ČIŠTĚNÍ PŮD POMOCÍ ROSTLIN. Ing. Tomáš Ružovič

Transkript

1 ČIŠTĚNÍ PŮD POMOCÍ ROSTLIN Ing. Tomáš Ružovič

2 OBSAH 1) Obecně o kontaminaci půd 2) Čištění půd pomocí rostlin: FYTOREMEDIACE 3) Druhy fytoremediace 4) Rostliny čistící půdu 5) Fytoremediace ve výzkumu a praxi 6) Fytoremediace na brownfieldech 7) Využití konopné biotechnologie 8) Ekonomický potenciál konopí v čištění půd 9) Vize 10)Závěr 11)Aktivity členů TRAWA z.s. KONTAMINAT NEPŮVODNÍ LÁTKA, NEŽÁDOUCÍ ZNEČIŠŤUJÍCÍ LÁTKA, MOLEKULA NEŽADOUCÍ, ŠKODLIVÝ, RIZIKOVÝ ČI OOBJEKT VE SĚMSI RUZNÝCH PRVKŮ ČI OBJEKTŮ TOXIN, XENOBIOTIKA tomas.ruzovic@gmail.com 2

3 OBECNĚ O KONTAMINACI PŮD Zdroje z průmyslu antropogenní - Vzduch, vody, odpady, sklady, provoz Neprůmyslové zdroje - antropogenní - Černé skládky, domácnosti, historické Kontaminace mohou být - Těžké (stovky a více řádů nad limit) - Střední (desítky řádu nad limit) - Lehké (řádově nad limit) Kontaminanty - Anorganické (kovy) - Organické (oleje, PAH, DDT) - Mikrobiální - Rostlinné a živočišné Kontaminace - Jednoduchá /Složitá tomas.ruzovic@gmail.com 3

4 KONTAMINANTY: ropné deriváty polycyklické aromatické uhlovodíky halogenované uhlovodíky výbušniny těžké kovy chemikálie léky barviva Xenobiotika nepřírodní toxiny! 4

5 NUTNÉ DODRŽOVAT LEGISLATIVU PŘI VYUŽÍTÍ PŮD! ANALÝZY PŮD JSOU KLÍČOVÉ PRO VYHODNOCENÍ JEJÍ KVALITY A VYUŽITÍ Limitní hodnoty rizikových látek v zemědělských půdách dle vyhlášky MZP č. 13/94 a zákona č. 334/92 Sb. Příloha č. 1 k vyhlášce č. 257/2009 Sb. Limitní hodnoty rizikových prvků a rizikových látek v sedimentů v mg.kg -1 sušiny. tomas.ruzovic@gmail.com 5

6 FYTOREMEDIACE = ČIŠTĚNÍ PŮD POMOCÍ ROSTLIN technologie využívající zelené rostliny nebo rostliny ve spojení s mikroorganismy k rozkladu, fixaci nebo akumulaci různých látek znečišťujících půdu, vodu a vzduch EFEKTIVITA ČIŠTĚNÍ: KONTAMINACE PŮDA KYSELOST ŽIVINY KLIMA ROSTLINA BIOTOP TECHNOLOGIE PODPŮRNÉ LÁTKY phyton = řecky rostlina, remediare = latinsky napravit tomas.ruzovic@gmail.com 6

7 rostliny akumulují kontaminant, v nadzemní části, pak jsou sklizeny a zpracovány ČISTÍ SE : PŮDY KALY SEDIMENTY ODSTRANÍ SE: - TĚŽKÉ KOVY (Kadmium) - RADIONUKLIDY (Uran) - METALOIDY (Arzen) NUTNÉ SPECIFICKÉ ROSTLINY Vhodný kořen, multi účinnost, efektivita a využitelnost rostliny DRUHY FYTOREMEDIACE 1. FYTOEXTRAKCE tomas.ruzovic@gmail.com 7

8 2. RHIZOFILTRACE využívá k absorpci, koncentraci a precipitaci xenobiotik kořeny živých rostlin z proudící vody ČISTÍ SE : PUDNÍ VODY A MOKŘADY POVRCHOVÉ VODY PODZEMNÍ VODY ODSTRANÍ SE: - TĚŽKÉ KOVY (Kadmium) - RADIONUKLIDY (Uran) - NĚKTERÉ ORGANICKÉ POLUTANTY Používají se suchozemské i vodní rostliny Vhodné pro hydroponické systémy: Hydraulická kontrola - vrby, topoly, čistí podzemní vody od kontaminantů velmi dobře tomas.ruzovic@gmail.com 8

