Восстановление леса с помощью биоугля

Предисловие Ляйсан Мирзагитовой

Во всем мире сейчас растет интерес к феномену Терра Прета (TERRA PRETA) – «антропогенному чернозему» южноамериканских индейцев, привлекшему внимание почвоведов и людей, интересующихся восстановлением плодородия почв, со всего мира. Терра Прета — это необыкновенно плодородная почва, обогащенная биоуглем, «само-нарастающая» на 1 см в год (тогда как естественные черноземы прибавляют 1 см примерно за 100 лет). Похоже, что рост почвы происходит, в числе прочего, за счет связывания углерода воздуха – то есть, повсеместное создание таких почв может еще и поспособствовать решению проблемы глобального изменения климата! О самой Терра Прета можно почитать, например, здесь: http://ru-bio.ukrbio.com/ru/articles/3276.

А тут мы печатаем статью Ахима Экера из Германского поселения ЗЭГГ, в которой он рассказывает о своем опыте создания биоугля для Терра Прета.

От себя и от всех читателей выражаем благодарность Александру Эллистону, добровольцу, предложившему свою помощь в переводе материалов для сайта!

Восстановление леса с помощью биоугля
Ахим Экер/Achim Ecker

На территориях с истощённой почвой фермерам особенно трудно создавать и поддерживать достаточное количество гумуса для начала процесса лесовосстановления, который, в свою очередь, должен защитить землю от засух и лесных пожаров. Ахим Экер, живущий в экопоселении ЗЭГГ (ZEGG), несколько лет эксперементировал с созданием «Терра Прета» (Terra Preta — чёрная земля). Недавно он опробовал новый метод получения биоугля и терра прета, который работает даже в непростом южноевропейском климате Португалии.
Почти 20 лет назад я купил 7 га земли в Алентейо, в Португалии. Эту землю называют «Retumbana-Nova», она имеет общую границу с эко-поселением Тамера. На участке стоял полуразрушенный землебитный фермерский домик, который был восстановлен и расширен. На сегодняшний день этот дом является прекрасным строением из натурального материала, самодостаточным в отношении воды и электроэнергии, который сдаётся гостям. На истощённой земле вокруг дома росло всего несколько пробковых дубов и один эвкалипт. Земля так и просила восстановления лесного покрова. В моё долгосрочное видение входило создание плотного высокого леса, покрывающего окрестные холмы. Так 15 лет назад мы с Арнольдом Шонхардтом (Arnold Schonhardt) приступили к восстановлению леса, посадив разными методами около 30,000 деревьев разнообразных видов.

Земля с восстановленным лесным массивом в Алентейо 15 лет спустя.
В первое время, из-за невозможности орошения, лишь около половины деревьев пережили суровый сухой климат Алентейо. Местная истощенная почва представляла собой закисленную глину, так как весь гумус был смыт в долину. Зимы здесь очень влажные, и земля вместе с растительностью на некоторое время затапливается. Холода до -7°C ограничивают выбор деревьев для посадки. Ко всему прочему, из-за обезлесения, дождевая вода быстро утекает, не успевая пропитать землю. Чтобы это исправить, мы взялись за создание озера и нескольких прудов, предназначенных для удерживания воды.
Наконец, после наших усилий, лесной покров был восстановлен, хотя быстрорастущие деревья приходилось подрезать, чтобы дать достаточное количество пространства и солнечного света медленнорастущим видам. Из-за большой вероятности лесного пожара в первый, очень важный, период лесовосстановления все обрезанные и сухие ветви приходилось собирать. Обрезание ветвей до 2-ух метров от земли уменьшило шанс возгорания деревьев. Большие ветви прекрасно служили в качестве дров, в то время как маленькие  мы складывали в кучу для использования в компост. Однако после нескольких лет куча стремительно росла, увеличивая шанс возгорания. Мы обнаружили, что периоды затопления слишком продолжительны для процесса разложения ветвей, а долгие влажные зимы слишком холодны для большой активности почвенных микроорганизмов. Возможно, в будущем, после образования достаточного лесного покрова и микроорганизмов в почве, компостирование будет работать лучше. Но пока что ветви не гниют с достаточной скоростью, чтобы обогатить почву, не говоря уже о предотвращении пожаров.

Озеро для удерживания воды, предназначенное для летнего орошения леса в первые несколько лет.
Мы полагаем, что создание терра прета будет отличным решением, которое позволит использовать ветки в качестве органического удобрения без накопления сухой пожароопасной органики. В последние два года мы экспериментировали с технологией получения терра прета в ЗЭГГе — экопоселении на севере Германии.  На песчаных почвах, характерных для данного региона, мы получили довольно многообещающие результаты. Однако в Португалии биоуголь недоступен в необходимом количестве для запуска процесса образования терра прета. Статья Института Итака (Ithaka Institute) о печи Кон-Тики натолкнула нас на мысль попробовать использовать метод пиролиза на открытом воздухе. Данная земляная печь представляет собой округлую яму конусообразной формы, глубиной 1 метр, углом наклона 45° и верхним диаметром 2 м. Подобный метод не мог быть опробован нами в ЗЭГГе, так как песчаная почва нашего региона не удерживала необходимую конусообразную форму ямы. Однако в каменистой глиняной почве Алентейо земляное отверстие сохраняет форму в течении многих обжигов. При помощи экскаватора мы вырыли 8 подобных отверстий в нескольких местах и вскоре приступили к первому обжигу.

