Magyarországi lignitek felhasználhatósága

A visontai és bükkábrányi lignit felhasználhatósága

Hivatkozva a Miskolci Egyetem által készített, A bükkábrányi és visontai lignit mezőgazdasági hasznosításának és felhasználhatósági kérdéseinek vizsgálata elnevezésű projekt anyagra, illetve a kapcsolódó kutatási anyagokra, megállapítható, hogy felhasználás és alkalmazhatóság tekintetében a legfontosabb célterületek a meszes, homokos szövetű és az alacsony szervesanyag-tartalommal rendelkező talajok, melyek jelentős területeket fednek le az országban.

Emellett szóba jöhet a szikes területek javítása is. További felhasználási terület – amit a jelenleg készülő EU-s talajmonitoring és talajszennyezési törvény még aktuálisabbá teszi – a szennyezett területeken történő alkalmazás a szennyező anyagok megkötésére, immobilizálására.

EU talajdegradációs helyzet

A talaj egészségének megőrzése elengedhetetlen a társadalom fenntarthatóságához, azonban a talaj egyre növekvő fenyegetésekkel szembesül a különböző emberi tevékenységek miatt, amint azt a bemutatott kutatási eredmények is kiemelik (Panagiotakis, Dermatas 2022; Timmis, Ramos 2021; Strauss et al. 2023). A talaj erózió, tömörödés, szennyezés és a biológiai sokféleség csökkenése miatti romlása globális szinten jelentős kihívást jelent, amely hatással van olyan alapvető szolgáltatásokra, mint az élelmiszertermelés és a szén-dioxid-megkötés (Luster et al. 2022). Az új uniós talajstratégia hangsúlyozza a talajok védelmének és helyreállításának fontosságát a fenntartható jövő érdekében, és 2050-re egészséges talajökoszisztémák létrehozását tűzi ki célul (Münzel et al. 2023). A fenntartható talajgazdálkodáshoz az érdekelt felek közötti konszenzusra, valamint olyan intézkedések végrehajtására van szükség, mint az organikus trágyázás, a diverzifikált vetésforgó és a talajkímélő művelés. A talajszennyezés, amely komoly aggodalomra ad okot, megfelelő hasznosítást, kezelést és helyreállítást igényel az emberi egészség és az ökoszisztéma integritásának védelme érdekében. A talajt fenyegető veszélyek összetettek, széles körűek és kontinentális méretűek, ami aláhúzza a koordinált globális fellépés sürgős szükségességét e létfontosságú erőforrás megőrzése érdekében.

Ezt a degradációt főként a termőterületek nem fenntartható művelési módjai, a túlzott mezőgazdasági és ipari szennyezések, valamint az éghajlatváltozás és az ezzel járó szélsőséges időjárási események okozzák.

A leromlott talajok csökkentik az ökoszisztéma-szolgáltatásokat, például az élelmiszer-, a takarmány-, a rost- és fatermelést, a tápanyag-ciklust, a szén-dioxid-megkötést, a kártevőirtást és a vízszabályozást.

Magyarországi talajtípusok és területi adatok

Homokos szövetű talajok

Magyarország területén a homok és vályogos homoktalajok 20791 km²-t tesznek ki, ebből 4740 km² a Visontai és a Bükkábrányi bányák 100 km-es körzetében található.

Alacsony szervesanyag tartalmú talajok

Az alacsony szervesanyag tartalmú talajok (100 t/ha alatt) képezik a lignitfelhasználás másik célterületét, mely 21830 km² területet fed le, amiből 5888 km² van 100 km-es körzeten belül.

Ha ezt a határt feljebb toljuk 200 t/ha értékig, akkor a területek tovább bővülnek. 200 t/ha alatti terület az ország közel felét teszi ki, ahol még érdemes a lignitet kijuttatni (48 652 km², ebből 15260 km² 100 km-es körzetben).

Összefoglalás

A lignittelepek számos fizikai és kémiai paraméterét vizsgáltuk a hasznosíthatóság szempontjából. A lignit mezőgazdasági célú hasznosításának legfontosabb oka a magas szerves kolloid tartalom, a magas stabil humuszanyag arány, a magas kationcsere kapacitás, vagyis a talajok víz és tápanyag megkötő képességének javítása, stabil humuszanyag tartalmának növelése.

