Чи буде «вихлоп» з вихлопних газів?

ВИХЛОПНІ ГАЗИ ТА РОДЮЧІСТЬ ГРУНТУ: МАЙЖЕ ДЕТЕКТИВНА ОПОВІДЬ

Деякі особистості вміють робити гроші будь-з чого. Навіть з смердючих газів з вихлопної труби автомобіля або трактора. Як? Існує декілька варіантів, які пройшли, як то кажуть, «випробовування часом».

Перший — найпростіший, але доступний тільки державі. Вигадати новий «екологічний» податок та збирати гроші з власників транспорту. Брати «подимне» з кожної вихлопної труби.

Другий варіант — зобов’язати власників купувати спеціальні пристрої для очищення вихлопних газів. Проте, цей спосіб перетворення вихлопу у гроші теж передбачає державний рівень повноважень організатора цього бізнесу.

А, як то кажуть, «проста людина» має шанс заробити собі копійчину на цій темі? Звісно, що має. Якщо знайде спосіб утилізації вихлопних газів, прибутковий для їх виробника. Тобто для власника рухомого майна з вихлопною трубою. Та організує бізнес : продаж технології утилізації, спеціального обладнання та витратних матеріалів.

Але для цього потрібно дійсно винайти якусь користь у токсичних відпрацьованих газах двигуна. Та переконати, наприклад, фермера, що закопчена вихлопна труба їхнього трактора містить скарби Ельдорадо. Видобути які можуть лише «обрані», щасливі володарі унікального обладнання.

До речі, перший пункт, тобто «відкриття» чудодійних властивостей певного компоненту смердючих газів або продуктів їхньої утилізації, не обов’язково повинен бути реальним. Досить начебто «наукового» обґрунтування методу та безапеляційної впевненості рекламних обіцянок. І дійсно – цього вистачило…

З початку 2010-х років начебто наукові публікації розповідають американським, канадським та австралійським фермерам, що дизельний вихлоп — це надзвичайно цінне добриво. Яке творить дива: живить рослини (краще за мінеральні добрива), підвищує родючість ґрунту, знищує шкідливі організми та, найголовніше, зберігає гроші. Бо які гроші коштує дим з вихлопної труби?

Але, звісно, трохи грошей витратити потрібно – для придбання спеціального обладнання для застосування відпрацьованих газів. Це обладнання є настільки спеціально-унікальним, що придбати його у дилерів якихось John Deere, Fendt, Claas, Case IH неможливо. Але для бажаючих є шанс – придбати продукцію «широко відомої у вузькому колі» фірми. Унікальний агрегат, зроблений руками спеціально навчених людей за секретною технологією.

Коли подібна реклама з’явилася в Україні, стало цікаво, хто це такий заповзятливий переймається родючістю місцевих чорноземів та статками українських аграріїв ? Та звідкіля, як то кажуть, «дме вітер»?

Для того, щоб отримати відповіді, досить було ввічливо спитати Google. І ось що з’ясувалося.

САГА ПРО ЗВИЧАЙНОГО КАНАДСЬКОГО ФЕРМЕРА

Перший рік нового тисячоліття виявився не дуже вдалим для фермера Гері Льюїса: на мінеральні добрива він витратив чимало грошей, але урожай отримав непропорційно маленький. Добрива, як кажуть, «не спрацювали». Не виправдали сподівань та витрачених грошей.

Гері засмутився. Інший фермер, рано чи пізно, знайшов би причину невиправдано низької ефективності мінеральних добрив при ретельному аналізі відомих фактів. «Істина десь поруч»,тому причина навряд чи була надприродною. Можливо, норма добрив була надмірною для умов того року. Або форма (формула) добрива не відповідала рН грунту, способу або часу внесення. Та таке інше, – перелік можливих помилок та форс-мажорних причин має чимало пунктів. Але для цього потрібно мати фахову агрономічну освіту. Тобто базові знання, які дозволять встановити зв’язок між причинами та наслідками. Та, навпаки, за наслідками встановити причину.

Але Гері за фахом не агроном, а механік. Тому навіть не мав уяви про надзвичайно складне мистецтво визначення оптимальної форми та норми мінеральних добрив з врахуванням численних факторів: ґрунтово-кліматичних умов, погоди, способів та строків внесення, стану посівів культури. Гері вирішив, якщо добрива не «спрацювали», то вони взагалі не працюють. Та взагалі, грунт його ферми «перегодований» мінеральними добривами. Внаслідок чого перетворився на солонець, втратив здатність поглинати та утримувати вологу, перестав «жити».

Висновки, які зробив Гері, були висновками дилетанта. Хибна ідея мала наслідки – Гері вирішив діяти. Як саме? Звичайно ж, перестати вносити мінеральні добрива.

Але цього було замало. Гері вирішив «розворушити» грунт та «вдихнути в нього життя» у оригінальний спосіб : вдувати в його верхній шар вихлопні гази трактору за допомогою спеціального пристосування.

Незабаром з’ясувалося, що механік з Гері непоганий. Набагато ліпший, аніж агроном, а підприємець – взагалі геніальний

По-перше, Гері вигадав для своєї «технології» наукоподібну назву, яка добре запам’ятовується: BAEM, тобто «метод біологічно активних викидів».

Агрегат отримав бренд з «ненав’язливим натяком» — Bio-Agtive. З 2005 року у Гері почався новий етап життя: він почав торгувати своїми виробами через компанію Lewis, N / C Quest Inc. Комплект обладнання тоді коштував 15 000 CAD (приблизно 12 500 USD).

Що продавали за такі гроші? Блок для охолодження вихлопних газів з декількома вентиляторами та систему трубопроводів і шлангів, по яким охолоджені гази прямують або в сівалку (в бункер для насіння), або до робочих органів культиваторів. Будь-якої сертифікації цей пристрій в Канаді і США не проходив, але клієнтів це не бентежило. Майже півтори сотні фермерів з Канади та США стали щасливими власниками пристрою.

