Proizvodnja hrane, biokompozita i biogoriva iz žitarica u kružnom biogospodarstvu

Projekt „Proizvodnja hrane, biokompozita i biogoriva iz žitarica u kružnom biogospodarstvu“ pod voditeljstvom prof. dr. sc. Tajane Kričke, u kojemu su sudjelovali Sveučilište u Zadru, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet i Tekstilno-tehnološki fakultet Sveučilišta u Zagrebu, obuhvatio je istraživanja ispravnih agrotehničkih mjera za stare i nove sorte pšenice i ječma te hibride kukuruza kako bi se utvrdili optimalni omjeri između zrna i biomase kao i prisutnost mikotoksina.

Iskorištavanjem ostataka, potencijalni otpad postaje sirovina i time se zatvara proces kružnog biogospodarstva. Nova saznanja teže podići svijest šire javnosti o mogućnostima ublažavanja negativnih utjecaja klimatskih promjena. Projekt je sufinancirala Europska unija u okviru Operativnog programa Konkurentnost i kohezija, iz Europskog fonda za regionalni razvoj te je proveden u trajanju od 45 mjeseci (1. rujna 2019. – 1. lipnja 2023.).

Razvoj društva neminovno dovodi do rastuće potrebe za proizvodnjom hrane i energije. Time dovodi i do povećane emisije stakleničkih plinova u okoliš. Ljudi i ekosustavi oslonjeni su na tlo koje omogućava rast i razvoj biljaka te regulira ciklus vode. Također, tlo je treće po redu skladište ugljika na Zemlji, stoga predstavlja glavni faktor u borbi protiv klimatskih promjena.

Možemo povećati plodnost tla i smanjiti emisiju stakleničkih plinova

Jedan od temeljnih izazova suvremene poljoprivredne proizvodnje temeljit će se na izazovima uzrokovanim klimatskim promjenama. Klimatske promjene, kroz temperaturne ekstreme, suše i intenzivne oborine u kratkom vremenskom razdoblje te pojavu novih štetnih organizama, znatno utječu na postignute prinose i kvalitetu uzgojene hrane. Primjenom odgovarajućih agrotehničkih zahvata i pravilnim odabirom kultura/sortimenta, može se održati/povećati plodnost tla, odnosno povećati organska tvar tla (humus) te smanjiti emisija stakleničkih plinova u atmosferu što će biti realizirano u okviru projekta.

S ciljem promicanja obnovljivih oblika energije, krajem 2018. godine, Europska unija dopunjuje Direktivu o promicanju uporabe energije iz obnovljivih izvora (Renewable Energy Directive – RED) te donosi novu RED II direktivu. Novi regulatorni okvir uključuje obvezujući cilj za obnovljivu energiju za EU za 2030. godinu koji je podignut na 32% s klauzulom o povećanju do 2023. godine. Među ostalim, RED II direktiva donosi ograničenje konvencionalnih biogoriva (hrana za ljude i životinje) od 7% te povećanje udjela naprednih biogoriva (lignocelulozna biomasa) do 2030. godine.

Isto tako, nova strategija biogospodarstva za održivu Europu iz 2018. godine definira temeljna načela vezna uz (I) povećavanje i jačanje bioindustrijskih sektora, (II) brzo uvođenje biogospodarstva širom Europe, (III) zaštita ekosustava uz razumijevanje ekoloških ograničenja biogospodarstva. Ujedno, navedena strategija definira poljoprivrednu biomasu kroz slikovito 4 x F gospodarenje biomase (food, feed, fuel i fibre).

Uz RED II direktivu ciljevi Okvira za klimatske i energetske politike do 2030. godine, 21. konferencija Ujedinjenih naroda o klimatskim promjenama (Pariški klimatski sporazum – COP 21/OECD, inicijativa „4 promila“) i Biofuels and Indirect Land Use Change (ILUC). Naglašavaju veliki potencijal koji ima tlo da apsorbira ugljik i tako ublažava klimatske promjene (tlo za sigurnost prehrane i klimu) te karakteriziraju biomasu i biogoriva kao važan segment u težnji Europe da postane samoodrživo, nisko-ugljično društvo.

