I en ny publikation har Postdoc Jared Onyango Nyang’au fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet og hans samarbejdspartnere fokuseret på en banebrydende plasmabehandlingsteknik udviklet af et norsk firma. Denne teknik forbedrer gødningsværdien af biogasrestprodukter, erstatter syntetiske gødninger og reducerer miljøproblemer forbundet med emissioner under opbevaring og anvendelse af gylle på marker. 

Forbedring af gødningsværdi og pH-stabilitet 

Studiet undersøger de transformative effekter af plasmabehandling på organiske materialer, især i biogasrestprodukter. Brugen af biomasse med et højt tørstofindhold og suboptimale driftsforhold i biogasanlæg resulterer ofte i lav gødningsværdi af restprodukter samt skadelige miljøpåvirkninger under opbevaring og anvendelse på marker. Ved at bruge elektricitet ioniserer plasmaenheden luft med et stærkt elektrisk felt, hvilket får nitrogen og oxygen til at danne en reaktiv kvælstofgas. Dette reaktive kvælstof absorberes derefter i restprodukterne, og beriger dem med nitrat og nitrit. Under plasmabehandlingen sker der en betydelig pH-reduktion, hvilket bliver til at attraktivt alternativ til den dyre og korrosive svovlsyrebaserede forsuring, som landmænd ellers ofte anvender. 

I Danmark er der lovkrav om at opbevare gylle i efteråret og vinteren, typisk i 6 til 9 måneder inden anvendelse om foråret. Landmænd skal derfor anvende foranstaltninger for at reducere drivhusgasemissioner, såsom at dække deres gylletank og forsure selve gyllen. Svovlsyreforsuring er almindelig, men den medfører risici som overgødning med svovl, behov for store doser, især i biogasrestprodukter, og risiko for korrosion. På grund af den høje bufferkapacitet i biogasrestprodukter vender pH-værdien ofte tilbage til det oprindelige niveau, hvilket reducerer effektiviteten. Det betyder, at det kan være nødvendigt at gentage forsuringen, inden gyllen kan anvendes på marken, så man undgår ammoniak tab. 

Undersøgelsen viste, at plasmabehandling kan opnå langvarig pH-stabilitet og en forlænget effekt ved at forsure gyllen til pH ≈ 5,0 eller lavere. Den lave pH kan reducere emissioner under hele opbevaringsperioden ved at hæmme mikrobiel aktivitet og opretholde en ligevægt til fordel for ikke-flygtigt ammonium-kvælstof, hvilket reducerer ammoniaktab. Potentielt kan man opnå og bevare en konstant pH-værdi i løbet af hele opbevaringsperioden for gylle og biogasrestprodukter ved hjælp af en engangsforsuring med plasmabehandlingsteknikken. Det kan spare ressourcer for landmændene og beskytte miljøet. 

Jared Onyango Nyang’au forklarer: "Vores motivation var at tackle udfordringen med lav gødningsværdi i biogasrestprodukter, en tradeoff i biogasindustrien. Vi ønskede at udforske en teknik, der tilføjer værdi til restprodukterne ved potentielt at reducere emissioner under opbevaring og anvendelse på marker samt forbedre gødningsegenskaberne." 

Afsløring af hæmning af nitrifikationsprocessen 

Undersøgelsen viste en langvarig hæmning af nitrifikationprocessen i jorden, når der anvendes plasmabehandlede biogasrestprodukter. Ved at bevare ammonium-kvælstof intakt og forhindre dets omdannelse til nitrat, viser metoden potentiale for at reducere nitratudvaskning og sænke lattergasemissioner forbundet med nitrifikation-denitrifikation-processen. Dog skal det testes yderligere, da det reaktive kvælstof i nitratform kan medføre risiko for N2O-emissioner ved anvendelse på marker. 

"Vi observerede uventet langvarig hæmning af ammonium-N nitrifikation," reflekterer Jared Onyango Nyang’au. "Det er blot med til at understrege plasmabehandlingens potentiale til at omforme landbrugspraksis mod større bæredygtighed." 

Praktiske implikationer og fremtidige retninger 

Forskningsresultaterne rækker ud over laboratorieeksperimenter og tilbyder konkrete fordele for landmænd. Plasmabehandlede biogasrestprodukter udviser ikke kun forbedret gødningsværdi, men bidrager også til reducerede metanemissioner under langtidsopbevaring og lavere ammoniaktab ved markanvendelse. 

Jared Onyango Nyang’au understreger behovet for yderligere undersøgelser af de langsigtede effekter og den bredere anvendelighed af teknikken. Han bemærker, at teknikken kræver intens elektricitet til at drive plasmaen, hvilket kan betyde et højere elforbrug end konventionel produktion af kvælstof i kommercielle gødninger. Dog kan driftsomkostningerne variere afhængigt af udnyttelsen af overskydende elektricitet, især i perioder med høj elforsyning fra vedvarende energikilder som vind og sol, hvilket kan føre til lavere elpriser. 

"Vi forestiller os pilot- eller bedriftsstudier, der kan give en omfattende vurdering af plasma-behandlingens indvirkning på drivhusgasemissioner. Derudover vil en livscyklusanalyse give indsigt i den økonomiske og miljømæssige levedygtighed af den her plasmabehandling." 

En global løsning for et bæredygtigt landbrug 

Plasmabehandlingsteknikken har potentiale til at blive anvendt globalt. Dens evne til at reducere miljømæssige risici, forbedre gødningsværdien og fremme bæredygtige landbrugspraksis positionerer den som et transformativt værktøj i jagten på en grønnere fremtid. 

"Investering i denne teknologi kan give flere fordele: reducere emissioner i gyllehåndteringskæden og øge afgrødeudbyttet," konkluderer Jared. "Det kan være et skridt mod en mere bæredygtig og modstandsdygtig landbrugssektor."