganismos são menos capazes de usar o carbono. O biochar pode representar, em primeiro lugar, um meio sequestrante para evitar que o carbono volte a entrar na atmosfera e, em segundo lugar, uma composição de liberação lenta para uso no plantio de sementes.

[022] A estrutura torrefada que resulta do presente método é preferencialmente útil para a saúde do solo, uma vez que pode fornecer um meio poroso de alta área de superfície para o crescimento microbiano benéfico, armazenamento de água e nutriente. O presente fertilizante pode fornecer um suprimento simultâneo de nutrientes e composto; nutrientes em uma forma que são de liberação sustentada e menos propensos a causar problemas de danos à germinação/mudas, mas em modalidades, ainda mais rápida e previsível na liberação do que estercos e compostos tradicionais.

[023] Os nutrientes no fertilizante incluem pelo menos um dentre nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K) e enxofre (S). Os nutrientes podem ser NPKS (isto é, todos os 4). Os nutrientes podem ser um ou mais NPKS. Nutrientes inorgânicos adicionais podem ser adicionados ao material orgânico, uma vez que ele tenha sido submetido ao processo de esterilização. Deve ser entendido que o material orgânico também contém alguns nutrientes, mas um teor de nutrientes desejado e consistente, estável e preciso é atingido pela adição do fertilizante inorgânico após a esterilização do componente orgânico.

[024] O método para formar o fertilizante pode compreender a etapa de mistura de materiais inorgânicos compreendendo pelo menos um dentre NPKS com o produto orgânico substancialmente estéril para produzir um produto misturado. Isso normalmente é feito após o componente orgânico ter sido submetido ao processo de esterilização, mas pode ser feito antes em alguns casos. Não há necessidade de tratar termicamente os ingredientes do fertilizante inorgânico, pois eles tendem a ser estéreis devido ao seu alto teor de sal e/ou amônio e ao calor/pressão associados ao seu processo de fabricação. Outro argumento para adicionar o material inorgânico depois é que certas temperaturas podem alterar quimicamente os fertilizantes de material inorgânico ou derretê-los na forma fornecida.

[025] A mistura pode ser feita após cada um dos materiais orgânicos e inorgânicos ter sido moído. Alternativamente, a mistura pode ser feita antes de cada material orgânico e inorgânico ter sido moído, de modo que sejam moídos juntos. Em algumas modalidades, há vantagens em moer os materiais juntos, porque pode haver menos bloqueios no moinho e redução do excesso de moagem da base torrefada.

[026] A fim de misturar os dois materiais, a mistura pode ser realizada pelo seguinte processo: • Os ingredientes orgânicos são tratados termicamente (torrefados). • O ingrediente orgânico é misturado com o fertilizante inorgânico (e outros minerais, por exemplo, fosfato de rocha reativo e um agente de ligação). A mistura orgânica/inorgânica é então moída. • A composição orgânica e inorgânica misturada pode então ser submetida à compactação para formar partículas discretas. Isso pode ser qualquer forma incluindo granulação, extrusão ou peletização. Este processo não envolve necessariamente calor externo, mas pode haver calor devido ao cisalhamento da mistura. Em algumas modalidades, vapor ou água quente podem ser usados para auxiliar a granulação. É nesta etapa que o condensado reciclado pode ser usado. • Os grânulos podem ser submetidos a polimento para atingir a forma esférica (livre de bordas irregulares e afiadas) e tamanho consistente. O polimento normalmente requer a aplicação de líquido na forma de spray. • Os grânulos polidos podem então ser submetidos à secagem térmica para garantir que a umidade adicional seja seca e os grânulos sejam biologicamente inativos para fins de armazenamento e manuseio. Os grânulos secos também terão melhor dureza para durabilidade de manuseio em equipamentos de aplicação de fertilizantes.

[027] É necessária alguma umidade para formar os grânulos. Se houver muito pouca umidade, o produto ficará árido. Se o teor de umidade for muito alto, pode haver uma tendência aumentada para o crescimento de patógenos no produto. O teor de umidade pode ser reduzido selecionando uma mistura mais seca de mistura orgânica para torrefação. O teor de umidade dos grânulos finais é, em uma modalidade preferida, menor do que 5% em peso, mas maior do que 1% em peso. A fim de alcançar esse nível de umidade, o período de secagem e/ou a temperatura de secagem na etapa de secagem térmica podem ser ajustados. Alternativamente, os grânulos podem estar submetidos a mais de um ciclo de secagem.

[028] O teor de umidade dos grânulos de fertilizante melhorados tem um efeito na resistência ao esmagamento (dureza). A resistência ao esmagamento diminui à medida que o teor de umidade aumenta. Em uma modalidade, a resistência ao esmagamento é de pelo menos cerca de 2,5, 3 ou 3,5 KgF que é comparável a, por exemplo, grânulos de ureia. As partículas de fertilizante melhorado também são dimensionadas de maneira semelhante aos grânulos de ureia, estando na faixa de cerca de 2 a cerca de 5 mm de diâmetro médio. A fim de reduzir qualquer tendência de absorver água, o que poderia afetar a resistência ao esmagamento resultante, as partículas podem ser revestidas. O revestimento pode ser um revestimento conhecido que reduz a natureza higroscópica das partículas.

[029] No presente fertilizante, nutrientes inorgânicos são adicionados em uma tentativa de controlar a quantidade de nutrientes disponíveis no solo. A quantidade de nutriente adicionado pode ser determinada com base no uso final pretendido do fertilizante. Em algumas modalidades, o técnico no assunto realizará experimentos no solo ao qual o fertilizante será aplicado. Os resultados dos experimentos revelarão quais nutrientes seriam os melhores para o solo alvo. Alternativamente, os requisitos de nutrientes podem ser determinados por análises de solo e/ou tecido vegetal.

[030] Os nutrientes são preferencialmente de liberação lenta com no máximo cerca de 15, 25, 30, 45 ou 50% do N e P tornando-se disponíveis em cerca dos primeiros 1, 2 ou 3 meses e o restante estando disponível ao longo de 1 a 3, a 12 a 18 meses subsequentes. Em uma modalidade ao longo de 1 a 12 meses. Em uma modalidade, 50% do N e P está disponível ao longo do primeiro mês e o restante torna-se disponível ao longo dos próximos 1-4 meses. Sem desejar ser limitado pela teoria, acredita-se que a maioria dos nutrientes disponíveis são inicialmente usados pelos micróbios no solo, e esses nutrientes são liberados mediante a morte e decomposição da população microbiana nativa. Os micróbios param de prosperar uma vez que o carbono do fertilizante é usado como uma fonte de alimento.