9 3. FYTODEGRADACE Využívá rostliny a s nimi asociovanou mikroflóru k degradaci kontaminantů na netoxické látky ČISTÍ SE : PUDY, SEDIMENTY, KALY, PODZEMNÍ VODY POVRCHOVÉ VODY ODSTRANÍ SE: REZIDUA VÝBUŠNIN CHLOROVANÉ ROZPOUŠTĚDLA INSEKTICIDY A HERBICIDY NĚKTERÉ ORGANICKÉ LÁTKY PRODUKT MUSÍ BÝT NETOXICKÝ RHIZODEGRADACE : Kontaminanty jsou rozloženy na jednodušší látky nebo kompletně mineralizovány pomocí bakterií, které se v půdě běžně vyskytují a jejichž množství a různorodost mohou být ovlivněny přítomností kořenů rostlin a jejich působením. Důležitá je dosažitelnost molekul pro: - příjem, - transport, - zpracování metabolismem rostliny či mikrobiálními populacemi spjatými s rostlinou tomas.ruzovic@gmail.com 9

10 4. FYTOSTABILIZACE využívá vegetaci ke snížení mobility kontaminantů zabraňuje jejich migraci do podzemní vody (prosakování), jejich transportu větrem jejich vstupu do potravního řetězce POZOR NA VLIV PŮDNÍCH PODMÍNEK rozpustnost a mobilitu kontaminantů - MIKROBY rozkládající kořenové exudáty produkují CO2 - KYSELOST PŮDY - KONCENTRACE SOLÍ V PŮDĚ - ROVNOVÁHY A ROZPUSNOSTI SLOŽEK - TEPLOTY, OBSAH VODY, PUFRŮ VÝHODY kontaminovaná půda se nemusí těžit! NEVHODNÉ ROSTLINY, ve kterých dochází k transportu kontaminantů do nadzemních částí a v důsledku toho mohou vstupovat do potravního řetězce. tomas.ruzovic@gmail.com 10

11 5. FYTOVOLATIZACE kontaminant je přijat rostlinou a poté je uvolněn do ovzduší jako těkavý produkt degradace kontaminantů nebo těkavá forma původně netěkavého kontaminantu Nejvíce se fytovolatilizace osvědčila při odstraňování těkavých organických látek a rozpustných anorganických kontaminantů (např. Hg, Se) z podzemní vody, půdy, sedimentu nebo kalu. tomas.ruzovic@gmail.com 11

12 TRANSPORT RTUTĚ 12

13 ROSTLINY ČISTÍCÍ PŮDU Mnoho aspektů na výběr: - Kořenový systém morfologie (délka objem, povrch) VLÁKNITÉ = TRAVY - Klimatická přizpůsobivost (mírný, subtrop) - Nutriční požadavky (NPK, struktura půdy) - Využití rostliny (průmysl) objem biomasy - Účinnost vs. kontaminant (požadavky na speciací kontaminantů Hg 0, Hg 2+ ) - Rizika zapojení se do potravního řetězce - Vliv na okolí (biotop, ekodizajn, kultura) - Odolnost stresu, nemocím - Dynamika (změny v čase) - EKONOMIKA PĚSTOVÁNÍ Příklady: - Vrby, topoly, břízy - Konopí, len, - Traviny, mokřadní rostliny jako orobinec, rákos, sítina či ostřice - Slunečnice, brukvovité, bavlník - Další tisíce rostlin lišící se vlastnostmi tomas.ruzovic@gmail.com 13

14 JAK TO DĚLAJÍ? MAJÍ PŘIROZENE ENZYMY A SPECIÁLNÍ MOLEKULY BIOCHEMIE ROSTLIN = DOSUD MNOHO OTÁZEK! NITRILASY Degradace Např. kyanidů a vazeb Dehalogenáza působí na chlor Detoxikace Yperitu Peroxidáza Degradují např. fenoly Obsažené v Křenu selském Laccasy Degradace polyfenoly Vážou kovy > reguluji aktivitu Nitrilasy mají rozhodující roli v interakcích mezi rostlinami a mikroby pro obranu, detoxikaci, využití dusíku a syntézu rostlinných hormonů GLYKOLASA ROZKLAD CUKRU tomas.ruzovic@gmail.com 14