Premalo podataka i istraživačkih radova

Temeljem rezultata dobivenih egzaktnim znanstvenim metodama primijenjenog istraživanja stvorit će se pretpostavke za kreiranje održivog gospodarenja tlom. Kroz projekt će se ponuditi i lepeza proizvoda (bioetanol druge generacije, biokompoziti, biofilteri, peleti iz biomase i peleti iz nusproizvoda proizvodnje bioetanola i biokompozita) koja će osigurati kružno gospodarenje žitaricama.

Znanje šire javnosti o utjecaju klimatskih promjena je na niskoj razini. Dionici koji bi u svojim sustavima mogli primijeniti mjere koje smanjuju ili suzbijaju negativne učinke klimatskih promjena isto nisu u mogućnosti učiniti zbog nedostatka podataka i istraživačkih radova o mjerama prilagodbe klimatskim promjenama u Republici Hrvatskoj.

Provedba projekta uz povezane aktivnosti

Kako bi se utjecalo na rješavanje navedenog problema, u okviru ovog projekta razrađen je niz mjera podizanja svijesti o klimatskim promjenama te se osigurala javnost i dostupnost podataka i rezultata projekta putem web portala, društvenih mreža, info dana, panel rasprava, okruglog stola, tiskanih materijala o rezultatima projekta te predavanja o jačanju svijesti o problematici klimatskih promjena.

Sama provedba projekta sadržala je ciklički povezane aktivnosti, a provedba istraživanja obuhvaćala je primarnu proizvodnja žitarica, praćenje štetnih organizama i mikotoksina, praćenje kvalitete i kvantitete zrna, praćenje kvalitete i kvantitete biomase, dizajn biokompozita iz biomase, dizajn tehničkog tekstila – filtera iz biomase, proizvodnju tekućeg biogoriva iz biomase, proizvodnju krutog biogoriva te prilagodbu klimatskim promjenama.

Projekt „Proizvodnja hrane, biokompozita i biogoriva iz žitarica u kružnom biogospodarstvu“ obuhvatio je primijenjena istraživanja ispravnih agrotehničkih mjera za stare i nove sorte pšenice i ječma te hibride kukuruza kako bi se utvrdili optimalni omjeri između zrna i biomase kao i prisutnost mikotoksina. Uz kvantitet, određena je kvaliteta zrna žitarica za prehranu i ishranu, kao i sekvestracija ugljika u tlo i biljku te kvaliteta biomase za biokompozite, biofiltere, bioetanol druge generacije te kruta biogoriva iz ostataka proizvodnje. Iskorištavanjem ostataka, potencijalni otpad postao je sirovina i time je zatvoren proces kružnog biogospodarstva.

Napredni koncept biogospodarenja produkata poljoprivredne proizvodnje

Nova znanja transferirana su dionicima ranjivih sektora i podigla se svijest šire javnosti o mogućnostima ublažavanja negativnih utjecaja klimatskih promjena. Projektom je dizajniran i izrađen napredni koncept biogospodarenja produkata poljoprivredne proizvodnje (glavni proizvod – hrana; nusproizvod – biomasa) u adaptiranim sustavima biljne proizvodnje. Kako bi se osiguralo kružno gospodarenje iz nusproizvoda proizvedena su biogoriva (kruta i tekuća) i biokompoziti, kao odgovor na klimatske promjene.

Rezultat projekta je 8 izrađenih mjera prilagodbe klimatskim promjenama i to:

1. Izbor ispravnih agrotehničkih mjera i utvrđivanje bilance ugljika u konvencionalnom načinu proizvodnje
2. Utvrđivanje otpornosti kukuruza i ostalih istraživanih kultura na klimatske promjene
3. Identifikacija štetnih organizama, njihova kvantifikacija i razvijanje specifičnih mjera ublažavanja utjecaja klimatskih promjena
4. Istraživanje i razvoj biokompozita i biofiltera iz biomase
5. Istraživanje i razvoj bioetanola druge generacije iz biomase
6. Istraživanje i razvoj krutih biogoriva iz ostataka proizvodnje biokompozita, biofiltera i bioetanola druge generacije
7. Transfer znanja dionicima za prilagodbu sustava na stvarne i očekivane negativne učinke klimatskih promjena
8. Edukacija šire javnosti o učincima klimatskih promjena