[031] Ao usar uma matriz orgânica junto com nutrientes inorgânicos, uma carga mais alta de nitrogênio pode ser capaz de ser carregada no fertilizante sólido e seco. Habitualmente, uma grande concentração de sais de fertilizantes e/ou nitrogênio de amônio nas proximidades de uma semente em germinação ou planta imatura no solo será prejudicial para a planta. No entanto, se houver matéria orgânica suficiente no ambiente do solo circundante para ligar o nitrogênio de amônio e outros sais, este problema pode ser evitado ou pelo menos reduzido. O nitrogênio então se torna disponível para a planta mais tarde, à medida que os micróbios usam o carbono como uma fonte de energia e o amônio como um bloco de construção de proteína. A quantidade de nitrogênio de amônio no fertilizante pode ser de pelo menos cerca de 1, 2, 5, 10, 12 ou 15% p/p.

[032] O nitrogênio N adicionado ao material orgânico pode estar na forma de um ou mais de (mas não limitado a): • Sulfato de Amônio • Ureia • Cloreto de Amônio • Nitrato de Amônio • Amônia Anidro • Nitrato de Ureia e Amônio • Nitrato de Cálcio e Amônio • Nitrato de Potássio • Nitrato de Cálcio

[033] A porcentagem de nitrogênio total no fertilizante pode ser pelo menos cerca de 0, 10, 20 ou 30% p/p. Em uma modalidade, supondo um mínimo de 30% de material orgânico, o N máximo total seria limitado em torno de 30% p/p.

[034] Em algumas modalidades, a combinação do material inorgânico e da matéria orgânica pode fornecer uma combinação potencialmente explosiva. A fim de reduzir a chance de o fertilizante ser combustível, etapas podem ser tomadas. As etapas podem incluir a adição de um retardante de explosão. O retardante de explosão pode ser fosfato de diamônio (DAP).

[035] O fósforo P adicionado ao material orgânico pode estar na forma de um ou mais dentre (mas não limitado a): • Superfosfato • Farinha de osso • Fosfato de rocha • Fosfato de diamônio • Fosfato Monoamônico • Superfosfato triplo • Ácido fosfórico.

[036] A porcentagem de fósforo total no fertilizante pode ser pelo menos cerca de 0,5 a cerca de 15% p/p.

[037] O potássio K adicionado ao material orgânico pode estar na forma de um ou mais dentre (mas não limitado a): Cloreto de Potássio (Muriato de potássio) Sulfato de Potássio Schoenita de Potássio Nitrato de Potássio Potassa derivada de Melaço

[038] A porcentagem de potássio total no fertilizante pode ser de pelo menos cerca de 0,5 a cerca de 12% p/p.

[039] O enxofre S adicionado ao material orgânico pode estar na forma de um ou mais dentre (mas não limitado a): Pó de enxofre LPB04683 P. 13 / 48 Enxofre (granular) Enxofre bentonita Sulfato de amônio

[040] A porcentagem de enxofre total no fertilizante pode ser de pelo menos cerca de 1 a cerca de 16% p/p.

[041] A formulação pode compreender pelo menos um dentre NPKS, o que significa que pode conter N e/ou P e/ou K e/ou S. A formulação pode compreender todos os quatro dentre NPKS, ou pode conter menos do que todos os quatro nutrientes NPKS. Nem todas as formulações conterão formas inorgânicas de cada um dos NPKS, por exemplo, alguns podem conter apenas N na forma inorgânica. Os aditivos de combinação também podem ser usados incluindo um ou mais dentre, mas não se limitando a, fosfato de diamônio, sulfato fosfato de amônio, fosfato de amônio ureia, fosfato de monoamônico, fosfato nitrato de amônio, fosfato de amônio, NPK. Além dos nutrientes inorgânicos listados, o fertilizante pode compreender micronutrientes, incluindo zinco, cobre, ferro, manganês, boro, molibdênio e nutrientes secundários cálcio, magnésio e silício. A porcentagem de nutrientes secundários, como cálcio, no fertilizante pode ser de pelo menos cerca de 0,5 a cerca de 18 % p/p. A porcentagem de micronutrientes no fertilizante pode ser de pelo menos cerca de 0,01 a cerca de 2% p/p.

[042] Pode haver outros aditivos na composição que não necessariamente fornecem benefícios nutricionais, mas, em vez disso, transmitem outras melhorias funcionais. Nas modalidades, existem aditivos para aumentar as propriedades mecânicas do produto final. Nas modalidades, a formulação inclui um ou mais inibidores de nitrificação. O nitrogênio fertilizante é usado de maneira ineficiente em muitos solos agrícolas, visto que o nitrogênio de nitrato disponível para plantas é submetido a perdas por lixiviação e desnitrificação. Um método para reduzir tais perdas é estabilizar os fertilizantes de nitrogênio com inibidores de nitrificação. Isso é feito tratando o solo (por meio do fertilizante) com compostos que inibem a atividade de bactérias nitrificantes de forma que o nitrogênio permaneça na forma mais estável de amônio por um período prolongado. Um exemplo de um inibidor de nitrificação é o dimetilpirazol (DMP). Isso fornece uma alimentação por gotejamento de eventos de perda de compensação de nitrato de nitrogênio. É observado que o desempenho de inibidores de nitrificação é variável em solos australianos por uma variedade de razões. As plantas também podem extrair nitrogênio amoniacal do solo, embora altas concentrações de amônio e amônia relacionada possam ser tóxicas para as plantas. É conhecido que esta toxicidade pode ser reduzida pela presença de vitamina B6 que é presente em resíduos animais e detectada em níveis residuais no produto acabado. Também há alguma evidência de que o óxido de zinco pode inibir a nitrificação, enquanto o zinco também é um micronutriente essencial que é baixo ou deficiente em muitos solos da Austrália. Consequentemente, em algumas modalidades o zinco é adicionado à formulação.

[043] Além disso, as lavouras são regularmente expostas a outros estresses abióticos, incluindo seca e salinidade. O silício disponível em plantas é reconhecido como um elemento que pode ajudar as plantas a lidar com o estresse abiótico - além disso, o silício também é um bloco de construção estrutural de paredes celulares vegetais. Certas lavouras como de cana-de- açúcar e arroz têm alta demanda de silício e costumam ser cultivadas em solos ou em regiões onde o silício disponível para as plantas está esgotado. Acredita- se que uma maneira eficiente de fornecer nitrogênio às plantas será de combinar fontes inorgânicas e orgânicas de nitrogênio combinadas com inibidores que regulam a liberação de nitrogênio e com controladores de estresse abiótico que ajudam as plantas a compensar fatores ambientais ou químicos deletérios.

