Produkční a energetické parametry plantáží rychle rostoucích dřevin

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Produkční a energetické parametry plantáží rychle rostoucích dřevin Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Martin Fajman, Ph.D. Brno 2011 Vypracovala: Janina Heczková

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Produkční a energetické parametry plantáţí rychle rostoucích dřevin vypracovala samostatně a pouţila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne podpis autora.

3 PODĚKOVÁNÍ Ráda bych tímto poděkovala vedoucímu své bakalářské práce panu Ing. Martinu Fajmanovi, Ph.D. za odborné rady, připomínky, vstřícný přístup a odborné vedení při tvorbě této práce. Rovněţ děkuji rodičům za podporu a financování studia a všem, kteří mě podporují nebo se jakýmkoliv způsobem podíleli na vzniku této bakalářské práce. Práce byla zpracována s podporou Výzkumného záměru č. MSM Biologické a technologické aspekty udrţitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu uděleného Ministerstvem školství, mládeţe a tělovýchovy České republiky.

4 ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá problematikou rychle rostoucích dřevin pěstovaných v České republice. V první části je zpracován přehled dřevin vhodných pro naše podmínky a jejich způsob pěstování. Dále práce popisuje uplatnění dřevní hmoty z těchto porostů. Ta se nejčastěji zpracovává na štěpku, která je dále vyuţívána pro přeměnu energie a výrobu tepla. Druhá část je zaměřena na energetické a produkční parametry rychle rostoucích dřevin. Energetické parametry jsou důleţité pro správné spalování dřeva, produkční parametry ovlivňují výnos plantáţe. Na závěr jsou uvedeny metody zjišťování výnosového potenciálu. Klíčová slova: rychle rostoucí dřeviny, výmladkové plantáţe, topol, vrba ABSTRACT This bachelor thesis deals with the issue of fast growing species cultivated in the Czech Republic. The first part contains a list of tree species suitable for our conditions and how they can be cultivared. Further this text describes the utilization of wood from the plantation. It is usually processed into chips, which are later used to conversion of energy and produce heat. The second part of this work focuses on energy and production parameters of fast growing species. Energy parameters are important for proper wood combustion, production parameters affect the yield of the plantation. Methods of finding out the yield potential are listed in the conclusion of the work. Keywords: fast growing species, short rotation plantations, poplar, willow

5 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ PŘEHLED Přehled dřevin Rod Populus Rod Salix Doporučené klony vrb a topolů Způsoby intenzivního pěstování Topoly Vrby Pěstování energetických porostů Výběr lokality Příprava půdy a sadebního materiálu před výsadbou Výsadba Ošetřování porostu Vliv na krajinu Technologie sklizně Rušení plantáţe Výnos Uplatnění dřevní hmoty z plantáţí RRD Štěpka Pelety a brikety Energetické parametry Hořlavina Popel a popeloviny Voda... 28

6 3.5.4 Výhřevnost a spalné teplo Ostatní energetické parametry Produkční parametry Výška Výčetní tloušťka Objemová váha Odhad výnosu ZÁVĚR LITERATURA SEZNAM TABULEK PŘÍLOHY... 45

