EA044886B1 - APPLICATION OF GRANULAR PYROCARBON FOR SOIL STRUCTURING - Google Patents
APPLICATION OF GRANULAR PYROCARBON FOR SOIL STRUCTURING Download PDFInfo
- Publication number
- EA044886B1 EA044886B1 EA202291419 EA044886B1 EA 044886 B1 EA044886 B1 EA 044886B1 EA 202291419 EA202291419 EA 202291419 EA 044886 B1 EA044886 B1 EA 044886B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- soil
- granular
- carbon
- substrate
- pyrocarbon
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims description 132
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 claims description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000002362 mulch Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 claims description 10
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 claims description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003899 bactericide agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000000417 fungicide Substances 0.000 claims description 2
- 238000010413 gardening Methods 0.000 claims description 2
- 239000005648 plant growth regulator Substances 0.000 claims description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 30
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 18
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 16
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 7
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 6
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 6
- 238000004158 soil respiration Methods 0.000 description 6
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 5
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 5
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 5
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000003864 humus Substances 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 4
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 3
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- 241001057636 Dracaena deremensis Species 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 2
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000002008 calcined petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 230000009965 odorless effect Effects 0.000 description 2
- 238000001543 one-way ANOVA Methods 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000002364 soil amendment Substances 0.000 description 2
- 239000003516 soil conditioner Substances 0.000 description 2
- 238000004162 soil erosion Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000003971 tillage Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000003716 Corey-Seebach umpolung reaction Methods 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 1
- -1 Polycyclic aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000009754 Vitis X bourquina Nutrition 0.000 description 1
- 235000012333 Vitis X labruscana Nutrition 0.000 description 1
- 240000006365 Vitis vinifera Species 0.000 description 1
- 235000014787 Vitis vinifera Nutrition 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 231100000209 biodegradability test Toxicity 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000012272 crop production Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002363 herbicidal effect Effects 0.000 description 1
- 238000003898 horticulture Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002688 soil aggregate Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Description
Настоящее изобретение включает применение гранулированного пироуглерода с плотностью 1,62,3 г/см3, удельной площадью поверхности 0,001-5 м2/г, размером частиц 0,3 мм (d10)-8 мм (d90) и содержанием углерода 95-100 мас.% для оструктуривания почвы, например, для стимулирования роста растений, стимулирования дренирования почвы и предотвращения эрозии, испарения, закупорки, образования корки и заиления. Пироуглерод предпочтительно используют в качестве мульчи.The present invention includes the use of granular pyrolytic carbon with a density of 1.62.3 g/cm 3 , specific surface area of 0.001-5 m 2 /g, particle size of 0.3 mm (d10)-8 mm (d90) and carbon content of 95-100 wt.% for soil structure, for example to stimulate plant growth, promote soil drainage and prevent erosion, evaporation, clogging, crusting and silting. Pyrocarbon is preferably used as mulch.
Почва является наиболее важным производственным фактором для фермеров, и поэтому главная задача фермера состоит в том, чтобы предотвратить эрозию, испарение и заиление. Мульчу в настоящее время используют для борьбы с эрозией, испарением, сорняками и истощением гумуса. В качестве мульчи обычно используют растительные остатки промежуточной культуры или солому предыдущего урожая.Soil is the most important production factor for farmers and therefore the main concern of the farmer is to prevent erosion, evaporation and siltation. Mulch is currently used to control erosion, evaporation, weeds and humus depletion. The mulch is usually plant residues from the catch crop or straw from the previous harvest.
Недостаток мульчи заключается в том, что органическая масса связывает активные ингредиенты, такие как гербициды, и тем самым снижает их действие. Посев мульчи также требует значительных временных и денежных затрат.The disadvantage of mulch is that the organic matter binds to active ingredients such as herbicides, thereby reducing their effectiveness. Sowing mulch also requires significant time and money.
Помимо посева мульчи, иногда на полях разбрасывают компост. В зависимости от типа компоста в течение нескольких дней может сохраняться неприятный запах.In addition to sowing mulch, compost is sometimes spread on the fields. Depending on the type of compost, an unpleasant odor may persist for several days.
US 2,877,599 раскрывает, что сажа, имеющая большой объем для своего веса, может включаться в почву, чтобы затемнить ее и улучшить нагрев от солнечного излучения, а также поглощение и удержание воды. US 2,877,599 раскрывает, что сажа настолько легкая и рыхлая (размер агрегатов 85-500 нм, агломератов 1-100 мкм, плотность 1,7-1,9 г/см3), в некотором смысле крайне летучая, что ее нельзя осаждать непосредственно на землю. Простое ее разбрасывание приводит к тому, что значительный процент сажи испаряется в воздух, а оставшаяся часть быстро уносится или сносится ветром. В US 2,877,599 подводится итог о том, что сажу практически невозможно добавлять непосредственно в почву. Таким образом, US 2,877,599 раскрывает структурообразователь почвы в форме компактных гранул, содержащий 5-40%, предпочтительно 10-20% сажи, до 50% гипса, до 1% связующего вещества и до 95% органического волокнистого материала, т.е. шлама с предприятий по переработке сточных вод, отработанного щелока с бумажных фабрик или гумуса. Структурообразователь почвы наносят на почву в количестве в диапазоне 200 фунтов (90 кг)-2 тонны на акр (0,405 га). Желательно, чтобы структурообразователь почвы проник в землю на глубину двух дюймов в течение двух лет. Гранулы имеют диаметр и длину в диапазоне от 1/4 до 3/16 дюйма.US 2,877,599 discloses that carbon black, having a large volume for its weight, can be incorporated into soil to darken it and improve solar heating and water absorption and retention. US 2,877,599 discloses that soot is so light and friable (aggregate size 85-500 nm, agglomerates 1-100 µm, density 1.7-1.9 g/cm 3 ), in a sense extremely volatile, that it cannot be deposited directly on land. Simply scattering it causes a significant percentage of the soot to evaporate into the air, while the remainder is quickly carried away or blown away by the wind. US 2,877,599 summarizes that it is virtually impossible to add carbon black directly to the soil. Thus, US 2,877,599 discloses a soil structurant in the form of compact granules containing 5-40%, preferably 10-20% carbon black, up to 50% gypsum, up to 1% binder and up to 95% organic fibrous material, i.e. sludge from wastewater treatment plants, waste liquor from paper mills or humus. The soil cultivator is applied to the soil at rates ranging from 200 pounds (90 kg) to 2 tons per acre (0.405 ha). It is advisable to allow the soil builder to penetrate the soil to a depth of two inches within two years. The granules have a diameter and length ranging from 1/4 to 3/16 inches.
US 3,345,773 раскрывает использование углеродистых твердых частиц диаметром 0,08-0,5 дюйма в качестве мульчи для стимулирования прорастания и роста растений за счет нагревания почвы, предотвращения коркообразования на почве и удержания в ней влаги. Описаны различные полезные твердые углероды, например, уголь, т.е. лигниты, антрациты, а также битумные угли и кокс, полученный из углей и нефти. По определению твердый углерод включает твердые вещества, состоящие в основном из углерода с содержанием летучих веществ менее чем около 25 мас.% и полученные из источников угля или углеводородов. Мульчу наносят на твердое вещество, чтобы обеспечить слой над семенами толщиной 0,125-1,5 дюйма. Предпочтительно, углеродсодержащие твердые вещества смешивают с водонепроницаемым материалом для создания водного барьера.US 3,345,773 discloses the use of 0.08-0.5 inch diameter carbonaceous solids as a mulch to promote plant germination and growth by warming the soil, preventing soil crusting and retaining soil moisture. Various useful solid carbons have been described, such as coal, i.e. lignites, anthracites, as well as bituminous coals and coke obtained from coals and oil. By definition, solid carbon includes solids consisting primarily of carbon with a volatile content of less than about 25 wt.% and derived from coal or hydrocarbon sources. Mulch is applied to the solid material to provide a layer above the seeds that is 0.125 to 1.5 inches thick. Preferably, carbon-containing solids are mixed with a waterproof material to create a water barrier.
US 3,341,318 раскрывает состав мульчи, содержащий композиции лигнинсульфоната, побочный продукт бумажной промышленности, технический углерод и воду. Эти составы мульчи обеспечивают повышенную температуру почвы, тем самым способствуя более качественному прорастанию семян сельскохозяйственных культур, более раннему появлению всходов и созреванию, сохраняют почвенную влагу, уменьшают потери почвы, выдуваемой ветром, легко распыляются без засорения форсунок аппликатора и не вызывают коррозии оборудования, которое используют для их внесения. При желании сажу можно исключить из мульчи, если ее используют в первую очередь для гербицидного воздействия.US 3,341,318 discloses a mulch composition containing lignin sulfonate compositions, a paper industry by-product, carbon black and water. These mulch formulations provide increased soil temperatures, thereby promoting better germination of crop seeds, earlier emergence and maturation, retain soil moisture, reduce wind-blown soil loss, are easy to spray without clogging applicator nozzles, and do not cause corrosion to the equipment used to enter them. If desired, soot can be excluded from the mulch if it is used primarily for herbicidal effects.
