CZ2014546A3

CZ2014546A3 - Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin

Info

Publication number: CZ2014546A3
Application number: CZ2014-546A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Marek; Iveta Horsáková; Rudolf Krchov; František Pudil; Aleš Marek
Original assignee: TESORO Spin off, s.r.o.; Vysoká škola chemicko- technologická v Praze; Ester, Spol. S R.O.
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-01-27
Also published as: CZ305666B6

Abstract

Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu rostlin je založen na aplikaci biouhlu v kombinaci s kultivovanými mikroorganismy. Fytomasa určená k přípravě biouhlu se zahřívá v reaktoru s indukčním ohřevem na teplotu 300 až 600 .degree.C po dobu 2 až 5 hodin nebo pomocí magnetronů v kombinaci s průhledy ze safírového skla pro přístup mikrovln k fytomase při teplotách 800 až 1400 .degree.C. Vzniklý biouhel se obohacuje přídavkem biomasy kultivovaných mikroorganismů a/nebo mykorhizních hub a/nebo hnojiv a/nebo hydrokoloidů. Přípravek na bázi biouhlu se používá především v zemědělství a lesnictví k podpoře růstu vyšších rostlin.

Description

Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin

Oblast techniky enzifikace zemedeIske produkce je jedním z klíčových momentů vývoje lidské společnosti od jejího počátku. V poslední době je optimalizace zemědělské výroby čím dál více spojována s životním prostředím, s problematikou udržitelného rozvoje. V této souvislosti se do popředí η™Τι/°^{Vyuzitl bl}°^uhlu nejenom ve vazbě na samotnou intenzifikaci zemědělské produkce, ale i možnosti odstraňování antropogenního oxidu uhličitého z atmosféry

Dosavadní stav techniky

Úplatném biouhlu (angl. biochar) jako prostředku pro cílené vylepšení půdy z hlediska zyysene odolnosti pudy a rostlin vůči suchu, chorobám a nedostatku živin je^námo již z předminulého století. Jedna se o zuhelnatěnou biomasu vznikající pyrolýzou (zahříváním bez pnstupu vzdušného kyslíku) z materiálů rostlinného nebo živočišného původu, jako je r^nTh¹”¹ ^7’ ze zemědělsko-potravinářského koiplexu, resp. obecne odpady biologického původu. Biouhel je porézní nasákavý materiál, který je schopny pojmout a udržet vodu v půdě a uchovat ji pro období sucha. Jeho přítomnost vpůdě z epsuje její schopnost zadržovat ve vodě rozpuštěné živiny a obecně minerální látky Z analogických důvodů vnitřní porézní struktury může biouhel zadržovat a propouštět vzduch mto^STsmů^{0 ehCUJe 3 pr0VZduŠňuje půdu a tím přlspívá k} efektivní činnosti půdních

Vzhledem ktomu, že se v přírodě velmi pomalu rozkládá, přispívá jako účinný prostředek pro ^^{adam U}5^llk? ^d° ^pudy’ ^{což v současné době} globálního oteplování napomáhá snižování obsahu oxidu uhličitého v atmosféře.

Podstata vynálezu

Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin spočívá v aplikaci biouhlu spolecne s mykorhizními houbami a dalšími komponentami na bázi hydrokoloidů organických nebo anorganických hnojiv a rhizosfemích bakterií v kombinaci s podsevem leguminozmmi rostlinami.

Pro přípravu biouhlu je běžný postup spočívající v zahřívám fytomasy ve vsádkovém nebo v ro acmm kontinuálním reaktoru s vnějším ohřevem nejčastěji pomocí plynových hořáků na teplotu kolem 600 C po dobu 4 až 8 hodin podle množství vložené náplně a velikosti jejích castic. Způsobem dle vynálezu se fytomasa určená k přípravě biouhlu zahřívá v reaktoru pomoci indukčního ohřevu na teplotu 300 až 600 °C, s výhodou na 450 až 550 °C,po dobu 2 az 5 hodin. Alternativně se způsobem dle vynálezu fytomasa určená k přípravě biouhlu zahnva pomoci indukčního ohřevu v reaktoru se šnekovým posunem vnitřní náplně opatřeným dvojklapkovým zabezpečením na vstupu i výstupu proti přístupu vzdušného