У 2019 ціна Bio-Agtive зросла до 30 000-35 000 USD. Але, що цікаво, перелік «переваг» використання цього пристрою через 10 років продаж зменшився майже в два рази у порівнянні з першою версією. Чому?

«ОБІЦЯНКА- ЦЯЦЯНКА…»

Коли Гері розпочинав свій бізнес, він не скупився на компліменти своєму виробу та обіцянки потенційним клієнтам. Гері категорично наголошував, що його агрегат вирішує всі можливі проблеми: повністю забезпечує посіви мінеральним живленням, стимулює зростання культурних рослин, пригнічує проростання насіння бур’янів, знищує патогенну мікрофлору грунту та активізує корисну. Також покращує фізичні властивості грунту, насамперед — зменшує його щільність.

Через декілька років категоричність суджень та перелік переваг почали зменшуватися. Наприклад, твердження «мінеральні добрива вам взагалі не потрібні!» трансформувалося у відносно скромну обіцянку «скоротити витрати добрив». Чому це трапилося? Тому, що деякі фермери зробили певні висновки в процесі використанння Bio-Agtive. Зокрема, висновок, що в рекламі не все є правдою.

Дастін Вільямс з провінції Манітоба встановив обладнання на посівний комплекс SeedMaster з шириною захвату 15 м таким чином, що вихлопні гази потрапляли в грунт через сошники для внесення добрив. Протягом трьох років Вільямс експериментував з різними нормами азотних добрив. Він вносив їх у ґрунт разом з вихлопними газами та окремо.

З’ясувалося, що вихлоп з повною нормою добрив впливає на врожайність набагато краще, ніж вихлоп з 1/3 або ½ норми. А вихлоп без добрив виявився найгіршим варіантом досліду. Тому у вихлопні гази як єдине джерело мінерального живлення Дастін Вільямс вже не вірив.

На його думку, норму внесення мінеральних добрив можна скоротити на 25-30%. без істотного зменшення врожайності та негативного впливу на родючість ґрунту, але не більше.

Результати експериментів Дастіна Вільямса обговорював з колегами-фермерами. В дискусії взяв участь Росс Маккензі, агроном — дослідник Університету Летбридж. Та поділився деякими міркуваннями та фактами.

На думку Росса Маккензі, грунт отримує з вихлопними газами максимум 2-3 унції азоту д.р. на акр. У метричній системі це 20-30г д.р. / га. Також Маккензі повідомив, що у вихлопних газах відсутні сполуки фосфору та калію. І тому замінити (компенсувати) фосфорні та калійні мінеральні добрива вихлопними газами неможливо.

Фермери задали йому «підступне» питання: а чому тоді при використанні Bio-Agtive без внесення мінеральних добрив врожайність залишається на сталому рівні або знижується незначно? Маккензі припустив, що культурні рослини використовують запаси елементів живлення, які накопичилися в грунті за попередні роки. Коли ці запаси вичерпаються, відповідь на питання «чи замінює вихлоп добрива» буде очевидною для кожного. У перші 2-3 роки на окремих родючих полях врожайность майже не зменшиться, але що буде через 5-6 років?

Рекламні обіцянки не витримують лобового зіткнення з обґрунтованими висновками наукових звітів. Тому тема тотальної заміни мінеральних добрив газоподібними відходами дизельних двигунів в Канаді та США раптово зникла з переліка «переваг» Bio-Agtive.

Проте, для Bio-Agtive винайшли іншу «унікальну властивість»: сприятливий вплив на мікрофлору грунту. Стверджувалося, що суміш окисів азоту та вуглецю, сполук важких металів та всіляких органічних (дуже токсичних) речовин на кшталт формальдегіду та бензапирену – це саме те, що не вистачає мікроскопічним мешканцям грунту для повного благоденства. І як вони мільйони років обходилися без такого цінного продукту цивілізації?

Цю обіцянку, на відміну від обіцянки замінити вихлопом мінеральні добрива, перевірити (та спростувати) у виробничому досліді набагато складніше. З цім можуть впоратися ґрунтознавці та мікробіологи, але не звичайні фермери «від плуга». Їм бракує спеціальних знань та навичок лабораторних досліджень. Тому, як то кажуть, спіймати на брехні можуть фахівці-науковці або аматори з відповідним досвідом та наявнісю обладнання.

Ще одна разрекламована «унікальна властивість» вихлопних газів — дія на збудників хвороб рослин. За твердженням продавців Bio-Agtive, сажа, формальдегід та діоксид сірки з вихлопних газів замінюють протруювання насіння фунгіцидами: «копченому» насінню хвороби не страшні. При цьому вихлопні гази, начебто, не тільки не шкодять паросткам, а навпаки, стимулюють іх ріст та розвиток.

Не гребує також Гері обіцянками щедро віддячити своїм покупцям за збереження навколишнього середовища. «Модну» тему секвестрування вуглецю Гери «монетизував», він обіцяє кожному власнику Bio-Agtive зменшення плати за викиди вуглецю з розрахунку 125 доларів на гектар. Але цих грошей ще ніхто не отримав: методика, за якою начебто уряд повинен платити за «похований» в грунті вуглець вихлопних газів, не затверджена жодною з офіційних організацій, які розробляють стандарти «вуглецевої економіки».

НАУКОВИЙ ПІДХІД, ОБХІД ТА ІНШІ МАНЕВРИ

Для успішної реклами заповзятливому канадцеві потрібні були позитивні висновки експертів. Він звернувся до Центру біоенергетики Північного державного університету Монтани. Грант (тобто гроші) на проведення досліджень оплатила місцева компанія N / C Quest Inc. Це, до речі, та сама компанія, яка продає установки Bio-Agtive та інші вироби Гері Льюїса.

