Nu har det gått två år sedan projektet Cirkulär NP – Bättre kretslopp för djurgödsel startade. Idén med projektet är att återcirkulera näringsämnen i jordbruket mer effektivt och därmed minska läckaget av övergödande ämnen till Östersjön. Bra för miljön och en möjlig ny intäkt för lantbrukare. Det låter enkelt, men varför har det inte redan gjorts och hur går det egentligen till?
Projektet är ett samarbetsprojekt mellan BalticWaters, Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU) och Research Institutes of Sweden (RISE). Athanasios Pantelopoulos, forskare vid Institutionen för mark och miljö vid SLU, är specialiserad på markens näringsomsättning, något som han har forskat på sedan blev filosofie doktor i Köpenhamn. Nu, 7 år senare, undersöker han hur gödningsvärdet kan optimeras i gödselprodukter som återcirkulerats från antingen djurgödsel eller rötrester från biogasanläggningar. Men för att förstå varför Athanasios undersöker just detta, måste vi backa bandet en aning.
En obalans som är problematisk för lantbruket och miljön
Inom svenskt jordbruk har vi idag en ojämn fördelning av de viktiga näringsämnena kväve och fosfor. Den ojämna fördelningen är en följd av en specialisering inom jordbruket som skett de senaste årtiondena. Specialiseringen har lett till att gårdar huvudsakligen producerar grödor eller bedriver djurproduktion. Utvecklingen har i sin tur lett till att hela regioner har fokuserat sin produktion på antingen växt- eller djurproduktion. Effekten är att det uppstår en obalans i näringstillgången, där gårdar med växtproduktion behöver förlita sig på mineralgödsel, medan djurgårdar ofta har ett överskott av näringsämnen i djurgödsel som bildas på gården. När de stora djurgårdarna inte kan nyttja överskottet av näringsämnena i växtproduktion kan det leda till näringsläckage till intilliggande vattendrag och i förlängningen Östersjön. Ett svar på problemet kan vara att transportera djurgödsel från gårdar med överskott till gårdar med underskott. Men djurgödseln innehåller mycket vatten och är tung vilket ger höga transportkostnader. Det blir därför inte kostnadseffektivt att transportera djurgödseln över långa sträckor. Det är just den problematiken som Athanasios, och hans kollegor inom projektet Cirkulär NP, försöker reda ut.
Forskarna arbetar med att hitta tekniska lösningar för att utvinna näringsämnen ur djurgödsel, och rötrester från biogasanläggningar. På så vis kan de skapa ett gödningsmaterial som är cirkulärt, biologiskt och kostnadseffektivt att transportera över längre sträckor – från områden med överskott av näring till områden med underskott.
Kvävet och fosforns funktion för växten
Växterna behöver kväve för att bilda skott och blad. Brist på kväve ger bleka och klena växter. Växten tar upp kväve i form av ammonium och nitrat, men det mesta av kvävet är bundet i markens mullämnen.
Fosfor är nödvändig för plantans fotosyntes, blom- och frösättning och uppbyggnad. För att plantan ska kunna ta upp fosforn måste den vara i form av fosfat.
– Rötrester och djurgödsel innehåller fosfor, kväve, kalium och organiskt material som jorden och grödorna behöver – en resurs helt enkelt! Om vi kan separera näringsämnena från djurgödsel och rötrester och göra dem växttillgängliga, och dessutom dosen anpassad till en specifik grödas behov, kan det skapa en möjlighet för en marknad med organiska gödselmedel. Det skulle förhoppningsvis kunna ersätta mycket av mineralgödseln som används idag – samtidigt som vi minskar risken för näringsläckage till sjöar och hav, säger Athanasios.
Värme som verktyg
Cirkulär NP genomförs i Kalmarregionen där djurproduktionen är hög och det finns ett överskott av fosfor. Både rötrester från den lantbruksägda biogasanläggningen More Biogas och djurgödsel direkt från gårdar i närheten används i försöken. Första steget i processen är att separera ut vätskan ur rötresten/djurgödseln till en lättare, torr fraktion som är fosforrik och innehåller mycket organiskt material. Samtidigt bildas en tung, blöt fraktion som innehåller majoriteten av kvävet och kaliumet.
Separeringsmetoder
Inom projektet utvärderas mekanisk och kemisk mekanisk separering. Mekanisk separering sker med skruvpress och centrifug som delar upp rötrest/djurgödsel i en blöt och en torr fraktion. I kemisk mekanisk separering tillsätts först kemikalier för att facilitera separering och sedan används mekanisk separering av rötrest/djurgödsel. Inom projektet testas polymer och järnklorid för kemisk flockning. Kemisk flockning hjälper till att samla små partiklar så att de i nästa steg kan separeras mekaniskt.
– Den torra fraktionen, som bildas efter mekanisk separering, består fortfarande av så mycket som 60–70 % vätska. Den är både tung att transportera och skrymmande att lagra i väntan på vårgödslingen. Torrhalten behöver därför ökas ytterligare för att skapa en produkt som är kostnadseffektiv att transportera och som inte riskerar att börja kompostera på grund av för hög vätskehalt. Vid kompostering frigörs växthusgaser och ammoniak vilket gör att substratet tappar sitt gödningsvärde. Genom att ytterligare minska andelen vätska i den torra fraktionen kan produkten bli lättare att transportera samtidigt som den går att lagra utan att den tappar gödningsvärde, säger Athanasios.
Bästa sättet att bli av med ytterligare vätska i den torra fraktionen är genom värme, därför kommer Athanasios att testa fem värmebehandlingsmetoder för att öka gödselvärdet i den torra fraktionen:
Biotorkning (lågvärmebehandling). Mikroorganismer bryter ned kolet i rötresten/djurgödseln vilket skapar värme, som i sin tur driver bort vätskan i den torra fraktionen. Biotorkning kan inte driva bort allt vatten så slutprodukten är fortsatt inte optimal för längre tansporter. Den resterande produkten är mestadels fosforrikt, organiskt material som kan öka mullhalten, speciellt i degraderade jordar.
Torkning. Substratet torskas i temperaturer mellan 80–100 °C och slutprodukten blir ett pulver som kan pelleteras och sedan lätt användas av lantbrukaren. Nackdelen är att en del kväve frigörs pga. värmen. Eventuellt kan surgörning innan torkning minimera förlusten av kväve.
HTC. Hydrotermisk förkolning (HTC) är en sorts blöt karbonisering eller pyrolys som sker under högt tryck och temperaturer mellan 200–220 °C. Ytterligare undersökningar behövs för att fastställa om kolet och fosforn är mer eller mindre stabila än i de andra produkterna.
Pyrolys. Substratet behandlas vid höga temperaturer, mellan 400–800 °C. För att inte den torra fraktionen ska brännas till aska, och förlora allt sitt kol, sker behandlingen i en syrefri miljö. Slutprodukten kallas biokol och har den stora fördelen att nästan all vätska försvunnit medan varken fosfor eller kol har gått förlorat, men tyvärr försvinner det mesta av det växttillgängliga kvävet. Kolet är stabilt, men metoden kan leda till att fosforn inte blir växttillgänglig. En viktig del i de fortsatta testerna blir därför att hitta den optimala behandlingstemperaturen, som inte gör fosforn otillgänglig för växterna. Biokol kan även ha positiva effekter på markens fysikaliska egenskaper.
Förbränning. Behandling sker vid höga temperaturer, under syrerika förhållande, så att allt organiskt material oxideras och slutprodukten blir aska. All fosfor finns kvar i askan men kvävet har gått förlorat.
Kvävets flyktighet den största utmaningen
Den tunga, kväverika blöta fraktionen, kommer aldrig bli kostnadseffektiv att transportera långa sträckor. Inom projektet är målet i stället att behandla den blöta fraktionen så att den blir ett så bra gödselmedel som möjligt för gårdar i närheten. En stor utmaning är att kvävet är flyktigt och lätt kan avgå till luften i form av ammoniak och växthusgaser. När dessa ämnen avgår minskar gödningsvärdet samtidigt som miljön påverkas negativt. Erik Sindhöj, forskare på RISE, undersöker metoder för att stabilisera kvävet. Tre olika metoder testas inom projektet:
N2 Applied. Med hjälp av en plasmabåge, i en innesluten miljö, splittras bindningen mellan kvävemolekylerna i kvävgasen i luften som sedan binds med syre till en kväveoxidförening (NOx). Luften, som nu innehåller mycket NOx, adsorberas i den blöta fraktionen så att NOx kan vidareoxidera till NO2 (nitrit) och NO3 (nitrat). Under lågt pH binds NO3 med ammoniumkväve och blir ammoniumnitrat som är relativt stabilt. Förutom att kvävet i den blöta fraktionen stabiliserats har också mängden växttillgängligt kväve i flytgödseln fördubblats.
Surgörning med svavelsyra. Svavelsyra sänker pH i den blöta fraktionen. Målet är att sänka pH-värdet under 6 då kvävet blir mer stabilt. Forskarna blandar därför i svavelsyra i den blöta fraktionen till en nivå där kvävet är tillräckligt stabilt samtidigt som det är växttillgängligt.
Inblandning av ammoniumsulfatvätska. Ammoniumsulfatvätska är en biprodukt från en teknik som testas för att sänka ammoniumhalten i rötkammaren. Hög ammoniumhalt i rötkammaren hämmar nämligen biogasproduktion. Genom att blanda in ammoniumsulfatvätska i den blöta fraktionen ska forskarna undersöka om ammoniakavgång och metanutsläpp minskar under lagringstiden.
– Målet är att vi ska finna en teknik som minskar ammoniakavgången under lagring och spridning av den blöta biogödseln, samtidigt som den ökar mängden kväve som växterna kan ta upp. Lyckas vi med det kan den blöta biogödselprodukten minska behovet av att mineralkväve, säger Erik.
Projektets biogödsel ska vara lika effektivt som mineralgödsel
De fosforrika, torra, och de kväverika, blöta, biogödselprodukterna kommer att utvärderas i olika försök.
De torra biogödselprodukterna testas först i så kallade inkubationsförsök. Under inkubationsförsök blandas gödselprodukten med jord i små koppar för att se hur materialet bryts ned i jorden. Forskarna mäter sedan mängden kväve och växttillgängligt fosfor som släpps till jorden och hur mycket koldioxid som frigörs. Forskarna undersöker också hur jordens pH påverkas av respektive gödselprodukt. Inkubationsförsöken ger forskarna en indikation om vilka produkter som har störst potential och kan gå vidare till krukförsök.
Under krukförsöken blandas biogödselprodukten ned i en kruka med jord där näringskrävande växter, såsom gräs, planteras. Eftersom de torra biogödselprodukterna innehåller en liten mängd kväve, behöver mineralkväve tillsättas för att tillgodose grödans behov. Gräset får växa och skördas sen 2–3 gånger under en fyramånadersperiod. Skörden analyseras för att undersöka hur mycket kväve och fosfor som växten tagit upp ur jorden. Resultaten kommer jämföras med krukförsök där mineralfosfor har använts för att kunna dra slutsatser om biogödselns effektivitet.
De biogödselprodukter som visar på bäst resultat i krukförsöken kommer senare testas och utvärderas i fullskaliga fältförsök. De kväverika, blöta biogödselprodukterna testas direkt i fältförsök och jämförs med vanlig, obehandlad biogödsel.
En lång, men viktig resa
Hoppet är att forskarna inom projektet Cirkulär NP ska ta fram en fosforrik biogödselprodukt som kan transporteras över längre sträckor och som är minst lika effektiv som mineralfosfor. Målet är även att ta fram en kväverik, blöt biogödselprodukt som kan användas på närliggande gårdar. Resan dit är lång och krokig, men den är viktig.
– Kan vi återföra mer näringsämnen från djurgödsel till jordbruket kan vi både minska näringsläckaget samtidigt som det kan skapa mervärden för bönder där överskottet av gödsel, som tidigare varit ett problem, kan bli en lönsam produkt, säger Konrad Stralka, verkställande ledamot på BalticWaters.
För att det ska bli lönsamt behöver lantbrukare, jordbruksrådgivare och livsmedelsproducenter involveras.
– Vi genomför det här forskningsprojektet för att ta fram biogödselprodukter som är lika effektiva som konventionella gödselmedel. Men används inte produkterna så gör de ju ingen nytta, därför är det otroligt viktigt att diskutera med lantbrukare och intressenter, säger Konrad.
Athanasios håller med.
– Cirkulär NP är ett stort projekt, men projekt i den här skala som omfattar vetenskap och kommunikation med intressenter och aktörer saknas helt på EU-nivå, därför känns projektet extra viktigt, säger Athanasios.
Just nu pågår inkubationsförsök och under våren hoppas forskarna inom projektet kunna påbörja krukförsök. Vi ser med spänning fram emot resultaten!
Vill du veta mer om Cirkulär NP? Kika in här.