A fenntartható mezőgazdasági gyakorlatok iránti igény egyre sürgetőbbé válik a talaj ionegyensúlyának felborulása, a vízi eutrofizáció és a növényi szennyeződés káros hatásai miatt. Ezek a kihívások arra késztették a gazdákat, hogy csökkentsék a nagy dózisú ásványi műtrágyák használatát, és váltsanak át organikus vagy ásványi-organikus alternatívákra. Ez az átállás rávilágít arra, hogy olyan nem hagyományos szerves anyagforrásokat kell keresni, amelyek biztosítják a talaj termékenységének folyamatos növekedését, miközben megőrzik az ökológiai integritást és elősegítik a kívánt funkcionális tulajdonságokkal rendelkező, kiváló minőségű növények termesztését.

A feltörekvő szerves anyagok közül a lignit, más néven lágy barnakőszén, az utóbbi években jelentős figyelmet kapott. Bár a lignit mezőgazdasági felhasználása a 20. század első felére nyúlik vissza, jelentőségét a különböző típusú lignitalapú műtrágyák előállítására szolgáló technológia fejlődése és a szén speciális szorpciós tulajdonságainak felismerése növelte, amelyek döntő szerepet játszanak a víz- és növényvédelemben.

A talaj szerves anyaga (SOM) létfontosságú szerepet játszik a talaj termékenységének és az ökoszisztéma funkcióinak fenntartásában. Halott növényi maradványok, gyökerek és talajszervezetekből származó szerves anyagok, köztük elhalt szervezetek, állati ürülék és mikrobiális maradványok komplex keverékéből áll. Ez a bonyolult összetétel gazdag szénben, hidrogénben, oxigénben, nitrogénben, foszforban, kénben és más alapvető elemekben, amelyek a talajban élő növények és talajszervezetek által szintetizált anyagok bomlásának és átalakulásának eredményeként keletkeznek. A talaj szerves szén (SOC) dinamikus jellege kiemeli annak kulcsfontosságú szerepét az ökoszisztéma-szolgáltatásokban és a fenntarthatóságban, mivel a mikroorganizmusok általi folyamatos feldolgozása jelentősen hozzájárul az ökoszisztémákból származó előnyökhöz. A talaj szerves anyaga befolyásolja a talaj fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait, hatással van a talaj szerkezetére, vízmegtartó képességére, a tápanyagok rendelkezésre állására, a mikrobiális populációkra és a tápanyagok felszabadulására. A lignit egy értékes természeti erőforrás, amelyet egyedülálló kémiai összetétele és szorpciós tulajdonságai jellemeznek, ami vonzóvá teszi mezőgazdasági alkalmazásokhoz és a környezetvédelemhez. A lignit mezőgazdasági felhasználása iránti érdeklődés különösen fontos szerepet kapott az elmúlt években a különböző típusú lignit alapú műtrágyák előállításának technológiai fejlődése és a szén speciális szorpciós tulajdonságainak felismerése miatt, amelyek döntő fontosságúak a víz- és növényvédelem szempontjából.

Alkalmazási terület:

• jelentősen növeli a talajok szorpciós kapacitását,
• növeli a talajok vízmegkötő képességét,
• növeli a talajban könnyen felvehető tápanyagok tartalmát,
• javítja és stabilizálja a talaj szerkezetét és kémhatását,
• műtrágya adalékanyag,
• talaj szervesanyag utánpótlása,
• szerves trágyák és komposztok kezelése,
• szennyezőanyagok abszorpciója

A lignit talajjavítóként való felhasználása lassú hatást biztosít, ami elengedhetetlen a talaj termékenységének hosszú távú fenntartásához (Rashid et al. 2023). Ezenkívül a lignittel trágyázott talajokban jelentősen csökken a kationos tápanyagok (pl. Ca, Mg, Fe és Na) kimosódása, ami elengedhetetlen a talaj- és vízszennyezés csökkentése szempontjából, és ezeknek a műtrágyáknak a hatékonyabb felhasználásához vezet (Jiang et al. 2022). A szénben gazdag anyag, a biochar (biofaszén) szintén 37,1%-kal csökkenti a talaj nitrátkiválasztását és 20,8%-kal növeli a talaj foszfátvisszatartását, hozzájárulva a nem pontszerű szennyezés ellenőrzéséhez és a tápanyagok talajban való visszatartásának javításához (Chen et al. 2023). Ezenkívül a hatékonyságnövelt műtrágyák (EEF-ek) növelt talajtápanyag-tartalmat, terméshozamot és nitrogénfelhasználási hatékonyságot mutattak, miközben csökkentették a nitrogénkiválasztást és az üvegházhatású gázok kibocsátását, kiemelve az EEF-ek potenciálját a fenntartható műtrágyázási gyakorlatokban (Xu et al. 2023).

