Zachování chráněných přírodních luk Pomocí jejich decentrálního energetického zhodnocení. Shrnutí výsledků modelového projektu ( )

Transkript

1 Zachování chráněných přírodních luk Pomocí jejich decentrálního energetického zhodnocení Shrnutí výsledků modelového projektu ( )

2 Energetická politika Rostoucí globální spotřeba energií a ztenčující se zásoby fosilních paliv vyžadují nezbytně rozvoj udržitelných a k životnímu prostředí přátelských způsobů výroby energie.. Využívání biomasy ukazuje možnou cestu jak přispět k udržitelnému rozvoji a redukci emisí skleníkových plynů. Předností využívání biomasy je její neutrální CO2 bilance, neboť množství CO 2, které je odebráno z atmosféry během růstu, je poté vydáno zpět při spalování Avšak výsadba určitých rostlinných kultur a jejich následné zpracování může přinést významné emise skleníkových plynů a způsobit negativní vlivy na životní prostředí (eroze půdy, snížení úrodnosti půdy její vyčerpání, ohrožení potravinové bezpečnosti) V protikladu k tomu je nasazení PRO- GRASS založeno na energetickém využívání biomasy z extenzivně využívaných zelených ploch luk, břehů, příkop. Tyto biotopy, především louky jsou uznávány jako výjimečně cenné a ochrany hodné pro zachování biodiverzity evropské flóry a fauny. Avšak druhová rozmanitost těchto ploch je vážně ohrožena snižujícím se extenzivním využíváním - především poklesem pastevectvím a kosením. Aby se působilo proti zarůstání křovinami, musí být tyto plochy nadále extenzivně vytěžovány (koseny). Tím zůstane na těchto stanovištích zachována biodiverzita. Na tomto stojí PROGRASS projekt a spojuje energetické zhodnocení dosud nevyužitých kositelných travnatých porostů se zachováním a zvýšení biodiverzity přírodních chráněných ploch.. Výsledky modelového projektu Strana 2

3 Ochrana travních (lučních) porostů Evropské luční porosty mají přibližně 90 milionů hektarů a tvoří tak nejméně jednu třetinu celkové zemědělsky využívané plochy. Zahrnují různé druhy od vlhkých luk přes stepní vegetaci a vegetační typy mírného klimatu (v severní a severovýchodní Evropě) až k pouštním typům v jihovýchodním Španělsku. Mají jak ekologické, tak i sociální funkce Ekologické funkce Zásobník uhlíku Ochrana půdy Zdroj biodiverzity Sociální funkce Potraviny Energie Píce a pastva Turistika Odpočinek Pokles zemědělské aktivity (kosení) vedlo v minulosti k postupnému snižování ekologických hodnot, extenzivně využívaných travnatých porostů díky postupujícímu zarůstání křovinami a tím i redukci druhové rozmanitosti.. Ohrožení pro ochranu přírody Změny využití ploch a vynětí půdy Zánik tradičních aktivit Zalesnění Změny intenzity pastevectví Intenzifikace obdělávání travnatých porostů a sečení Snížení hladiny spodní vody Z ekologických a sociálně politických zájmů bylo v Evropě současně prověřováno, jak zastavit postupující ztrátu (ve výši 12,8% ročně mezi lety FAO) travnatých porostů. EU politika je právě díky financování agrárně-ekologických opatření a projektů (LIFE+ Programm) přímo nebo nepřímo směřována na travnaté porosty. Cílem PROGRASS projektu je přispět k zachování těchto přírodních chráněných biotopů díky vytvoření trvale udržitelného konceptu, který zahrnuje: pravidelné extenzivní využití ploch energetické zhodnocení biomasy díky inovativnímu IFBB konceptu Výsledky modelového projektu Strana 3

