14. 6. 2024
Hnojiva mají pro lidskou populaci nezastupitelný význam
Hnojiva mají pro lidskou populaci nezastupitelný význam. Bez uměle vyráběných hnojiv by nebylo možné vyprodukovat více než polovinu dnešního globálního množství potravin. S rostoucí světovou populací bude nutné zajistit vyšší výnosy zemědělských plodin, což povede k větší spotřebě hnojiv. Tento trend, spolu se změnami klimatu a degradací půdy, vytváří pro zemědělství a celou společnost značné výzvy. Jedním z možných řešení je využívání hnojiv s postupným uvolňováním živin, tzv. slow-release hnojiv. Na vývoji tohoto přístupu se podílí projekt BioAgro, jehož součástí je i vědkyně Soňa Kontárová z Centra materiálového výzkumu Fakulty chemické VUT, která nám přiblížila detaily tohoto projektu.
Projekt BioAgro, zaměřený na biopolymery pro agrochemické aplikace, je financován Technologickou agenturou ČR a součástí širšího programu „Národní centrum kompetence polymerních materiálů a technologií pro 21. století“. Jeho hlavním cílem je vyvinout ekologické hnojivo, které uvolňuje živiny postupně – tzv. slow-release hnojivo.
Hnojiva jsou klíčová pro poskytování základních makroživin rostlinám, jako je dusík, fosfor a draslík, přičemž dusík je pro růst plodin zásadní. Problém však spočívá v tom, že rostliny nedokáží vždy efektivně vstřebávat všechny živiny, což vede k jejich zbytečnému úniku do půdy, vody a ovzduší, zejména v případě dusíkatých látek. Tento únik přispívá k ekologickým problémům, jako je znečištění vody a ovzduší, překyselení půd a ohrožení biodiverzity, zdraví zvířat a lidí.
Možná řešení zahrnují opatření jako omezení spotřeby masa, efektivní zemědělské hospodaření (např. vyvážené používání hnojiv, střídání plodin a přesné zemědělství) a především využívání slow-release hnojiv. Tato hnojiva uvolňují živiny postupně, což minimalizuje ztráty způsobené volatilizací (vypařování dusíku) a vyplavováním. Díky tomu se živiny efektivněji využívají rostlinami a mohou být aplikovány v menších dávkách. Vědci mohou také regulovat rychlost uvolňování živin podle konkrétních potřeb plodiny, což snižuje spotřebu hnojiv a s tím spojenou uhlíkovou stopu.
V rámci projektu se doktorka Soňa Kontárová podílí na plánování a realizaci experimentů spolu s kolegou Jiřím Krhutem a dalšími členy výzkumného týmu. Zároveň se věnuje analýze výsledků a správě projektové dokumentace.
„Spolupráce na projektu je pro mne velmi přínosná z pohledu nových zkušeností. Jako materiálový chemik jsem neměla tolik zkušeností s hnojivy a díky spolupráci s Mendlovou univerzitou a postupným studiem jsme se dozvěděli spoustu zajímavých informací. Sama jsem si do detailu neuvědomovala, jak jsou hnojiva důležitá v celosvětovém měřítku a kolik miliard lidí může díky nim na Zemi vůbec žít. Bohužel je to vyváženo ekologickými a dalšími problémy. Je to velmi zajímavé téma, které mě nutí k širšímu mezioborovému pohledu,“ hodnotí doktorka Kontárová.
Projekt se zaměřuje na vývoj biopolymerního materiálu, který se používá k obalování granulí dusíkatého hnojiva. Tento materiál se skládá z přírodních polymerů, konkrétně polyhydroxyalkanoátů (PHA), které jsou běžně využívány mikroorganismy jako energetické zásoby. Poly-3-hydroxybutyrát, jedna z forem PHA, je zcela biologicky odbouratelný a neškodí životnímu prostředí. Granule hnojiva obalené tímto materiálem se v půdě uvolňují postupně, čímž dochází k menším ztrátám živin a minimalizaci mikroplastů. Tento biopolymer je také v souladu s novými ekologickými normami EU a může být vyráběn z obnovitelných nebo odpadních surovin.
Výzkumný tým se zaměřil na optimalizaci technologického postupu pro výrobu těchto slow-release hnojiv. Po studiu vědecké literatury zvolili vhodné rozpouštědlo pro poly-3-hydroxybutyrát, které se při vyšší teplotě a tlaku použije k vytvoření roztoku, jenž se nanáší na granule hnojiva pomocí dip coatingu (ponoření do roztoku). Tento postup je rovněž aplikovatelný v průmyslové výrobě, kde byl testován v rotačním bubnu, což urychluje proces povlakování, podobně jako u dražování čokolády. Úspěšně bylo vyzkoušeno i povlakování ve fluidním loži.
„Velkým hnacím motorem je také skvělý tým z Laboratoře bioplastů, kterou vede Radek Přikryl. Tento tým plný inspirativních lidí pracuje nejen na projektu slow-release hnojiv v BioAgro, ale i na mnoha dalších zajímavých projektech souvisejících s praktickým uplatněním polyhydroxyalkanoátů a dalších bioplastů, které lze použít například v tkáňovém inženýrství či kosmetice. Hledáme rovněž nové metody mechanické i chemické recyklace konvenčních plastů i bioplastů. Fandíme cirkulární ekonomice i udržitelnému rozvoji a usilujeme o svět, který bude s plasty i bioplasty nakládat ekologicky a ekonomicky. V týmu navíc panuje skvělá přátelská atmosféra, a to je také jeden z hlavních důvodů, proč se do práce těšit,“ říká s úsměvem doktorka Kontárová.
Projekt má obrovský aplikační potenciál, zejména vzhledem k rostoucí světové populaci a potřebě vyvážit zvýšenou produkci potravin s ekologickými nároky. Pro doktorku Kontárovou je právě smysluplnost výzkumu tou hlavní motivací.
Do projektu je zapojena řada vědců, několik výzkumných institucí a průmyslových partnerů. FCH VUT spolupracuje s týmy z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, Mendlovou univerzitou v Brně, Centrem organické chemie, Svazem chemického průmyslu, Plastikářským klastrem a Výskumným ústavem chemicko-technologickým v Šaľe. Mezi průmyslové partnery patří Ethanol Energy, SYNPO a probíhá komunikace s Lovochemií.
„Bez těchto skvělých lidí by nebylo možné pracovat a posouvat projekt dál. Chtěla bych zmínit hlavně Radka Přikryla, Silvestra Figallu, Jirku Krhuta, Štěpána Krobota, Vojtu Jaška, Alžbětu Kecíkovou, Elišku Kameníkovou, Přemka Menčíka a Veroniku Melčovou. Projekt BioAgro navazuje také na dřívější projekt MPO Trio a bakalářskou práci Magdy Bobkové,“ dodává doktorka Kontárová.