7 1 ÚVOD V současné době se často hovoří o oteplování Země. Předpokládá se, ţe jednou z příčin tohoto globálního problému můţe být spalování fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn), při kterém se do atmosféry uvolňuje velké mnoţství oxidu uhličitého (CO 2 ). Oxid uhličitý patří k plynům, které podle všeho zesilují skleníkový efekt. Očekává se, ţe sníţení spotřeby fosilních paliv by pravděpodobně tento stav mohlo zlepšit. Je velmi ţádané hledat způsoby, jak nahradit fosilní paliva (neobnovitelný zdroj). V dnešní době tedy narůstá význam vyuţívání obnovitelných zdrojů energie. K těm patří například energie získaná z biomasy. Zde se vyuţívají rostliny jako například řepka, obiloviny, hořčice apod. K druhům biomasy se řadí také dřevo. Tato moţnost patří k nejstarším způsobům získávání energie. Jiţ první lidé pouţívali dřevo k výrobě tepla. K získávání dřevní hmoty lze vyuţít různé porosty dřevin. Kaţdý druh dřeviny má odlišné vlastnosti a poţadavky na pěstování, stanoviště atd. Poměrně mladým způsobem pěstování dřevin jsou výmladkové plantáţe, které slouţí k tvorbě dřevní hmoty především pro energetické účely. Pro tyto porosty jsou vhodné rychle rostoucí dřeviny (RRD). Mají rychlejší výškový růst (za rok mohou vyrůst aţ 2 3 m) a větší produkci hmoty v krátkém obmýtí neţ ostatní dřeviny. Jako nadprůměrné hodnoty objemové produkce během celé ţivotnosti plantáţe se průměrně uvádí 8 10 t(suš.) ha -1 za rok, 15 t(suš.) ha -1 za rok je povaţováno za velmi dobrý výnos. K rychle rostoucím dřevinám patří například topoly, vrby, olše, akáty atd. V podmínkách České republiky se nejlépe osvědčily topoly a vrby. Výmladkové plantáţe mají mnoho pozitivních vlivů na krajinu (sniţují evaporaci, vodní erozi, zvyšují biodiverzitu), zlepšují kvalitu ovzduší (zachycují prach, zvlhčují vzduch) či sniţují dovoz fosilních paliv. Pro RRD pěstované na zemědělské půdě jsou určeny především půdy méně úrodné. Výhodou je vyuţití té zemědělské půdy, na které se nepěstují zemědělské plodiny, coţ celkově přispívá k pozitivní údrţbě krajiny. Dřevo RRD je vhodnou biomasou slouţící k produkci tepla a elektřiny. Výhřevnost lze srovnat s hnědým uhlím. Plantáţ poskytuje velké mnoţství dřevní hmoty získané za krátkou dobu. Vrby a topoly mají velmi dobrou výmladkovou schopnost. Po sklizni pařez obráţí, a následně není nutné vysazovat novou plantáţ, coţ je bezpochyby kladná vlastnost těchto dřevin. 7

8 2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je zpracovat přehled pěstebních technologií a druhů rychle rostoucích dřevin pěstovaných na výmladkových plantáţích v podmínkách ČR. Dále se zaměřit na popsání energetických a produkčních parametrů, metod jejich zjišťování a také moţností stanovení odhadu výnosu z těchto energetických plantáţí. 8

9 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Přehled dřevin Pěstování biomasy patří k perspektivním obnovitelným zdrojům energie. Jako energetické rostliny jsou vyuţívány i rychle rostoucí dřeviny (RRD). V této části jsou uvedeny druhy dřevin, které se vyuţívají pro cílené pěstování na plantáţích. Volba vhodného druhu závisí na mnoha faktorech, především na zvoleném stanovišti, vodním reţimu či poţadovaném výsledném produktu. Obecně základním cílem je vyprodukovat co největší mnoţství biomasy tak, aby byla vyuţita co nejmenší plocha (Celjak 2010). Dobře zvolený sortiment je prvním krokem k úspěšnému pěstování kultur a k dosaţení poţadovaných výnosů. V roce 2009 se v rámci celého světa pro pěstování topolů a vrb v podobě lignikultur vyuţívalo více neţ 8 milionů hektarů zemědělské půdy. Naopak v České republice se tyto porosty pěstují pouze na lesní půdě. Uvádí se, ţe je vyuţíváno hektarů (Weger 2009). V České republice se pro energetické plantáţe pouţívají výhradně topoly a vrby. Jiné RRD (například akát, olše, pajasan, líska a jiné) se v našich podmínkách prozatím nepěstují jako intenzivní kultury. Nelze jednoznačně určit, zda je lepší pěstovat topoly či vrby, protoţe v ČR jsou značně proměnlivé půdně-klimatické podmínky. Podle VÚKOZ (Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, veřejná výzkumná instituce) výsledky dlouhodobých pokusů ukazují, ţe pro dosaţení poţadovaných výnosů má vliv v prvé řadě volba stanoviště a aţ následovně správný výběr dřeviny (VÚKOZ 2009). Sortiment dřevin je tedy vybírán podle poţadavků na stanoviště Rod Populus Z rychle rostoucích dřevin nejčastěji intenzivně pěstovaný v ČR je rod Populus (topol) náleţící do čeledi vrbovité. Topoly jsou dřeviny opadavé, dvoudomé. Mají jednoduché listy střídavě postavené, celistvé či členěné. Listy mají dlouhý řapík. Květy jsou dvoudomé, jednopohlavné, v nících jehnědách. Plody tvoří tobolky s 2 4 chlopněmi (Horáček 2007). 9