JP 9310068 касается структурообразователя почвы, содержащего углеродный материал с высокой удельной площадью поверхности 30-500 м/г, состоящей из остатков сжигания отходов резиновых изделий.JP 9310068 relates to a soil builder containing carbon material with a high specific surface area of 30-500 m/g, consisting of residues from the combustion of waste rubber products.
Источники углерода неизвестного состава, т.е. углеродосодержащие отходы, потенциально опасны, поскольку они могут содержать компоненты, являющиеся вредными для окружающей среды или токсичными. Нормы охраны окружающей среды требуют, чтобы добавки к почве, например, структурообразователи, являлись безопасными и не добавляя в почву загрязняющих веществ.Carbon sources of unknown composition, i.e. carbon-containing wastes are potentially hazardous because they may contain components that are harmful to the environment or toxic. Environmental regulations require that soil amendments, such as amendments, be safe and do not add pollutants to the soil.
Ввиду неизвестных компонентов, использующих отходы, WO 2012/15313 раскрывает систему для производства структурообразователя почвы, отличающуюся тем, что газообразный источник углеводородов подают на установку плазменного крекинга, а полученный плазменный углерод подают на установку, в которой плазменный углерод смешивают с субстратом для получения структурообразователя почвы, обогащенного углеродом. В качестве субстрата для смешивания с углеродом могут выступать различные виды почвы, такие как песок, глина или органические отходы. В документе сообщается о том, что плазменный углерод с небольшими размерами конкреций (<100 нм) имеет несколько преимуществ в качестве структурообразователя почвы, поскольку он поглощает УФ-излучение и за счет этого обеспечивает защиту микроорганизмов, жизненно важных для хороших условий роста в почвах, подверженных сильному солнечному излучению. В WO 2012/15313 речь идет о том, что большая площадь поверхностиIn view of the unknown waste utilization components, WO 2012/15313 discloses a system for producing a soil structurant, characterized in that a gaseous source of hydrocarbons is supplied to a plasma cracker and the resulting plasma carbon is supplied to a plant in which the plasma carbon is mixed with a substrate to produce a soil structurant. , enriched with carbon. The substrate for mixing with carbon can be various types of soil, such as sand, clay or organic waste. The paper reports that plasma carbon with small nodule sizes (<100 nm) has several advantages as a soil builder because it absorbs UV radiation and thereby provides protection for microorganisms vital for good growth conditions in soils exposed to strong solar radiation. WO 2012/15313 refers to the fact that a large surface area
- 1 044886 от 50 до 1000 м2/г важна для улучшения влагоудерживающих свойств и, соответственно, предотвращения обезвоживания почвы. Помимо того недостатка, что для гранулирования сажи приходится прикладывать определенные усилия, WO 2012/15313 раскрывает, что субстраты на основе сажи имеют постоянную тенденцию к пылеобразованию. Пыль усиливает эрозию и истощение гумуса, и правила охраны окружающей среды требуют, чтобы почвенные добавки использовались в форме, не содержащей пыли.- 1 044886 from 50 to 1000 m 2 /g is important for improving water-holding properties and, accordingly, preventing soil dehydration. In addition to the disadvantage that a certain amount of effort is required to granulate the carbon black, WO 2012/15313 discloses that carbon black substrates have a constant tendency to generate dust. Dust increases erosion and humus depletion, and environmental regulations require soil amendments to be used in a dust-free form.
Хотя использование углерода в качестве структурообразователя почвы в литературе имеет долгую историю, о его широком применении ничего не известно.Although the use of carbon as a soil structurant has a long history in the literature, its widespread use is unknown.
В последнее время, с учетом истощения гумуса, изменения климата и вопросов управления органическими отходами в качестве многообещающего структурообразователя почвы упоминается биоуголь.Recently, in view of humus depletion, climate change and organic waste management issues, biochar has been mentioned as a promising soil builder.
В основном заявлено три преимущества биоугля: Улучшение почвы, сокращение N2O и секвестрация углерода. Большая площадь поверхности биоугля может обеспечить долгосрочное хранение воды, функциональные группы могут связывать питательные вещества, а черный цвет может улучшить прогревание почвы. Изменение физической среды обитания в отвалах может привести к трансформациям в микробном сообществе и обеспечить подавление выбросов N2O. Полициклические ароматические соединения биоугля разлагаются медленнее, чем исходная биомасса, являющаяся поглотителем углерода.There are basically three claimed benefits of biochar: Soil improvement, N2O reduction and carbon sequestration. Biochar's large surface area can provide long-term water storage, the functional groups can bind nutrients, and the black color can improve soil warming. Altering the physical habitat of waste dumps can lead to transformations in the microbial community and provide suppression of N2O emissions. Polycyclic aromatic compounds in biochar decompose more slowly than the original biomass, which is a carbon sink.
Однако большинство недавних исследований показало лишь небольшое или незначительное влияние на урожайность. (Martin Bach, Burkhard Wilske & Lutz Breuer (2016): Current economic obstacles to biochar use in agriculture and climate change mitigation, Carbon Management (Текущие экономические препятствия для использования биоугля в сельском хозяйстве и смягчения последствий изменения климата, Управление Выбросами Углерода), DOI: 10.1080/17583004.2016.1213608; Steffens (2019), Kohlenstoff in den Boden bringen (Внесение углерода в почву). Lumbrico 3, 36-39; Borchard, N., Siemens, 1, Ladd, В., Moller, A., Amelung, W. (2014) Application of biochars to sandy and silty soil failed to increase maize yield under common agricultural practice. Soil and Tillage Research (Внесение биочаров в песчаную и илистую почву не привело к увеличению урожайности кукурузы при обычной сельскохозяйственной практике. Исследование почвы и обработки почвы) 144, 184-194).However, most recent studies have shown only small or negligible effects on yield. (Martin Bach, Burkhard Wilske & Lutz Breuer (2016): Current economic obstacles to biochar use in agriculture and climate change mitigation, Carbon Management, DOI : 10.1080/17583004.2016.1213608; Steffens (2019), Kohlenstoff in den Boden bringen. Lumbrico 3, 36-39; Borchard, N., Siemens, 1, Ladd, V., Moller, A., Amelung, W. (2014) Application of biochars to sandy and silty soil failed to increase maize yield under common agricultural practice. Soil and Tillage Research. and tillage) 144, 184-194).
Средняя стоимость биоугля в настоящее время составляет около 400 евро за тонну. При использовании около 10 т/га прибыль от повышения урожайности оценивается в размере от 1 до 10 евро на тонну в год. При предполагаемом среднем периоде полураспада биоугля в 20 лет его крупномасштабное применение в сельском хозяйстве пока не выгодно (смотрите Bach, Miill und Abfall (2017); BUND (Союз охраны окружающей среды и природы) (2015), Terra Preta/Pyrolysekohle - BUND Einschatzung ihrer Umweltrelevanz (Пиролизный уголь - BUND (Оценка экологического значения)). Кроме того, сомнительно, что объемы биоугля, которые потенциально доступны в течение года, смогут удовлетворить рыночный спрос.The average cost of biochar is currently around 400 euros per tonne. Using around 10 t/ha, yield gains are estimated to be between €1 and €10 per tonne per year. With an estimated average half-life of biochar of 20 years, its large-scale application in agriculture is not yet profitable (see Bach, Miill und Abfall (2017); BUND (Union for the Conservation of the Environment and Nature) (2015), Terra Preta/Pyrolysekohle - BUND Einschatzung ihrer Umweltrelevanz (Pyrolysis coal - BUND (Environmental Importance Assessment)) In addition, it is doubtful that the volumes of biochar that are potentially available throughout the year will be able to meet market demand.
Таким образом, учитывая текущую стоимость биоугля, его экономическая целесообразность не может рекомендовать его повсеместное использование в сельскохозяйственном растениеводстве. Кроме того, процесс преобразования биомассы в пиролизованный биоуголь также необходимо критически оценивать с точки зрения содержания загрязняющих веществ в продукте (особенно ПАУ).Thus, given the current cost of biochar, its economic feasibility cannot recommend its widespread use in agricultural crop production. In addition, the process of converting biomass into pyrolyzed biochar also needs to be critically evaluated in terms of the contaminant content of the product (especially PAHs).
В US 2013/312472 раскрыта композиция, содержащая пиролизованную биомассу, которую используют для улучшения почвы. Указанная пиролизованная биомасса может содержать более 95 мас.% углерода и может представлять собой гранулированную композицию с частицами размером 1 мм. В US 2013/312472 упоминается, что благодаря высокой пористости биоуголь накапливает питательные вещества и микроорганизмы, благодаря чему растения растут даже в сильно пористых почвах. Поверхность БЭТ анализируют на наличие древесины, соломы, зеленых отходов и водорослей и определяют, что она находится в диапазоне 20-200 м2/г при температуре пиролиза 600-750°С.US 2013/312472 discloses a composition containing pyrolyzed biomass that is used for soil improvement. Said pyrolyzed biomass may contain more than 95 wt.% carbon and may be a granular composition with particles of 1 mm in size. US 2013/312472 mentions that due to its high porosity, biochar accumulates nutrients and microorganisms, allowing plants to grow even in highly porous soils. The surface BET is analyzed for wood, straw, green waste and algae and determined to be in the range of 20-200 m 2 /g at a pyrolysis temperature of 600-750°C.