Вчені розпочали досліди з впливу «газації» при посіві ярої пшениці на рослини і грунт, а також поєднали в одному експерименті два «модних» напрямки: використання біодизеля з масла рижію та утилізацію вихлопних газів різних сумішей палива за допомогою Bio-Agtive.

Перші висновки вчених цілком влаштовували Гері. По-перше, вміст важких металів в рослинах практично не відрізнявся від контролю. По-друге, вихлопні гази, розчинені в грунтовій волозі, локально знизили рН грунту. Вуглекислий газ у воді перетворюється у вугільну кислоту, оксиди сірки і азоту — в сірчану та азотну. Локальне підкислення лужного грунту збільшило доступність фосфору. Робити висновки про вплив Bio-Agtive на врожайність ярої пшениці було передчасно — умови вегетації перешкоджали об’єктивній оцінці. Але цього виявилося достатньо: відсутність епічного провалу в короткостроковому досліді надихнула Гері Льюїса. Та дозволила стверджувати, що його технологія успішно пройшла перевірку і отримала наукове визнання.

Достовірності інформації, яку поширював творець Bio-Agtive, викликала сумнів у деяких співробітників університету Монтани. Наприклад, агроном Девід Вічман назвав висновки дослідників «занадто хорошими, щоб вони були правдою». Вічман провів дослідження агрегату Льюїса на поле озимої пшениці та не виявив будь-яких переваг Bio-Agtive в порівнянні з контролем. Результати досвіду Вічмана Льюїс ігнорував. Аналогічно Льюїс реагував на результати дослідів інших дослідників і клієнтів, які не збігалися з його очікуваннями.

Висновки еколога-грунтознавця Джилл Клеппертон (EarthSpirit Land Resource Consulting, Montana) Льюїс використовував фрагментарно, уникаючи «незручних» для нього фактів та висновків.

Дослідження Джилл Клеппертон частково фінансувалися Національним дослідницькою радою Канади, частково — біоенергетичних центром. За п’ять років експериментів Джилл не виявила негативних наслідків для родючості грунту від «надмухування» вихлопних газів. Але не виявила також істотних переваг, які виправдовують інвестиції в Bio-Agtive.

Зокрема, вона зазначила чіткі відмінності між контрольними ділянками (де вносилися добрива) та експериментальними ділянками (де «вдували» вихлоп). Врожайність на удобрених ділянках була вищою, ніж на ділянках, оброблених вихлопними газами без внесення добрив.

Фунгіцидну дію вихлопних газів при сівбі не було підтверджено за 5 років досліджень, але й не було категорично спростовано: Джилл Клеппертон обмежилася невпевненою фразою про те, що «необхідні додаткові дослідження». Мабуть, п’яти років було замало…

Без наукового вердикту залишилася широко розрекламована стимуляція мікрофлори грунту вихлопними газами. Клеппертон не поспішала з остаточними висновками: «Імовірно, технологія BAEM стимулює мікробіоту грунту. Окис азоту в нанодозах може стимулювати метаболізм бактерій, які окислюють аміак, та діяти як антибіотик на деякі патогени рослин».

Результати п’яти років досліджень Джилл Клеппертон можна узагальнити витягом з її звіту: «Фермерам необхідно зменшити кількість використовуваних добрив, і ми повинні подумати про те, як ми можемо використовувати добрива більш правильно. Цілком ймовірно, що з цією технологією необхідно вносити певну кількість добрив. Але спочатку нам потрібно з’ясувати, які сполуки, що містяться у вихлопних газах, стимулюють грунтові організми, скільки вихлопних газів потрапляє в землю, та поліпшить ефект технології використання біодизеля».

Для Гері Льюїса цілком достатньо було відсутність чіткого «НІ» для того, щоб публічно заявити про наукове обґрунтування BAEM та ефективність Bio-Agtive.

Ставлення у більшості науковців та державних службовців установ Канади до Льюїсу досить поблажливе, як до дивака-ентузіаста, а не як до неосвіченого, але талановитого шахрая. Тому канадський уряд не перешкоджає його діяльності.

Гері Льюїс продає своє обладнання фермерам «по знайомству» або через інтернет. Незважаючи на те, що Bio-Agtive не пройшов сертифікації в Канаді та США. Продовжує «жебракувати» у місцевих і федеральних урядових організацій Канади гроші на фінансування своїх «досліджень». Відвідує Європу, Китай та Австралію, намагаюється розширити ринок збуту своєї продукції. Та сподівається переконати уряд Канади в тому, що його методологія розрахунку компенсації викидів вуглецю є обгрунтованою. Таке визнання дозволило б йому офіційно продавати свою квоту «похованого вуглецю» промисловості.

Вже кілька років Гері просуває ідею про начебто « корисні» для рослин і грунту так звані «карбонові трубки» — частинкі дизельної сажі. Рекламує водяну систему охолодження дизельного двигуна, яка попутно поглинає вихлопні гази. Отриманий розчин розподіляють по поверхні грунту за допомогою обприскувача. Інформацію про нові «розробки» та посилання на ролики Гері в YouTube можна виявити на сайті www.bioagtive.com.

Гері не є єдиною людиною, яка продає фермерам вихлоп двигунів іх власної техніки. Деякі добродії взяли приклад з Гері Льюїса та налагодили виробництво пристроїв для вдмухання дизельного вихлопу в ґґрунт в Північній Америці, Європі та Австралії.