10 Tyto dřeviny přirozeně osídlují rozsáhlé území severní polokoule. Rostou od tropických oblastí aţ po severní hranici lesa. Topoly lze rozdělit na 5 sekcí: Aigeiros, Tacamahaca, Leuce, Leucoides a Turanga. V podmínkách ČR se pěstují na plantáţích pouze topoly ze sekce Aigeiros, Leuce a Tacamahaca. Dřeviny ze sekce Leucoides a Turanga se zde nevyskytují, vyţadují teplejší klima, neţ je to naše. K domácím druhům lze zařadit topol černý (P. nigra), topol bílý (P. alba) a osiku (P. tremula) (Číţek 2007). Následující část je věnována topolům, které jsou vyuţívány pro pěstování na energetických plantáţích. Podrobněji jsou pak popsány druhy domácí. Sekce Aigeiros Pro topoly z této skupiny se také uvádí název topoly černé. Jsou to nejčastěji pěstované topoly u nás. Zde k nejrozšířenějším druhům patří hybridní kultivary P. euroamericana, coţ jsou kříţenci P. deltoides P. nigra a P. angulata P. nigra. P. canadensis je kříţencem P. deltoides P. nigra. Topol černý (P. nigra), který je v naší přírodě domácí a vyskytuje se aţ do 600 m n. m., pěstován v běţném sponu 4 4 m 5 5 m často hyne a pro intenzivní kultury je zapotřebí řidšího sponu. Více vhodné pro pěstování na plantáţích jsou jeho kříţenci. Pro dřeviny z této sekce jsou vhodné půdy s dobrou zásobou ţivin, tolerují však i půdy těţké aţ velmi těţké. Jsou určeny pro pěstování v níţinných oblastech. Rostou sice aţ do nadmořské výšky 600 m, ale zde jiţ nedosahují velkých výnosů, tudíţ se podhorské oblasti nehodí pro intenzivní pěstování (Číţek 2007). Topol černý (Populus nigra) Dorůstá do výšek m a dosahuje průměru kmene 1,5 2 m. Má velmi dobrou výmladkovou schopnost na kmeni i na pařezu. Je světlomilný, nesnáší zástin. Odolává invazi jmelí bílého, čím se liší od jiných druhů a kříţenců. Topol černý i většina jeho kříţenců dobře snáší znečištění ovzduší (Úradníček a kol. 2009). 10

