Выхлопные газы как удобрение

Просмотры: 1597
24.06.2022
Выхлопные газы как удобрение

Военные действия в Украине продолжаются, цены на минеральные удобрения выросли, финансовые ресурсы ограничены, а подкармливать посевы все равно надо. Самое время вспомнить об альтернативных способах, одним из которых является использование в качестве удобрения выхлопных газов.


Во время войны каждый аграрий сталкивается с теми или иными трудностями. Порой приходится отказываться от части привычных элементов испытанных годами технологий и думать, чем их заменить. На помощь могут прийти другие, не очень распространенные, методы. Среди них стоит обратить внимание и на углеродное земледелие, основанное на использовании растениями атмосферного углерода. Помимо прочих приемов, на которых мы здесь останавливаться не будем, в технологии применяется довольно необычный способ удобрения почвы – выхлопными газами сельскохозяйственной техники.


Сельское хозяйство – отрасль, в которой, при грамотном хозяйствовании, практически не остается отходов, непригодных для дальнейшего использования. Скажем, навоз – явный отход животноводства. Но его с древности используют в качестве удобрения, и современные аграрии от такого его применения тоже оказываться не собираются. Или возьмем стерню, остающуюся на полях после уборки урожая. Нерадивые фермеры ее обычно сжигают. Но их более грамотные и бережливые коллеги оставляют стерню на полях для снегозадержания, а будучи заделанной в почву, она становится прекрасным кормом для грунтовой биоты и обогащает поле азотом и другими элементами.


Но если твердые и жидкие отходы земледельцы научились использовать уже очень давно, то с газообразными все не так просто. Конечно, в них тоже немало полезных веществ. Однако сложности с улавливанием газов делают их утилизацию весьма проблематичной. И если, к примеру, в биогазовых установках проблема успешно решена, то выхлопные газы, образующиеся при работе двигателей внутреннего сгорания, по-прежнему уходят в воздух. В дизельном двигателе 55% топлива сгорает, а остальные 45% превращаются в выхлопные газы. Вред от такого расточительства очевиден: мало того, что впустую пропадают содержащиеся в выхлопах ценные вещества, так еще и происходит загрязнение атмосферы.


Между тем, такие газы вполне можно использовать в сельском хозяйстве, что сейчас актуально, как никогда. И соответствующие технологии существуют уже давно: в 2023 году исполняется 100 лет с того момента, как немецкий изобретатель Фридрих Ридель обнародовал свое предложение по использованию выхлопных газов трактора в качестве удобрения. Уже в 1929 году проект был реализован на практике. Первое оборудование не было достаточно эффективным, но велись работы по его усовершенствованию.


Доведению идеи до широкомасштабного использования помешала Вторая мировая война. А после нее наступила эра минеральных удобрений, которые стали производить в огромных количествах на заводах. Конечно, их выпускали и раньше, но теперь химическая промышленность, лишенная военных заказов, переориентировалась на агрохимикаты, а растущее население требовало все больше продовольствия. И множество аграриев оценило удобство использования покупных удобрений и их эффективность. Тут уже было не до самодельных установок для выхлопов.


Но саму идею все-таки не забыли. Остались энтузиасты, которые продолжали экспериментировать с выхлопными газами. Так, в 1960-е годы их научились использовать при поливе. Правда, речь шла не тракторных моторах, а о двигателях, от которых работали водяные насосы. Выхлопы от них направляли в воду, вместе с которой они поступали прямо к растениям. Позже были разработаны и схемы насыщения углекислым газом воздуха в теплицах.


Трактор с оборудованием для внесения выхлопных газов


Дальше всех пошли канадские, американские и австралийские изобретатели. Они смогли в усовершенствованном виде воплотить изначальную идею Фридриха Риделя по внесению выхлопных газов в землю. Для этого используют пневматические сеялки. С их помощью вносится смесь порошкообразных минеральных удобрений и отработанных газов, которые попадают в систему забора воздуха агрегата прямо из выхлопной трубы трактора. Использовать такой способ можно прямо во время посева. Также есть разработки, позволяющие вносить выхлопные газы во время обработки почвы, подводя их к рабочим органам культиваторов или глубокорыхлителей.