ПОСЛІДОВНИКИ ТА КОНКУРЕНТИ

У 2008 році фермер Стів Хирд з Лестершира (UK) витратив шість місяців та 10 000 фунтів стерлінгів на виготовлення пристрою для «вдування» вихлопних газів трактора John Deere в грунт під час проведення культивації. У такий спосіб він вирішив радикально скоротити витрати на мінеральне живлення: на добрива для ферми площею 1000 га він щорічно витрачав 250 000 GBP. Тобто понад 250 фунтів стерлінгів (350 USD) на гектар, а потім вирішив, що це занадто.

Агрегат Стіва Хірда відводить гази з вихлопної труби трактора в спеціальний короб для охолодження. Потім вони надходять через систему трубопроводів до робочих органів культиватора. Гази нагнітаються електричними вентиляторами, завдяки високому тиску вони досить глибоко проникають в розпушений грунт.

Стів сподівався, що «газація» ґрунту скоротить норму внесення, та, відповідно, витрати на мінеральне живлення приблизно на 30%.

У Стіва Хірда знайшовся однодумець у Німеччині. Німецький фермер замовив установку в Австрії та застосував її для посіву кукурудзи. Вчені з німецького Державного науково-дослідного центру сільського господарства (LFL) попередили експериментатора, що цей метод внесення «газових добрив» не є ефективним і безпечним для здоров’я грунту. У довгостроковій перспективі такка практика обов’язково погіршить родючість грунту. Про подальші успіхи або невдачі «над економного» німця новин катма.

Занадто «ощадливі» фермери існують всюди, Австралія не є винятком. В Австралії можна знайти також підприємців, які виготовляють для клієнтів прилади для внесенння вихлопу двигуна у грунт. Як колись казали, нічого особистого, це лише бізнес.

Наприклад, фермер Колін Харпер разом з авіаційним інженером Девідом Фінчем спроектували і виготовили агрегат для утилізації вихлопних газів. Їхня робота тривала декілька років і була завершена в 2012 році, а потім, після вивчення потенційного ринку, Харпер налагодив виробництво та продаж свого обладнанння місцевим фермерам. По 30 000 USD за комплект. Крім Харпера, в Австралії установки подібного типу виробляє також фірма Stubble Cruncher.

Як влаштований агрегат Харпера? Відносно проста система охолодження (радіатор) вихлопних газів встановлений на даху кабіни трактора John Deere. П’ять електричних вентиляторів охолоджують вихлоп. Температура газів зменшується з 300 ° C до 80 ° C менш ніж за половину секунди.

Потім гази через гнучкий шланг надходять в герметично закриту сівалку. Вони контактують з насінням, а потім потрапляють в грунт через сошники. Харпер стверджує, що це сприятливо діє на схожість насіння та підвищує родючість грунту.

За словами Харпера, витрати окупаються за 1-2 сезони. За рахунок чого? За рахунок економії на мінеральних добривах, звичайно ж. Для підтвердження власних слів Харпер зменшив норму внесення монофосфата калію (MAP) зі 100 кг / га до 75 кг / га в перший рік після використання апаратури для внесення вихлопних газів. І поступово зменшував норму внесення фосфорних добрив на протязі ще двох років.

Асоціація «Біологічні фермери Австралії» (BFA) схвалила агрегат і методику Харпера: сертифіковані цією організацією «органічні» культури можна «підживлювати» вихлопними газами. Така вибіркова принциповість прихильників «органічного землеробства» дещо нагадує старий анекдот про Вовочку. Той самий, де Вовочка дивувався що «ось ці люди заважають мені пальцем у носі колупатися». Виготовлені з суворим дотриманням стандартів добрива – заборонені, смердячий вихлоп – дозволено?!

А що про використання вихлопу думає австралійська наука? У 2010-11 рр співробітники дослідної станції Маллі в Західному Новому Південному Уельсі вивчили вплив вихлопних газів трактора на зростання і врожай пшениці. На відміну від канадських колег, австралійці зробили чіткий та конкретний висновок. Наведу його дослівно: «вприскування вихлопних газів не поліпшило та не зменшило врожайність сільськогосподарських культур у порівнянні з контролем». Іншими словами, застосування вихлоп у досліді визнали марнотратством, але без негативних наслідків.

Чи можна (хоча б теоретично) використовувати вихлопні гази дизельного двигуна з користю для грунту? Можна, але не так, як пропонує Гері Льюїс і його однодумці.

ЦІННІСТЬ ВИХЛОПУ

Перш за все, необхідно з’ясувати, яку користь можна отримати від кожного компонента вихлопних газів. Визначити умови та обставини, коли його використання буде економічно вигідним. І знайти відповідні технічні рішення.

При згорянні стереохімічної суміші дизельного пального з повітрям в ідеальних умовах в вихлопних газах присутні лише три речовини: N2, CO2, H2O, але ідеальні умови існують лише в лабораторіях, тому реальний склад вихлопних газів є набагато «багатшим» та різноманітним. У вихлопі є оксиди вуглецю, азоту та сірки, надлишковий кисень, тверді частинки, вуглеводні та альдегіди.

Речовини вихлопних газів можна умовно віднести до трьох груп: нетоксичні; токсичні з потенційною можливістю використання; токсичні без можливості господарського використання.

До першої групи можна віднести воду (пару), до другої — вуглекислий газ та оксиди азоту, до третьої — вуглеводні, монооксид вуглецю, бензопірен, альдегіди і сажу.

Існуючі технології утилізації вихлопних газів передбачають використання або вуглекислого газу, або оксидів азоту (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5).

Але як визначити, яка кількість цих речовин утворюється, наприклад, при посіві в необроблений грунт «no-till» сівалкою? За годину роботи або в перерахунку на 1 га?