15 JAK JE PODPOŘÍME? NUTRIENTY živiny, voda, plyny KLIMA teplota, světlo, BIOTOP mikroorganizmy, substrát 15

16 ZVÝŠENÍ UČINOSTI FYTOREMEDIACE Pomocné látky pro: TRANSPORT KONTAMINANTŮ Např: Enzymy Komplexy-tvorné (EDTA) kyselina ethylendiamintetraoctova FIXACI KONTAMINANTŮ - Úprava ph (vápenec, minerály) - MIKROORGANISMY - PŮDNÍ MIKROORGANISMY A HOUBY (CHITIN) - Nejčastěji: - Aspergillus, Geotrichium, Penicillium, - askomycety, bazidiomycety tomas.ruzovic@gmail.com 16

17 FYTOREMEDIACE VE VÝZKUMU A PRAXI Brownfields - zdroj obnovitelné energie - M. Šyc, syc@icpf.cas.cz, společný projekt s EVECO Brno s.r.o. a CULS, podpořený TACR, projekt č , 2014 VÝZKUM BIOMASY PO FYTOREMEDIACI A JEJIHO ZPRACOVÁNÍ PRO ENERGETICKÉ VYUŽITÍ S NAKLÁDANÍM POPÍLKU ŠYC, Michal, et al. Willow trees from heavy metals phytoextraction as energy crops. biomass and bioenergy, 2012, 37: Czech Science Foundation project No. GA104/07/0977, Ministry of Education, Youth and Sports within the framework of the programme Health and life quality (Project WARMES 2B08048 and MSM ). Výzkum fytoremediačního potenciálu slunečnice a kukuřice v reálných podmínkách Špirochová I., Punčochářová J., Kafka Z., Kubal M., Soudek P. a Vaněk T., Kumulace těžkých kovů v rostlinách rostoucí na kontaminované lokalitě, Biodegradace, Seč u Chrudimi, březen 2001, COST projekt No , grant AV ČR projekt No. A SOUDEK, P. a kol.(2008): Fytoremediace a možnosti zvýšení jejich účinnosti. Chem. listy, 102: Tato prace byla podporovana projektem GA ČR 522/06/P002, projektem 1MO6030 a projektem AVOZ GOOGLE SCHOLAR - ČETNOST STUDIE PHYTOREMEDIATION DO ÚPLNÉ VYČIŠTĚNÍ PŮD ČASOVĚ NÁROČNÉ 10 až 100 LET! tomas.ruzovic@gmail.com 17

18 18

19 FYTOREMEDIACE NA BROWNFIELDECH Kadmium, Nikl, Olovo, Vrba : MILAN, Borišev, et al. Response of Salix alba L. to heavy metals and diesel fuel contamination. African Journal of Biotechnology, 2012, 11.78: Westergasfabriek Park. Image courtesy of Gustafson Porter tomas.ruzovic@gmail.com 19

20 PETROVÁ, Šárka, et al. Enhancement of metal (loid) s phytoextraction by Cannabis sativa L. Journal of Food, Agriculture & Environment, 2012, 10.1: GRIGA, Miroslav; BJELKOVÁ, Marie. Flax (Linum usitatissimum L.) and Hemp (Cannabis sativa L.) as fibre crops for phytoextraction of heavy metals: biological, agrotechnological and economical point of view. In: Plant-based remediation processes. Springer, Berlin, Heidelberg, p Radionuklidy fytoremediovane lnem Toxicita nanočástic ZnO na Housenička (Arabidopsis thaliana) tomas.ruzovic@gmail.com 20

21 VÝZKUM MOŽNOSTÍ POUŽITÍ ENERGETICKÝCH ROSTLIN PRO FYTOREMEDIACE Rostliny musí mít další využití Technicky nepříliš náročné Odolné kontaminantům Ekonomické Ekologické Kovy v biomase konopí Sušina (mg/kg) - Popel tomas.ruzovic@gmail.com 21