11 Sekce Leuce Tato skupina je nazývána také jako topoly bílé, kde hlavním představitelem je domácí topol bílý (P. alba). Ten roste v lokalitách s nadmořskou výškou do 400 m, tudíţ je to druh níţinných oblastí. Snáší poměrně suchá stanoviště. V oblastech luhu sice dosahuje větších výnosů, ale i výnosy ze sušších oblastí jsou velmi dobré. Kromě topolu bílého se v této sekci nachází rovněţ autochtonní druh topol osika (P. tremula). Je to druh velmi odolný, vyskytující se na různých stanovištích. Roste od níţin aţ téměř po horní hranici lesa. Snáší vysokou i nízkou hladinu podzemní vody. Pro pěstování na plantáţích se hodí spíše půdy kvalitnější, na kterých dosahuje lepších výnosů. Bylo by moţné, pouţít osiku pro intenzivní pěstování i ve vyšších polohách ( m n. m.), pokud by mělo stanoviště hlubší půdní profil a bylo by chráněno proti větru. Obdobné podmínky pro pěstování vyţaduje kříţenec P. tremula a P. tremuloides. Ten dosahuje rychlejšího růstu a větších výnosů v kratší době obmýtí neţ samostatné druhy. Do sekce Leuce se řadí také P x canescens. Vyskytuje se přibliţně na stanovištích jako P. alba (Číţek 2007). Topol bílý (Populus alba) Tato dřevina můţe dosahovat výšek 40 m a průměru kmene 1,5 2 m. Patří k světlomilným rostlinám, v mládí snáší mírné zastínění. Odolává znečištění ovzduší a také je odolný vůči zasolení (Úradníček a kol. 2009). Topol osika (Populus tremula) Dosahuje výšky m a průměru kmene cca 75 cm. Výmladková schopnost na pařezu a na kmeni není příliš dobrá. Nesnáší zastínění, je silně světlomilná. Je schopna růstu i v mírně zasoleném prostředí, zde však dosahuje menších přírůstků. Toleruje znečištění ovzduší a také není poškozována mrazy (Úradníček a kol. 2009). Topol šedý (Populus x canescens) Je to kříţenec topolu bílého a topolu osiky. Vyrůstá do výšky 35 m. Patří k dřevinám světlomilným, mladé rostliny snáší slabé zastínění. Lépe roste na kyselejších půdách neţ topol bílý. I topol šedý snáší znečištění ovzduší (Úradníček a kol. 2009). 11

12 Sekce Tacamahaca Dřeviny sekce Tacamahaca jsou rovněţ označovány jako topoly balzámové. Jsou méně náročné na stanoviště, nejčastěji se vyskytují ve vyšších či severnějších polohách. Rostou však i v teplejších oblastech. Klony horských oblastí rostou pomaleji, tudíţ nejsou příliš ţádané pro intenzivní pěstování. Vhodnější je druh P. trichocarpa, který pochází z teplejších oblastí. Ten dobře přirůstá i na stanovištích s částečnou menší zásobou vody, pokud se zde však nachází hlubší půdní profil. Pro intenzivní pěstování nalézají uplatnění zejména kříţenci P. maximowiczii a P. trichocarpa. Nacházejí však uplatnění i mimo porost například jako okrasné dřeviny. Pro růst jsou vhodné lehčí půdy leţící ve vyšších oblastech. Balzámové topoly nejsou příliš odolné vůči větru a také silná námraza můţe způsobit škody. Tyto vlivy snáší kaţdý kultivar odlišně. Cíleným šlechtěním lze docílit lepších vlastností těchto topolů (Číţek 2007) Rod Salix Na plantáţích se kromě topolů v našich podmínkách dále cíleně pěstují dřeviny z rodu Salix (vrba). Stejně jako topoly i vrby řadíme do čeledi vrbovité. Vrby mohou růst v podobě stromů, keřů či keříčků. Jsou to dřeviny většinou opadavé, dvoudomé. Listy mají střídavé, přisedlé či řapíkaté. Palisty u vrb jsou zpravidla dobře vyvinuty. Květy jsou jednopohlavné jehnědy, plodem je tobolka, která obsahuje 2 32 semen. Nároky na stanoviště jsou odlišné. Obecně jsou pro vrby vhodné půdy nepříliš suché a slunná stanoviště. Druhy zakrslé preferují chladnější oblasti s vlhčími kamenitými půdami. Naopak druhy, které mají listy po obou stranách šedé aţ plstnaté, rostou na půdách sušších (Horáček 2007). Vrba bílá (Salix alba) Tento strom dosahuje výšek přes 30 m a průměru kmene 2 m i více. Vyznačuje se výbornou pařezovou a kmenovou výmladností. Je to dřevina silně světlomilná, snáší pouze částečný boční zástin. Je velmi přizpůsobivá ke kolísání vody v půdě, snese dlouhotrvající záplavy. Je náchylná k poškozování mrazem, odolává mírnému zasolení půdy. Vrba bílá má roztroušeně pórovité dřevo, které se kvalitou rovná dřevu topolovému nebo je i lepší. Vrby obecně mají velmi dobrou schopnost kříţení (Úradníček a kol. 2009). 12