Для того, щоб приблизно розрахувати кількість оксидів азоту та вуглецю в вихлопних газах, можна скористатися довідковими даними про продукти згоряння дизельного палива в перерахунку на 1 кг ДП. Наприклад, при згорянні 1 л дизпалива в двигуні високої потужності утворюється приблизно 3 кг СО2 і 25-50 г оксидів азоту. За нормативами витрати палива на 1 га (або за фактичними даними) можна розрахувати кількість продуктів згоряння. Наприклад, при витраті ДП 6 л / га (5 кг / га) у вихлопних газах знаходиться 18 кг СО2, 200- 250 г оксидів азоту.

Кількість і хімічний склад вихлопних газів залежать від пропорції «паливо: повітря». «Багаті» паливно-повітряні суміші, це стереохимичні суміші або суміші з невеликим надлишком палива. Вихлопні гази «багатих» сумішей містять багато чадного газу та незгорілих вуглеводнів. Вихлопні гази «бідних» сумішей (з надлишком повітря) містять високу концентрацію оксидів азоту та вуглекислого газу.

Дизель без турбонаддуву («атмосферний») спалює близько 13 кг повітря на 1 кг палива. Двигун з турбіною спалює повітря в 3-4 рази більше — до 50 кг на 1 кг. Турбовані двигуни спалюють бідну паливну суміш, тому їх відпрацьовані гази містять більше окислів азоту, ніж атмосферні.

У довідкових матеріалах процентний вміст речовин у вихлопних газах зазвичай призводять не як конкретну цифру, а як діапазон «від» і «до». Вміст вуглекислого газу, наприклад, може бути в межах 40 -240 г / м3 (від 1 до 12%), водяної пари 15 -100 г / м3 (від 0,5 до 9%), сажі від 0,01 до 1, 1г / м3. Межі залежать від устрою дизельного двигуна, його налаштування/регулюванння та режиму роботи.

Звісно, ыснують конкретні дані. Наприклад, кількість викидів в перерахунку на 1 квт-годину роботи певної моделі двигуна. За цими довідковими матеріалами можна визначити, скільки оксидів азоту вилітає через вихлопну трубу за годину або робочу зміну трактора. Наприклад, за годину роботи двигуна потужністю 408 к.с (300 квт) утворюється 300 х0,03 = 9 кг оксидів азоту, а за вісім годин роботи? 8х9 = 72 кг.

Що робити з такою кількістю оксидів азоту? Що є доцільним: нейтралізувати іх (перетворити в фактично інертний N2) або використати як джерело азотного живлення рослин? Оксиди азоту, до речі, є природнім джерелом нітратів.

АЗОТНІ ДОБРИВА З ВИХЛОПНОЇ ТРУБИ?

Оксиди азоту з вихлопної труби не мають жодних відмінностей від оксидів азоту, які утворюються в грозових хмарах, а саме з цих оксидів грунт отримує регулярні порції нітратного азоту.

Що відбувається в грозу? Електричні розряди «розбивають» молекули атомарного азоту та кисню, перетворюють частину «звільнених» атомів в оксиди азоту. При кожному розряді блискавки утворюється від 80 до 1500 кг оксидів азоту, які потім розчиняються в конденсованих краплях вологи і потрапляють на поверхню грунту разом з дощем.

NO2 і N2O3 при взаємодії з водою (туманом, дощем) перетворюються в азотну кислоту. Фактично, дощова вода з грозових хмар — це дуже слабкий розчин азотної кислоти.

3NO2 + Н2О = 2НNO3 + NO

3N2O3 + H2O = 2HNO3 + 4NO

«Зайвий» оксид азоту перетворюється в діоксид та процес триває, як ланцюгова реакція.

Діоксид азоту також реагує з озоном, і це запускає інший ланцюжок реакцій, в якому взаємодія води і N2O5 утворює азотну кислоту.

NO2 + O3 → NO3 + O2

NO3 + NO2 → N2O5

N2O5 + H2O → 2НNO3

При попаданні на грунт азотна кислота поглинається ґрунтовими агрегатами і трансформується в солі азотної кислоти — нітрати. За приблизною оцінкою, щорічно грунт отримує близько 10 кг д. р. «грозового» азоту / га.

При взаємодії води і оксидів азоту, які містяться в вихлопних газах, також утворюється азотна кислота. Саме вона є одним з компонентів «кислотних дощів» і їдкого смогу у великих містах.

А якщо зробити цей процес керованим? Якщо вихлопні гази будуть реагувати з водою до того, як потраплять в атмосферу?

У далекому 1956 році американець Віллард Л. Моррісон отримав патент на «Спосіб виробництва, фіксації та використання для зрошення азотистих сполук з вихлопних газів двигуна». Винахідник пропонував внести незначні зміни в конструкцію дизельного двигуна для використання збідненої паливно-повітряної суміші. Від згоряння такої суміші при високому тиску вміст оксиду азоту в вихлопі сягає 1,1%. Гази вдувають в проточну воду в спеціальній камері, слабкий розчин азотної кислоти використовують для поливу.

Патент передбачав використання стаціонарних двигунів насосів та поливальних машин. Зрошення «газованої» водою повинно було зменшити потребу в мінеральному живленні.

Цю ідею розвинув Джеймс Дж. Персінгер та отримав в 1979 році патент на «Спосіб і пристрій для отримання підживлюючого розчину з вихлопних газів стаціонарних двигунів, що працюють на викопному паливі». Вихлопні гази стаціонарних двигунів внутрішнього згоряння (зокрема — компресорів, що працюють на природному газі) реагують з водним розчином, що містить газоподібний озон і вапно. Вапно перетворює сірку, присутню в розчині, в сульфат кальцію, а оксиди азоту — в нітрат кальцію (кальцієву селітру).

З вихлопних газів двигуна потужністю 100 к.с за годину роботи у такий спосіб можна отримати до 4 кг д.р азоту в нітратній формі. Крім того, рН води з 8 зменшується до 7 або навіть 6. Це є додатковим «бонусом» при використанні для зрошення лужної води.