A hazai és külföldi kutatások alapján a lignit szerves trágyának tekinthető, amely tartósan javítja a nagyon könnyű talajok fizikai, víz- és szorpciós tulajdonságait. Várható, hogy a nagyon könnyű talajokra alkalmazott nagy mennyiségű lignit egyértelműen javítja azok szorpciós kapacitását és diszponibilis vízkapacitását, és hogy a nagy mennyiségű szén pozitív hatása hosszú ideig, például több mint 10 évig fennmaradhat. A legújabb kutatások kimutatták, hogy a finom lignitfrakciók a leghasznosabbak a mezőgazdaságban, mivel nagyobb és gyorsabb javulást eredményeznek a talaj fizikai tulajdonságaiban.

A magas huminsavtartalmú lignit nagy potenciállal rendelkezik műtrágya-adalékanyagként. Tulajdonságainak köszönhetően felhasználható a talaj szerkezetének javítására, a talaj termékenységének növelésére és a növényi tápanyagok hordozóanyagaként. Ezenkívül a huminsav stimuláló hatással van a növények gyökérzetének fejlődésére, elősegítve a növények növekedését és egészségét.

Mezőgazdasági felhasználása műtrágyakeverékek összetevőjeként számos előnnyel jár mind a talaj, mind a növények számára (Maciejewska et al. 2024). Ebben a fejezetben bemutatjuk a lignit műtrágyakeverékek innovatív megoldását, megvitatva azok fontosságát, előnyeit és a gyártásuk során alkalmazott technikákat. Az agrokémiai definíció szerint a lignit olyan műtrágya, amely huminsavakban gazdag szerves vegyületek, valamint kisebb mértékben makro- és mikrotápanyagok forrása. Műtrágyaként használva a lignit javítja a talaj fizikai és fizikai-kémiai tulajdonságait. Az esszenciális tápanyagok tartalma jelentősen változik. A lignit a növények megtermékenyítéséhez elengedhetetlen mikrotápanyagokat is tartalmaz. A lignit, mint gazdag szerves szénforrás, számos előnyös tulajdonsággal rendelkezik, amelyek javítják a talaj termékenységét és a növények fejlődését. A lignit-tartalmú műtrágyakeverékek ezeket az előnyöket más műtrágya-összetevőkkel kombinálják, így átfogó megoldást kínálnak, amely serkenti az optimális növénynövekedést és hozamot, ugyanakkor hozzájárul a természeti erőforrások fenntartható gazdálkodásához.

A lignitet tartalmazó műtrágyakeverékekről kimutatták, hogy javítják a talaj termékenységét, szerkezetét és vízmegtartó képességét, ami a fenntartható mezőgazdaság szempontjából döntő fontosságú (Rashid et al. 2023; Adeli et al. 2023; Maciejewska et al. 2024). A lignit hatékony tápanyag-hordozóként szolgál, segítve a növények optimális növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges tápanyagok biztosítását (Lei et al. 2023; Patel et al. 2022). Ezenkívül bebizonyosodott, hogy a lignit alapú műtrágyák alkalmazása meghosszabbítja a nitrogén felszabadulását, csökkentve az NH(3) -illékonyodás, NO(3) -kimosódás és N(2) O-kibocsátás okozta veszteségeket a hagyományos karbamidhoz képest. Elősegítve ezzel a növények kiegyensúlyozott ionösszetételét (Rashid et al. 2021). A lignit műtrágyakészítményekben való felhasználása nemcsak a talaj egészségét támogatja, hanem biztosítja azt is, hogy a növények hosszabb ideig megkapják a szükséges tápanyagokat, hozzájárulva ezzel a fenntartható mezőgazdasági gyakorlatokhoz.

A lignit szerves anyagként felhasználható a talaj termékenységének helyreállítására, a biológiai sokféleség helyreállítására és a természetes ökoszisztéma újjáépítésére. A lignit szerves trágyaként használható a mezőgazdaságban és a kertészetben. Gazdag szerves összetevőinek és ásványi anyagainak köszönhetően a lignit javíthatja a talaj szerkezetét, növelheti a vízmegtartó képességét és tápanyagokat biztosíthat a növények számára. A lignit szerves trágyaként való felhasználása a terméshozam növekedéséhez, a termés minőségének javulásához és a műtrágyák használatának csökkenéséhez vezethet, ezáltal hozzájárulva a környezetre gyakorolt negatív hatások csökkentéséhez.