US 8361186 раскрывает, что материал биомассы может подвергаться пиролизу, и такой гранулированный пироуглерод может быть использован в качестве структурообразователя почвы. Установлено, что содержание углерода находится в диапазоне 10-99,5 мас.%, а площадь поверхности в диапазоне 15000 м2/г.US 8,361,186 discloses that biomass material can be pyrolyzed and such granular pyrolytic carbon can be used as a soil structurant. The carbon content was found to be in the range of 10-99.5 wt.%, and the surface area in the range of 15000 m 2 /g.
US 2019/002764 также раскрывает использование пиролизованного и обогащенного кислородом биоугля с оптимизированной гидрофильностью в качестве субстрата для кондиционирования почвы. Субстрат представляет собой гранулированный материал с размером частиц до 3 мм, содержанием углерода в диапазоне 65-75 мас.% и площадью поверхности в диапазоне 0,1-800 м2/г.US 2019/002764 also discloses the use of pyrolyzed and oxygenated biochar with optimized hydrophilicity as a soil conditioning substrate. The substrate is a granular material with a particle size of up to 3 mm, a carbon content in the range of 65-75 wt.% and a surface area in the range of 0.1-800 m 2 /g.
Кэтрин Вебер и Питер Куикер (Kathrin Weber and Peter Quicker) проанализировали множество образцов биоугля в своей работе Fuel 217 (2018)240-261. Содержание углерода находится в диапазоне 50-95 мас.%, плотность биоугля находится в диапазоне 0,4-0,75 г/см3, объемная плотность составляет около 0,3 г/см3 и БЭТ находится в диапазоне 1-700 м2/г, и общий объем порового пространства составляет 1-4,8 см3/г, а все параметры зависят от температуры пиролиза.Kathryn Weber and Peter Quicker analyzed multiple biochar samples in Fuel 217 (2018)240-261. Carbon content is in the range of 50-95 wt.%, biochar density is in the range of 0.4-0.75 g/cm 3 , bulk density is about 0.3 g/cm 3 and BET is in the range of 1-700 m 2 /g, and the total volume of pore space is 1-4.8 cm 3 /g, and all parameters depend on the pyrolysis temperature.
Общепринятым методом стимулирования прорастания семян и роста растений является накрытие черной фольгой. Недостатки хорошо известны: отсутствие инфильтрации воды, использование микропластика, дорогостоящий и трудоемкий способ, негативно влияющий на ландшафт.A common method of promoting seed germination and plant growth is to cover with black foil. The disadvantages are well known: lack of water infiltration, use of microplastics, expensive and labor-intensive method that negatively affects the landscape.
Помимо проблем эрозии и испарения почвы, серьезной проблемой ввиду возрастающего риска проливных дождей из-за изменения климата являются инфильтрация и закупорка воды. Под закупоркой поIn addition to problems of soil erosion and evaporation, infiltration and water blockage are major concerns due to the increasing risk of heavy rainfall due to climate change. Under blockage
- 2 044886 нимается смещение частиц почвы с ее поверхности каплями дождя или движением воды в целом. При ударе капель (град, сильный дождь, непрерывный дождь, орошение) почвенные агрегаты более или менее механически дробятся, и при этом удаляются мелкие частицы или отдельные зерна. Последствия закупорки: (i) выравнивание; это приводит к ускорению поверхностного стока; (ii) закрытие пор почвы; это приводит к снижению водопоглощения (инфильтрации) и (iii) образование корки после высыхания; это затрудняет проникновение прорастающих растений через поверхность почвы.- 2 044886 The displacement of soil particles from its surface by raindrops or the movement of water in general is taken into account. When impacted by droplets (hail, heavy rain, continuous rain, irrigation), soil aggregates are more or less mechanically crushed, and small particles or individual grains are removed. Consequences of blockage: (i) alignment; this leads to acceleration of surface runoff; (ii) closing soil pores; this leads to reduced water absorption (infiltration) and (iii) crust formation after drying; this makes it difficult for germinating plants to penetrate the soil surface.
Задачей настоящего изобретения является предоставление способа стимулирования роста растений.An object of the present invention is to provide a method for promoting plant growth.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление способа стимулирования роста растений за счет уменьшения эрозии ветром и/или дождем.Another object of the present invention is to provide a method for promoting plant growth by reducing erosion by wind and/or rain.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление способа стимулирования роста растений за счет снижения потерь влаги в атмосферу и обеспечения за счет этого высокого содержания влаги в почве.Another object of the present invention is to provide a method for stimulating plant growth by reducing moisture loss to the atmosphere and thereby providing high soil moisture content.
В дополнение, еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление способа стимулирования роста растений за счет увеличения способности поглощения лучистого тепла посевным ложем, уменьшения потребности в поливе, снижения риска закупорки, образования корки, заиливания и/или подавления роста сорняков.In addition, another object of the present invention is to provide a method of promoting plant growth by increasing the radiant heat absorption capacity of the seed bed, reducing the need for watering, reducing the risk of plugging, crusting, silting and/or suppressing weed growth.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление структурообразователя почвы, который практически не содержит или вообще не содержит пыли, не имеет запаха и может временно храниться вне помещений.Another object of the present invention is to provide a soil structurant that contains little or no dust, is odorless, and can be temporarily stored outdoors.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление структурообразователя почвы, с которым легко обращаться и который легко наносить, что позволяет точно дозировать его благодаря четкому гранулометрическому составу.Another object of the present invention is to provide a soil structurant that is easy to handle and apply, allowing precise dosing due to its precise particle size distribution.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление структурообразователя почвы, не содержащего загрязняющих веществ и безвредного для почвы и растений даже в больших количествах.Another object of the present invention is to provide a soil structurant that does not contain pollutants and is harmless to soil and plants even in large quantities.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление углеродсодержащего структурообразователя почвы, который не поддается биологическому разложению и поэтому не выделяет углекислый газ.Another object of the present invention is to provide a carbon-containing soil builder that is non-biodegradable and therefore does not emit carbon dioxide.
Еще одной задачей настоящего изобретения является предоставление структурообразователя почвы, являющегося альтернативой биоуглю, который доступен по разумной цене и в достаточном количестве для удовлетворения потребностей рынка.Another object of the present invention is to provide a soil structurant alternative to biochar that is available at a reasonable price and in sufficient quantities to meet market needs.
В настоящем изобретении предложен субстрат для оструктуривания почвы, содержащий гранулированный пироуглерод с плотностью 1,6-2,3 г/см3, удельной площадью поверхности 0,001-5 м2/г, размером частиц 0,3 мм (d10)-8 мм (d90) и содержанием углерода 95-100 мас.%.The present invention proposes a substrate for soil structuring, containing granular pyrocarbon with a density of 1.6-2.3 g/cm 3 , specific surface area of 0.001-5 m 2 /g, particle size of 0.3 mm (d10)-8 mm ( d90) and carbon content of 95-100 wt.%.
Размер частиц такой же, как у мелкого гравия (обычно 2-6 мм) или крупного песка (обычно 0,5-2 мм).The particle size is the same as fine gravel (usually 2-6 mm) or coarse sand (usually 0.5-2 mm).
В настоящем изобретении предложен способ стимулирования роста растений в почве, который включает внесение в почву гранулированного пироуглерода с размером частиц 0,3-8 мм и содержанием углерода 95-100%.The present invention proposes a method for stimulating plant growth in soil, which includes adding granular pyrocarbon with a particle size of 0.3-8 mm and a carbon content of 95-100% to the soil.
Настоящее изобретение также предусматривает прямое применение гранулированного пироуглерода без какого-либо процесса гранулирования в качестве структурообразователя почвы для сельскохозяйственных угодий и/или садоводства. Предпочтительно, в дополнение к мульче семян используют гранулированный пироуглерод.The present invention also provides for the direct use of granular pyrolytic carbon without any granulation process as a soil builder for agricultural land and/or horticulture. Preferably, granular pyrolytic carbon is used in addition to the seed mulch.
Пироуглерод.Pyrocarbon.
Слово пироуглерод относится к твердому углероду, полученному в результате пиролиза легких углеводородов в отсутствие кислорода (смотрите, например, Мурадов, Назим. Производство водорода из ископаемого топлива с низким или почти нулевым содержанием СО2: состояние и перспективы (Low to near-zero CO2 production of hydrogen from fossil fuels: Status and perspectives.) Международный журнал водородной энергетики (International Journal of Hydrogen Energy) 42.20 (2017): 14058-14088). Предпочтительный гранулированный пироуглерод представляет собой твердый элементарный углерод высокой плотности, полученный осаждением на углеродные гранулы. Это предпочтительнее термической сажи, полученной с помощью термических/плазменных процессов, или наноструктурированного углерода, выращенного на металлических/оксидных катализаторах.The word pyrocarbon refers to solid carbon obtained from the pyrolysis of light hydrocarbons in the absence of oxygen (see, for example, Muradov, Nazim. Production of hydrogen from fossil fuels with low or almost zero CO 2 content: status and prospects (Low to near-zero CO 2 production of hydrogen from fossil fuels: Status and perspectives.) International Journal of Hydrogen Energy 42.20 (2017): 14058-14088). The preferred granular pyrolytic carbon is a high density solid elemental carbon obtained by deposition onto carbon granules. This is preferable to thermal carbon black produced by thermal/plasma processes or nanostructured carbon grown on metal/oxide catalysts.