-2kyslíku. Analogicky se způsobem dle vynálezu provádí ohřev vnitřní náplně pomocí magnetronů v kombinaci s průhledy ze safírového skla pro prostup mikrovln k fytomase oři teplotách 800 až 1400 °C. ^P

Jako zdroj vhodné fytomasy pro přípravu biouhlu se používají dřevní štěpky měkkých i tvrdých dřev, především smrku a borovice, k likvidaci určené dřevěné palety, sláma, seno, stvoly kukuřice, bagasa, rýžová sláma, stvoly z rajčat, odpadní íytomasa z potravinářského průmyslů, jako jsou třapiny, odřezky ze zeleniny a z řepy, pokrutiny, odpadní skořápky z ovoce, vysušené výpalky, zbytky z mořských řas po extrakci apod. S výhodou se způsobem dle vynálezu používají směsi vybraných komponent v závislosti na velikosti jejich částic, obsahu vlhkosti a hodnotě pH vodného výluhu ze získaného biouhlu.

Připravený biouhel se způsobem dle vynálezu s výhodou před vlastním zapravením do půdy obohatí hnojivém anorganického původu, s výhodou ve formě nanohnojiva, nebo organického původu jako je prasečí kejda, močůvka, melasa, výpalky apod. Přídavek hnojivá k aplikovanému biouhlu jednak zabrání možnosti dočasného odčerpání živin z půdy do biouhlu a v případě hnojiv organického původu eliminuje nežádoucí odér. Půda, do které byl zapraven biouhel spříslušným hnojivém, s výhodou po předešlém použití jako sorbentu v zemědělské živočišné výrobě, má vysokou retenční kapacitu, nevyplavují se z ní minerální hnojivá, není ohrožena erozemi a vykazuje nízké hodnoty emisí skleníkových plynů. Zároveň je úrodnější a zdravější díky přítomnosti půdních organizmů

Aplikací biouhlu společně s mykorhizními houbami při pěstování rostlin dle vynálezu se využívá symbiózy mykorhizních hub s pěstovanými rostlinami, přičemž přidaný biouhel napomáhá fixaci mykorhizních hub v blízkosti kořenů vysazovaných, resp. pěstovaných rostlin. Mykorhizní houby mohou pomocí extramatrikálmeh hyf využívat mnohem větší objem půdy než kořenové vlášení samotných vysazovaných rostlin, v důsledku čehož je příjem vody a minerálních živin u kořenů s mykorhizou signifikantně vyšší než bez mykorhizy. Minerální živiny jsou předávány hostitelské rostlině, od které houba obdrží sacharidy nezbytné pro její další růst a vývoj. Po kolonizaci kořenů mykorhizní houbou je rychle stimulován růst hostitelské rostliny, rozvoj mykorhizy a stimulace růstu nadzemní části rostliny jsou tedy v přímé závislosti.

Při vlastní výsadbě a pěstování rostlin se biouhel přidávaný do půdy obohacuje přídavkem ektomykorhizmch nebo endomykorhizních hub, kterými se vysazované nebo pěstované rostliny inokulují bezprostředním kontaktem s kořenovým systémem těchto rostlin. Biomasa ektomykorhizmch hub (např. rodu Boletus, Paxillus, Suillus, Laccaria.Russula, Cortinarius, Lactarius, Entoloma, Hebeloma, Lepista, Gymnopilus, Crucibulum, Agaricus, Hypholoma, Macrolepiota, Morchella a Sparassis) se připravuje kultivací za aerobních podmínek ve sladinovém tekutém médiu nebo v bramborovo-sójovém bujónu při 15 až 25 ^aČ po dobu 14 dnů v temnu. Nakultivovaná biomasa ektomykorhizmch hub se použije přímo ve formě kultivačního media s narostlou biomasou, nebo se předem převede do suché formy na sprayové sušárně nebo lyofilizací. V případě endomykorhizních hub se příslušné mycelium hub, např. rodu Globus, Gigaspora, Acaulospora nebo Sclerocystis, pěstuje na hostitelské rostlině, např. na kukuřici, kultivované hydroponicky ve směsi perlitu a písku s přídavkem biouhlu v hmotnostním poměruu 40 ku 10 ku 1 až 10 ku 30 ku 10 po přídavku spor nebo inokula pěstovaných endomykorhizních hub.a vytvořené mycelium ve formě substrátu s fragmenty kořenů hostitelské rostliny s hyfami a sporami endomykorhizních hub se použije