4 Evropské plochy travních porostů V rámci PROGRASS projektu byly na osmnácti zkoumaných plochách v partnerských regionech v Německu, Walesu a Estonsku provedeny výzkumné práce. Plochy byly vybrány tak, aby představovaly charakteristické typy. Byla zdokumentována rostlinná vegetace v regionech a tím byl získán celkový přehled o vegetačních rodinách na chráněných travnatých plochách. Na těchto biotopech byla prověřena evropská přenositelnost na chráněnou vegetaci a její energetické a technické vlastnosti. Německé plochy se nacházely ve středních horských polohách Falcké vysočiny (Vogelsberg), welšské v západní části Ceredigionu a estonské v záplavových loukách centrálním Estonsku Vědecké práce se zabývaly produktivitou a kvalitou biomasy z trávy. Zkoumán byl například vliv změněného hospodaření na biodiverzitu. Druhová rozmanitost rostla především zásluhou extenzivního sečení a sběru biomasy. Dále byly zkoumány kvantitativní a kvalitativní vlastnosti při spalování, aby se mohl zhodnotit technický a hospodářský potenciál. Výsledky modelového projektu Strana 4

5 PROGRASS travnatá stanoviště Biotop 6510 rovinné louky ke kosení Vogelsberg, Německo Biotop 6431 vlhké údolní louky s vysokými bylinami Vogelsberg, Německo Biotop 6230 lipnicovité louky Vogelsberg, Německo Biotop 7120 degradovaná vrchoviště se schopností regenerace střední Ceredigion, Wales Biotop 7130 plochá vrchoviště střední Ceredigion, Wales Biotop 7120 degradovaná vrchoviště se schopností regenerace střední Ceredigion, Wales Biotop 6450 severské nivní louky Estonsko Biotop 6530 skandinávské louky se dřevinami Estonsko Biotop 6450 severské nivní louky, Estonsko Výsledky modelového projektu Strana 5

6 Technika Energetické využití extenzivních travnatých ploch je výzvou Biomasa z extenzivně hospodářsky využívaných travnatých ploch vykazuje vysoký podíl ligninové celulózy a minerálních látek. Tyto obsažené látky vedou k problémům jak při konvenčním kvašení celých rostlin na bioplyn stejně tak i při spalování sena IFBB-integrovaná produkce pevných paliv a bioplynu Technický IFBB koncept cílí oproti tomu na dělení travnaté siláže na pevné frakce pro spalování a plynnou frakci pro produkci bioplynu. Vyplavení minerálních látek a lehce zkvasitelných substancí ve vylisované šťávě zlepšuje znatelně spalné vlastnosti lisovaných tuhých zbytků (koláčů) a dělá z vylisované šťávy vynikající substrát pro výrobu bioplynu. Postup: Skrápění siláže při 40 C Rozdělení skropené biomasy prostřednictvím šnekového lisu na pevné, jako palivo použitelné vláknité frakce (lisované koláče) a tekutou, biologicky lehce přeměnitelnou frakci (lisovaná šťáva) pro produkci bioplynu a elektrického proudu Produkce bioplynu z kvašení lisované šťávy a přeměna na elektrickou energii v kogenerační jednotce Sušení lisovaných koláčů pomocí tepla z kogenerační jednotky a příprava paliva s lepšími spalnými vlastnostmi v porovnání s nezpracovanými stonkovitými palivy Vyhnutí se nepotřebné produkci tepla díky celoročnímu sušení lisovaných koláčů Využití zbytků kvašení je hodnotnější jako hnojení Výsledky modelového projektu Strana 6

7 Prototyp jako demonstrační zařízení PROGRASS-prototyp byl provozován v Německu, Walesu a Estonsku k demonstračním a výzkumným účelům a aby podpořil a zajistil celoevropské zavedení tohoto postupu. Doprovodné vědecké výzkumy se zabývaly kvalitou siláže a paliva, kvasnými vlastnostmi lisované šťávy, stejně tak jako technickou proveditelností IFBB techniky ve velkých zařízeních Ústředním prvkem tříletého projektu bylo mobilní modelové zařízení, které vedle výzkumných prací sloužilo rovněž k demonstračním účelům. V rámci PROGRASS byly prováděny četné prohlídky, workshopy a informační střetnutí ve třech partnerských zemích, aby informovaly regionálně a meziregionálně o projektu zemědělce, vědce, veřejnost a představitele z politiky a veřejné správy. Technická data prototypu: Kapacita zpracování: 400 kg siláže za den Produkce paliva: 90 kg suché biomasy za den Výkon bioplynové stanice: 7 kw Výsledky modelového projektu Strana 7