13 Vrba košíkářská (Salix viminalis) Vrba košíkářská je keř s výškou 2 6 m. Zřídka můţe také vytvářet stromovou formu, kdy dosahuje výšky do 10 m. Odolává záplavám a stagnující vodě. Upřednostňuje vlhčí stanoviště. Suché půdy a rašeliniště jsou nevhodné. Vyznačuje se dobrou regenerační schopností, náchylností vůči mrazům (Úradníček a kol. 2009). Vrba jíva (Salix caprea) Tento strom dorůstá přibliţně do výšky 12 m, dosahuje výčetní tloušťky 50 cm. Můţe také růst keřovitě, pokud nejsou příznivé podmínky. Na rozdíl od jiných vrb, roste na sušších stanovištích. Špatně snáší nadbytečné mnoţství vody. Je to světlomilná dřevina snášející boční zástin. Roste na celém území České republiky (Úradníček a kol. 2009). Vrba lýkovcová (Salix daphnoides) Dosahuje 18 m výšky a 60 cm průměru kmene. Upřednostňuje vlhčí stanoviště, roste podél toků. Dokáţe snášet i sucho, to však jen dočasně (Úradníček a kol. 2009) Doporučené klony vrb a topolů Doporučené klony vrb a topolů pro pěstování na plantáţích byly zveřejněny ve Věstníku Ministerstva zemědělství č. 1/2010. V tabulce 1 jsou uvedeny doporučené topoly, tabulka 2 uvádí seznam doporučených vrb. Tabulka 1: Populus sp. (Věstník MZe 2010) Označení Maximální délka obmýtí Topol Maximovičův a jeho P. maximowiczii Henry 8 let kříţenci Topol chlupatoplodý a jeho P. trichocarpa Torr. et Gray 8let kříţenci Topol kanadský P. canadensis Moench 5 let Topol Simonův a jeho kříţenci P. simonii Carrière 8 let Topol balzámový a jeho kříţenci P. balsamifera L. 8 let Topol černý P. nigra L. 10 let Topol osika P. tremula L. 8 let 13

14 Tabulka 2: Salix sp. (Věstník MZe 2010) Označení Maximální délka obmýtí Vrba bílá a její kříţenci S. alba L. 8 let Vrba košíkářská a její kříţenci S. viminalis L. 5 let Kříţenci vrby jívy S. caprea L. hybrids 5 let Vrba lýkovcová S. daphnoides L. 5let Většina uvedených vrb, topolů a jejich kříţenců nejsou však druhy původní. Pro pěstování nepůvodních druhů rostlin podle zákona č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny, ve znění pozdějších předpisů, je vyţadován souhlas orgánu ochrany přírody. Pokud hospodaří vlastník lesa dle převzaté lesní hospodářské osnovy nebo dle schváleného lesního hospodářského plánu, souhlas není nutný. Pro pěstování RRD VÚKOZ zveřejnil a v prosinci roku 2010 aktualizoval Seznam rostlin vhodných k pěstování za účelem vyuţití biomasy pro energetické účely z pohledu minimalizace rizik pro ochranu přírody a krajiny (Doleţalová 2011). Vrby a topoly z tohoto seznamu jsou uvedeny v příloze této bakalářské práce na straně 45. Jsou zde vyznačeny druhy původní pro ČR, tedy druhy autochtonní. Tyto druhy lze vysazovat ve zvláště chráněných územích a jejich zónách. Jsou to území jako například chráněné krajinné oblasti (CHKO), ochranné pásma národních parků. 3.2 Způsoby intenzivního pěstování Topoly Jiţ téměř dvě století se topoly pěstovaly intenzivním způsobem. Střídala se období útlumu a opětovného rozšíření pěstování. Intenzita pěstování závisela především na mnoţství dostupného dřeva. V obdobích, kdy bylo dřeva nedostatek, se rozvíjelo vysazování RRD. Dnes se nacházíme v období, kdy se intenzivní pěstování RRD opět rozvíjí. Příčinou je nepochybně stoupající poptávka po obnovitelných zdrojích energie. Podle doby obmýtí a cílového produktu lze způsoby pěstování rozdělit do čtyř skupin (Číţek 2010). 1) Lignikultury Základním poţadavkem na topoly pěstované v lignikulturách je zvláštní jakost výřezů. Doba obmýtí u topolových lignikultur se pohybuje v rozmezí let. Vysazují se obvykle dvouleté sazenice ve sponu 6 6 m (=278 stromů na hektar) 14