Пироуглерод может быть получен разложением газообразных углеводородных соединений, предпочтительно разложением метана и осаждением углерода на подходящие подложки (углеродные материалы, металлы, керамику и их смеси), предпочтительно в диапазоне температур 1000-2500 К и при давлении в диапазоне 0,5-5000 кПа (абс). Субстрат может быть пористым или непористым и может представлять собой несущую подложку в реакторе (предварительно установленная часть) либо гранулированный и порошкообразный материал. При использовании несущей подложки, содержащей каталитически активные металлы, предпочтительными являются металлы, которые оказывают положительное или не оказывают вообще никакого влияния на прорастание семян и рост растений и могут оставаться в почве подобно железу. Предпочтительной подложкой является углеродсодержащая, например пироуглерод,Pyrocarbon can be produced by the decomposition of gaseous hydrocarbon compounds, preferably the decomposition of methane and the deposition of carbon on suitable substrates (carbon materials, metals, ceramics and mixtures thereof), preferably in the temperature range of 1000-2500 K and at pressures in the range of 0.5-5000 kPa ( abs). The substrate may be porous or non-porous and may be a carrier support in the reactor (pre-installed part) or granular and powdery material. When using a carrier support containing catalytically active metals, metals that have positive or no effect on seed germination and plant growth and can remain in the soil like iron are preferred. The preferred support is carbon-containing, for example pyrolytic carbon,
- 3 044886 что означает углерод, полученный в результате бескислородного термического разложения углеводородов в присутствии углеродсодержащей подложки при температурах >1000°С. Размер частиц предпочтительной несущей подложки находится в диапазоне 0,3-8 мм, предпочтительно 0,5-5 мм, более предпочтительно 1-4 мм. Разложение может быть реализовано в виде неподвижного слоя, подвижного слоя, псевдоожиженного слоя или увлеченного потока. Производство пироуглерода не ограничивается конкретным источником энергии, возможны производственные реакторы, работающие на ископаемом топливе, с электрическим или плазменным нагревом.- 3 044886 which means carbon obtained as a result of the oxygen-free thermal decomposition of hydrocarbons in the presence of a carbon-containing substrate at temperatures >1000°C. The particle size of a preferred carrier substrate is in the range of 0.3-8 mm, preferably 0.5-5 mm, more preferably 1-4 mm. The decomposition can be implemented as a fixed bed, moving bed, fluidized bed or entrained flow. Pyrocarbon production is not limited to a specific energy source; production reactors powered by fossil fuels, electrically or plasma heated are possible.
Широкий спектр микроструктур, например, изотропный, пластинчатый, зародышевый на подложке и с различным содержанием остаточного водорода может встречаться в пироуглероде в зависимости от условий осаждения (температуры, типа, концентрации и расхода исходного газа, площади поверхности подстилающей подложки и т.д.).A wide range of microstructures, for example, isotropic, lamellar, nucleated on a substrate and with varying levels of residual hydrogen, can occur in pyrolytic carbon depending on the deposition conditions (temperature, type, concentration and flow rate of the source gas, surface area of the underlying substrate, etc.).
Обычно плотность пироуглерода находится в диапазоне 1,5-2,5 г/см3, 1,6-2,3 г/см3, предпочтительно 1,8-2,2 г/см3, более предпочтительно 1,9-2,15 г/см3 (реальная плотность в ксилоле, ISO 8004). Обычно объемная плотность пироуглерода находится в диапазоне 0,5-1,5 г/см3, предпочтительно 0,6-1,3 г/см3, более предпочтительно 0,7-1,1 г/см3.Typically, the density of pyrolytic carbon is in the range of 1.5-2.5 g/cm 3 , 1.6-2.3 g/cm 3 , preferably 1.8-2.2 g/cm 3 , more preferably 1.9-2 .15 g/cm 3 (actual density in xylene, ISO 8004). Typically, the bulk density of pyrolytic carbon is in the range of 0.5-1.5 g/cm 3 , preferably 0.6-1.3 g/cm 3 , more preferably 0.7-1.1 g/cm 3 .
Как правило, содержание углерода в пироуглероде находится в диапазоне 95-100 мас.%, предпочтительно 98-100 мас.%, более предпочтительно 99-100 мас.%, еще более предпочтительно 99,5-100 мас.%, еще более 99,75-100 мас.%, еще более 99,9-100 мас.%. Обычно примесями пироуглерода являются: S в диапазоне 0-1 мас.%, предпочтительно 0-0,5 мас.%, более предпочтительно 0-0,1 мас.%. Fe в диапазоне 0-1000 ч./млн, предпочтительно 0-500 ч./млн, Ni в диапазоне 0-250 ч./млн, предпочтительно 0-100 ч./млн, V в диапазоне 0-450 ч./млн, предпочтительно 0-250 ч./млн, более предпочтительно 0-100 ч./млн. Na в диапазоне 0-200 ч./млн, предпочтительно 0-100 ч./млн. Кислород находится в диапазоне 0-100 ч./млн, предпочтительно ниже предела обнаружения.Typically, the carbon content of the pyrolytic carbon is in the range of 95-100 wt%, preferably 98-100 wt%, more preferably 99-100 wt%, even more preferably 99.5-100 wt%, even more than 99, 75-100 wt.%, even more than 99.9-100 wt.%. Typically, pyrolytic carbon impurities are: S in the range of 0-1 wt%, preferably 0-0.5 wt%, more preferably 0-0.1 wt%. Fe in the range of 0-1000 ppm, preferably 0-500 ppm, Ni in the range of 0-250 ppm, preferably 0-100 ppm, V in the range of 0-450 ppm , preferably 0-250 ppm, more preferably 0-100 ppm. Na in the range of 0-200 ppm, preferably 0-100 ppm. Oxygen is in the range of 0-100 ppm, preferably below the detection limit.
Обычно размер частиц гранулированного пироуглерода, непосредственно образующегося в результате разложения газообразных углеводородных соединений, находится в диапазоне 0,3 мм (d10)-8 мм (d90), предпочтительно 0,5 мм (d10)-5 мм (d90), более предпочтительно 1 мм (d10)-4 мм (d90).Typically, the particle size of granular pyrolytic carbon directly formed as a result of the decomposition of gaseous hydrocarbon compounds is in the range of 0.3 mm (d10)-8 mm (d90), preferably 0.5 mm (d10)-5 mm (d90), more preferably 1 mm (d10)-4 mm (d90).
Фракция размером частиц менее 0,1 мм, предпочтительно менее 10 мкм, более предпочтительно менее 5 мкм составляет не более 20 мас.ч./млн, более предпочтительно составляет не более 10 мас.ч./млн. Фракция размером частиц менее 0,1 мм, предпочтительно менее 10 мкм, более предпочтительно менее 5 мкм, находится в диапазоне 0-20 мас.ч./млн, предпочтительно 0-10 мас.ч./млн.The particle size fraction of less than 0.1 mm, preferably less than 10 μm, more preferably less than 5 μm is not more than 20 ppm by weight, more preferably is not more than 10 ppm by weight. The particle size fraction of less than 0.1 mm, preferably less than 10 μm, more preferably less than 5 μm, is in the range of 0-20 ppm by weight, preferably 0-10 ppm by weight.
При необходимости, гранулированный пироуглерод, непосредственно образующийся в результате разложения газообразных углеводородных соединений, может быть классифицирован по желаемому размеру частиц или желаемому гранулометрическому составу, если это необходимо для конкретных областей применения в сельском хозяйстве. Для таких процессов отделения/классификации обычно используют универсальный классификатор.If necessary, granular pyrolytic carbon, directly formed from the decomposition of gaseous hydrocarbon compounds, can be classified according to the desired particle size or desired particle size distribution, if necessary for specific agricultural applications. For such separation/classification processes, a universal classifier is typically used.
Как правило, размер кристаллов (дифракционный рентгеновский анализ) в пироуглероде находится в диапазоне 20-60 А, предпочтительно 30-50 A, (XRD, iSo 20203).Typically, the crystal size (X-ray diffraction) in pyrolytic carbon is in the range of 20-60 A, preferably 30-50 A, (XRD, iSo 20203).
Как правило, пористость гранулы пироуглерода составляет 0%-15%, предпочтительно 0,2%-10%, наиболее предпочтительно 0,2-5% (ртутная порометрия, DIN66133).Typically, the porosity of the pyrocarbon granule is 0%-15%, preferably 0.2%-10%, most preferably 0.2-5% (mercury porosimetry, DIN66133).