8 Jednotlivé kroky postupu v prototypu Plnění siláží Úprava skrápěním Mechanické dělení (lis) Modelové zařízení bylo složeno tak, že může být Evropou transportováno ve dvou kontejnerech Prototyp zahrnuje všechny podstatné komponenty IFBB techniky Příprava siláže se uskutečňuje pomocí vodního skrápění při 40 C Nakonec je upravená biomasa pomocí šnekového lisu odvodněna. Přitom obsažená vylisovaná šťáva je ve druhém kontejneru zkvašena na bioplyn za anaerobních podmínek při teplotě 37 C ve třech fermentorech, každý s objemem 1,3 m3. Bioplyn je spálen v kogenerační jednotce a přitom vzniklé teplo se využívá k ohřívání nádrže s vodou na skrápění, fermentoru a sušení lisovaných koláčů. Peletování lisovaných koláčů probíhá mimo. Postup Fermentor Naplnění zařízení pásovým dopravníkem Skrápění biomasy (macerace) Mechanické dělení lisováním (vylisovaná šťáva lisované koláče) Pevný fermentor ke kvašení vylisované šťávy Sušení s bioplynovým kotlem v sušičce lisovaných koláčů Kogenerace Sušička Výsledky modelového projektu Strana 8

9 Výsledky: Produktivita a druhová rozmanitost Produktivita nehnojených stanovišť v partnerských regionech ve Walesu a Vogelsbergu se během tříleté zkušební doby citelně snížila. V Estonsku naproti tomu zůstal výnos na nízké úrovni stabilní. Výtěžek v Německu dosahoval průměrně nejvýše 4 5 t/ha suché biomasy za rok, ve Walesu bylo vytěženo průměrně 2 4,5 t suché biomasy a v Estonsku cca 3t. Pokusy s hnojením a mulčováním (sklizenou biomasou) ve Vogelsbergu ukázaly, že slabé hnojení, které vrací pouze 50% sklizní získaných dusíkatých látek, vede k lehce zvýšeným výnosům (4,5 5 t suché biomasy). Mulčování, při němž nedochází k žádnému odnětí živin, vykazuje nejvyšší výnosy (4,5-6 t suché biomasy). Předpokládá se proto, že využití mulčování vede k obohacování živinami. Cíle ochrany přírody pro extenzivní louky nemohou být tímto opatřením dosažena, pravidelná sklizeň je nezbytná. Naproti tomu i minimální hnojení ukázalo ve zkoumaném období jen minimální změny ve výnosech. Počet druhů na plochách během zkoumaných let vzrostl. Průměrně nejsilnější přírůstky bylo možné zaznamenat na druhově chudých Waleských plochách. Druhově bohaté plochy v Německu a Estonsku mohly svou biodiverzitu udržet a rovněž i získat nové druhy. Ohrožené druhy z rudé knihy a zvlášť vzácné druhy jako jsou strakaté orchideje a úpolín tak mohly být zachovány. Negativní účinek lehkého hnojení na druhovou rozmanitost nebyl zjištěn. Mulčované plochy prokázaly v pěti z šesti případů lehký nárůst počtu druhů. V následujících letech byly nadále prováděny a hodnoceny hnojící a mulčovací pokusy. Výsledky modelového projektu Strana 9