Подібні схеми також намагалися використовувати в СРСР — для утилізації відпрацьованих газів двигунів поливальних машин.

Дизельні двигуни візків фронтальних поливальних машин в минулому столітті працювали практично цілодобово протягом вегетаційного періоду. Досить згадати дощувальну установку ДДА-100, яка була розроблена в середині 1930-х років та використовувалася подекуди ще в «нульових» роках. Трактор ДТ-75 повільно повзав від одного краю поля до іншого цілими днями. Про те, яким був витрата ПММ на 1 га поливу за сезон, навіть страшно подумати.

Струменеві дощувальні установки типу ДДН-70 або ДДН-100 теж витрачали чимало пального: насос і спринклери цих установок працювали від валу відбору потужності трактора.

В таких обставинах попутний «видобуток» азотних добрив з вихлопних газів був економічно виправданим. До того ж, вихлоп в воду дещо покращував умови роботи: водяна камера непогано глушила звукове супроводження вихлопу двигуна та значно зменшувала забруднення повітря.

Чи є сенс «добувати» азот з вихлопу тракторів, які «тягають» ґрунтообробні знаряддя або сівалки? У більшості випадків — категорично ні!

Для того, щоб оксиди азоту перетворилися в нітрати, можна використовувати дві схеми. Перша схема — як в агрегатах Гері Льюїса, тобто вихлопні гази «вдуваються» безпосередньо в грунт. Друга схема — гази розчиняються у воді в спеціальній ємності, а потім в грунт вноситься водний розчин.

Безпосереднє «вдування» вихлопних газів може утримати оксиди азоту тільки тоді, коли грунт є вологим та гази проникають на глибину понад 10-12 см.

Який економічний ефект можна отримати від «газації» при глибокому розпушуванні або щілювання? На глибоку обробку грунту витрачається щонайменш 15 л / га палива. При його згорянні може (максимальне значення!) утворитися 15 х 0,05 = 0,75 кг / га окисів азоту. У перерахунку на діючу речовину азоту це від 0,3 до 0,4 кг д.р. га. Якщо оксиди азоту повністю відреагують з водою та вся азотна кислота перетвориться в нітрати, то грунт отримає азоту стільки, скільки міститься в одному кілограмі аміачної селітри. У грошах це приблизно 10-15 грн / га. Виникає питання: скільки років при такій «віддачі» потрібно, щоб виправдати 30 000 USD, витрачених на придбання Bio-Agtive? За приблизними розрахунками — років п’ятдесят …

Витрати палива на посів або культивацію не перевищують 7 -8 л / га. Кількість обробок грунту скорочується: «мінімальна» обробка — це 1-2 культивації та посів, «no-till» — тільки посів. Сумарні витрати ДТ на 1 га становить 20 л / га для «мінімалки» і 8 л / га для «no-till», тому потенційна кількість азотних добрив з вихлопних газів не виправдає витрат на придбання спеціального обладнання для їх внесення.

«Вдмухування» вихлопних газів в грунт призводить до локального підкислення грунту. Цей єфект обумовлений оксидами азоту, які перетворюються в азотну кислоту, та вуглекислим газом. При розчиненні в воді вуглекислий газ перетворюється у вугільну (карбонову) кислоту, тому водний розчин вихлопних газів є сумішшю двох кислот: азотної та карбонової.

Підкислення кислих грунтів є вкрай небажаним. Тому вносити вихлопні гази на грунтах з рН 5,5 і менше, як то кажуть, собі буде дорожче, але цю особливість вихлопних газів можна використовувати для коригування рН лужних грунтів.

ВУГЛЕЦКВІЙ ГАЗ ДЛЯ МЕЛІОРАЦІЇ

Реклама агрегатів Bio-Agtive та інших подібних виробів обіцяє поліпшити повітряне живлення рослин, тобто забезпечити рослинам додаткову кількість СО2.

Значення СО2 дійсно величезна, але як Bio-Agtive забезпечує посіви вуглекислим газом? Спойлер до розгорнутої відповіді на це питання буде коротким: ніяк.

Для квіткових рослин справжній «золотий вік» був в епоху динозаврів — кілька мільйонів років тому. Чому? На Землі було тепло та волого — як в сучасних тропіках, а концентрація вуглекислого газу в атмосфері була в 4 рази вищою, аніж на початку 21 сторіччя. Протягом останніх 100 мільйонів років зменшувалася концентрація СО2, відповідно зменшувалася питома швидкість фотосинтезу, сповільнилися темпи зростання, зменшилася продуктивність.

Повернути рослини в їхній «золотий вік» цілком можливо. Для цього не потрібно машина часу або глобальна зміна клімату. Цілком достатньо споруд закритого грунту. У теплиці практично всі фактори регулюються: світло, тепло, вологість повітря мінеральне живлення, властивості субстрату. І склад атмосфери — теж. Це дозволяє відтворити клімат епохи динозаврів з високою концентрацією СО2 в повітрі, субтропічній температурою і вологістю.

Досліди, проведені в теплицях, наочно показали, що збільшення концентрації вуглекислого газу в повітрі з 300 до 600- 1000 ppm рослини сприймають з величезним ентузіазмом. Прискорюються темпи зростання і розвитку, зростає врожайність. У деяких культур — на 20-30%, а у деяких — на 80-100%.

Як підвищити концентрацію СО2 в повітрі теплиці? Існує три джерела СО2, які можна використовувати: 1) вуглекислота в балонах; 2) біологічні процеси — бродіння вуглеводів і гниття компосту; 3) газоподібні продукти горіння. Вибір джерела залежить від багатьох факторів. У тому числі — географічних.

