Технологическая вода гидротермального коксования: от отхода к жидкому удобрению и улучшителю здоровья почв в циклической биоэкономике

Гидротермальное коксование (HTC) преобразует влажную или сухую биомассу в гидрокарбон (hydrochar), образуя богатую питательными веществами технологическую воду, далее обозначаемую как HTC-PW, которая часто рассматривается как отход. В этом обзоре обобщены современные знания о составе HTC-PW, включая варьируемую pH (3,5–9,2), высокое содержание органики (TOC 4 000–31 700 мг L−1) и питательные элементы, такие как NH4+–N (до 4 400 мг L−1) и калий (5 870–6 330 мг L−1), получаемые из исходных материалов, таких как осадки сточных вод и пищевые отходы. Параметры процесса, такие как температура и время выдержки, позволяют регулировать свойства HTC-PW для агрономического применения, обеспечивая перераспределение элементов между твердой и жидкой фазами. Пути использования включают прямую фертигацию, совместное применение с биогазовым илом и кондиционированное извлечение, например осаждение струвитa с выходом P на 92–99% и N на 43–88%. Показатели эффективности демонстрируют увеличение урожайности на 6,7–29,2% и повышение эффективности использования питательных веществ на 15–30% у культур, таких как рис, а также сдвиги микробиома в сторону бактериальных сообществ, улучшающих круговорот питательных веществ. Помимо удобрения, направления валоризации включают анаэробное сбраживание для получения биогаза (250–350 мЛ CH4 g−1 COD при удалении COD на 70–85%) и каталитическое риформинг для H2. Риски, такие как засолённость (EC 5–24 mS cm−1) и контекстно-зависимые ответы по выбросам N2O (подавление при наличии ингибирующих органических веществ и вспышки при высокой нагрузке NH4+), требуют биотестов и соблюдения норм, в то время как технико-экономический анализ и оценка жизненного цикла показывают зависящие от сценария преимущества, включая экономию при учёте избегнутых затрат на очистку сточных вод и снижение потенциала глобального потепления на 20–50% при учёте замещения минеральных удобрений. Выявлены пробелы в долгосрочных полевых испытаниях и масштабируемости; в качестве направлений дальнейших исследований подчёркивается применение машинного обучения для предиктивной оптимизации свойств и применения HTC-PW. В целом имеющиеся данные подтверждают, что HTC-PW в первую очередь выступает как богатое питательными веществами жидкое внесение (похоже на удобрение), влияющее на растворимую органическую матрицу почв и микробные процессы, в то время как прямых доказательств последовательного улучшения физической структуры почвы недостаточно и они требуют целевых измерений в будущих полевых испытаниях.