- 3 ·· ·· ·· · · · · jako pndavek k vysazovaným nebo pěstovaným rostlinám. Ektomykorhizní houby se zpravidla přidávají k výsadbovému materiálu na bázi jehličnanů, zatímco endomykorhizní houby nalézají uplatnění při výsadbě a růstu listnatých stromků a jiných rostlin.

Při pěstování rostlin vyššího vzrůstu, s výhodou lesních stromů, větrolamů či dřevin na ochranu proti rozšiřujícím se pouštím, se způsobem dle vynálezu provede výsev leguminózních rostlin (např. pelušky, hrachu, komonice a jetele) do půdy s přidaným biouhlem, s výhodou obohaceným živinami, a biomasou rhizosfemích bakterií, např. rodu nebo Jzotoůacfor, nakultivovanou v baňkách nebo ve vzdušněném fermentoru pn 28 az 38 C v základním živném médiu. Přídavek rhizosfemích bakterií se provádí přímo ve formě kultivačního media s narostlou biomasou mikroorganismů, s výhodou opět po smíchám _s biouhlem a následným zapravením do půdy. Výsev leguminózních rostlin na dané o alitě je možno realizovat po výsadbě dřevin nebo s výhodou ještě před touto výsadbou. 1 rovedeny podsev těmito rostlinami nejenom zvyšuje ujímatelnost vysazovaných dřevin a nasledne urychlení jejich růstu, zároveň však výrazným způsobem zabraňuje erozi půdy v dané lokalitě Podsev leguminózními rostlinami v kombinaci se specifickými nitrogenními baktenemi (rhizobii) umožňuje fixaci atmosférického dusíku, čímž přispívá k obohacování živinami potřebnými pro růst nejenom leguminózních rostlin. Tímto způsobem je možno snižovat dávky minerálních hnojiv, které se při pěstování rostlin používají. Při využití leguminózních rostlin inokulovaných rhizobii se ušetří jak náklady na hnojení dusíkatými hnojivý, tak i náklady na hnojení hnojivý fosforečnými. Používané kmeny rhizobii mají totiž schopnost nejenom fixovat atmosférický dusík, ale pomocí své P-solubilizačm aktivity uvolňuji fosfor z těžko rozpustných fosforečných sloučenin a tím ho činí pro rostliny dostupný a využitelný. Fosfor zastává důležitou roli také při biologické fixaci atmosférického dusíku, neboť je nezbytný k nodulaci (tvorbě hlízek) i k procesu samotné fixace dusíku. Při dostatku dostupného fosforu se zvyšuje počet i hmotnost hlízek^a také celková nitrogenázová aktivita. ^&

Biouhel se společně s nakultivovanými mykorhizními houbami dle vynálezu přidává k výsadbovému materiálu ve školkách nebo k vysazovaným stromkům nebo k pěstovaným rostlinám společně s hydrokoloidem na bázi synthetického hydrogelu nebo přírodních polysachandů a/nebo humínových látek ve formě fixačního gelu. Tato aplikace je výhodná nejenom z důvodů podpory ujímání vysazovaných rostlin a jejich následného růstu v důsledku probíhající symbiosy s mykorhizními houbami, ale přítomnost biouhlu s hydrogelem fixujícím až 80 % vody zajišťuje pro pěstované rostliny potřebné množství vody. Obalení kořenu fixačním gelem zabraňuje vysychání rostlin, což výrazně napomáhá udržování kvalitního výsadbového materiálu po vytěžení ve školkách během dopravy, případně i skladování před vlastní výsadbou.