Как правило, удельная площадь поверхности пироуглерода, измеряемая методом ртутной порометрии (DIN66133), находится в диапазоне 0,001-10 м2/г, предпочтительно 0,001-5 м2/г, более предпочтительно 0,01-2 м2/г, еще более предпочтительно 0,05-2 м2/г.Generally, the specific surface area of pyrolytic carbon measured by mercury porosimetry (DIN66133) is in the range of 0.001-10 m 2 /g, preferably 0.001-5 m 2 /g, more preferably 0.01-2 m 2 /g, even more preferably 0.05-2 m 2 /g.
Пироуглерод представляет собой гидрофобный материал с предпочтительным краевым углом смачивания капель воды более 70, предпочтительно более 80, более предпочтительно более 90.Pyrocarbon is a hydrophobic material with a preferred contact angle of water droplets greater than 70, preferably greater than 80, more preferably greater than 90.
Как правило, гранулированный пироуглерод, полученный разложением газообразных углеводородных соединений и осаждением углерода на подходящие подложки, не склонен к образованию пыли.In general, granular pyrolytic carbon obtained by decomposing gaseous hydrocarbon compounds and depositing the carbon on suitable supports is not prone to dust formation.
Предпочтительно, гранулированный пироуглерод, полученный разложением газообразных углеводородных соединений и осаждением углерода на подходящие подложки, может непосредственно быть использован в качестве структурообразователя почвы. Предпочтительно нет необходимости в какомлибо этапе гранулирования. Предпочтительно нет необходимости добавлять связующее вещество, наполнитель и т.д.Preferably, granular pyrolytic carbon obtained by decomposing gaseous hydrocarbon compounds and depositing carbon on suitable supports can be directly used as a soil structurant. Preferably, no granulation step is necessary. Preferably, there is no need to add a binder, filler, etc.
Разбрасывание гранулированного пироуглерода.Spreading granular pyrolytic carbon.
Структурообразователь почвы можно разбрасывать или применять на сельскохозяйственном поле (почве) в количестве в диапазоне 0,5-500 т/га, предпочтительно 2-200 т/га, более предпочтительно 5-20 т/га.The soil builder can be spread or applied on the agricultural field (soil) in an amount in the range of 0.5-500 t/ha, preferably 2-200 t/ha, more preferably 5-20 t/ha.
Толщина слоя структурообразователя почвы, предпочтительно перекрывающего посевное ложе, может варьироваться в зависимости от преобладающих условий посадки, таких как влажность почвы, тип высаживаемых растений и т.д.The thickness of the layer of soil builder preferably overlying the seed bed may vary depending on prevailing planting conditions such as soil moisture, type of plants being planted, etc.
Обычно толщина слоя структурообразователя почвы может составлять 0,5-50 мм; предпочтительно 1-20 мм, наиболее предпочтительно, 5-15 мм.Typically, the thickness of the soil structure-forming layer can be 0.5-50 mm; preferably 1-20 mm, most preferably 5-15 mm.
Благодаря такой гранулированной форме структурообразователь легко наносится и вносится в почву. Структурообразователь почвы можно вносить с использованием хорошо известного разбрасывателя,Thanks to this granular form, the structure former is easily applied and introduced into the soil. The soil builder can be applied using a well-known spreader,
- 4 044886 например, разбрасыватель удобрений, который можно толкать/тянуть вручную или трактором. При необходимости, структурообразователь почвы вносится в верхний слой почвы с помощью почвоподготовительной техники, а в качестве альтернативы структурообразователь оставляют на поверхности почвы.- 4 044886 for example, a fertilizer spreader that can be pushed/pull by hand or by tractor. If necessary, the soil builder is introduced into the top layer of soil using soil preparation equipment, or alternatively the builder is left on the soil surface.
При необходимости, данный субстрат для оструктуривания почвы можно наносить в виде слоя поверх почвы до того, как семена будут высажены или после этого. Преимущество применения после посева семян заключается в том, что это позволяет избежать разрушения слоя гранулированного пироуглерода последующими операциями посева.If necessary, this soil structuring substrate can be applied as a layer on top of the soil before or after the seeds are planted. The advantage of application after sowing the seeds is that it avoids destruction of the granular pyrolytic carbon layer by subsequent sowing operations.
Структурообразователь почвы можно наносить в виде одного слоя на все посевное ложе или, в качестве альтернативны, его можно наносить узкой полосой, покрывающей только посевной ряд. В еще одном варианте осуществления изобретения структурообразователь почвы можно наносить периодическими или прерывистыми полосами по посевному ряду для облегчения операций прореживания.The soil conditioner can be applied as a single layer over the entire seed bed or, alternatively, it can be applied in a narrow strip covering just the seed row. In yet another embodiment of the invention, the soil cultivator can be applied in periodic or intermittent stripes across the crop row to facilitate thinning operations.
При необходимости, субстрат для оструктуривания почвы можно смешивать с другими часто используемыми субстратами для оструктуривания, такими как удобрения, известковый материал, общеизвестный почвоулучшитель, среда для выращивания, ингибитор и/или биостимулятор растений согласно нормам Регламента (ЕС) 2019/1009, и применять в качестве смеси. При необходимости, размер частиц субстрата для оструктуривания почвы может быть адаптирован к субстрату для совместного оструктуривания, например, через классификацию.If necessary, the soil conditioning substrate can be mixed with other commonly used soil conditioning substrates, such as fertilizers, liming material, a commonly known soil conditioner, growing medium, plant inhibitor and/or plant biostimulant, in accordance with Regulation (EU) 2019/1009, and applied in quality of the mixture. If necessary, the particle size of the soil structuring substrate can be adapted to the co-structuring substrate, for example through classification.
При необходимости, настоящий субстрат для оструктуривания почвы может содержать различные органические или неорганические добавки, например, агрохимически активное вещество из группы фунгицидов, бактерицидов, гербицидов и/или регуляторов роста растений.If necessary, the present soil structuring substrate may contain various organic or inorganic additives, for example, an agrochemically active substance from the group of fungicides, bactericides, herbicides and/or plant growth regulators.
Преимущества.Advantages.
В данном случае был найден структурообразователь почвы, который не содержит пыли, не имеет запаха, прост в обращении и применении. Углерод, полученный в результате разложения газообразных углеводородных соединений, может быть непосредственно использован в качестве структурообразователя почвы без какого-либо этапа гранулирования.In this case, a soil structure former was found that does not contain dust, is odorless, and is easy to handle and use. The carbon produced from the decomposition of gaseous hydrocarbon compounds can be directly used as a soil structurant without any granulation step.
Настоящий структурообразователь почвы может быть использован в качестве мульчи, верхнего слоя, и его не нужно вносить в почву.A true soil builder can be used as a mulch, top layer, and does not need to be worked into the soil.
Кроме того, углеродсодержащий структурообразователь почвы может оставаться в почве без превращения в углекислый газ.In addition, carbonaceous soil builder can remain in the soil without being converted to carbon dioxide.
Кроме того, данный структурообразователь снижает эрозию почвы ветром. Кроме того, структурообразователь почвы по настоящему изобретению, используемый в качестве мульчи, уменьшает потерю влаги из почвы в атмосферу и тем самым сохраняет высокое содержание влаги в почве. Несмотря на то, что эта информация уже была приведена в WO 2012/15313, этот эффект сохранения высокого содержания влаги в почве невозможно измерить при использовании сажи в качестве структурообразователя почвы при той же норме внесения (например, 16 т/га).In addition, this structure former reduces soil erosion by wind. In addition, the soil builder of the present invention, when used as a mulch, reduces the loss of moisture from the soil to the atmosphere and thereby maintains a high moisture content in the soil. Although this information was already given in WO 2012/15313, this effect of maintaining high soil moisture content cannot be measured when using carbon black as a soil builder at the same application rate (eg 16 t/ha).
Данный структурообразователь почвы демонстрирует хорошие свойства инфильтрации и закупорки воды, а также хорошую гидропроводность почвы.This soil builder demonstrates good infiltration and water blocking properties, as well as good soil hydraulic conductivity.
Данный структурообразователь почвы может удовлетворить рыночный спрос. Небольшой завод по производству водорода обычно производит 10000 нм3/ч водорода с использованием пиролиза метана, 21400 т/год пироуглерода будет производиться в качестве побочного продукта, завод по производству водорода среднего масштаба обычно производит 50000 нм3/ч, и таким образом, получается 107000 т/год пироуглерода в качестве побочного продукта, а крупный завод по производству водорода обычно производит 100 000 нм3/ч, что дает 214 000 т/год пироуглерода в качестве побочного продукта.This soil structure builder can meet market demand. A small hydrogen production plant will typically produce 10,000 nm 3 /h of hydrogen using methane pyrolysis, 21,400 t/y of pyrolytic carbon will be produced as a by-product, a medium scale hydrogen plant will typically produce 50,000 nm 3 /h, and thus 107,000 t/yr of pyrolytic carbon as a by-product, and a large hydrogen production plant typically produces 100,000 nm 3 /h, resulting in 214,000 t/yr of pyrolytic carbon as a by-product.
Пример.Example.
1. Сравнение пироуглерода с биоуглем.1. Comparison of pyrocarbon with biochar.
