0
Metan jest silnie działającym gazem cieplarnianym, a w łańcuchu dostaw wieprzowiny odpowiada za około 25% emisji gazów cieplarnianych. Żywotność metanu w atmosferze jest krótka w porównaniu z CO2, a zatem ograniczenie emisji metanu w gospodarstwach rolnych może w krótkim okresie znacząco przyczynić się do ograniczenia globalnego ocieplenia.
Na fermach trzody chlewnej przechowywanie gnojowicy odpowiada za 85% emisji metanu, a zatem zarządzanie gnojowicą jest głównym celem działań łagodzących. Spośród kilku obecnie badanych strategii postępowania z gnojowicą lub jej przetwarzania, zakwaszanie gnojowicy niskimi dawkami jest nowatorskim podejściem, które może być uniwersalną i opłacalną technologią działań na rzecz klimatu.
Tworzenie się metanu i mechanizm inhibicji
Metan jest wytwarzany przez wyspecjalizowane mikroorganizmy (metanogeny), które współdziałają z kilkoma innymi grupami mikroorganizmów w celu degradacji materii organicznej w gnojowicy. Metanogeny aktywne w gnojowicy różnią się od tych w układzie pokarmowym zwierząt, a zakwaszanie gnojowicy działa poprzez opóźnianie adaptacji i wzrostu „nowych” metanogenów, które mogą być aktywne w tym stresogennym środowisku.
Zakwaszanie gnojowicy kwasem siarkowym zmienia równowagę chemiczną, która hamuje metanogeny. Ponadto wyspecjalizowana grupa bakterii może wykorzystywać siarczany z kwasu siarkowego, bezpośrednio konkurując z metanogenami i wytwarzając siarkowodór, co dodatkowo wzmacnia hamowanie metanogenów. Może to pomóc w utrzymaniu inhibicji w czasie.
Czym jest zakwaszanie gnojowicy?
Zakwaszanie gnojowicy stężonym kwasem siarkowym (96%) zostało opracowane około 25 lat temu w Danii jako metoda unikania strat amoniaku z gnojowicy. Później odkryto, że zabieg ten skutecznie zmniejszył również emisję metanu, a w rzeczywistości kilka innych związków zawierających siarkę również wykazuje pewną inhibicję (Petersen, et al. 2012).
Badania przeprowadzone w kilku krajach potwierdziły później te obserwacje i że kwas siarkowy jest najsilniejszym środkiem hamującym emisję metanu. To skłoniło nas do zastanowienia się, jaki byłby wpływ obniżenia dawki kwasu siarkowego na emisje metanu i amoniaku. Jakie są korzyści dla klimatu przy niższej dawce kwasu i jakie są kompromisy pod względem strat azotu i oszczędności kosztów?
Badanie na skalę pilotażową przeprowadzono w 2021 roku. Wykazało ono, że zakwaszanie niską dawką 2 kg kwasu siarkowego na tonę gnojowicy świńskiej (jedna trzecia zalecanej dawki ograniczającej emisję amoniaku) może być wysoce opłacalne pod względem ograniczania emisji metanu, ale przy mniejszej redukcji emisji amoniaku (Ma, C. i in., 2022).
Zakwaszanie gnojowicy w gospodarstwach rolnych
Stężony kwas siarkowy jest niebezpieczny i potrzebne są rozwiązania techniczne, aby zapewnić zdrowie i bezpieczeństwo zarówno personelu, jak i zwierząt. Istnieje już w pełni zautomatyzowana komercyjna technologia zakwaszania gnojowicy w chlewniach, ale koszty inwestycji są wysokie. Gnojowica może być również zakwaszana w zewnętrznych zbiornikach magazynowych, gdzie kwas jest dodawany podczas intensywnego mieszania. Czynność ta musi być wykonywana przez przeszkolony personel przy użyciu odpowiedniego sprzętu i procedur bezpieczeństwa.
Zakwaszanie w zewnętrznych zbiornikach magazynowych jest obecnie wykonywane w wielu gospodarstwach rolnych w Danii, ale na krótko przed zastosowaniem na polu. W tym przypadku celem jest zmniejszenie strat amoniaku podczas rozrzucania. Jednak w celu zmniejszenia emisji metanu podczas przechowywania konieczne jest zakwaszenie gnojowicy w zbiornikach magazynowych w okresie przechowywania.
Emisja metanu jest szczególnie wysoka latem i wczesną jesienią, dlatego zakwaszanie powinno mieć miejsce w czerwcu i ponownie około 1 września. Świeża gnojowica z chlewni będzie pompowana do zbiornika magazynowego w regularnych odstępach czasu. W czerwcu i wrześniu należy dodać wystarczającą ilość kwasu, aby umożliwić rozcieńczenie gnojowicy i uzyskać końcowe stężenie 2 kg kwasu siarkowego na m3 gnojowicy pod koniec okresu przechowywania.