[044] Em modalidades, a razão de material orgânico para material inorgânico é 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 45:55, 40:60, 32,5: 67,5 ou 30:70. Em uma modalidade, a receita base compreende 45% de material orgânico e 55% de inorgânico (referido na presente invenção como base A, às vezes ao lado de um número que é uma referência interna, por exemplo, A1), ou 32,5% de material orgânico e 67,5% de inorgânico (pode ser referido a uma base B às vezes ao lado de um número que é uma referência interna, por exemplo, B1, B2, B3 e assim por diante); ou 30% de material orgânico e 70% de inorgânico (pode ser referido como base E às vezes ao lado de um número que é uma referência interna, por exemplo, E1).

[045] Em uma modalidade, o material orgânico é torrefado com um aglutinante. O precursor de aglutinante pode ser adicionado ao material orgânico e, em seguida, entregue ao torrefador. Em uma modalidade, o material orgânico é torrefado e, em seguida, o aglutinante é adicionado pós-torrefação. O aglutinante pode ser leonardita. O aglutinante pode ser lignossulfato de cálcio (CaLigno). A Leonardita pode ser usada para condicionar solos, aplicando-a diretamente na terra ou fornecendo uma fonte de ácido húmico ou humato de potássio para aplicação. O potencial de geosequestração de carbono da Leonardita, particularmente para acelerar rapidamente a ação microbiana para prender e reter carbono nos solos, fornece a base para uma extensa pesquisa sobre o aspecto de fertilização orgânica do carvão marrom.

[046] A leonardita pode estar presente em uma quantidade de pelo menos cerca de 1, 5 ou 10% p/p da composição de fertilizante. A mistura potencial de leonardita com esterco de frango irá gerar material com propriedades semelhantes ao lignosulfonato de cálcio, que é amplamente usado como um agente de ligação. Leonardita também é reconhecida como uma fonte valiosa de ácido húmico, que é um condicionador de solo amplamente usado em uma variedade de sistemas agrários com o objetivo de melhorar a retenção de nutrientes no solo e também a captação de certos nutrientes pelas plantas, como fosfato. Grupos funcionais de carbono fornecidos pela leonardita misturada com outro resíduo orgânico torrefado podem melhorar a captação de fósforo pela planta, potencialmente fornecendo um fertilizante de fósforo mais eficiente.

[047] Em uma modalidade, a atividade da população microbiana no solo pode ser monitorada. A maioria dos micróbios produz subprodutos como produtos carbonáceos ou gases, que podem ser usados como um indicador de atividade microbiana do solo. Se os micróbios são muito ativos, pode-se deduzir que o teor de nutrientes do solo ainda não está em altos limiares que danificariam plantas em germinação e, portanto, as sementes podem ser plantadas. Se os micróbios são menos ativos, isso pode indicar que a população está em declínio e os nutrientes inorgânicos estão prestes a ser liberados pelo processo de mineralização. Onde este for o caso e não for desejável que as populações microbianas ainda diminuam (por exemplo, a planta pode não estar madura o suficiente, as sementes ainda podem precisar ser plantadas, ou alguma outra razão), pode ser aconselhável aumentar a população microbiana. Pode ser possível aumentar a população microbiana adicionando mais fertilizante de carbono lábil ao solo. Consequentemente, o teste de solo também pode ser usado para determinar a dosagem ideal de fertilizante ao longo do tempo e local.

[048] Conforme discutido, o método inclui a etapa de formar a mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos em partículas discretas. O fertilizante seco e sólido pode compreender finos, grânulos, pellets ou prills. As partículas discretas em qualquer forma podem ter um tamanho e uma média de diâmetro médio de pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 mm. Em modalidades, pelo menos cerca de 80, 90, 95 ou 100% das partículas discretas estão dentro de 1 desvio padrão do tamanho médio de partícula (idealmente > 80, 85 ou 90% estão na faixa de cerca de 2 a cerca de 5 mm de faixa). Os grânulos, como os pellets, são pequenos agregados de um material em pó. Os grânulos tendem a se desintegrar menos rapidamente do que os pellets, tendem a criar menos poeira e em modalidades permitem a ligação de diversos produtos que são então uniformemente distribuídos através do grânulo. Por uniformemente distribuído, significa que em qualquer local em uma partícula do fertilizante, as quantidades relativas de material inorgânico e orgânico são quase as mesmas que em qualquer outro local. Os grânulos também são mais aerodinâmicos quando aplicados através de máquinas de difusão e, portanto, uma faixa mais ampla pode ser alcançada. Em uma modalidade preferencial, a peletização é usada para preparar os grânulos.

[049] O fertilizante é descrito como um sólido seco. Por seco e sólido, entende-se que o material pode ser manuseado na forma de pellets (grânulos). Por exemplo, o material pode ser carregado em um caminhão e transportado e, em seguida, aplicado usando equipamento projetado para a dosagem controlada de material peletizado. Um ou mais dos componentes usados para formar o fertilizante podem ser líquidos.

[050] O método também pode incluir a etapa de aplicar o fertilizante. O fertilizante pode ser aplicado a taxas de pelo menos cerca de 0,05 a cerca de 5 toneladas/hectare. Em algumas modalidades, o fertilizante pode aumentar o rendimento de lavouras em 2, 20, 50 ou 100%. A maturação da lavoura pode ser antecipada em pelo menos 5, 8 ou 10% do tempo gasto sem fertilizante. Em algumas modalidades, o fertilizante pode ser usado na remediação de terras compreendendo solo que de outra forma seria inadequado para lavouras. A natureza lábil ao carbono do fertilizante pode estimular as comunidades microbianas a consumir e proliferar, mas depois morrer e se decompor à medida que a fonte de alimento se esgota. À medida que a bactéria morre, o solo pode ser remediado pela liberação de nutrientes nos quais, de outra forma, era deficiente. A Leonardita pode ser adicionada diretamente a solos para reduzir a absorção de metais pelas plantas em solo contaminado, particularmente quando combinada com composto).