Дешевим (практично безкоштовним) джерелом вуглекислого газу є газоподібні продукти, що виділяються при роботі металургійних печей. Дим від згорілого коксу містить пил і чадний газ, але ці компоненти можна видалити: тверді частинки затримати на фільтрі, а чадний газ «допалити» до вуглекислого.

Саме так вчинив Фрідріх Рідель, який перетворив дим домен Ессена-на-Рурі в «повітряне добриво» для теплиць, побудованих в безпосередній близькості від металургійного заводу. За його розрахунками, доменні печі з продуктивністю 4000 тонн коксу в день, щодня виробляють до 35 мільйонів кубічних метрів димових газів з вмістом 20% вуглекислого газу.

Теорія Риделя пройшла перевірку практикою, в 1917 році він отримав патент на свій винахід в Німеччині, а в 1923 — в США. Суть винаходу полягала в насиченні атмосфери ділянок закритого і відкритого грунту вуглекислим газом через систему труб з отворами, в які нагнітався очищений та охолоджений «вихлоп» доменних печей.

Цей принцип подекуди використовують зараз: очищені та охолоджені гази обігрівальних приладів (котельної) «розбавляють» повітрям та через систему вентиляції направляють в теплиці.

Поява в кінці минулого століття портативних полум’яних пальників з каталізатором для очищення газів від оксидів азоту дозволила регулювати концентрацію СО2 в атмосфері теплиці в автономному режимі. Періодичне включення пальників підтримує оптимальну для конкретної овочевої культури концентрацію СО2.

Гектар тепличних рослин за годину поглинає 30-40 кг СО2. Така кількість вуглекислого газу виділяється при спалюванні 10-13 л дизельного палива.

Як уже згадувалося раніше, витрати ДП на обробіток грунту та сівбу при використанні «no-till» технології не перевищують 8-10 л / га, а при використанні мінімальної — 20 л / га. Прості арифметичні обчислення дають песимістичний теоретичний результат – в СО2 з гектарної норми палива рослини використають за 1-2 години вегетації. Тому витрачати час на детальний розбір питання «чому рослини не отримають і цього» не варто.

Очевидно, що вуглекислоту вихлопних газів у відкритому грунті навіть теоретично не варто розглядати як джерело повітряного живлення рослин, але це не єдиний спосіб використання СО2 з вихлопу.

У 1959 Френк Макгугін і Хеджет Джоел отримали патент на технологію і пристрій для обробки грунту розчином вугільної кислоти, отриманої з вихлопних газів. Метою технології було «виправлення» лужних грунтів з високим вмістом обмінного натрію.

Після поглинання вихлопних газів поливна вода перетворюється в розчин вугільної та азотної кислот. При взаємодії з грунтовим агрегатами цей розчин підкисляє ґрунт, руйнує карбонати і вивільняє іони кальцію. Кальцій витісняє натрій, і вільні іони натрію промиваються за профілем грунту.

Крім того, розчин вуглекислоти можна використовувати для профілактики утворення сольових лужних корок на перфорації обсадних колон водних свердловин. Закачування розчину усуває засмічення і розмиває кірку.

ДОБРЕ ЗАБУТЕ СТАРЕ

У журналі «Винахідник і раціоналізатор» (1984, № 6) описувався радянський спосіб меліорації південних солонцевих чорноземів за допомогою вихлопних газів. У Донському зональному НІІСХ (Ростовська область) проводилися випробування агрегату для «вдування» вихлопних газів при оранці. Агрегат конструктивно мало відрізнявся від сучасних канадських або австралійських установок: ресивер на даху трактора, трубопровід, колектор на рамі плуга. Трубки від колектора до кожного леміха плуга. Варіант, в якому «газація» проводилася при сівбі, відрізнявся установкою колектора на сівалці і відведенням трубок до сошників.

Агрегат був запатентований, винахідники отримали авторське свідоцтво. Зазначалося підвищення врожайності зернових в середньому на 3 ц / га, це пояснювали впливом двох факторів: зменшенням концентрації іонів Na та більш ефективним засвоєнням P зменшенні рН грунту.

У Казахстані на південних солонцюватих чорноземах Костанайської області подібні досліди проводилися в 1989 році, а потім, після тривалої перерви, в 2008-2009рр. Вихлопні гази трактора К -701 вводилися в грунт через сошники сівалок СЗС1. Врожайність пшениці, висіяної по стерньовим попередникам, несуттєво відрізнялася від контрольного варіанту без «газації»: відмінності були в межах помилки досвіду. Врожайність пшениці на тлі багаторічних трав в 2008 році була на 7 ц / га вищою, аніж в контролі.

Зазначалося, що негативний вплив дефіцит вологи на врожайність в посушливому 2009 році проявився у значно більшому ступені, аніж начебто позитивний вплив внесення вихлопних газів.

На жаль, в джерелах інформації про досліди, які проводилися в Ростовській області в середині 1980-х, і в дослідах, які проводилися в Північному Казахстані в 2008-2009 рр. відсутні дані агрохімічного аналізу грунту. Тому, можна тільки припускати, який ефект справили кілька (максимум 60) кілограм СО2 на рН грунту і концентрацію солей Na, Ca, Mg в її верхньому шарі.

Очевидним недоліком «вдування» вихлопних газів є те, що перетворення СО2 в вугільну кислоту можливо тільки при відносно високій вологості грунту. Якщо в грунт потрапляє готовий розчин вугільної кислоти, можна розраховувати на позитивний ефект навіть при обробці грунту / сівбі в посушливих умовах.

Таке рішення використав Рубен Шахвердян при розробці своєго методу меліорації грунту розчином вихлопних газів. Детальна інформація наведена у дисертації «Удосконалення технології й обґрунтування параметрів пристрою для підвищення родючості грунтів з використанням відпрацьованих газів трактора», яку автор захистив в 1992 році. Досліди проводилися на типових солончаковий грунтах Араратській рівнини Вірменії. Розчин вихлопних газів вносився при глибокому розпушуванні грунту розпушувачем РНП-50.