Характеристики.Characteristics.
В рамках экспериментов испытания были проведены с гранулированным пироуглеродом и биоуглем.As part of the experiments, tests were carried out with granular pyrocarbon and biochar.
- 5 044886- 5 044886
Таблица 1Table 1
Характеристика гранулированного пироуглерода и биоугляCharacteristics of granular pyrocarbon and biochar
* Плавает на поверхности, даже если раствор содержит увлажняющий реагент.* Floats on the surface even if the solution contains a wetting agent.
** Данные пока недоступны.** Data not yet available.
Гранулированный пироуглерод получали разложением природного газа и нанесением на носитель прокаленного нефтяного кокса (носитель с размером частиц 0,5-2,5 мм, содержанием серы 1,1 мас.% и истинной плотностью в ксилоле 2,09 г/см3) в кипящем слое при температуре 1100 -1300 °С и давлении 12 бар (аба).Granular pyrolytic carbon was obtained by decomposing natural gas and applying calcined petroleum coke (a carrier with a particle size of 0.5-2.5 mm, a sulfur content of 1.1 wt.% and a true density in xylene of 2.09 g/cm 3 ) to a carrier in boiling water. layer at a temperature of 1100 -1300 °C and a pressure of 12 bar (aba).
БЭТ: измерена в соответствии с описанием в DIN ISO 9277.BET: measured as described in DIN ISO 9277.
Плотность: удельный вес (плотность) определяли по закону Архимеда в чистой воде (см. Википедию). Часть экспериментов была проведена в воде с добавлением увлажняющего реагента для снижения поверхностного натяжения воды, чтобы и гидрофобные частицы могли погружаться в воду, если удельный вес составляет >1 г/см3.Density: Specific gravity (density) was determined using Archimedes' law in pure water (see Wikipedia). Some experiments were carried out in water with the addition of a wetting agent to reduce the surface tension of water, so that hydrophobic particles could be immersed in water if the specific gravity was >1 g/cm 3 .
Объемная плотность: ASTM C559 Стандартный метод определения объемной плотности путем физического измерения промышленных углеродных и графитовых изделий.Bulk Density: ASTM C559 Standard Method for Determining Bulk Density by Physical Measurement of Industrial Carbon and Graphite Products.
СЭМ (см. фиг. 2).SEM (see Fig. 2).
Образцы пироуглерода и биоугля обрызгивали парами платины и фотографировали с помощью сканирующего электронного микроскопа Zeiss Gemini SEM 500.Pyrocarbon and biochar samples were sprayed with platinum vapor and photographed using a Zeiss Gemini SEM 500 scanning electron microscope.
2. Ветровая эрозия.2. Wind erosion.
Модель эксперимента: установка аэродинамической трубы с градиентом различных скоростей ветра от 0 до 7 км/ч (измерено ручным аэрометром Lechler Pocketwind IV, который помещали на перевернутые чашки Петри, на которые также наносили материалы (пироуглерод, сажа, биоуголь 1, биоуголь 4 в сухих условиях).Experiment model: installation of a wind tunnel with a gradient of different wind speeds from 0 to 7 km/h (measured with a Lechler Pocketwind IV hand-held aerometer, which was placed on inverted Petri dishes, on which materials were also applied (pyrolytic carbon, soot, biochar 1, biochar 4 in dry conditions).
2.1. Скорость ветра.2.1. Wind speed.
Перевернутые чашки Петри, на которые выкладывали 1,5 г материала, помещали в аэродинамическую трубу и увеличивали скорость ветра.Inverted Petri dishes on which 1.5 g of material were placed were placed in a wind tunnel and the wind speed was increased.
Таблица 2table 2
Скорость ветра, с которой первые частицы были снесены с чашек ПетриThe wind speed at which the first particles were blown from the Petri dishes
- 6 044886- 6 044886
2.2. Потери материала.2.2. Material loss.
Перевернутые чашки Петри, на которые выкладывали 1,5 г материала, помещали в аэродинамическую трубу при скорости ветра 6,4 км/ч. После 5 мин воздействия ветра оставшийся на чашках Петри материал взвешивали.Inverted Petri dishes on which 1.5 g of material were placed were placed in a wind tunnel at a wind speed of 6.4 km/h. After 5 minutes of exposure to wind, the material remaining on the Petri dishes was weighed.
Таблица 3Table 3
Материал, оставшийся на чашках Петри после 5 мин воздействияMaterial remaining on Petri dishes after 5 min of exposure
Покрытие верхнего слоя почвы пироуглеродом или сажей уменьшает эрозионное воздействие ветра благодаря высокой плотности и малой площади поверхности. Биоуголь, имеющий низкую плотность и структурированную поверхность большой площади, обеспечивает большую контактную поверхность для ветра в сухих условиях.Coating the topsoil with pyrolytic carbon or soot reduces the erosive effects of wind due to its high density and low surface area. Biochar, with its low density and large surface area structure, provides a large contact surface for wind in dry conditions.
3. Сравнение пироуглерода с сажей.3. Comparison of pyrocarbon with soot.
Характеристики.Characteristics.
В рамках экспериментов испытания были проведены с гранулированным пироуглеродом и сажей.As part of the experiments, tests were carried out with granular pyrocarbon and carbon black.
Таблица 4Table 4
Характеристика гранулированного пироуглерода и сажиCharacteristics of granular pyrocarbon and carbon black
Гранулированный пироуглерод получали разложением природного газа и нанесением прокаленного нефтяного кокса на носитель (с размером частиц 0,5-2,5 мм, содержанием серы 1,1 мас.% и истинной плотностью в ксилоле 2,09 г/см3) в кипящем слое при температуре 1100-1300°С и давлении 1-2 бар (абс).Granular pyrolytic carbon was obtained by decomposing natural gas and applying calcined petroleum coke to a carrier (with a particle size of 0.5-2.5 mm, a sulfur content of 1.1 wt.% and a true density in xylene of 2.09 g/cm 3 ) in a fluidized bed at a temperature of 1100-1300°C and a pressure of 1-2 bar (abs).
3.1. Образование биомассы.3.1. Biomass formation.
Применение (см. фиг. 1) и методы испытаний.Application (see Fig. 1) and test methods.
Вегетационный опыт с кукурузой.Vegetative experiment with corn.
Почву Лимбургерхоф (суглинистый песок, рН 6,8) использовали в вегетационных сосудах Митчерлиха, наполненных 6,4 кг сухой почвы в каждый горшок. В качестве основного удобрения в каждом горшке использовали 99 мг магния в виде MgSO4 и 0,436 г фосфора, 1,1 г калия в виде К2НРО4 и 1 г натрия в виде NH4NO3.Limburgerhof soil (loamy sand, pH 6.8) was used in Mitscherlich pots filled with 6.4 kg of dry soil per pot. The main fertilizer used in each pot was 99 mg of magnesium in the form of MgSO 4 and 0.436 g of phosphorus, 1.1 g of potassium in the form of K2HPO4 and 1 g of sodium in the form of NH4NO3.
Образцы углерода либо равномерно смешали с почвой (применение, обработка А), либо равномерно смешали с 1 кг почвы, которая была помещена поверх других неизмененных 5,4 кг почвы (применение В), либо образцы углерода поместили поверх почвы после появления всходов кукурузы через девять дней после посева (применение С), см. фиг. 1.Carbon samples were either mixed evenly into the soil (application A), or evenly mixed into 1 kg of soil that was placed on top of another unamended 5.4 kg of soil (application B), or carbon samples were placed on top of the soil after corn emerged after nine days after sowing (application C), see Fig. 1.
При площади почвы 314 см2 на один горшок 2, 4, 8, 16 т С/га равно 6,3, 12,5, 25, 50 г ц/горшок соответственно.With a soil area of 314 cm2 per pot, 2, 4, 8, 16 t C/ha is equal to 6.3, 12.5, 25, 50 g c/pot, respectively.
Шесть семян кукурузы обыкновенной сорта Амадео высеяли в горшки (5 июня 2019 г.). После появления всходов растения сначала равномерно прореживали до трех растений в горшке, а затем до одного растения в горшке, которое далее культивировали до полного созревания. В качестве второй подкормки горшки удобряли 1 г N в виде NH4NO3 и, наконец, в качестве третьей подкормки в каждый горшок вносили 6,7 г комплексного удобрения Nitrophoska® perfect (15+5+20S+2+8+следовых элементов) 28 июня.Six seeds of the common corn variety Amadeo were sown in pots (June 5, 2019). After emergence, the plants were first thinned evenly to three plants per pot and then to one plant per pot, which was further cultivated until full maturity. As a second feeding, the pots were fertilized with 1 g N as NH4NO3 and finally, as a third feeding, 6.7 g of Nitrophoska® perfect complex fertilizer (15+5+20S+2+8+trace elements) was added to each pot on 28 June.