15 a větším. Lze pouţít i sazenice vypěstované ve školkách, v nichţ jsou zajištěny optimální podmínky. Zde jsou sazenice připraveny k zapravení do půdy jiţ po prvním roce. Od druhého roku je nutné vyvětvování kmene. To se provádí následovně aţ do výšky 8 10 m. Objem koruny však nesmí být zmenšen více neţ o 1/3. Jelikoţ určený spon je velmi řídký, neprovádí se probírky. Důleţitá je také kultivace půdy v okolí sazenic. Ta se provádí okopáváním v prvním a druhém roce po výsadbě. Po dobu prvních pěti aţ sedmi let je často půda vyuţívána k polaření. Vhodná plodina je zvolena podle náročnosti na stín. Mění se během let, kdy dřeviny postupně vytvářejí silnější zastínění. V době, kdy se jiţ pod dřevinami nepěstují zemědělské plodiny, nebo není ţádoucí pěstování podplodin, je kultivace půdy nutná. Provádí se diskovými branami, orbou na podzim. Na sušších stanovištích je kultivace nutná během celé doby obmýtí (prováděná 2 3krát ročně). Jelikoţ v lignikulturách je kladen důraz na kvalitu jednotlivých stromů, je nutno chránit je proti okusu zvěří a případným houbovým chorobám. Při správném dodrţení pěstební technologie, výběru vhodného stanoviště a ověřeného klonu lze tedy v lignikulturách dosáhnout vysokých výnosů v krátkém obmýtí. Dřevo je určeno především k výrobě dýh v nábytkářském průmyslu a pilařských výřezů, zbylá dřevní hmota se vyuţívá na výrobu štěpky (Číţková a Číţek 2004, Číţek 2010). 2) Silvikultury Topoly jsou zde pěstovány let v cílovém sponu 4 4 m aţ 5 5 m (= stromů na hektar). Někdy se také vyuţívá spon 3 3 m. Není výjimkou, ţe jsou u nás topolové kultury pěstovány i delší dobu, neţ je uvedeno. Toto je však z pěstebního hlediska neţádoucí. Tímto se sniţuje kvalita výsledného produktu, dřeviny s rostoucím věkem jsou náchylnější k houbovým chorobám. K výsadbě se obvykle vyuţívají jednoleté sazenice. Půdu je nutné okopávat nejméně po dobu prvních dvou let aţ ke kmeni. Na kvalitních půdách lze polařit, moţné pouze v prvních dvou aţ třech letech. Topoly pěstované v silvikulturách vyţadují probírku. Ve výsadbě v tradičním sponu se probírá jednou za dobu obmýtí. Probírka se provádí tehdy, kdy si jednotlivé koruny sousedících stromů začínají konkurovat. Optimálním obdobím se ukázal rok. Pokud by byl zvolen spon menší neţ 4 4 m, je zapotřebí provést další probírku. Ta je 15