Breve descrição das figuras

[051] As modalidades da presente invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos que não são desenhados em escala e que são apenas exemplares e nos quais: A Figura 1 é uma tabela mostrando as formulações de fertilizantes propostas e seus teores orgânico e inorgânico em termos de porcentagem. A Figura 2 é um gráfico mostrando a % de intensidade absoluta de sinal de diferentes tipos de carbono em um material de resíduo orgânico torrefado de acordo com o processo descrito na presente invenção. A Figura 3 é um espectro de RMN de C13 de um material de resíduo orgânico torrefado de acordo com o processo descrito na presente invenção. A Figura 4 são RMN de C13 de (a) lignito e (b) composto de resíduo verde para comparação. A Figura 5 é um diagrama de blocos simplificado de um processo de acordo com uma modalidade. A Figura 6 é um diagrama de fluxo de processo detalhado para uma modalidade. A Figura 7 é a Tabela 1, mostrando a % de decomposição do material orgânico (pós-torrefação), incluindo resultados de testes de patógenos. A Figura 8 é a Tabela 4 mostrando a formulação e o teor de nutrientes de diferentes bases orgânicas torrefadas. A Figura 9 é um gráfico da resistência dos grânulos ao esmagamento seguido de uso de lignosulfonato de cálcio como um agente de ligação. A Figura 10 é a Tabela 5 mostrando o teor de nutrientes esperado e medido de amostra B1. A Figura 11 é um gráfico mostrando a contagem de coliformes, resistência ao esmagamento e teor de umidade. A Figura 12 é a Tabela 6, mostrando um exemplo de uma receita de base orgânica torrefada. A Figura 13 é uma tabela mostrando a composição de fertilizantes de acordo com modalidades da presente invenção.

Descrição Detalhada de Modalidades da Invenção

[052] A seguinte descrição foca em uma modalidade em que o resíduo orgânico é resíduo de frango e o processo de esterilização é torrefação. Deve ser entendido que estes são usados como exemplos, e outros resíduos orgânicos podem estar submetidos ao processo. Além disso, a torrefação é a mais preferida, mas o técnico no assunto deve apreciar que outras técnicas de esterilização podem ser realizadas. No entanto, a torrefação fornece uma vantagem significativa no processo atual, usando baixa temperatura e, portanto, retendo muito da labilidade de carbono do resíduo orgânico. O produto de carbono lábil otimiza a saúde do solo e funciona sinergicamente com os nutrientes adicionados para fornecer um fertilizante particularmente vantajoso. O processo principal descrito na presente invenção na fabricação de um material base (um resíduo de frango torrefado) em um pó que pode então ser misturado com outros ingredientes para entregar um resultado nutricional “projetado”. O produto torrefado é otimizado para ‘condicionamento de solo’. Os aditivos inorgânicos adicionam intensidade de nutrientes e alvejam uma produtividade melhorada da planta.

[053] Resíduos orgânicos brutos (liteira de frango de corte, esterco em camadas, mortalidade de frangos de corte) de granjas de frangos próximas podem ser entregues ao local a granel. Esses resíduos irão variar em nutrientes e teor de carbono com base na fazenda de origem, materiais de cama disponíveis e mudanças sazonais. A razão de alimentações pode variar ligeiramente com base no teor de nutrientes e no produto desejado. Com o tempo, outras matérias-primas orgânicas podem ser usadas como insumo e manuseadas e manipuladas no local.

[054] Antes do processo de torrefação, os resíduos animais podem ser armazenados em depósitos de aço ou concreto. Preferencialmente, o resíduo é armazenado de forma a reduzir qualquer possível risco biológico. Os resíduos animais podem ser particularmente perigosos para os humanos, especialmente se o indivíduo animal também for humano, portanto, medidas rigorosas de saúde e segurança devem ser tomadas antes da esterilização. Um misturador de fita em batelada pode ser usado para misturar o resíduo de aves, como esterco, cama e carcaças (frangos de descarte). Se necessário, a matéria-prima orgânica pode ser acondicionada em um triturador e/ou moinho de martelos antes de ser conduzido ao torrefador para tratamento.

[055] Um Carregador Frontal (FEL) pode carregar as entradas nas tremonhas nas razões desejadas, onde elas podem passar pelos alimentadores de peso para serem misturados em um misturador de fita. O material misturado pode ser conduzido para um triturador para quebrar o material antes de alimentar o torrefador. A torrefação aquece o material a 250-350 graus C na ausência de oxigênio. O torrefador faz isso aquecendo o material que passa através de uma rosca condutora por meio de radiação e condução a partir de um sistema de queimador por baixo. Isso atinge dois resultados: - Remoção da massa de umidade a partir do material. - Desnaturação de quaisquer patógenos que possam estar presentes no insumo de resíduo animal.

[056] O processo pode alcançar esses resultados, mas retém o carbono em uma forma lábil (usável), pois a temperatura não atinge um ponto de pirólise.

[057] O vapor e outros gases voláteis podem ser evaporados, capturados e condensados em um sistema de limpeza de gás, com baixa perda de nutrientes dos sólidos a granel para os vapores condensados.

[058] O torrefador pode ser qualquer aparelho adequado ao fim a que se destina. Em uma modalidade, o torrefador é uma pequena rosca condutora, operada “bloqueada” para fornecer uma vedação de ar. O torrefador de trado helicoidal de tolerância estreita de design personalizado pode ter aquecimento externo a gás. A rosca condutora pode ser montada acima do torrefador para recuperação de calor residual. Em operação, uma temperatura de torrefação pode ser decidida. A temperatura selecionada é baseada em experiência anterior com o material a ser torrefado. A temperatura pode estar na faixa de cerca de 100 graus a cerca de 350 graus C. O controlador irá definir quanta potência aplicar aos elementos de aquecimento para manter a temperatura. Um termostato pode ser empregado para garantir que a temperatura permaneça dentro de uma faixa definida. Depois que a temperatura atinge o nível desejado, os biossólidos úmidos (resíduo orgânico) podem ser introduzidos de maneira contínua pela porta de entrada do torrefator. O resíduo orgânico pode ser apanhado pela rosca condutora e transportado para a câmara de torrefação. A taxa na qual o material passa através do torrefador dependerá da velocidade de rotação do condutor. O calor é aplicado através de condução através das paredes externas e por meio de aquecimento radiante aplicado aos sólidos durante o transporte.

[059] Em uma modalidade, o torrefador pode ser composto por três roscas condutoras em série com diferentes finalidades: - uma rosca de pré-aquecimento por meio da qual o calor residual do queimador principal aquece o material antes da rosca principal; - uma rosca principal, que tem um banco de queimadores queimando por baixo dele; - uma rosca de resfriamento encamisada com água para baixar a temperatura para que o produto de torrefação possa ser armazenado.

[060] Válvulas guilhotina dupla faca podem fornecer uma vedação de gás na entrada e na saída de cada rosca. A taxa de alimentação do torrefador pode ser controlada por meio de circuitos de realimentação que regulam a temperatura da saída da rosca principal, que fornece um teor de umidade de produto inferido (~ 7-10%), com base no material de alimentação. A configuração da temperatura de saída pode ser ajustada com base na análise de umidade e pode ser limitada para minimizar a pirólise do material de alimentação a uma taxa aceitável.

[061] Todas as admissões do torrefador e as próprias unidades torrefadoras podem estar localizadas em uma construção dedicada. Isso pode auxiliar no gerenciamento do risco de contaminação de produtos acabados com patógenos que podem estar presentes na matéria-prima orgânica entregue no local. Pode haver três unidades torrefadoras em paralelo (sistema de alimentação única, sistema de condensado único).

[062] Uma vez que os sólidos foram torrefados, o material orgânico tratado pode ser transportado para fora do torrefador. O material pode cair sob a gravidade da câmara de torrefação para um recipiente adequado. O material torrefado pode ser resfriado até atingir a temperatura ambiente ou um pouco acima para auxiliar na manipulação posterior. Opcionalmente, o resfriamento é o resfriamento pós-torrefação por meio de rosca condutora encamisada com LPB04683 P. 23 / 48 água. O recipiente preenchido com material torrefado pode ser uma bolsa sustentada por um descarregador de bolsa. Em intervalos predeterminados, o material torrefado pode ser testado para garantir que atenda aos requisitos de esterilização e teor de umidade. Se houver algum problema de teste, o processo pode ser interrompido e os parâmetros no torrefador podem ser ajustados.

[063] O produto de torrefação pode ser conduzido para a construção de granulação adjacente para armazenamento em silos intermediários. Esses silos podem ser projetados para permitir o retroajuste de um sistema de alimentação para suportar um futuro fornecimento de “hub & spoke” de material torrefado a partir de unidades de torrefação na fazenda.

[064] O produto torrefado resultante pode então ser enviado em bateladas para um misturador de fitas e um moinho de martelo, onde é moído. O material pode ser moído até ter uma consistência homogênea. Nesse estágio, os materiais inorgânicos, incluindo nutrientes inorgânicos sólidos e líquidos, podem ser adicionados ao produto torrefado em um misturador industrial para alcançar uma mistura homogeneizada. Os fertilizantes inorgânicos (por exemplo, misturas de RPR/SOP, ureia, misturas de DAP/MOP) podem ser entregues no local a granel e descarregados por meio de rosca condutora para silos de armazenamento. Pode haver facilidade para que outros nutrientes residuais (por exemplo, materiais de Zn/Cu/Mo) sejam entregues em sacos de 1 tonelada (T) e armazenados para uso conforme necessário no futuro.

[065] A leonardita pode ser adicionada em uma quantidade de pelo menos cerca de 2, 5, 10 ou 15 % do produto total. A leonardita pode ser entregue no local em sacos de 1 tonelada (T) e armazenada para uso conforme necessário. A leonardita pode ser adicionada após a torrefação, pois é um material livre de patógenos, e é adicionada devido ao seu alto teor de carbono e presença de ácidos húmicos que se acredita ajudar na granulação e contribuir para a saúde do solo.

[066] Para se obter grânulos de produto acabado que contenham uma mistura homogênea de orgânicos torrefados, leonardita e fertilizante inorgânico, os materiais são misturados e triturados em um moinho de martelo para alcançar a redução de tamanho desejada, em seguida, enviados para o processo de peletização ou granulação. A peletização envolve transportar a mistura para uma extrusora de pellets e uma máquina de corte. A granulação pode envolver moinhos de bolas, opcionalmente três dispostos em série. Em todos os estágios apropriados, os líquidos podem ser pulverizados para reduzir a poeira. Os processos de alimentação, mistura e moagem podem ser contínuos para entregar uma corrente contínua de alimentação do solo ao misturador de umedecimento. Algumas misturas são mais adequadas para peletização do que outras. O técnico no assunto pode tentar a peletização e granulação, para ver o que se adequa à mistura empregada.

[067] O princípio de peletização é umedecer toda a alimentação do peletizador até um nível definido para alcançar uma combinação suficiente de material sob pressão com lubrificação suficiente para passar através da matriz. Água insuficiente ou excessiva pode resultar em entupimento/obstrução das cabeças de rolo e matriz, bem como produto fraco e excesso de finos.

[068] Para produtos feitos usando peletização, a alimentação bruta moída pode entrar no misturador de umedecimento com produto reciclado de tamanho reduzido e água (ou condensado de torrefador) adicionado para umedecer a mistura antes da peletização. Prevê-se que o processo de peletização/formação de bolas produza aproximadamente 70% de produto no tamanho, de modo que cerca de 30% de todo o material alimentado ao peletizador é devolvido como reciclado (uma razão de reciclagem de 0,43:1).

[069] O material umedecido pode ser alimentado para peletizadores paralelos (taxa de 2 x 50%) para gerar pequenos cilindros de produto e, em seguida, para uma série de moinhos de bolas para arredondar as bordas afiadas dos pellets e mudar seu formato para esferas. Os moinhos de bolas são compostos por um disco rotativo que joga o produto em uma parede vertical em torno do disco, o que transmite uma ação de rolagem no material a granel conforme ele gira em torno do moinho. Água (ou condensado de torrefador) pode ser adicionada para auxiliar no amolecimento das bordas e para plastificar os pellets para mudar de formato. A formação de bolas também produzirá uma combinação de alguns finos em partículas de tamanho maior. O material arredondado pode então alimentar o secador a jusante e os processos de peneiramento.

[070] Um queimador a gás pode ser usado para aquecer o ar que é alimentado no tambor secador para secar os grânulos. Os gases de exaustão do secador podem ser capturados por meio de um compartimento de sacos, com um ventilador de extração que ventila os gases limpos para a atmosfera. O produto fertilizante sólido seco pode ser peneirado (peneira vibratória de 2 plataformas). Após peneiramento de tamanho aumentado, o produto pode passar através de uma peneira de finos para remover o tamanho reduzido. De acordo com as especificações, passa através de um tambor rotativo de resfriamento e, em seguida, por uma peneira de polimento para remover pó. O tamanho reduzido dos finos e das peneiras de polimento pode ser reciclado de volta para o peletizador. O produto fertilizante sólido seco opcionalmente na forma de grânulos pode ter um teor de umidade de menos do que cerca de 10, 8 ou 5% (preferencialmente menos do que 5%) de umidade para estabilidade de prateleira e para prevenir (ou pelo menos reduzir) o recrescimento do patógeno nos grânulos.