A lignitet széles körben tanulmányozták azon képessége miatt, hogy magas adszorpciós kapacitásának köszönhetően képes eltávolítani a kadmiumot (Cd) és a rezet (Cu) tartalmazó vizes oldatokat, ami ígéretes anyagként teszi alkalmassá szennyezett területek talajjavítási folyamataira (Schlögl et al. 2023). Kutatások kimutatták, hogy a lignit gyorsan képes jelentős mennyiségű Cd-t és Cu-t adszorbeálni, az adszorpció heterogén módon történik többrétegű felületeken, ami arra utal, hogy a szennyező anyagok eltávolítása kationcserével és komplexképzéssel lehetséges specifikus funkcionális csoportokkal (Bilias et al. 2021). Ezenkívül kifejlesztettek egy szennyezett talajok helyreállítására szolgáló szert, amelynek egyik összetevője a lignit, ami kiemeli a lignit szerepét a talajhelyreállítási folyamatokban. Ezek az eredmények alátámasztják, hogy a lignit abszorpciós folyamata során a szennyező részecskék a felületén vagy pórusaiban adszorbeálódnak, ami értékes erőforrássá teszi a talajok szennyezésének kezelésében a nehézfémek immobilizálása révén (Li, Wu 2023).

A lignit kutatásai rávilágítanak annak jelentős adszorpciós potenciáljára, amelynek oka a nagy fajlagos felülete és porózus szerkezete. Tanulmányok kimutatták, hogy a lignit származékok, például a huminsavak, különböző funkciós csoportokkal rendelkező hibrid funkcionalitással rendelkeznek, ami növeli reaktivitásukat és anyagmódosító képességüket (Lebedev et al. 2023). Ezenkívül a szén makeralok vizsgálata azt mutatja, hogy a különböző makeralcsoportok eltérő pórusszerkezettel rendelkeznek, ami befolyásolja a gázadszorpciós kapacitást, a vitrinitben és inertinitben gazdag minták pedig eltérő pórusjellemzőkkel rendelkeznek (Jia et al. 2023). A lignit felületére összpontosító molekuláris dinamikai szimulációk azt mutatják, hogy az oxigéntartalmú funkcionális csoportok befolyásolják a vízmolekulák dinamikáját és adszorpcióját, a karboxilcsoportok pedig preferenciális adszorpciós helyekként azonosíthatók (You et al. 2019). Ezenkívül a Belovo szén elemzései megerősítik a specifikus felület és porozitás meghatározását, amelyek az adszorpciós folyamatok szempontjából döntő tényezők (Kozyreva, Nepeina 2019). Összességében ezek az eredmények együttesen alátámasztják azt az állítást, hogy a lignit specifikus felülete és porózus szerkezete döntő szerepet játszik a kémiai adszorpciós folyamatok elősegítésében.

Több tanulmány eredményei alátámasztják, hogy a szennyező molekulák különböző kölcsönhatások révén adszorbeálódnak a lignit felületén. A vízmolekulák hajlamosak a lignit funkcionális csoportjai körül aggregálódni, és ebben a kölcsönhatásban a hidrogénkötések játszanak domináns szerepet (Gao et al. 2017). A nonilfenol-etoxilát (NPEO10) adszorpcióját a ligniten poláris kölcsönhatások vezérlik, amelyek befolyásolják a szén felületének hidrofób tulajdonságait és taszítják a vízmolekulákat (He et al. 2018). Az oxigéntartalmú funkcionális csoportok a ligniten különböző energiaszinteken lépnek kölcsönhatásba olyan gázokkal, mint a CO2, a karboxilcsoportok mutatják a legmagasabb adszorpciós energiát (Lun et al. 2022). A lignitben található természetes ásványi anyagok eltávolítása csökkenti a higroszkópos teljesítményt, de több funkcionális csoportot tesz láthatóvá, ami a megnövekedett kölcsönhatási erők miatt fokozza a víz adszorpcióját (Teng et al. 2023). Ezenkívül a mágnesesen módosított lignit javított adszorpciót mutat a nehézfémionok esetében kémiai adszorpció és specifikus vibrációs kölcsönhatások révén (Di et al. 2022).