Каждую операцию обработки углеродом повторяли 4 раза, так что с необработанным контрольным образцом проводили в общей сложности 8 повторных обработок. Горшки разместили полностью случайным образом на конвейерном столе в Вегетационном зале в Лимбургерхофе и подвергали воздействию естественного облучения и температуры с момента посева до сбора урожая. Функция и характеристики Вегетационного зала в Лимбургерхофе были описаны Юнгом (1967).Each carbon treatment was repeated 4 times, so that a total of 8 replicate treatments were performed on the untreated control sample. The pots were placed completely randomly on a conveyor table in the Vegetation Hall in Limburgerhof and were exposed to natural radiation and temperature from sowing until harvest. The function and characteristics of the Vegetation Hall at Limburgerhof were described by Jung (1967).
С понедельника по пятницу горшки поливали два раза в день в полуавтоматическом режиме после взвешивания до 70% от максимальной водоудерживающей способности почвы. (Различия в весе горшковFrom Monday to Friday, pots were watered twice daily in a semi-automatic mode after being weighed to 70% of the soil's maximum water-holding capacity. (Differences in weight of pots
- 7 044886 из-за добавления образцов углерода учитывали по дополнительному весу). В субботу и воскресенье горшки поливали два раза в день согласно принципам садоводства по мере необходимости без взвешивания.- 7 044886 due to the addition of carbon samples were taken into account by additional weight). On Saturday and Sunday, the pots were watered twice a day according to gardening principles as needed without weighing.
Урожай собирали 2 октября путем разделения побега на початок и остальную часть растения, чтобы можно было определить как общее содержание сухого вещества (табл. 5), так и содержание сухого вещества в початке (табл. 6) после сушки растительной биомассы в печи с принудительной вентиляцией при 80°С до постоянного веса.The crop was harvested on October 2 by dividing the shoot into the cob and the rest of the plant so that both the total dry matter content (Table 5) and the dry matter content of the cob (Table 6) could be determined after drying the plant biomass in a forced-air oven at 80°C to constant weight.
Применение А: равномерное смешивание со всей почвой в горшке (0-15 см, 6,4 кг почвы).Application A: mix evenly with all the soil in the pot (0-15 cm, 6.4 kg soil).
Применение В: равномерное перемешивание только с верхним слоем почвы (0-3 см, 1 кг почвы). Применение С: мульчирование поверх почвы через 9 дней после появления всходов.Application B: uniform mixing only with the top layer of soil (0-3 cm, 1 kg of soil). Application C: mulch on top of the soil 9 days after germination.
3.1.1. Применение (см. фиг. 1) и методы испытаний.3.1.1. Application (see Fig. 1) and test methods.
Фиг. 1: почву обрабатывали двумя формами углерода (пироуглерод, сажа) с разной скоростью и в разных местах.Fig. 1: The soil was treated with two forms of carbon (pyrolytic carbon, soot) at different rates and in different places.
3.1.2. Сравнение результатов испытаний.3.1.2. Comparison of test results.
Таблица 5Table 5
Общее количество сухого вещества побегов на растение кукурузы и горшок в граммах, как среднее значение n повторений, ± стандартное отклонение и как процент от необработанных контрольных образцов=100%. Распределение пироуглерода (Pyro-С) и сажи (применение) показано на фигуре 1. - означает, что обработку не проводили. Статистика (однофакторный дисперсионный анализ): н.с.=нет существенной разницы между средствами контроля и обработки, (+)=разные с Р<0,1, *=существенно разные сTotal shoot dry matter per corn plant and pot in grams as the mean of n replicates ± standard deviation and as a percentage of untreated controls = 100%. The distribution of pyrocarbon (Pyro-C) and soot (application) is shown in figure 1. - means that no treatment was carried out. Statistics (one-way analysis of variance): n.s.=no significant difference between control and treatment means, (+)=different with P<0.1, *=significantly different with
Р<0,05, ** с Р<0,01, *** с Р<0,001P<0.05, **s P<0.01, ***s P<0.001
- 8 044886- 8 044886
Таблица 6Table 6
Общее количество сухого вещества в початке на растение кукурузы и горшок в граммах, как среднее значение n повторений, ±стандартное отклонение и как процент от необработанных контрольных образцов=100%. Распределение пироуглерода (Pyro-С) и сажи (применение) показано на фигуре 1. - означает, что обработку не проводили. Статистика (однофакторный дисперсионный анализ): н.с.=нет существенной разницы между средствами контроля и обработки, (+)=разные с Р<0,1, *=существенно разные сTotal cob dry matter per corn plant and pot in grams as the mean of n replicates ±standard deviation and as a percentage of untreated controls=100%. The distribution of pyrocarbon (Pyro-C) and soot (application) is shown in figure 1. - means that no treatment was carried out. Statistics (one-way analysis of variance): n.s.=no significant difference between control and treatment means, (+)=different with P<0.1, *=significantly different with
Р<0,05, ** с Р<0,01, ***с Р<0,001.P<0.05, **c P<0.01, ***c P<0.001.
Добавление как пироуглерода, так и сажи в среднем увеличило производство биомассы кукурузы в диапазоне эквивалента от 2 до 16 т/га (табл. 5 и 6). Единственным исключением является самая высокая норма внесения сажи (16 т/га), которая попадает только в самый верхний слой почвы или поверх почвы после появления всходов (применение В и С). В этом случае либо не наблюдалось увеличение количества сухого вещества, либо в среднем имело место некоторое снижение роста. Внесение пироуглерода поверх почвы после появления всходов в дозах 8 или 16 т/га наоборот увеличивало как общее количество сухой массы всходов в среднем на 13% (табл. 5), так и количество сухого вещества в початке кукурузы на 17% (табл. 6), которые были статистически значимы по обоим параметрам (не показаны).Addition of both pyrolytic carbon and carbon black increased corn biomass production on average, ranging from 2 to 16 t/ha equivalent (Tables 5 and 6). The only exception is the highest rate of soot (16 t/ha), which is applied only to the very top of the soil or on top of the soil after emergence (applications B and C). In this case, either no increase in dry matter was observed, or on average there was a slight decrease in growth. The application of pyrocarbon on top of the soil after emergence at doses of 8 or 16 t/ha, on the contrary, increased both the total amount of dry mass of seedlings by an average of 13% (Table 5) and the amount of dry matter in a corn cob by 17% (Table 6) , which were statistically significant for both parameters (not shown).
В среднем и с точки зрения статистики сажа стимулировала рост несколько больше, чем гранулированный пироуглерод в диапазоне норм внесения при равномерном распределении в почве (применение А). Картина меняется, когда эти два источника углерода концентрируются в самых верхних 3 см почвы (применение В) или размещаются поверх почвы (применение С). В этих случаях в среднем и статистически пироуглерод превосходил сажу.On average and statistically speaking, carbon black stimulated growth slightly more than granular pyrolytic carbon over a range of application rates when distributed evenly in the soil (application A). The picture changes when these two carbon sources are concentrated in the topmost 3 cm of soil (application B) or placed on top of the soil (application C). In these cases, on average and statistically, pyrolytic carbon was superior to soot.
3.3. Биоразлагаемость.3.3. Biodegradability.
Тест на биоразлагаемость проводили путем измерения дыхания почвы после добавления пироуглерода и сажи при норме внесения 313 мг на 50 г почвы (почва Лимбургерхоф; суглинистый песок, рН 6,8), что эквивалентно примерно 2 т С/га. В качестве контрольных образцов использовали почву без добавок или с добавлением 50 мг молотой пшеничной соломы на 50 г почвы (0,32 т/га). Дыхание почвы измеряли с помощью системы WTW OxiTop (Вайльхайм, Германия), помещенной в инкубаторы при 20°С в соответствии со способом, описанным в работе Robertz et al. (1999) и Malkomes and Lemnitzer (2009).The biodegradability test was carried out by measuring soil respiration after the addition of pyrocarbon and carbon black at an application rate of 313 mg per 50 g soil (Limburgerhof soil; loamy sand, pH 6.8), equivalent to approximately 2 t C/ha. Soil without additives or with the addition of 50 mg of ground wheat straw per 50 g of soil (0.32 t/ha) was used as control samples. Soil respiration was measured using a WTW OxiTop system (Weilheim, Germany) placed in incubators at 20°C according to the method described in Robertz et al. (1999) and Malkomes and Lemnitzer (2009).
В табл. 7 солома вызывала сильное дыхание почвы, в то время как ни пироуглерод (гранулированный или молотый), ни сажа не вызывали более высокого уровня выделения СО2, чем неизмененная почва. (Пироуглерод растирали вручную в ступке пестиком до тех пор, пока невооруженным глазом практически не было видно гранул). Тенденции различий в дыхании почвы между формами углерода или по сравнению с необработанной почвой никогда не были статистически значимыми (не показано).In table 7 straw caused strong soil respiration, while neither pyrocarbon (granulated or ground) nor soot caused higher levels of CO 2 release than unamended soil. (The pyrocarbon was ground manually in a mortar and pestle until the granules were practically invisible to the naked eye). Trends in differences in soil respiration between forms of carbon or compared with untreated soil were never statistically significant (not shown).