Częste przenoszenie gnojowicy z chlewni do zbiornika magazynowego może zwiększyć ogólną redukcję emisji metanu z gnojowicy poprzez umożliwienie zakwaszania lub innych technologii przetwarzania poza chlewnią. Jednak wiele z istniejących chlewni posiada głębokie kanały lub kanały wyposażone w system zasuw, które uniemożliwiają ich częste opróżnianie. Istnieje potrzeba opracowania i przyjęcia nowych projektów budynków inwentarskich w celu poprawy zarządzania gnojowicą.
Weryfikacja skuteczności zakwaszania niskimi dawkami
W oparciu o obiecujące wyniki w skali laboratoryjnej i pilotażowej, technologia zakwaszania niskimi dawkami jest obecnie oceniana w skali praktycznej w badaniu obejmującym 16 zbiorników na gnojowicę, osiem zbiorników na fermach trzody chlewnej i kolejne osiem na fermach bydła. Sześć z ośmiu zbiorników jest zakwaszonych. Podczas przechowywania gnojowicy kilkakrotnie pobierano próbki w różnych pozycjach i na różnych głębokościach w celu analizy składu gnojowicy i szybkości produkcji metanu.
Przed dodaniem kwasu siarkowego w zbiorniku musi znajdować się już pewna ilość gnojowicy, dlatego gnojowica świńska została zakwaszona około 1 lipca i ponownie we wrześniu. Większość zbiorników otrzymywała świeżą gnojowicę z budynków w regularnych odstępach czasu.
Wyniki z pierwszego roku badań potwierdziły, że produkcja metanu może być skutecznie hamowana. Jednak w zbiornikach z gnojowicą świń, zasilanych z dołu, często obserwowaliśmy kieszenie gnojowicy w pobliżu wlotu z wysokim wskaźnikiem produkcji metanu, nawet gdy gnojowica była początkowo zakwaszona. Dlatego konieczne są dalsze prace w celu optymalizacji technologii oczyszczania i udokumentowania ogólnej redukcji metanu. W następnej fazie projektu odbędą się akcje pomiarowe w gospodarstwie.
Duńska firma opracowała nowy system dodawania kwasu podczas pompowania gnojowicy z budynku do zewnętrznego magazynu, co zostanie poddane ocenie w 2025 r. na fermie trzody chlewnej i bydła. Zminimalizowałoby to potrzebę obsługi kwasu w gospodarstwie, zapewniając jednocześnie natychmiastową inhibicję metanogenów.
Opłacalność strategii zakwaszania niskimi dawkami zostanie określona wiosną 2026 roku. Wstępna ocena opłacalności została przeprowadzona na podstawie wyników badania pilotażowego. Koszt ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, wyrażony w euro na tonę ekwiwalentu CO2, obliczono jako funkcję dawki kwasu i strategii aplikacji (1, 3 lub 10 zabiegów kwasem) (ryc. 2). Uwzględniono koszty zakwaszenia przez wykonawcę, wartość oszczędności N dzięki uniknięciu strat amoniaku, ograniczenie metanu i zapobieganie emisji podtlenku azotu pochodzącego z amoniaku.
Koszt pozwoleń na emisję dwutlenku węgla w UE wynosi obecnie 75 EUR za tonę ekwiwalentu CO2. W zależności od potrzeby mieszania podczas przechowywania, zakwaszanie niskimi dawkami może być opłacalnym rozwiązaniem.
Zakwaszanie gnojowicy świńskiej w zbiornikach magazynowych od jednego do trzech razy w roku może być opłacalną strategią ograniczania emisji gazów cieplarnianych w rolnictwie. Efektywność kosztowa może być dodatkowo zwiększona poprzez częste przenoszenie gnojowicy z budynków do zewnętrznych zbiorników magazynowych, dzięki czemu zakwaszanie może wpływać na większą część całkowitej emisji metanu z zarządzania gnojowicą. Ponadto, ponieważ większość emisji CH₄ występuje latem i wczesną jesienią, zastosowanie pełnej dawki kwasu - np. 2,1 kg kwasu siarkowego na m3 gnojowicy świńskiej w końcowej objętości - przed latem może zmaksymalizować łagodzenie skutków w szczytowym okresie emisji, jednocześnie zapobiegając nadmiernemu wprowadzaniu siarki do gleby, gdy gnojowica jest stosowana na polu.