Какие же химические элементы поступают к растениям из выхлопных газов? Их немало, в том числе – водород, азот, углерод, сера, кальций, железо, кремний, хром. Полный список и количество меняется, в зависимости от марки самого горючего, состава используемого машинного масла, состояния и настройки двигателя. К примеру, обычное дизельное топливо оказалось более насыщенным веществами, необходимыми растениям, чем биодизель.


С практической точки зрения одним из наиболее важных элементов оказался углекислый газ, почему, собственно, на его использовании и основывается углеродное земледелие. В почве всегда содержится углерод – до 5% от ее массы. Он накапливается в ней, поступая с органическим веществом отмерших растений и других живых организмов. Таким образом, происходит перераспределение углерода – из атмосферы он постепенно переходит в почву, где может накапливаться и сохраняться десятилетиями и даже столетиями. Такое явление очень ценно само по себе, ведь почва «консервирует» углерод, который иначе мог бы оказаться в атмосфере в составе углекислого газа, способствуя глобальному потеплению. Но и для плодородия почвы он нужен. Поступающий в нее углекислый газ стимулирует жизнедеятельность почвенных азотфиксирующих бактерий, что приводит к его накоплению и, соответственно, к повышению урожайности растений.


Повышенная концентрация смеси углеводородов и углекислого газа также играет значительную роль в обмене веществ у растений и в процессе фотосинтеза. Известно, что фотосинтез практически не происходит в самое жаркое время суток, когда температура поднимается выше +27°С, потому что в таких условиях устьица на листьях закрываются и поглощения СО₂ не происходит. Обычно такие перерывы в фотосинтезе продолжаются лишь несколько часов в течение дня. Но во время засухи процесс может замедлиться или даже остановиться надолго. В итоге, урожай уменьшается либо растения и вовсе погибают. Увеличение концентраций углекислого газа помогает уменьшить негативные последствия.


Результат применения выхлопных газов в качестве удобрения на пшенице


Важны и поступающие в почву оксиды азота. Так, монооксид азота стимулирует метаболизм почвенных бактерий, окисляющих аммиак. Считается, что азот из выхлопных газов эффективнее используется растениями, чем из карбамида или аммиачных удобрений.


Сомнения в целесообразности применения выхлопных газов в качестве удобрения иногда возникают из-за того, что с ними в почву могут попадать тяжелые металлы. Однако исследования показали, что такие элементы растения используют лишь в случае необходимости, не накапливая их в своих тканях в избыточных количествах.


В последние десятилетия, после возрождения интереса аграриев к удобрению выхлопными газами, было проведено немало исследований и экспериментов, призванных изучить его влияние на состояние и урожайность растений. Например, в США экспериментировали с пшеницей, овсом и горохом. На одном участке каждой из культур в почву вносили только выхлопные газы, на втором – только минеральные удобрения, на третьем – как выхлопные газы, так и минеральные удобрения. Еще часть посевов оставили в качестве контроля – без удобрений.


Как и можно было ожидать, не обнаружено существенного влияния удобрений обоих типов на бобовую культуру – горох. Зато заметным оно оказалось на злаковых культурах. Самые лучшие результаты получены на пшенице, которая отозвалась повышением урожайности на все варианты удобрений. А внесение выхлопных газов на посевах овса дало, по сравнению с контролем, такую же прибавку урожая, как и использование минеральных удобрений. Что интересно, на площади, где вносили как выхлопные газы, так и минеральные удобрения, результат оказался хуже.


Результат применения выхлопных газов в качестве удобрения на кукурузе


Кроме урожайности, в опытах изучали и влияние различных вариантов удобрения на содержание в почве азота и фосфора. Оказалось, что там, где были внесены выхлопные газы, концентрация доступного растениям фосфора и нитратного азота после уборки урожая значительно увеличилась, по сравнению с их содержанием перед посевом.


В других зарубежных опытах получили увеличение урожая овощей. Например, у огурцов и томатов масса плодов увеличилась примерно вдвое, корнеплодов у свеклы – на 20–60%, урожай редиса – на 30–70%.