- 9 044886- 9 044886
Таблица 7Table 7
Дыхание почвы (выбросы СО2) Лимбургерхоф, накопленной с течением времени при 20°С без или с добавлением соломы или источников углерода Пироуглерод и сажа; MW=cpeднee значение, п=4, ±8В=стандартное отклонениеSoil respiration (CO 2 emissions) Limburgerhof accumulated over time at 20°C without or with the addition of straw or carbon sources Pyrocarbon and soot; MW=average value, n=4, ±8V=standard deviation
3.4. Склонность к пылеобразованию.3.4. Tendency to form dust.
Склонность к пылеобразованию измеряли с применением метода испытаний Хойбаха (DIN 55992). Сравнивали 100 г удобрения на основе мочевины в приллированном виде (современный уровня техники), гранулированный пироуглерод и сажу.The susceptibility to dust formation was measured using the Heubach test method (DIN 55992). Comparisons were made between 100 g of prilled urea fertilizer (state of the art), granular pyrolytic carbon and carbon black.
Таблица 8 ПылеобразованиеTable 8 Dust formation
В качестве контрольного образца служило хорошо известное пылеобразование приллированной мочевины. Как видно, по сравнению с мочевиной пироуглерод показал только около 30% пылеобразования, тогда как сажа продемонстрировала пылеобразование более чем в 15 раз больше, чем мочевина, согласно измерениям по методу теста Хойбаха.The well-known dust formation of prilled urea served as a control sample. As can be seen, compared to urea, pyrolytic carbon showed only about 30% dust production, while carbon black showed more than 15 times more dust production than urea, as measured by the Heubach test method.
3.5. Способность к водонакоплению.3.5. Water storage capacity.
500 г воздушно-сухой почвы Лимбургерхоф (состав: песок 73%, ил 24%, глина 3%, pH в СаСЬ 6,8) увлажнили 110 мл деминерализованной воды и засыпали 16 т/га (7,07 г) пироуглерода или сажи в стакане с внутренним диаметром 7,5 см, работающем при 21-22°С и относительной влажности 40-50%. Каждую операцию обработки повторяли трижды.500 g of air-dry Limburgerhof soil (composition: sand 73%, silt 24%, clay 3%, pH in CaCL 6.8) was moistened with 110 ml of demineralized water and filled with 16 t/ha (7.07 g) of pyrocarbon or soot in glass with an internal diameter of 7.5 cm, operating at 21-22°C and relative humidity 40-50%. Each processing operation was repeated three times.
- 10044886- 10044886
Таблица 9Table 9
Количество испарения (в г/стакан, 44,1 см2), см. фиг. 3Evaporation amount (in g/cup, 44.1 cm 2 ), see Fig. 3
Таблица 10 Скорость потери водыTable 10 Rate of water loss
Из табл. 9 и 10 видно, что потери влаги в атмосферу можно уменьшить за счет покрытия верхнего слоя почвы пироуглеродом, что обеспечит высокое содержание влаги в почве, тогда как технический углерод существенно не снижает потери влаги. Следствием этого эффекта является более высокое содержание воды в почве из-за мульчирующего слоя пироуглерода, который затем доступен для большего роста растений.From the table 9 and 10 it can be seen that moisture loss into the atmosphere can be reduced by covering the top layer of soil with pyrolytic carbon, which will ensure a high moisture content in the soil, while carbon black does not significantly reduce moisture loss. The consequence of this effect is a higher water content in the soil due to the mulching layer of pyrocarbon, which is then available for more plant growth.
3.6. Способность к водопоглощению.3.6. Water absorption capacity.
Вначале образцы высушивали. Влажность воздуха постепенно увеличивали от 0 до 90% с шагом 10%, в то время как критерием для следующего этапа было колебание массы <0,05% за 45 мин.First, the samples were dried. Air humidity was gradually increased from 0 to 90% in steps of 10%, while the criterion for the next stage was a mass fluctuation of <0.05% in 45 min.
Таблица 11 ВодопоглощениеTable 11 Water absorption
В табл. 11 показано низкое водопоглощение сажи и пироуглерода по сравнению с биоуглем из-за малой площади поверхности и ее гидрофобности.In table Figure 11 shows the low water absorption of soot and pyrocarbon compared to biochar due to the small surface area and its hydrophobicity.
Ссылочные материалы.Reference materials.
Jung, J. (Юнг, Й.) (1967): Eine neue Vegetationshalle zur Durchfuhrung von Gefaeversuchen (Новый растительный зал для проведения сосудистых испытаний). Z. Acker- u. Pflanzenb. 126, 293-297.Jung, J. (1967): Eine neue Vegetationshalle zur Durchfuhrung von Gefaeversuchen (New plant hall for vascular tests). Z. Acker-u. Pflanzenb. 126, 293-297.
Malkomes, H.-P., Lemnitzer, В. (2009): Vergleich der mittels URAS und OxiTop Control gemessenen Substrat-induzierten Kurzzeitatmung im Boden beim mikrobiologisch-okotoxikologischen Monitoring von Pflanzenschutzmitteln. I. Einfluss eines Herbiziden Referenzmittels und eines Neutralsalzes (Сравнение кратковременного дыхания, вызванного субстратом, измеренного с помощью URAS и OxiTop Control, в почве при микробиологико-экотоксикологическом мониторинге средств защиты растений. I. Влияние гербицидного базового средства и нейтральной соли), Nachrichtenblatt Deutscher Pflanzenschutzdienst (Информационный бюллетень Немецкой службы защиты растений), 60, 104-112.Malkomes, H.-P., Lemnitzer, W. (2009): Vergleich der mittels URAS und OxiTop Control gemessenen Substrat-induzierten Kurzzeitatmung im Boden beim mikrobiologisch-okotoxikologischen Monitoring von Pflanzenschutzmitteln. I. Einfluss eines Herbiziden Referenzmittels und eines Neutralsalzes (Comparison of short-term substrate-induced respiration measured with URAS and OxiTop Control in soil during microbiological-ecotoxicological monitoring of plant protection products. I. Effect of herbicide base agent and neutral salt), Nachrichtenblatt Deutscher Pflanzenschutzdienst (Newsletter of the German Plant Protection Service), 60, 104-112.
Robertz, M., Muckenheim (Робертц, М., Мукенхайм), Th., Eckl, S., Webb, L. (1999): Kostengiinstige Labormethode zur Bestimmung der mikrobiellen Bodenatmung nach DIN 19737 (Экономичный лабораторный метод определения микробиологического почвенного дыхания в соответствии с DIN 19737), Wasser & Boden (Вода и Почва), 51/5, 48-53.Robertz, M., Muckenheim, Th., Eckl, S., Webb, L. (1999): Kostengiinstige Labormethode zur Bestimmung der mikrobiellen Bodenatmung nach DIN 19737 (Economic laboratory method for the determination of microbiological soil respiration in according to DIN 19737), Wasser & Boden (Water and Soil), 51/5, 48-53.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19217079.3 | 2019-12-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044886B1 true EA044886B1 (en) | 2023-10-09 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| MX2012011883A (en) | Mineral complex, compositions thereof, and methods of using the same. | |
| KR100767054B1 (en) | Soil conditioner, vegetation base material comprising inorganic waste materials as a main ingredient and soil conditioning method and greening method using them | |
| US10995271B1 (en) | Bioorganic soil conditioner | |
| EP4077244B1 (en) | Use of granular pyrolytic carbon for soil conditioning | |
| CN103435380A (en) | Device and method for planting fast-growing plants and replacing chemical fertilizers with plant composts | |
| JP5205588B2 (en) | Culture soil improvement material and culture soil containing artificial zeolite | |
| CN114828620B (en) | Use of carbon black for soil conditioning | |
| El Sharkawi et al. | Development of treated Rice Husk as an alternative substrate medium in cucumber soilless culture | |
| Wallace | Some living plants and some additional products useful as soil conditioners and in various technologies | |
| KR200417955Y1 (en) | soil addition composition for greening slope land and manufacturing method of the same | |
| Chen et al. | The use of bottom-ash coal-cinder amended with compost as a container medium in horticulture | |
| EA044886B1 (en) | APPLICATION OF GRANULAR PYROCARBON FOR SOIL STRUCTURING | |
| WO2019217745A1 (en) | Black urea enhanced efficiency controllable release fertilizer composition | |
| JP2004113861A (en) | Method of greening soil polluted with dioxins | |
| EA045841B1 (en) | APPLICATION OF SOOT FOR SOIL STRUCTURING | |
| JPH11146716A (en) | Method for manuring tea field made on slant ground | |
| KR100225182B1 (en) | Artificial culture soil composition and method of preparation thereof | |
| Ameer et al. | Effects of biochar-based control release nitrogen fertilizers on corn growth in greenhouse trials | |
| WO2023117618A1 (en) | Pyrolytic carbon for protecting soil macro-and mega-fauna | |
| JP4736391B2 (en) | Treatment method of organic sludge | |
| Chhabra et al. | Reclamation and Management of Alkali Soils for Crop Production | |
| US20220048831A1 (en) | Method for application of biochar in turf grass and landscaping environments | |
| JP2000257074A (en) | Slope greening foundation bed material | |
| JPH07255297A (en) | Water retaining culture device for dry land | |
| JPH0726261A (en) | Method for conditioning soil by using modified coal ash |