В статье говорится: При использовании данного метода необходимо получить первые языки пламени в самом низу ямы. Постепенно слой за слоем можно добавлять горючий материал в виде древесины, пищевых отходов, костей, листьев и соломы, поддерживая дымопоглощающее пламя костра. Сгорающий пиролизный газ будет поглощать практически весь кислород, втягивающийся костром, тем самым защищая зону пиролиза, в то время как стены ямы будут сдерживать проникновение воздуха внутрь. Без доступа кислорода в костёр нижние слои будут дегазироваться и коксоваться вместо того, чтобы полностью сгореть. После нескольких часов равномерной укладки и дегазации свежей биомассы, накапливается более 1 м3 биоугля, который можно потушить водой или толстым 5-10 сантиметровым слоем грунта, песка или навоза. (взято и переведено из статьи: Kon-Tiki — The democratization of biochar production; Ithaka Journal)

Земляная печь Кон-Тики
Из основного принципа бездымного костра (взято и переведено из статьи Kon-Tiki — The democratization of biochar production; Ithaka Journal):
Если разложить стопку веток неплотным слоем с достаточным количеством маленьких ветвей в верхней части и поджечь стопку сверху, то основная часть выделившегося газа будет подниматься сквозь пламя, оставляя лишь чистый выхлопной газ без дыма. При этом пламя от углей слой за слоем будет перемещаться вниз. Втягивающийся по краям воздух будет подниматься вверх сквозь пламя, где будет поглощён при сгорании. Основная часть угля будет скапливаться в почти полностью бескислородной среде под главным пламенем. По мере воздействия пиролиза, угли от сгорающих веток будут проникать в неплотно сложенные нижние слои костра, передавая огонь свежим ветвям снизу. Наблюдая за пламенем и накоплением золы на внешних слоях обугленной древесины, можно определить подходящее время для тушения углей водой или грунтом. В результате применения данного метода, вместо одной золы можно получить около 1/5 объёма всей древесины в качестве древесного угля.

Подожгите костёр в верхней части и подкладывайте дополнительное сырьё только после того, как в нижней части стопки на дне ямы образуется слой тлеющих углей.

Хотя изначально я отнёсся к идее довольно скептически, я всё-таки решил подвергнуть пиролизу ветки одного старого сухого куста в земляной печи Кон-Тики. Контролируемое сжигание мне показалось приемлемым способом предотвращения лесного пожара. Начальная стадия предварительного обжига заняла около 20-30 минут для получения первого угля на дне ямы. После этого костёр стал довольно горячим и уже можно было подкладывать свежие ветки. После подкладывания свежего материала костёр слегка подымил, но лишь на короткое время. После 5-6 часов земляная печь была наполнена биоуглём и была готова к тушению. Первую печь мы залили водой из шланга, положенного с краю от ямы, так, чтобы вода заполнила её снизу, а поднимающийся пар мог отчистить полученный уголь.
Другую яму мы засыпали землёй, при этом костёр был потушен на удивление быстро и просто. Тонкий слой грунта стал тёплым, но не горячим и даже не высох полностью. Однако перед тем, как откопать уголь, потребовалось подождать как минимум сутки.
Стоит отметить, что при переработке в биоуголь уровень эмиссии углерода даже не нейтрален, а отрицателен из-за способности угля связывать углерод. Если хворост не нужно дополнительно сушить или измельчать (что уменьшает количество работы), то данный метод является наиболее энергоэффективным и менее трудоёмким. Можно перерабатывать в уголь даже сосновую хвою. Конечно, жаль впустую тратить получаемое от сгорания тепло, однако в Алентейо в обогреве нет большой необходимости.

Более 1 м3 биоугля, потушенного слоем земли.

Хорошо известно, что свежеполученный биоуголь не стоит сразу добавлять в почву, так как в этом случае он будет лишь впитывать в себя питательные вещества из почвы. Поэтому, чтобы сначала наполнить уголь питательными веществами, можно добавить его в туалетный компост, где он впитает в себя азот, фосфор и лактобактерии. Уголь также хорошо впитывает неприятные запахи, что поможет нашим гостям отнестись более лояльно к нашим компостным туалетам. Совсем недавно я начал добавлять угольную пыль в глиняную смесь для штукатурки стен своего дома. Из-за высокой влажности стены начинают пахнуть плесенью, и, что ещё хуже, каждые несколько лет осыпается штукатурка. Не могу с точностью предсказать, как будет вести себя смесь с углём, но работать с ней было приятно, а запах полностью исчез.
С начала производства биоугля с помощью технологии Кон-Тики, мы сжигали ветки в пяти земляных ямах и получили более 5 м3 биоугля. Полученный уголь приходилось переносить с места на место. Таким образом, он начал распространяться по всему участку, ведь небольшие куски угля периодически падают с лопаты и выпадают из тележки. Наконец-то «век угля» вернулся в Алентейо.

При тушении костра водой нет необходимости ждать 24 часа, а можно сразу любоваться отменным свежедобытым биоуглём!
Вдохновлённый новой идеей, возвращаясь в ЗЭГГ в Германию, я уже думаю над созданием металлической печи Кон-Тики, которую можно будет перевозить с места на место и жечь в ней любое сырьё. Мы уже приступили к сбору мочи из безводных писсуаров, которой можно будет тушить уголь, одновременно наполняя его питательными веществами, получая насыщенное удобрение.
На сегодняшний день биоуголь в Германии стоит довольно дорого, по крайней мере уголь, полученный из устойчивых возобновляемых источников. Поэтому металлическая печь окупится всего за 4 обжига! Так как наша община ориентирована на самодостаточность, то идея получать собственный биоуголь звучит довольно привлекательно. Мы убеждены, что возможность перерабатывать наши отходы в насыщенный биоуголь ускорит процесс возвращения к «веку угля» в ЗЭГГе. Полученный нами биоуголь предоставляет большое количество возможностей и перспектив для предпринимательской деятельности. Мы уже планируем использовать биоуголь в качестве подстила для конюшен, штукатурки в местах с влажным климатом и, конечно же, для создания терра прета.