Ciljane skupine ovog projekta su minimalno 23 dionika koja djeluju u područjima 5 ranjivih sektora (poljoprivreda, bioraznolikost, zdravlje/zdravstvo, energetika, turizam) i/ili transverzalnog sektora upravljanja rizicima kao i šira javnost. Dionici će iz rezultata projekta dobiti mogućnost primjene mjera u vlastitoj djelatnosti što će značajno doprinijeti njihovom poslovanju te u konačnici i hrvatskom biogospodarstvu. Osim toga, podići će se svijest javnosti o ublažavanju negativnih učinaka klimatskih promjena. Također je projekt približen različitim dobnim skupinama te je u sklopu projekta napravljeno 4 radionice za mlade naraštaje od predškolske dobi do studentskih dana.

Rezultati obećavajući

Tijekom projekta ostvareni su rezultati iz poljskih i laboratorijskih istraživanja. Temeljem poljskih istraživanja (cjelokupne biomase – nadzemne i podzemne) utvrđena je razlika između korištenih kultura odnosno sorti/hibrida. Tako proizlazi da sustav primarne proizvodnje žitarica diktira na koji način će se žetveni ostatak koristiti. Pravilan odabir sredstava za zaštitu bilja rezultiralo je pojavom manje štetočina, a povećanim prinosima.

Upotreba sredstava za zaštitu bilja dozvoljenih u određenom načinu uzgoja žitarica ostaje jedna od najvažnijih metoda za suzbijanje pojavnosti mikotoksina na žitaricama.

Provedena agrotehnika neposredno utječe na ugljikov otisak u proizvodnji žitarica, kao i samo gospodarenje žetvenim ostacima. Temeljem laboratorijskih istraživanja utvrđen je značajni potencijal istraživanih žetvenih ostataka u proizvodnji krutih (peleti) i tekućih (bioethanol) biogoriva, prije i nakon izdvajanja tekstilnih vlakana. Utvrđeno je da nakon izdvajanja tekstilnih vlakana ostaje 70 – 80% otpada koji se u ovome projektu koristio kao sirovina u proizvodnji navedenih biogoriva.

Ujedno, izdvojena prirodna vlakna istraživanih kultura pokazala su zadovoljavajuća svojstva kao sirovina u proizvodnji biofiltera i biokompozita. Ostvareni rezultati kao i nastali proizvodi mogu se koristiti u djelatnostima vezanim uz proizvodnju hrane za ljude i životinje, gdje je primarna proizvodnje zrna žitarica, a dosadašnji otpad (biomasa prije nakon izdvajana vlakana) postaje sirovina za proizvodnju peleta i bioetanola.

Jednako tako, proizvođači tkanina svoj otpad mogu neposredno koristiti kao sirovinu za zadovoljavanje vlastitih energetskih potreba čime se izravno utječe na energetsku učinkovitost cjelokupne proizvodnje. Ovakav način kružnog gospodarenja mogu koristiti i osobe te organizacije izvan opsega projekta. Uz navedeno, bitno je naglasiti da su provedbom projekta utvrđeni svi potrebni parametri za bilanciranje ugljika u sustavu biljka – tlo i biljka – tlo – atmosfera zbog prilagodbe “Zelenom planu”. Proizašli rezultati projekta koristit će se u edukativne svrhe s posebnim naglaskom na studente (tiskan Sveučilišni priručnik: „Proizvodnja hrane, biokompozita i bogoriva iz žitarica u kružnom biogospodarstvu), kao i u znanstvene svrhe kroz publikaciju znanstvenih i stručnih radova. Više o rezultatima i tiskanim materijalima moguće je vidjeti na internetskoj stranici https://projekt-klima.eu/.

Foto: dr. sc. Mateja Grubor