[071] Após o resfriamento e peneira de polimento, o produto pode ser conduzido para silos de armazenamento no local para despacho em caminhões graneleiros ou alimentado na linha de ensacamento no local para ser armazenado em sacos de 1T (1000 kg). O produto acabado pode ser enviado para peneiramento de produto final. Supondo que o produto atenda a todos os padrões exigidos, ele pode ser vendido a granel ou ensacado e marcado para venda e uso.

Exemplos

[072] As modalidades da presente invenção serão agora exemplificadas com referência aos seguintes exemplos não limitativos.

Exemplo 1 - como determinar o teor de nutrientes esperado de um fertilizante

[073] A fim de determinar a efetividade de uma formulação de fertilizante, várias formulações podem ser criadas de acordo com a presente invenção. O técnico no assunto pode então determinar qual formulação é melhor para uso em que tipo de solo e para que tipo de planta pretende ser cultivada naquele solo. A título de exemplo, diferentes formulações são propostas e estas podem ser marcadas de A a M para referência interna.

[074] Como um exemplo, a formulação de fertilizante A pode ser preparada pela torrefação de material orgânico compreendendo liteira de esterco de frango, esterco em camada e galinhas de descarte. O material orgânico pode ser armazenado e, em seguida, conduzido para um torrefador. Uma temperatura de 150 graus C a cerca de 350 graus C pode ser empregada por cerca de 5 a cerca de 30 minutos para torrar o resíduo. Uma vez que os sólidos foram torrefados, o material orgânico tratado pode ser transportado para fora do torrefador e resfriado antes de ser coletado em um recipiente. As bateladas podem ser retiradas do recipiente e enviadas para um misturador de fita onde o material torrefado será misturado antes de ser moído em um moinho (por exemplo, moinho de martelo) por, por exemplo, até 20 minutos, embora tempos mais curtos possam ser empregados. Fertilizantes inorgânicos líquidos e sólidos, como sulfato de amônio e APP podem ser adicionados ao produto moído e misturados. O componente orgânico pode ser cerca de 20-80%; o aglutinante cerca de 5-10%; e o componente inorgânico cerca de 20-70% do peso total do material moído. Os materiais orgânicos e inorgânicos misturados podem ser enviados para peletização.

[075] A quebra esperada de carbono (C), nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), enxofre (S) e cálcio (Ca) no fertilizante é mostrada na Tabela 1 da Figura 1.

[076] A Tabela 1 da Figura 1 também mostra a formulação proposta das composições B-M que podem ser preparadas de uma maneira semelhante à descrita acima.

[077] Além das diferentes formulações, o tempo gasto no torrefador pode variar de 30 minutos a 15 minutos, 1 hora, 2 horas, 3 horas. Além disso, o efeito de temperatura será explorado de 150 a até 350 graus C. Ademais, o tempo gasto na moagem pode ser mais ou menos do que 20 minutos.

[078] Cada um dos fertilizantes pode então ser testado no solo para determinar sua eficácia na promoção do crescimento de plantas e da saúde geral.

Exemplo 2 - análise do produto torrefado

[079] A natureza estéril do componente orgânico torrefado da formulação é mostrada na Figura 7.

[080] Uma análise da natureza lábil do carbono do material torrefado foi feita. Os resultados são mostrados na Figura 2. O material torrefado contém uma faixa de formas de carbono. As principais formas de interesse são: Carboxila C - Inclui ácidos carboxílicos, incluindo ácidos orgânicos de cadeia curta. Estes contribuem para os processos do solo impactando na disponibilidade de nutrientes. Estes são facilmente decompostos pelos micróbios do solo. Arila C - Estes incluem compostos C aromáticos que incorporam uma estrutura de anel de benzeno, que é uma função de materiais orgânicos mais ‘maduros’. Embora esses compostos também contribuam para a disponibilidade de nutrientes, eles têm um tempo de residência mais longo no solo devido à sua estrutura de anel ser mais resistente à degradação microbiana. Eles podem contribuir para o sequestro de C. O-Alquila C - Esta classe inclui todos os polissacarídeos (tipo açúcar) e compostos de carboidratos. Estes irão estimular a atividade microbiana localizada, pois são substratos microbianos facilmente disponíveis. Este material também pode ter um efeito de ‘iniciação’, pelo qual estimula a mineralização de outras fontes de C do solo não tão disponíveis. Alquila C - Esta classe inclui ácidos graxos, lipídios e outros compostos alifáticos de cadeia longa. Embora estes provavelmente sejam consumidos por micróbios como fontes de energia, eles não contribuem para a liberação de nutrientes ou sequestro de C.

[081] O espectro de RMN de 13C é mostrado na Figura 3, com as várias classes C sendo medidas como grupos de picos em diferentes ‘desvios químicos’. O grande pico em cerca de 70 ppm é o pico de polissacarídeo/carboidrato. Este formato do espectro é semelhante àquele visto em outras emendas orgânicas do tipo composto. Assim, a torrefação retém muitos dos benefícios de outros processos orgânicos, como a compostagem, enquanto concentra o carbono e remove patógenos. Outro exemplo de RMN é mostrado na Figura 4, em comparação com o lignito e o composto.