10 Výsledky: Spalné vlastnosti IFBB systém vede k jasnému zlepšení spalných vlastností. Toto zlepšení mohlo být doloženo na třech zkoumaných regionech a daných typech travnatých ploch. Obsah škodlivých látek jako síra, chlór, draslík a hořčík je znatelně redukován. Dusíkaté látky klesají málo. Redukovaný obsah síry a hořčíku vede k nízkému koroznímu nebezpečí Obsah minerálních látek v palivu je nejnižší, když travnatý materiál sklizen co nejpozději je bohatý na trávy. Siláže bohaté na byliny, především na jetel je méně vhodný pro IFBB postup. Technické přednosti IFBB procesu: Zlepšené kvašení díky flexibilní úpravě biomasy (silážování, proces skrápění a dělení pevné a tekuté fáze lisováním). Efektivní, celoroční využití tepla pro sušení lisovaných koláčů. Zlepšené spalné vlastnosti lisovaných koláčů díky nižšímu obsahu minerálů a nízké požadavky na čištění spalin. Redukce zbytkových transportních objemů díky lisovaným koláčům. Efektivní management živin díky navracení zbytků z kvašení Výsledky modelového projektu Strana 10

11 Výsledky: Spalovací technika Především vyplavování hořčíku během IFBB procesu vede ke znatelnému zhodnocení paliva závisejícího na vlastnostech měknutí popela. Teplota měknutí odvodněného IFBB paliva se pohybuje okolo 1100 C, což je na úrovni paliv na bázi dřeva. To je nezbytné pro bezúdržbový a bezporuchový provoz kotle na biomasy. Během skrápění a lisování travnaté biomasy se redukuje obsah škodlivých látek na úroveň dřeva, vysoký podíl dusíkatých látek však ještě vyžaduje použití vhodného kotle. Pomocí nasazení stupňovitého spalování jsou oxidy dusíku nízké a mohou tak být dodrženy odpovídající emisní limity. Výsledky modelového projektu Strana 11

12 Výsledky: Energetická bilance a bilance CO2 Při konverzi travnaté biomasy je přibližně 45% energie uložené v biomase převedeno do energie v užitném teple. Vyrobená elektrická energie je zcela nezbytná pro provoz elektrických zařízení potřebných pro vnitřní provozní postupy, navíc je cca 15% celkového hrubého energetického zisku použito ke vnitřní spotřebě tepla, především pro sušení. Díky kombinaci IFBB konceptu s bioplynovou stanicí s přebytkem tepla může hodnota přípravy tepla stoupnout na cca 53% celkového hrubého energetického zisku. Bilanční analýzy úspor a využití množství primární energie ukazuje nejvyšší potenciál úspor fosilních energonosičů a skleníkových plynů u IFBB postupu s kombinací s bioplynovou stanicí (IFBB add-on). Vlastní IFBB zařízení (IFBB stand-alone) a spalování sena se nachází na přibližně stejně nízké úrovni. Během výhradního zhodnocení na bioplyn suchou fermentací se na základě nízké zkvasitelnosti přírodních chráněných travnatých porostů prokázal nejnižší potenciál úspor. Výsledky modelového projektu Strana 12

13 Výsledky: Sociálně-ekonomické aspekty V zemědělsky nevýhodných polohách se ukazuje decentrální výroba energie za použití extenzivně využívaných travnatých ploch jako alternativní příjem pro venkovské obyvatelstvo. Navíc ochrana typického krajinného rázu může vedle zachování hodnotných přírodních biotopů přispět ke zvýšené turistické atraktivitě. V rámci programu PROGRASS jsou hodnoceny komplexní socioekonomické efekty nákladů a využití z realizace PROGRASS projektu na mikroekonomické a regionální úrovni. Kalkulace nákladů travnatých kultur s ohledem na různé formy hospodaření, ekonomická srovnání extenzivních systémů využití půdy stejně tak jako investiční výpočty k IFBB zařízením podporují pojmenování vhodných hospodářských možností extenzivních travnatých ploch Na základě expertních rozhovorů ve Vogelsbergu, Walesu a Estonsku byly identifikovány parametry, které mohou ovlivnit zavádění procesu využití PROGRASS v regionu. Disponibilita a výnosy z travnatých ploch Možnost sklizně ploch (vliv počasí, přístupnost) Vzdálenost ploch od zdroje energie (přepravní náklady) Spojení se zájmovými skupinami (zemědělství, státní správa atd.) Inovační síla zemědělské praxe v místě Konkurenční využití jinými systémy využití travnatých ploch Dostupnost peletových spalovacích zařízení, poptávka po travních peletách Napomáhání pro management travnatých ploch a výrobu energie z biomasy Riziková a investiční připravenost zemědělců Výsledky modelového projektu Strana 13

14 Výsledky: Hospodárnost PROGRASS postupů Investiční výpočty ukazují, že IFBBzařízení na výroby energie z biomasy umožňuje rentabilní využití extenzivních zelených ploch (viz. Infobox, struktura nákladů) Hospodárnost je především významně ovlivněna následujícími faktory: Cena pelet Investiční náklady Růst cen pevných paliv Cena práce Náklady na energie procesu Údržba Náklady na suroviny Zajištění surovin Výnosy travnatých ploch Dopravní náklady Státní finanční podpora (EU podpora nevyužívaných ploch, agrární opatření pro životní prostředí) Podíl a úroková míra cizího kapitálu S ohledem na typické regionální předpoklady objasňují výpočty k alternativnímu využití zemědělské půdy a investování, že nasazení PROGRASS se může ukázat jako smysluplná ekonomická alternativa, která přispívá zachování regionální hospodářské struktury a k ochraně extenzivně využívaných travnatých ploch. Kombinace IFBB postupů se zařízením na výrobu bioplynu (IFBB Add-on) vede navíc díky početným synergickým efektům k dalšímu zlepšení hospodárnosti při zhodnocování extenzivně využívaných travnatých ploch. Profil IFBB-zařízení (základní varianta) Životnost zařízení: 20 roků Tepelný výkon: 0,8 MW therm Elektrický výkon: 50 kw el Potřeba extenzivní travnaté plochy: ~500 ha (při 3,8 t /ha)* Produkce pelet: 1500 t/rok Investiční náklady: cca. 21 až 40 mil. Kč Návratnost: 7 až 10 let (dle prodávaného paliva) Cash Flow pozitivní od: 1. rok * - suché biomasy Výsledky modelového projektu Strana 14

15 PROGRASS Projekt, Partneři a Kontakt Modelový projekt byl podporován během jeho tří a půl leté realizační doby trvající do června 2012 programem LIFE+ evropské komise. V rámci projektu pracovali experti z devíti partnerských organizací z vědy, praxe, státní správy, vzdělávání a publicity dohromady, aby předvedly IFBB/PROGRASS postupy v reálném využití. V tomto interdisciplinárním nasazení byly zkoumány všechny technické, ekologické a socioekonomické otázky a byly vyvinuty standardizované postupy tak, aby bylo připraveno zavedení PROGRASSu v regionech s extenzivně využívanými loukami. Projektoví partneři Universita Kassel, katedra přírodních věd a obnovitelných zdrojů a katedra provozně ekonomická Úřad pro venkov okresu Vogelsberg, Lauterbach Institut biologických, enviromentálních a zemědělských věd (IBERS) Aberystwyth, Wales Estonská univerzita živých věd, Tartu Rýnská univerzita Fridricha Viléma, Institut zoologie, Bonn Blended learning institutions cooperative; blinc eg, Göttingen Vzdělávací a projektová síť, BUPNET, Göttingen MAWERA/Viessmann Werke GmbH & Co. KG, Allendorf Hesenské ministerstvo životního prostředí, energie, zemědělství a ochrany spotřebitele, Wiesbaden Kontakt PROGRASS e.v. Steinstrasse Witzenhausen info@prograss.eu Tento projekt byl financován s podporou evropské komise. Odpovědnost za obsah tohoto sdělení nese jeho vydavatel, komise nepřebírá žádnou zodpovědnost za jeho další použití a v něm obsažené údaje. Výsledky modelového projektu Strana 15