Při probíhající symbiose dochází k vzájemnému ovlivňování výměny živin mezi mykorhizní houbou a hostitelskou rostlinou, přičemž tyto fyziologické procesy se projevují především v koloběhu živin v ekosystémech. Mykorhizace rostlin může omezovat i výskyt některých chorob a škůdců napadajících kořeny vysazovaných či pěstovaných rostlin, podobným „profylaktickým“ účinkem působí i samotný přídavek biouhlu. Přídavkem biouhlu do půdy s nadlimitním obsahem těžkých kovů (příslušných iontů) dochází k fixaci těchto látek na biouhlu, což výrazným způsobem snižuje obsah těžkých kovů v nadzemních částech rostlin v případě kulturních plodin v příslušných plodech.

Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle vynálezu umožňuje výrazným způsobem zvyšovat ujímavost, vitalitu a růst vysazovaných a pěstovaných rostlin :· .. . .··.:··· -4při současném sníženi ztrát výsadbového materiálu a tím i zvyšování efektivnosti a ekonomiky rostlinné výroby včetně zvyšování kvality produktů zemědělské výroby při současném zlepšování životního prostředí.

Vynález je dokumentován příklady použití, aniž by se jimi omezoval.

Příklady provedení

Příklad 1

Směs dřevních štěpků z buku, dubu a výpalků v hmota, poměru 50 ku 40 ku 10 se zahřívá v reaktoru pomocí indukčního ohřevu na teplotu 600 °C po dobu 5 hodin. Po vychlazení se k získanému biouhlu přidá 5%ná roztok nanohnojiva připraveného hydrotermálmm procesem ve vysokotlakém autoklávu při 30 až 110 MPa a 400 až 450 °C v hmota, poměru vůči biouhlu 5 ku 50. Po promíchám se k vytvořené směsi přidá 20 hmota. % mycelia ve formě substrátu s fragmenty kořenů hostitelské rostliny s hyfami a sporami endomykorhizních hub vytvořeného kultivací na hostitelské rostlině, např. na kukuřici, kultivované hydroponicky ve směsi perlitu a písku s přídavkem biouhlu v hmotnostním poměruu 10 ku 30 ku 10 po přídavku spor nebo inokula pěstovaných endomykorhizních hub. Získaná finální směs se přidává k vysazovaným rostlinám nebo přímo kjiž pěstovaným rostlinám vytvářejícím symbiózu s aplikovanými druhy endomykorhizních hub.

Příklad 2

Směs dřevních štěpků ze smrku a topolu, třapin a pokrutin v hmota, poměru 60 ku 20 ku 10 ku 10 se zahřívá pomocí indukčního ohřevu v reaktoru se šnekovým posunem vnitřní náplně opatřeným dvojklapkovym zabezpečením na vstupu i výstupu proti přístupu vzdušného kyslíku na teplotu 400 °C po dobu 4 hodin. K získanému biouhlu se po ochlazení přidá 2,5 hmota % melasy a 4 hmota. % fermentačního media s narostlou biomasou rhizosfemích bakterií, např. rodu Agrobacterium nebo Azotobacter, nakultivovanou v baňkách nebo ve vzdušněném fermentoru při 28 až 38 v základním živném médiu. Získaná směs biouhlu s přidanými komponentami se zapraví do půdy v množství 1 až 2 kg na metr čtvereční a poté se provede vysev leguminóznich rostlin, např. jetele. Do takto připravené půdy se provádí výsadba stromku, jejichž kořenový systém se předem obalí ponořením do směsi biouhlu společně s 25 hmota. % kultivačního media s narostlou biomasou ektomykorhizních hub nakultivovaných za aerobních podmínek ve sladinovém tekutém médiu nebo v bramborovosójovém bujónu při 15 až 25 po dobu 14 dnů v temnu a s 5 hmota. % hydrogelu, např. alginátu, ke kterému se předem přidá 2,5 hmota. % humínových látek.