Exemplo 3 - um exemplo específico para preparar um fertilizante de acordo com uma modalidade

[082] Os diagramas de fluxo da Figura 5 e da Figura 6 apresentam uma visão esquemática do processo a partir das matérias-primas até o empacotamento de grânulos finais. As etapas são descritas abaixo e são marcadas na Figura 5. 1. Matérias-primas orgânicas (liteira de frango, esterco de frango e carcaças de frango foram recebidas em baias separadas). 2. Todas as matérias-primas orgânicas foram alimentadas em um misturador de fita na razão especificada (por exemplo, Tabela da Figura 13) e bem misturadas antes de entrar no triturador. 3. A mistura foi triturada em partículas de tamanho pequeno e consistente antes de entrar no processo de torrefação. Esta etapa permitiu uma torrefação uniforme (distribuição de calor) devido ao tamanho consistente. 4. A mistura triturada foi introduzida em uma unidade torrefadora, onde a mistura foi exposta a uma temperatura elevada de 330°C na ausência de oxigênio. O processo de torrefação reduziu significativamente a umidade da mistura (de 40% de teor de umidade para menos do que 10% de teor de umidade). 5. O material orgânico torrefado foi então introduzido em um misturador com grânulos de fertilizante inorgânico e agente de ligação em uma razão especificada, por exemplo, a Tabela da Figura 13 (de acordo com as receitas de formulação do produto). 6. A mistura de material orgânico e inorgânico foi então introduzida em um moinho de martelo para moer as partículas e misturar adicionalmente o material para homogeneidade. Um exemplo da homogeneidade da composição dos pellets misturados finais é mostrado na Figura 10. 7. A mistura moída e homogeneizada foi então introduzida em uma estação de umedecimento onde um líquido (água ou fertilizante líquido ou condensado LPB04683 P. 30 / 48 do processo) foi adicionado à mistura para preparar para a peletização. 8. A mistura úmida é então introduzida no peletizador para granulação. 9. Os grânulos do peletizador foram introduzidos em um polidor junto com um líquido (água ou condensado do processo) para polir adicionalmente a superfície do grânulo e produzir grânulos esféricos uniformes. 10. Os grânulos polidos foram introduzidos em um secador para remover o excesso de teor de umidade. A umidade foi reduzida para estar na faixa de pelo menos cerca de 1% a no máximo cerca de 9%. 11. Os grânulos secos foram então resfriados à temperatura de armazenamento, possivelmente por resfriamento ambiente ou por um ventilador. 12. Os grânulos resfriados foram adicionalmente peneirados quanto a grumos e partículas grandes antes de serem despachados para armazenamento ou embalagem.

Exemplo 4 - escolha da base torrefada

[083] Os resíduos animais usados para os produtos foram torrefados em várias proporções para produzir “bases”. Os resultados da análise de nutrientes para quatro dessas bases são mostrados na Tabela 4 da Figura 8. O teor de umidade das bases varia e é aumentado de acordo com a presença de esterco/carcaça (úmida) e diminui de acordo com a presença de liteira (matéria seca). Verificou-se, no entanto, que além das variações no teor de umidade, o teor geral de nutrientes do insumo orgânico não impacta significativamente na quantidade de carbono lábil no produto acabado. Isso significa que o fertilizante melhorado pode tolerar porcentagens variáveis de liteira/esterco/carcaça na base torrefada, desde que o teor de carbono resultante esteja na faixa de cerca de 30 a cerca de 40% do total.

[084] Três bateladas de materiais de resíduo orgânico também foram analisadas após a torrefação por um laboratório independente (SWEP) para nutrientes, carbono e patógenos. Os resultados são mostrados na Tabela 1 da Figura 7. Como pode ser visto na Tabela 1, o produto torrefado é substancialmente estéril devido à ausência de E. Coli, Salmonella e Listeria (coliformes totais (<3)). A falta de coliformes também pode ser vista no gráfico da Figura 11. Os fertilizantes marcados como B1 e B4 não têm coliformes, dureza desejada e teor de umidade desejado.

Exemplo 5 - dureza/resistência ao esmagamento

[085] A resistência ao esmagamento, que é uma medida de dureza do grânulo, é usada como um indicador de desempenho do grânulo. Os experimentos foram conduzidos usando lignosulfonato como aglutinante de granulação para melhorar adicionalmente a resistência ao esmagamento (dureza do grânulo). A Figura 9 mostra os resultados de um tal experimento. Pode ser visto a partir dos dados na Figura 9 que em um teor de umidade de menos do que 10%, a dureza dos grânulos com lignosulfanato de cálcio é significativamente maior do que sem o aglutinante. Exemplo 5 - formulações de fertilizante melhorado

[086] Diversas formulações foram produzidas usando um processo de torrefação e granulação para fabricar pellets de fertilizantes, incluindo materiais orgânicos e inorgânicos.

[087] O material orgânico torrefado foi então misturado com fertilizantes inorgânicos em misturas e razões variáveis e a mistura foi granulada. As composições são mostradas na Tabela da Figura 13. Os grânulos finais foram enviados ao laboratório para análise de nutrientes, umidade e composição.

[088] Experimentos de incubação em solo e estufa foram conduzidos em solo arenoso e solo argiloso para entender o efeito do(s) produto(s) fertilizante(s) em diferentes estruturas de solo e composições de nutrientes.

[089] Incubação em solo • A quebra de matéria orgânica foi observada em ambos os tipos de solo, no entanto, isso foi visto mais claramente no solo arenoso devido à menor carga de nutrientes, matéria orgânica e atividade microbiana em comparação com a argila. • A liberação de cátions foi observada durante o período experimental, o que se refletiu na relação entre CEC, razão C:N e carbono lábil. • A mineralização de potássio e fósforo foi vista, com aumento de mineralização ocorrendo com produtos Orgânicos torrefados em comparação com seus controles. • Observou-se que produtos Orgânicos torrefados tinham Amônio e Nitrato semelhantes durante o período experimental em comparação a seus controles, que mostraram que não ocorria nenhuma imobilização importante de Nitrogênio em ambos os solos. • Devido ao alto teor orgânico e atividade microbiana, observou-se que o Amônio N converteu-se rapidamente em Nitrato N. • Observou-se que alguns produtos Orgânicos torrefados têm uma liberação mais lenta e mais controlada de N em comparação com seus controles.

[090] Estufa • O desempenho do(s) produto(s) é melhor do que o solo para milho (argila) e alface (arenoso), fornecendo rendimento aumentado e captação de nutrientes mais alta. • Os efeitos agronômicos são mais evidentes no solo arenoso do que no solo argiloso devido à fertilidade mais alta do solo argiloso. • Diferentes taxas de aplicação para o produto (B4) foram ensaiadas e uma faixa ótima foi identificada. • Duas taxas de aplicação foram ensaiadas para todos os outros tratamentos. Respostas variáveis foram observadas por produto.

[091] Os ensaios de campo foram tratados com esterco de frango compostado adicional, enquanto os ensaios em vaso foram tratados com esterco de frango bruto adicional. O esterco/composto foi adicionado para comparação com os produtos ABF (por exemplo, B1, B4, B5, B6, B7, D5 etc.) com aplicações separadas de esterco ou composto seguido por uma aplicação de fertilizante NPK convencional. A expectativa seria que a disponibilidade de nutrientes seria semelhante à de esterco bruto ou esterco compostado - o material compostado simplesmente tendo menos patógenos e em alguns casos um pouco menos de nitrogênio (que foi perdido durante a compostagem).