A nehézfémek ásványi-szerves kombinációkban való rögzítése egy sokrétű folyamat, amelyben a talajban található ásványi és szerves komponensek kölcsönhatásba lépnek egymással. Különböző mechanizmusok járulnak hozzá a nehézfémek kötődéséhez ezekben a kombinációkban, például a talaj szerves anyagának kolloid részecskéi, agyag-szilikátok, fém-hidroxidok és mikroorganizmusok jelenléte, amelyek fontos adszorpciós felületként szolgálnak a nehézfémek számára (Aljumaily, Al-Hamandi 2022). A szerves anyagok, beleértve a fulvosavakat és a huminsavakat, komplexeket képeznek a nehézfémionokkal, befolyásolva azok mobilitását és oldhatóságát a talajban (Tan et al. 2018). A szennyezett talajokban található nehézfémek immobilizációjával kapcsolatos tanulmányok kimutatták, hogy a szerves és ásványi anyagok kombinációi hatékonyan csökkenthetik a nehézfémek mobilitását olyan folyamatok révén, mint az adszorpció és a komplexképzés (Nwachukwu et al. 2021). Ezenkívül kiderült, hogy innovatív szerves-ásványi keverékek talajhoz való hozzáadása megváltoztatja a nehézfémionok mobilitását, ami rávilágít a szubsztrátum tulajdonságainak és a szorpciós felületeknek a nehézfémek viselkedésének szabályozásában betöltött szerepére (Wu et al. 2015).

Ezek az eredmények együttesen bizonyítják, hogy az elektrosztatikus erők, a kémiai kötések és a van der Waals-kölcsönhatások döntő szerepet játszanak a szennyező molekulák lignitfelületekhez való vonzásában. A lignit különböző típusú szennyező anyagokat képes adszorbeálni, például nehézfémeket, peszticideket, szerves vegyületeket vagy vegyi anyagokat. A talaj lignittel történő kezelése hozzájárulhat ezeknek az anyagoknak a koncentrációjának csökkentéséhez és a talaj minőségének javításához.

A lignit ezért értékes eszköz a környezetvédelemben és a szennyezett területek helyreállításában. Szennyező anyagok adszorpciós képessége révén javítja a talaj és a víz minőségét, ami fontos az ökoszisztémák és az emberek egészségének szempontjából.

Gazdasági és üzleti szempontok

A mezőgazdaság fenntartható fejlődésének garanciája a talaj termőképességének megőrzése és helyreállítása, ami komplex szemléletet kíván. Ennek egyik alapvető eleme lehet az okszerűen alkalmazott szervestrágyázás. A szerves trágya talajba vagy talajra juttatása és ily módon a természetes körforgásba történő beillesztése a növénytermesztési szempontok mellett környezetvédelmi célokat is szolgál.

1. A lignit talajjavítási célú felhasználásának potenciális célterületei

Az irodalmi adatok és a korábbi vizsgálatok egyértelműen alátámasztják a visontai és bükkábrányi lignitek talajjavítási célú felhasználásának lehetőségeit. A legfontosabb célterületek a homokos szövetű és az alacsony szerves anyag tartalommal rendelkező talajok, melyek jelentős területeket fednek le az országban.

Emellett szóba jöhet az erősen lúgos és az erősen savanyú területek szélsőséges kémhatásának csökkentése, valamint a szikes területek javítása is. További felhasználási terület – amit a jelenleg készülő EU-s talajmonitoring és talajszennyezési törvény még aktuálisabbá teszi – a szennyezett területeken történő alkalmazás a szennyező anyagok megkötésére, immobilizálására.

További felhasználási területek

Jelentős felhasználási terület lehet az állattenyésztésben, trágyakezelésben, takarmányozásban (szilázs adalék, takarmány alapanyag), istállói felhasználásban, biohulladék-adalékként, iszapkezelésben, trágyakomposztálás, valamint az aquakultúra területein történő alkalmazás (vízkezelés halastavakban).

Továbbá széntrágyaként történő alkalmazása, tőzeghelyettesítés a palántázásban, növényvédelem és nyomelem pótlás, valamint földalapú szennyezésmentesítése, nedvesség szabályozás, peszticidek felszíni vizekbe történő bejutásának gátlása. Illetve talaj terhelés mentesítés, talaj rekultiváció és biogáz iszap kezelés, amelyekre jelenleg egyre nagyobb igény jelentkezik.

2. Az állattartó telepeken keletkező hígtrágya lignittel történő kezelése és hasznosítása

A lignitőrlemény jelentős adszorbens tulajdonságokkal rendelkezik. Az adszorbens képessége azt jelenti, hogy hatékonyan képes megkötni és visszatartani különböző gázok eliminációját és megszüntetni az irritáló szaghatást, amelyek problémát jelentenek az állattartó telepeken, biogáz üzemek környezetében és a szerves trágyák termőterületre történő elhelyezése során.

Továbbá a képződő gázok intenzív kipárolgása környezetvédelmi, emissziós bírságokat, szankciókat eredményezhetnek.