Příklad 3

Směs drcené slámy, drcených stvolů kukuřice a rajčat a odřezků ze zeleniny a z řepy v hmota, poměru 40 ku 25 ku 5 ku 15 ku 15 se zahřívá pomocí indukčního ohřevu v reaktoru se šnekovým posunem vnitřní náplně opatřeným dvojklapkovým zabezpečením na vstupu i

výstupu proti přístupu vzdušného kyslíku na teplotu 300 °C po dobu 2,5 hodiny. Po vychlazeni se k získanému biouhlu přidá 5 hmotn. % vyzrálé prasečí kejdy a 10 hmotn. % mycelia ve formě substrátu s fragmenty kořenů hostitelské rostliny shyfami a sporami endomykorhizních hub vytvořeného kultivací na hostitelské rostlině, např. na kukuřici, kultivované hydroponicky ve směsi perlitu a písku s přídavkem biouhlu v hmotnostním poměrutí 40 ku 10 ku 1 po přídavku spor nebo inokula pěstovaných endomykorhizních hub. Získaná finální směs se přidává k vysazovaným rostlinám nebo přímo k již pěstovaným rostlinám vytvářejícím symbiózu s aplikovanými druhy endomykorhizních hub.

Příklad 4

Směs dřevních štěpků z borovice, douglasky, drcených odpadních dřevěných palet a zbytků z mořských řas po extrakci v hmotn. poměru 50 ku 30 ku 5 ku 15 se zahřívá v reaktoru pomocí magnetronů v kombinaci s průhledy ze safírového skla pro prostup mikrovln při teplotě 800 °C po dobu 2 hodin. K připravenému biouhlu se po vychladnutí přidá 5%ní roztok dusíkatého hnojivá obsahujícího amonné a/nebo dusičnanové ionty a močovinu do vytvoření vlhké hmoty, která se smísí s půdou obsahující mycelia mykorhizních hub/ vytvářejících symbiotickou vzájemnou podporu s pěstovanou rostlinou. Vytvořená finální směs se přidává k vysazovaným rostlinám shodného druhu, tedy vytvářející shodný druh mykorhizní symbiózy.

Příklad 5

Dřevní štěpky ze smrku se zahřívají v reaktoru s vnějším ohřevem pomocí plynových hořáků na teplotu 550 °C po dobu 4 hodin. Po vychlazení se k připravenému biouhlu přidá 5 hmotn. /ó prokvašených exkrementů z chovu drůbeže s ekvivalentním poměrem přidané vody. K získané vlhké směsi se přidá 5 hmotn. % kultivačního media s narostlou biomasou ektomykorhizních hub nakultivovaných za aerobních podmínek ve sladinovém tekutém médiu nebo v bramborovo-sójovém bujónu při 15 až 25^/Í0rC po dobu 14 dnů v temnu. Vytvořená směs se promíchá s hustým gelem obsahujícím 5 hmotn. % pektátu získaného jako odpadní produkt z vyroby pektinu. Takto připravena finální směs se přidává do půdy k vysazovaným rostlinám, zpravidla jehličnatým stromkům vytvářejícím symbiózu s aplikovanými druhy ektomykorhizních hub.

Claims

Průmyslová využitelnost

Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin je určen především pro oblast zemědělství a lesnictví. Umožňuje výrazným způsobem zvyšovat ujímavost, vitalitu a růst vysazovaných a pěstovaných rostlin při současném snížení ztrát výsadbového materiálu a tím i zvyšování efektivnosti a ekonomiky rostlinné výroby včetně zvyšování kvality zemědělských produktů při současném zlepšování životního prostředí. V této souvislosti je zvláště zajímavá možnost fixace těžkých kovů, resp. jejich iontů;vedoucí ke snižování obsahu těžkých kovů v nadzemních částech rostlin, v případě kulturních plodin v příslušných plodech. Z hlediska životního prostředí ve spojení s problematikou udržitelného rozvoje je zvláště zajímavá možnost odstraňování antropogenního oxidu uhličitého z atmosféry.

1. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin, vyznačující se ’^{ze se} fyj°^masa určená k přípravě biouhlu zahřívá v reaktoru a vzniklý biouhel se obohacuje přídavkem biomasy kultivovaných mikroorganismů a/nebo mykorhizních hub a/nebo hnojiv a/nebo hydrokoloidů.
2. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle nároku 1, vyznačující se tím, že se k biouhlu přidávají ektomykorhizní houby připravené kultivaci za aerobních podmínek ve sladinovém tekutém médiu nebo vbramborovosojovém bujónu při 15 až 25 °C po dobu 14 dnů v temnu ve formě kultivačního media s narostlou biomasou.
3. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle nároku 1, vyznačující se tím, že se k biouhlu přidávají endomykorhizní houby vypěstované na hostitelské rostlině kultivované ve směsi perlitu a písku s přídavkem biouhlu v poměni 40 ku 10 ku 1 až 10 ku 30 ku 5 po přídavku spor nebo inokula pěstovaných endomykorhizmch hub ve formě vytvořeného mycelia s fragmenty kořenů hostitelské rostliny s hyfami a sporami endomykorhizmch hub.
4. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle nároku 1, vyznačující se tím, že se fytomasa určená k přípravě biouhlu zahřívá v reaktoru s vnitřním mícháním pomocí indukčního ohřevu na teplotu 300 až 600 °C po dobu 2 až 5 hodin nebo se fytomasa zahřívá pomocí indukčního ohřevu v reaktoru se šnekovým posunem vnitřní náplně opatřeným dvojklapkovým zabezpečením na vstupu i výstupu proti přístupu vzdušného kyslíku.
5. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle nároku 1, vyznačující se tím, že se fytomasa určená k přípravě biouhlu zahřívá v reaktoru se šnekovým posunem pomocí magnetronů v kombinaci s průhledy ze safírového skla pro prostup mikrovln k fytomase při teplotách 800 až 1400 °C.
6. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle nároku 1, 4 nebo 5, vyznačující se tím, že se jako zdroj fytomasy pro přípravu biouhlu používají dřevní štěpky měkkých i tvrdých dřev a/nebo k likvidaci určené dřevěné palety a/nebo sláma a/nebo seno a/nebo stvoly kukuřice a/nebo bagasa a/nebo rýžová sláma a/nebo stvoly z rajčat a/nebo odpadní fytomasa z potravinářského průmyslu jako jsou trapiny a/nebo odřezky ze zeleniny a z řepy a/nebo pokrutiny a/nebo odpadní skořápky z ovoce a/nebo vysušené výpalky a/nebo zbytky z mořských řas po extrakci, s výhodou ve formě směsí vybraných komponent v závislosti na velikosti jejich částic, obsahu vlhkosti a hodnotě pH vodného výluhu ze získaného biouhlu.
7. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle některého z nároků 1, 4 až 6, vyznačující se tím, že připravený biouhel před vlastním zapravením do půdy obohatí hnojivém anorganického původu, s výhodou ve formě nanohnojiva, nebo organického původu jako je prasečí kejda a/nebo močůvka a/nebo melasa a/nebo výpalky. '
8. Způsob yyroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle některého z nároku 1 az 7 vyznačující se tím, že se k vyrobenému přípravku přidá hydrokoloid na bázi synthetickeho hydrogelu nebo přírodních polysacharidů a/nebo humínové látky ve tormě fixačního gelu. ^J
9. Způsob výroby přípravku na bázi biouhlu pro podporu růstu rostlin podle některého z nároků 1, 4 až 7, vyznačující se tím, že se k biouhlu přidá půda s ektomykorhizními a/nebo endomykorhizními houbami vytvářejícími symbiotický vztah sv této půdě dříve pěstovanými rostlinami stejného druhu.
10. Použití přípravku vyrobeného způsobem podle některého z předchozích nároků k pěstovaní lesních stromů a/nebo dřevin.