Проводились подобные эксперименты и в Украине. Так, в одном из хозяйств Николаевской области подсолнечник, под который были внесены выхлопные газы, дал такой же урожай, что и удобренный минудобрениями по обычной для культуры схеме. На корнях сои было отмечено образование большего количества клубеньков и увеличение урожая. Также увеличилась урожайность кукурузы и пшеницы.


Результат применения выхлопных газов в качестве удобрения на сое


Экономический эффект при полной или частичной замене минеральных удобрений выхлопными газами дает как непосредственно увеличение урожая, так и возможность сберечь деньги, необходимые для покупки агрохимикатов.


Обнаружены и другие полезные свойства выхлопных газов. Так, их можно применять для обработки семян. Исследования, проведенные в США и Канаде, показали, что такие семена быстрее прорастают. Считается, что такой эффект дает влага, содержащаяся в выхлопных газах. Охлаждаясь, она конденсируется на семенах и запускает процесс их прорастания быстрее, чем почвенная влага.


Кроме того, на обработанных семенах остается гораздо меньше патогенных грибов и бактерий. Возбудителей болезней убивают диоксин серы и муравьиная кислота, также присутствующие в выхлопах. Так что они могут выступать также в роли протравителей, благодаря чему возникает экономия еще и за счет фунгицидов. Причем, отдельных агрегатов для такой обработки не требуется. Если выхлопные газы вносятся во время посева в качестве удобрения, то уничтожение патогенов является приятной дополнительной опцией.


Справедливости ради, следует сказать, что исследования еще далеки от завершения. Так, необходимо изучить, как данный способ удобрения влияет при использовании на разных типах почв и в разных климатических условиях. Иначе некоторые фермеры могут оказаться разочарованными и не получить ожидаемой пользы. Например, в Австралии ученые повторили опыты американских коллег с пшеницей. И, к своему удивлению, не заметили повышения урожайности культуры на полях, обработанных выхлопными газами. Причину неудачи еще предстоит выяснить.


В то же время, множество фермеров уже поверило в эффективность способа. В среднем, его применение уменьшает потребность в минеральных удобрениях на 50%. В частности, в украинских опытах фермеру, участвующему в эксперименте, удалось сэкономить тысячу гривен на каждом гектаре обработанных посевов.



Возникает резонный вопрос: где взять технику для внесения выхлопных газов в почву? Сейчас ее уже можно купить. Например, в Украине вполне доступно австрийское оборудование, представляющее собой турбину, захватывающую выхлопные газы трактора и под давлением подающую их к рабочим органам глубокорыхлителя или другого почвообрабатывающего агрегата. Также турбина дополнительно втягивает в себя и атмосферный воздух, который служит дополнительным источником азота.


Есть и варианты оборудования, которое подает выхлопные газы к пневматической сеялке. В общих чертах, оно состоит из гибкой трубы, один конец которой подсоединен к выхлопной трубе трактора, а другой – к теплообменнику. Теплообменник нужен, чтобы охладить газы, имеющие температуру около +250°С, губительную для семян, до безопасных +80°С или меньше. Далее газы поступают в сеялку, где смешиваются с семенами и, при необходимости, с порошкообразными удобрениями, а затем смесь выводится в почву. Если горячие выхлопы быстро улетучиваются в атмосферу, то в охлажденном виде они тяжелее воздуха, благодаря чему задерживаются в грунте.


Как видим, техника нехитрая. Некоторые энтузиасты даже изготавливают ее самостоятельно.


Таким образом, в условиях ограниченных ресурсов или же просто стараясь уменьшить производственные затраты и в то же время – увеличить урожай, есть смысл прибегнуть к технологиям, пока еще не очень распространенным и даже, возможно, кажущимся экзотическими. Но ведь и использование тех же минеральных удобрений или технологий типа no-till тоже когда-то было экзотикой, а сейчас – повседневная практика, признанная во всем мире. Так и применение выхлопных газов в сельском хозяйстве – перспективное направление, которое может как повысить эффективность труда аграриев, так и способствовать улучшению экологического состояния нашей планеты.


Поделиться в соцсетях:

Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений