Biouhel aneb Jak mohu snížit svoji uhlíkovou stopu ukládáním uhlíku?

Jak mohu svůj uhlík uložit pod zem?

Zachycování a ukládání uhlíku - CCS

Místo dosavadní těžby uhlíku (tedy uhlíkatých paliv) je potřeba se pustit do činnosti opačné, uhlík z ovzduší ukládat do země. Označuje se to jako Carbon Capture and Storage, CCS, tedy záchyt a ukládání uhlíku. Obvykle se pod tím ale myslí proces, kdy se zachytává oxid uhličitý a vtlačuje se do porézních hornin ve velkých hloubkách, nejlépe až takových, kde už bude díky vysokému tlaku zůstávat v kapalné formě. V dosavadní praxi se ale neodebírá CO₂ z ovzduší, nýbrž hlavně z těženého zemního plynu a z některých průmyslových procesů. Většina je vtlačována do ropných ložisek za účelem jejich důkladnějšího vytěžení, desetina se injektuje do vrstev nasycených slanou vodou[Neznámý a1] . Fosilní lobby se snaží udržet svůj byznys pomocí slibů, že bude oddělovat oxid uhličitý ze spalin. To je ovšem složité a drahé a  možnosti, jak takový plyn bezpečně uložit, jsou omezené. Natož aby se tak odstraňovala třeba i pouhá desetina dnešních ročních emisí, které činí 40 Gt CO₂. V roce 2021 z nich byla zachytávána pouhá jedna tisícina (https://www.globalccsinstitute.com/resources/global-status-report/).

Naproti tomu lze ukládat skutečně uhlík, ne jeho plynný dioxid, tedy CO₂. Vše živé na Zemi je tvořeno z velké části právě uhlíkem a dřevo není výjimkou, naopak. Pokud nenecháme dřevo nebo jinou biomasu shořet dokonale, tedy na popel, ale ohniště včas uhasíme, zbude uhel. Černá porézní hmota – znáte jistě obrat „černý jak uhel“ – tvořená uhlíkem bez hořlavých organických látek, ale obsahující většinu živin z původní biomasy, což jsou hlavně dusík, síra, fosfor a alkalické kovy. A říkáme jí dle původu biouhel.

Biouhel a půda

Biouhel je v podstatě i „dřevěné uhlí“, kdy je vstupním materiálem palivové dříví a výstupním buď uhel v dostatečně velkých kusech nebo uhelný prach lisovaný do tvaru briket. Osudem takového uhlu, na trhu všude po světě běžného, je ovšem, že bude většinou spálen na popel.

To je ale škoda, biouhel je cenný materiál. I popel sice obsahuje fosfor a alkalické kovy, ale dusík už žádný. Navíc z popela se zbylé živiny vyplavují vodou, ale z uhlu ne. Kromě toho, vody může uhel do sebe hodně vstřebat a dlouho ji udržet. Má totiž velké množství pórů, a proto je suchý uhel velmi lehký. Jeho póry může místo vzduchu vyplnit právě voda. Obrovské množství mikroskopických pórů znamená, že uhel má vnitřní povrch o mnoho řádů větší než ten vnější. Toho, jak všichni víme, se využívá v medicíně („živočišné uhlí“) i při filtraci („aktivní uhlí“). Na stěny mikropórů se adsorbují sloučeniny a částice, které do nich proniknou. To funguje i v případě, že se uhel rozmělněný na drobné kousky přidá do kompostu, živinami se tam dále velmi obohatí.

Přidá-li se uhel do půdy, osídlí jej půdní bakterie, pak houby, a tato biota začne živiny z porézní uhlíkové matrice poskytovat rostlinám, s nimiž spolupracuje. Ale uhlík, v anorganické, organismům nedostupné formě tvořící strukturu uhlu, zůstane z většiny netknutý stovky až tisíce let. 

Jak to víme? Opíráme se o prastarou praxi vytváření trvale úrodných půd ve vlhkých tropech, zejména v Amazonii. Pokácené dřeviny či jinou, již nepotřebnou biomasu tam před tisíciletími místní zemědělci nespalovali na popel, ale pokud možno jen na uhel. A půdy, které tam jsou jinak velmi chudé – po pokácení pralesa přestanou být za několik let úrodné – obohatili tak, že si úrodnost podržely do dneška. Jimi vytvořené černé půdy tloušťky až kolem 1 m, zvané Terra preta, umožňovaly existenci velkých sídel s udržitelným zemědělstvím. Invaze Evropanů a zavlečených infekčních chorob ale někdejší sídelní civilizace vymazala, zůstaly jen zprávy zaznamenané prvními misionáři.

Podobnou praxi zuhelnaťování vegetace mýcené za účelem zemědělství ale známe i ze současnosti.  Například v Africe, kde takovou techniku některé rodiny používají už dlouhé generace a s výbornými výsledky (nemusejí kácet stále další plochy). A v 19. století před rozšířením umělých hnojiv biouhel používali i američtí a japonští farmáři. Byla to i komerčně nabízená přísada do půd, třeba jako vedlejší produkt („podsítná frakce“) výroby kusového dřevěného uhlí. Uhel se zkoumal a používal i v Evropě, viz rešerše Biochar in 19th Century Europe and North America: A partial review. Ostatně, do lesů všude po světě se uhel dostával odjakživa i přírodně jako nezpopelněný černý zbytek po požárech, a přispíval pak spolu s popelem k jejich novému růstu.

Produkce biouhlu při běžném spalování biomasy

Rostlinné biomasy, která se spaluje, je spousta. Leckdy je to venku jen pro potěchu nebo aby prostě zmizela a bylo „uklizeno“. Většinou je to ale s co nejvyšším využitím její výhřevnosti v různých „sporácích“, kamnech, kotlech.  Včetně kotlů  automatických, malých, ale i  velikých, jako jsou ty pro výrobu páry a elektřiny. Běžné spalování biomasy probíhá zprvu tak, že vlivem vysoké teploty z ní vznikají plynné látky zvané dřevoplyn, které buď odcházejí nevyužité jako jedovatý kouř, nebo pěkně hoří svítivým plamenem. Když takové bouřlivé zplyňování skončí, už se žhnoucí uhel okysličuje jen na modravě (chemoluminiscencí) svítící oxid uhelnatý, který přitom hoří na oxid uhličitý. V automatických kotlech by se dal žhnoucí uhel „obětovat“ vsypem do vodní lázně, čímž by se uchoval. Tepelný zisk by se tím sice snížil, ale část předtím fotosyntézou fixovaného uhlíku by zůstala v pevné hmotě. Promění-li se biomasa při spalování  až na popel, tak se všechen uhlík, uložený do ní předtím fotosyntézou, vrátí zpět do vzduchu. A to je veliká škoda.

Pyrolyzní CCS – budoucí naděje

Tepelná konverze biomasy na uhel je nejúčinnější tehdy, když se biomasa zahřeje na stovky stupňů bez přístupu vzduchu, rozkládá se a vzniká z ní dřevoplyn – tomu se říká pyrolýza. A onen dřevoplyn z ní unikající se dokonale spaluje a poskytuje teplo pro pyrolýzu. Ve velkých zařízeních je možné část vznikajícího dřevoplynu kondenzovat na kapalné pohonné hmoty. Hlavně ale v takových reaktorech je výtěžnost uhlu velmi vysoká, nevzniká žádný popel. Je-li pak uhel ukládán tak, aby už nemohl zoxidovat (do půd třeba i nejprve coby přísada do krmiv, ale také do betonů), je to nejnadějnější cesta, jak docílit spolehlivého, pyrolyzního CCS, které lze aplikovat všude na světě.

Může jít o reaktory, jejichž vstupním materiálem jsou naštěpkované suché větve a větvičky po ošetření sadů, parků a vinohradů. Vřetena kukuřičných palic. Přebytečná sláma. A vlastně jakákoliv suchá odpadní biomasa – listí, staré špatné seno, skořápky od ořechů, pecky… ty jsou zvláště vhodné, protože v semenech je hodně dusíku i fosforu. Lze využít i vylisovaný a vysušený digestát z bioplynových stanic, ba i z čističek. V jižních krajích slupky z rýže nebo kávy.

Podaří-li se, že se za všechny emise oxidu uhličitého z fosilních paliv bude dostatečně platit, a naopak ti, kdo stabilní uhel ukládají zpět do země, dostanou za každou uloženou tunu řádně zaplaceno, jistě takových reaktorů začne rychle přibývat.

Dnes se produkcí biouhlu a výzkumem jak v oblasti výroby, tak i aplikace do půd a růstu výnosů atd. věnuje řada firem i akademiků po světě. Na rozdíl  od zachytávání CO₂ ze spalin, ne-li přímo ze vzduchu nějakou technikou, je totiž produkce uhlu jednoduchá a nenákladná. A kromě (budoucích) kreditů za zachycený uhlík má i bezprostřední místní užitek.

Začali jsme zmínkou o vychytávání a skladování uhlíku. Přehození výhybky od úplného spalování biomasy směrem k jejímu zuhelnaťování a ukládání do půdy je zcela nepochybnou cestou, jak alespoň malou část toho oxidu uhličitého, který jsme za poslední staletí do ovzduší uvolnili, zase vrátit zpět do země. Optimistické odhady jsou, že by celosvětové biouhlové technologie mohly ukládat snad až desetinu toho, co nyní vypouštíme. Ale i kdyby se jednalo o pouhá procenta dnešních emisí, bude to v budoucnu, až emise klesnou na zlomek dnešních, hrát už nemalou roli. Viz Soil carbon sequestration and biochar: https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/chapter-4/#section-4-3-7-3

Lidové „reaktory“

Kromě promyšlenějšího pálení a hašení v obyčejném ohništi se nabízejí i složitější, ale účinnější možnosti. Místo malé kupky a postupného přikládání, až se rozhoří, lze připravit nikoliv kupu, ale nízkou věž klestí – aby se dolů nerozšiřovala. A tu pak uprostřed zapálit shora. Jak se pořádně rozhoří, směrem dolů a do okrajů se rychle mění v uhel. Jen v závěru je potřeba přihrábnout ke středu to, co odpadalo do boků. A pak uhasit. Viz video na tinyurl.com/TLOBpile (zkratka znamená Top Lit Open Burn).

Zapalování shora je klíčové. Jakákoliv kupa biomasy zapálená odspodu vinou pyrolýzy materiálu nad hořící oblastí totiž produkuje jedovatý kouř, což je částečně zkondenzovaný dřevoplyn. Zapálením shora se dociluje, že všechno, co se pyrolýzou uvolňuje, také hned hoří. Dřevoplyn z biomasy pod hořící oblastí prochází plamenem a žádný kouř nevzniká.

Další alternativy už vyžadují skutečně nějaký „reaktor“, i když nahoře otevřený.  Ty umožňují podstupné přikládání a výrobu velkého množství uhlu při jedné akci,  Nejdokonalejší a velmi osvědčená je asi kónická nádoba známá pod jménem Kon-Tiki. Podrobný článek z roku 2014 viz Kon-Tiki kilns - flame curtain pyrolysis for the democratization of biochar production, www.biochar-journal.org/en/ct/39. Jak se v něm píše, autoři byli inspirováni archeologickými nálezy z okolí Kolína nad Rýnem, kde existují půdní horizonty bohaté uhlem, ale s výskytem někdejších jam,  též plných uhlu, kde kdysi dávno zemědělci asi právě tak, zapálením shora, uhel vyráběli. A jak autoři experimentálně zjistili, ono to dobře funguje.

Lze to tak dělat i dnes. Jáma, aneb hluboké ohniště, brání přístupu vzduchu pod palivo zespodu a zboku, takže ani původně shora zapálená počáteční hromádka nekouří, a uhlíky pod postupně dalším přikládaným palivem téměř nedoutnají.

Výhodou takové jámy je, že ji lze uhasit také zakrytím decimetrem hlíny, hnoje nebo kompostu. Bez přístupu vzduchu uhel přestane doutnat a po čase vychladne. Výše uvedený článek obsahuje i odkazy na ukázky takových „zemních reaktorů“ a jejich užití.

Budoucnost

Produkce a využití biouhlu ve velkém i masivní rozšíření zahrádkářské výroby, to je nadějná budoucnost. Pro ukládání uhlíku (zmírňování, tedy mitigaci změny klimatu), zlepšování půd či využití při sázení stromů zejména v náročném městském prostředí (adaptaci na změnu klimatu).  Ale co nyní? Zapálíte kopku nebo kupu suchých větviček a dalšího chrastí a pak přikládáte i větší dříví, aby plameny plály. Když už neplanou, můžete si odepřít chvíle, když už jen uhlíky žhnou. Ohniště lze hned uhasit, prolít vodou, rozhrabat, ujistit se, že už nic nedoutná. Biouhel je zachráněný, stačí jej před dalším pálením odnést někam pryč, vlastně kamkoliv do krajiny, tam vydrží navěky. Lépe ovšem je uhel po rozmělnění na kousky menší než centimetr zakopat ke stromům, přidat do záhonů. Ještě lépe je  nepřidávat uhel rovnou do půdy, ale smísit s čerstvým nebo i přehazovaným kompostem, tam kromě živin získá i mikrobiální a houbovou osádku. Nakonec pomůže vytvořit lehký substrát pro různá pěstování. Může tak být i fungující alternativou rašeliny, protože velmi účinně zlehčuje půdu a zadržuje velké množství vody. Na rozdíl od rašeliny nemá tak kyselé pH a je tedy bližší přirozené půdní reakci (kyselost rašeliny je nutné vyrovnávat přidáním vápence).

Rozšířit povědomí o možnostech a výhodnosti výroby a použití uhlu jako opravdu realistické podobě CCS je naléhavé a důležité. Vizi, jak ji dostat na mohutnou udržitelnou průmyslovou úroveň, viz článek (podzim 2021), https://www.biochar-journal.org/en/ct/104-400000-Pyrolysis-Plants-to-Save-the-Climate. Mnoho další literatury viz kolekci biouhel v knihovně https://www.zotero.org/jenikholan/library.

Podpořeno v grantovém řízení Ministerstva životního prostředí. Nemusí vyjadřovat stanoviska MŽP.

Jsou pro Vás informace užitečné? Přispějte na jejich další zkvalitňování.

 nebo

 Kč

Kategorie dotazů