З вихлопної труби гази потрапляли в трубопровід, де змішувалися з водою з бачка. Суміш газів та рідини надходила в очисний пристрій барботажного типу, після очищення газ надходив до робочих органів. Насичений розчин СО2 по патрубкам (вище дна очищувача, але нижче рівня води) також прямував до робочих органів.

Трубопровід, який направляв гази та рідину в грунт, забезпечува роздільне внесення газу і розчину. У нижній шар грунту надходив газ (з незначною домішкою крапель вологи), а в верхній — розчин СО2. Це зменшувало втрати СО2 з грунту.

У досліді порівнювали врожайність силосної кукурудзи, яка була висіяна на контрольній ділянці (без внесення розчину СО2), на ділянках з дворазовою і чотирикратної обробкою. Дві обробки збільшили врожайність на 5%, чотири — на 20%. Автор дослідження припускав, що прибавка врожайності обумовлена зменшенням концентрації Na і зміною рН. Але не виключено, що справжня причина — поліпшення фізичних властивостей грунту і прискорена мінералізація органічної речовини грунту як наслідок декількох обробок глибокорозпушувачем.

При проведенні 2-4 обробок в верхній шар грунту може потрапити не більш 100-150 кг СО2. Якщо порівняти цю відносно невелику кількість речовини із звичайними нормами хімічних меліорантів (декількома тоннами гіпсу), виникає сумнів: наскільки довгостроковий є меліоративний ефект розчину СО2? Чи є реальним фактором збільшення врожайності локальна зміна рН та засоленості, чи інші фактори?

Імовірно, що меліорація солонцюватих грунтів вихлопними газами дійсно має перспективи. Та, навіть на перший погляд, вона буде ефективна лише при дотриманні декількох умов.

По-перше, вихлопні гази потрібно розчинити у воді та внести в грунт у вигляді водного розчину, бажано на глибину щонайменш 12-15 см.

По-друге, для промивання іонів Na з верхнього шару грунту необхідна достатня кількість вологи. Ії забезпечує або штучне зрошення дощувальними машинами, або клімат з рясними опадами.

По-третє, СО2 з вихлопних газів може «лікувати» не солонці або солончаки, а солонцюваті грунти. Існують типи засолення, на які розчин вихлопних газів не вплине.

Стосовно перспектив використання вихлопних газів, як то кажуть, взагалі, можна зробити кілька висновків:

  1. Вихлопні гази як альтернативне джерело азотних добрив безперспективні. Виняток — стаціонарні потужні дизельні установки насосів систем зрошення.
  2. Вихлопні гази як джерело СО2 для рослин безперспективні. Виняток — закритий грунт, після очищення газів від сажі, чадного газу та оксидів азоту.
  3. Фунгіцидну дію вихлопних газів не доведено.
  4. Стимулюючий ефект вихлопних газів на мікрофлору грунту не доведений.
  5. Використання вихлопних газів (їх водного розчину) для коригування рН лужних грунтів і їх розсолення теоретично можливе. Тема є перспективною, але на даний момент вивчена недостатньо.

Автор: Олександр Гончаров

Использованы фото  с фейсбук  Fieldmasters и Bio-Agtive Emissions Technology

1. Аппаратура для утилизации выхлопных газов на рекламных фото вызвает ассоциации с техникой якобы далекого будущего  в иллюстрациях к фантастике прошлого века.

2. А началось все с того, что фермер Гэри Льюис решил, что все его беды – от возможного избытка удобрений. А не от очевидного дефицита знаний по агрохимии.

3. Псевдонаучная теория может стать фундаментом успешной бизнес-идеи. Наглядный пример – пример Гэри Льюиса.

4. Основой всех приспособлений является охлаждающий блок. Именно за эту, изготовленную по «гаражной» технологии нержавеющую емкость с несколькими вентиляторами, клиенты платят почти 30 000 USD.

5. Люди покупают не товар – люди покупают мечту. Как продать мечту? Использовать в рекламе аргументированные факты  или правдоподобные иллюзии.

6. «Передовой опыт» распространяется среди потенциальных клиентов на семинарах и при индивидуальном общении.

7. Бизнес-идея из Канады попала в Австралию. Там нашлись свои предприимчивые изобретатели-рационализаторы.

8. Бизнес Гэри Льюиса не имеет границ – Bio-Agtiv настойчиво предлагают фермерам в Танзании и Мозамбике. На фото Гэри с сыном в Танзании, 2016 год.

9. Члены правительства Танзании одобряют…

10. Конечно же, технология из Северной Америки с доверием воспринимается в Восточной Африке. Но на всякий случай аборигенам показывают «опыты» для подтверждения «уникальных свойств» технологии.

11. В Танзании установки для утилизации выхлопных газов ставят на мощные старые трактора.

12. Есть приспособления для тракторов всех классов мощности и  почвообрабатывающих машин любого вида.

13. При пропускании отработанных газов дизеля через воду окислы азота превращаются в азотную кислоту, а углекислый газ – в угольную.  Использование таких растворов было запатентовано еще в прошлом веке.

14. Выброс выхлопных газов насоса в воду для орошения имеет смысл: вода поглощает токсичный выхлоп и гасит шум. Кроме того, небольшое количество азота в нитратной форме может быть усвоено растениями.

15. Есть ли смысл собирать выхлопные газы в емкости с водой и вносить эту жидкость опрыскивателем? Гэри Льюис  уверен, что есть, но арифметика убеждает в обратном.

16. Газонокосилки с утилизацией выхлопных газов? Да, они существуют!