22 VYUŽITÍ KONOPNÉ BIOTECHNOLOGIE Pěstování konopí setého Cannabis sativa L. pro výrobu bioplynu Roman Honzík, Marie Bjelková, Jaime Muňoz, Vojtěch Váňa, METODIKA PRO PRAXI, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Využití od roku let p.n.l Široké spektrum produktů až Ekologicky zajímavé Eticky diskutabilní (u nás tradiční od ¼ 20st. ) Obchodně velmi potenciální Technologicky náročné Energeticky výhodné Inovativní Ekologický THC do 0,3% K technickým účelům LEGÁLNÍ! Zákon 167/1998 Sb. O návykových látkách tomas.ruzovic@gmail.com 22

23 VYUŽITÍ KONOPNÉ BIOTECHNOLOGIE KONOPÍ JE SUROVINA FARMACEUTICKY VÝZNAMNÝCH LÁTEK A SUROVIN PRO PRŮMYSL! CANNABIDIOL CBD PODPORUJE LÉČBU MNOHA NEMOCI CENA AŽ 1000 KČ/G OBSAH V KONOPÍ OD 1 DO 10%!!!!!!!!! Legalní!!!! Legalní! tomas.ruzovic@gmail.com 23

24 EKONOMICKÝ POTENCIÁL KONOPÍ V ČIŠTĚNÍ PŮD FYTOREMEDIACE VYČIŠTĚNÍ PŮDY - REKULTIVACE ZISK Z DOTACÍ OCHRNA ŽP PODPORA BITOPU REKULTIVACE SANACE BROWNFIELDU SUROVINY ZPRACOVÁNÍ NA SUROVINY ZISK Z PRODEJE VLÁKNO - KOMPOZITY PAZDEŘÍ - PREFABRIKATY HERBA SUROVINA CBD SEMENEC - OLEJ / POTRVINA ENERGIE VYUŽITÍ BIOMASY ZISK Z PRODEJE ENERGIE BIOPLYN PYROLÝZNÍ PLYNY KONPNÉ UHLÍ ENERGI ZE SPALENÍ TEPLO ELEKTŘINA tomas.ruzovic@gmail.com 24

25 OBCHODNÍ ROZVOJ KONOPNÝH PRODUKTŮ VE SVĚTĚ 25

26 PĚSTOVÁNÍ KONOPÍ V EU tomas.ruzovic@gmail.com 26

27 PĚSTOVÁNÍ KONOPÍ V ČR tomas.ruzovic@gmail.com 27

28 Odrůdy Beniko mají výtěžnost suché hmoty 8, 5-10, 5 t. he -1, Výnos semene 0, 6-0, 8 t. he -1 a obsah vlákna ve stonu je %. Tedy výnos celkového vlákna je 2,1-3 t. he -1. Cena rosených stonků se pohybuje od Kč 3000 Kč/t. Vlákno mezi 11 Kč 17 Kč/kg. Volně složené pazdeří je mezi Kč Kč/t. Semeno stojí od 19 Kč do 25 Kč/kg. Odhadem předpokládám, že konopí obsahuje okolo 55 % listu a květu (herby) 5 % semence, 40 hm % stonku s až 25 % vlákna a 15 % pazdeří. Hrubý výnos z hektaru Stonek 9000 Kč (3t) Semeno (1t) Herba až (CBD herba!) (3t) Až dle kvality herby! S rostoucím obsahem CBD roste výkupní cena dle typu prodeje! Od 50 až po 5000 Kč/kg! Odečítají se náklady na: Pěstování Zpracování Distribuci tomas.ruzovic@gmail.com 28

29 VIZE VÝZKUMNÉ POLNÍ TESTY FYTOREMEDIACÍ NÁVRHY PROJEKTŮ A FINAČNÍCH ZDROJŮ ANALÝZA RIZIK A INVESTIČNÍ ROZVAHA STAVBA TECHNOLOGIE A SPUŠTĚNÍ REKULTIVACE I. ETAPA OPTIMALIZACE ZISKU III. ETAPA ROZVÍJENÍ TECHNOLOGIE NA DALŠÍ LOKALITY IV. ETAPA ANALÝZA VLASTNOSTÍ BROWNFIELDŮ INOVACE TECHNOLOGIE A REKULTIVACE II. ETAPA tomas.ruzovic@gmail.com 29

30 ZÁVĚR Fytoremediace technologie čištění půd rostlinami je použitelná pro některé typy brownfieldů! Aplikace fytoremediace vyžaduje analýzy, polní studie, inovace ROSTLINY MUSÍ BÝT VYUŽITELNÉ PRO DALŠÍ ZPRACOVÁNÍ KONOPÍ MÁ POTENCIÁL Výhody fytoremediací: - Ekonomická úspora proti konv. metod. - Širokospektrální využití - Šetrná k ŽP, eticky přijatelná - Snižuje emise CO 2, energie ze slunce - Zemědělsky a technicky zvládnutelná - Protierozní opatření, hospodárnost s vodou - Podpora fauna a flory, biotopu - Menší množství sekundárního odpadů - Vhodná pro velké plochy s tenkou vrstvou - Monitorovatelná a regulovatelná - Vznik produktů biomasa Nevýhody fytoremediací: - Nedosahuje se dekontaminace ve větší hloubce (dle typu rostlin) - Pomalý průběh (často roky až desítky let) - Nutnost přihnojovat půdu nebo měnit rostliny aby nedošlo k vyčerpání - Riziko přestupu kontaminantu do potravního řetězce - Riziko rozvoje invazních rostlin - Nutné předběžní studie často nákladné - Vyžaduje větší prostor - Mladý typ technologie a stále se optimalizují postupy a řeší nové překážky tomas.ruzovic@gmail.com 30

31 ZDROJE Fytoremediace a možnosti její aplikace VYBRANÉ VLASTNOSTI ODRŮD KONOPÍ SETÉHO KOMPLEXNÍ METODIKA PĚSTOVÁNÍ KONOPÍ SETÉHO Jaká je optimální půdní reakce ph půdy, KUDRNA, VÝZKUM MOŽNOSTÍ POUŽITÍ ENERGETICKÝCH ROSTLIN PRO FYTOREMEDIACE Využitelnost konopí v průmyslu, Ružovič, uploads/2017/03/ ČASOPIS_TRAWA_PEČE_Jaro_2018.pdf Wikpwdie.cz Citace uvedené v textu: SOUDEK, P. a kol.(2008): Fytoremediace a možnosti zvýšení jejich účinnosti. Chem. listy, 102: Tato práce byla podporovaná projektem GA ČR 522/06/P002, projektem 1MO6030 a projektem AVOZ Výzkum fytoremediačního potenciálu slunečnice a kukuřice v reálných podmínkách Špirochová I., Punčochářová J., Kafka Z., Kubal M., Soudek P. a Vaněk T., Kumulace těžkých kovů v rostlinách rostoucí na kontaminované lokalitě, Biodegradace, Seč u Chrudimi, březen 2001, COST projekt No , grant AV ČR projekt No. A SIVAKUMARAN, Siva; CLOTHIER, Brent; MCNAUGHTON, Don. Bioremediation of soils contaminated with organic compounds PODĚKOVÁNÍ : Děkují Ing. Simoně Hotové, DiS. za spolupráci na této prezentaci tomas.ruzovic@gmail.com 31

32 SPOLEK TRAWA Z.S. OD ROKU 2014 SRDUŽUJE A DĚLÁ OSVĚTU JAK POMOCT PŘÍRODĚ! Členové spolku mají aktivity v oblasti: OSVĚTA VE VYUŽITÍ KONOPÍ, BYLIN A PLEVELE OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ, ZDRAVÍ SOCIALNÍ PODPORA A MOTIVACE Poradenství Experimenty Organizace exkurzí a workshopů Informační osvěta Zprostředkování služeb (analýzy a studie) Zemědělská činnost Prodej surovin a zařízení Protidrogová prevence Rozvoj biotechnologií Soukromý komerční i nekomerční výzkum a vývoj A další tomas.ruzovic@gmail.com 32

33 P O LY K U LT U R N Í P O L I Č K O KO N O P N É B I OTO C H N O LO G I E 2 1. S TO L E T Í tomas.ruzovic@gmail.com 33

34 PARTNEŘI PODPORUJÍCÍ KONOPNÉ BIOTECHNOLOGIE A další nezveřejněné instituce a organizace PODPOŘTE NAS DĚKUJEME tomas.ruzovic@gmail.com 34

35 DĚKUJI ZA POZORNOST 35