[092] A % de rendimento de matéria seca é a matéria seca (gramas por vaso) dividida pelo controle (sem aplicação de fertilizante). Hipótese 1: O material orgânico torrefado desempenhará tão bem ou melhor que o esterco/composto

[093] Descoberta: Verdadeira

[094] Os orgânicos C1 torrefados não têm material inorgânico adicionado (ainda). Este experimento tem como objetivo demonstrar que o carbono lábil no material orgânico torrefado é superior ao esterco de composto quando usado LPB04683 P. 34 / 48 sozinho. Como pode ser visto a partir dos resultados, a % de matéria seca em ensaios de campo é geralmente aumentada pelo uso do material torrefado adicionando suporte para seu uso em uma composição de fertilizante melhorado. Hipótese 2: Compostos de fertilizante químico orgânicos/inorgânicos co- granulados torrefados desempenharão tão bem quanto a mistura de fertilizante químico de esterco/compostagem + NPK

[095] Descoberta: Verdadeira

[096] Cada uma das composições B4, B5 e B6 de acordo com as modalidades da presente invenção tem 32,5% de base orgânica torrefada e 67,5 % de material inorgânico. Os sufixos 4, 5 e 6 são usados para denotar que cada uma das formulações B tem uma formulação inorgânica ligeiramente diferente. A % exata de nutriente das formulações é mostrada na Tabela da Figura 13.

[097] Ao considerar o desempenho geral, deve-se ter em mente que na mistura de NPK + composto/esterco, as formulações têm que ser entregues em duas etapas separadas, o que é uma desvantagem, como descrito na seção de antecedentes técnicos acima. As melhorias vistas para alface de ensaio de campo e brócolis de ensaio de campo são, portanto, melhorias consideráveis, uma vez que o fertilizante B4, B5 e B6 de acordo com uma modalidade da presente invenção foi adicionado em uma etapa. Hipótese 3: Compostos de fertilizante químico orgânicos/inorgânicos co- granulados torrefados desempenharão tão bem ou melhor que um composto de fertilizante químico de esterco/compostagem + NPK

[098] Descoberta: Verdadeira

[099] NO3PK é algumas vezes referido pela marca comercial Nitrophoska. Os resultados melhorados com B7 quando comparado com Nitrophoska usado sozinho ou em combinação com compostagem/esterco devem ser claros a partir dos resultados mostrados na Tabela. A % de rendimento de matéria seca para a alface aumentou de 26% para 31% quando se usou o fertilizante B7 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção. A % de rendimento de matéria seca para o milho aumentou de 107% para 136% quando se usou o fertilizante B7 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção. Hipótese 4: Compostos orgânicos/de SOA co-granulados torrefados desempenharão tão bem ou melhor do que SOA

[100] Descoberta: Verdadeira

[101] Os resultados melhorados com B2 quando comparados com SOA usado sozinho devem ser claros a partir dos resultados mostrados na Tabela acima. A % de rendimento de matéria seca para a alface aumentou de 66% para 138% quando se usou o fertilizante B2 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção. A % de rendimento de matéria seca para o milho aumentou de 36% para 66% quando se usou o fertilizante B2 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[102] Hipótese 5: Compostos orgânicos/de MAP-S-Zn co-granulados torrefados desempenharão tão bem ou melhor que o Granulock Z

[103] Descoberta: Verdadeira

[104] MAP-S-Zn é referido pela marca comercial Granulock Z, que é uma marca comercial registrada da Incitec Pivot. Os resultados melhorados com B3 quando comparados com MAP-S-Zn usado sozinho devem ser claros a partir dos resultados mostrados na Tabela acima. A % de rendimento de matéria seca para a alface aumentou de 100% para 138% quando se usou o fertilizante B3 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção. A % de rendimento de matéria seca para o milho aumentou de 32% para 56% quando se usou o fertilizante B2 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção. Hipótese: Compostos orgânicos/de ureia co-granulados torrefados fornecerão aumentos de rendimento significativos, ainda mais com a adição de inibidor de Si & DMP

[105] Descoberta: Verdadeira

[106] Os resultados melhorados com D5 tendo a adição de silício, zinco e DMP podem ser vistos quando comparados com a formulação D1. A % de rendimento de matéria seca para alface aumentou de 38% para 77% quando se usou D5 de acordo com uma modalidade da presente invenção. A % de rendimento de matéria seca para o milho aumentou de 77% para 86% quando se usou o fertilizante D5 melhorado de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[107] Nas reivindicações que se seguem e na descrição anterior da presente invenção, exceto onde o contexto exigir de outra forma devido a linguagem expressa ou implicação necessária, a palavra “compreender” ou variações como “compreende” ou “compreendendo” é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença das características declaradas, mas não para impedir a presença ou adição de outras características em várias modalidades da presente invenção.

Claims (3)

1. Método para preparar um fertilizante sólido na forma de partículas discretas, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: esterilizar um material orgânico de resíduos animais pela aplicação de calor a 150°C a 350°C, em atmosfera anaeróbica inerte, para fornecer um produto predominantemente de carbono lábil e estéril por menos do que 30 minutos, misturar um material inorgânico compreendendo pelo menos um dentre N, P, K ou S com o material orgânico para produzir uma mistura homogênea, em que o material inorgânico é selecionado a partir de um ou mais fertilizantes inorgânicos líquidos e sólidos, incluindo sulfato de amônio, APP (polifosfato de amônio), NPK (nitrogênio, fósforo e potássio), NO3PK, SOA (sulfato de amônio), MAP (fosfato monoamônico), DAP (fosfato de diamônio), ureia, CAN (nitrato de cálcio e amônio), MOP (muriato de potássio), SOP (sulfato de potássio), e formar partículas discretas da mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos, em que o carbono no fertilizante é predominantemente carbono lábil e é livre de carbono biochar.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fertilizante sólido inclui um aglutinante compreendendo leonardita, lignossulfato de cálcio ou ambos.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que esterilizar o material orgânico compreende a torrefação do material orgânico em um torrefador para produzir um produto torrefado predominantemente de carbono lábil e estéril e um gás torrefador; em que na etapa de esterilização, o calor é aplicado através de condução através das paredes externas do torrefador, e o método compreende adicionalmente condensar o gás torrefador em uma corrente líquida e combinar a corrente líquida com a mistura homogênea de materiais orgânicos e inorgânicos durante a formação das partículas discretas.