16 prováděna v roce. Pro zlepšení kvality sortimentu je doporučeno vyvětvovat do výšky 5 8 m. Cílovým produktem je zde výroba topolové kulatiny, kterou lze vyuţít pro různé účely. V dýhárenském a sirkárenském průmyslu se uplatňuje dřevo osiky (Číţková a Číţek 2004, Číţek 2010). 3) Intenzivní topolové kultury určené pro výrobu celulózy (shortrotation) Tyto plantáţe se také označují jako speciální kultury s krátkým obmýtím, protoţe se sklízejí okolo 10. roku, nepřesahuje však dobu 15 let. Jednoleté sazenice či silné řízky jsou vysazovány ve sponu 4 2 m, 3 3 m, 3,5 3 m. Tento spon je hustší, je ţádané zvolit vhodný kultivar dřeviny, který má uţší korunu. Pro tento typ plantáţí se vyuţívá například 'NL-B-132b'. Kultivace se provádí v meziřádcích po celou dobu obmýtí. V prvních dvou letech po výsadbě je nutná okopávka sazenic. Shortrotation je určena k produkci vlákniny či suroviny na výrobu dřevotřískových a dřevovláknitých desek (Číţek 2010). 4) Výmladkové plantáţe (minirotation) Minirotation vyţaduje největší intenzitu obhospodařování, ve srovnání s ostatními způsoby pěstování RRD. Tyto plantáţe jsou označovány také jako speciální kultury s velmi krátkým obmýtím (Číţková a Číţek 2004). Různí autoři uvádějí v těchto plantáţích rozdílnou dobu obmýtí. Průměrně lze označit krátké obmýtí jako 3 6 let. Obvykle jednoleté sazenice jsou vysazovány do jednořádků, kdy je spon zpravidla (0,5 0,3 m) x (1,5 3 m mezi jednořádky), nebo do dvouřádků, kdy je spon většinou 0,75 0,75 m a mezi dvouřádky 1,5 3 m (Weger a kol. 2008). Výsadba by se měla provést do konce dubna (Varga 2010). Výmladkové plantáţe patří k poměrně mladým způsobům pěstování v podmínkách ČR, v porovnání s ostatními způsoby. Principem pěstování je regenerační výmladková schopnost porostu a moţnosti sklízet opakovaně, aniţ by se musela zakládat nová plantáţ. Hlavním důvodem vzniku nového způsobu pěstování se ukázal především stále se zvyšující problém nedostatku fosilních paliv. Dřevní hmota získána z těchto plantáţí je velkým přínosem pro energetický průmysl. Z ní se nejčastěji vyrábí štěpka, která je 16

17 dále kromě jiţ zmiňované energetiky vyuţívána v papírenském průmyslu či biorafinériích. Kultury jsou vysazovány na zemědělské půdě. Technologie pěstování se velmi podobá pěstování zemědělských plodin, proto je také tento způsob řazen spíše k zemědělskému hospodaření neţli k hospodaření lesnímu. Podle výsledků VÚKOZ jsou podmínky ČR pro vytváření výmladkových plantáţí poměrně vhodné. Nejvíce vyuţíván je klon topolů J-105, coţ je kříţenec Populus nigra a Populus maximowiczii. Plantáţe RRD pozitivně působí na krajinu v mnoha směrech. Sniţují evaporaci, vodní erozi, zlepšují půdní, vlhkostní a mikroklimatické podmínky stanoviště, poskytují úkryt pro řadu ţivočichů, zvyšují biodiverzitu (Weger 2009) Vrby V ČR se topoly pěstují na výrazně větší ploše neţ vrby. Některé druhy vrb jsou však také vhodné pro intenzivní pěstování. Jako vhodné se ukázaly vrba bílá, vrba košíkářská, vrba lýkovcová či jejich kříţenci, včetně kříţenců s vrbou jívou. Jako výhoda vrb oproti topolům je, ţe vrby mají obvykle menší obvod kmene, lze tedy sklizeň realizovat jednodušší mechanizací. Vrbové intenzivní kultury se pěstují v našich podmínkách ve vrbovnách nebo ve výmladkových plantáţích. Vrbovny se zaměřují na pěstování proutí, které je dále vyuţíváno pro mnoţení vrb a rovněţ jako materiál pro košíkářskou výrobu. Před vysazováním je nutné připravit půdu (odplevelení, hnojení, často i pouţití herbicidů, na podzim orba). Vysazuje se na jaře. Spon vysazování ve vrbovnách činí aţ cm. Důleţité je v prvním roce po výsadbě věnovat pozornost odplevelování, dále pak okopávce. Sklizeň proutí se provádí kaţdým rokem. Jelikoţ je půda namáhána častým těţením biomasy a následným bohatým růstem porostu, je nutné přihnojování. Pro energetický průmysl mají však větší význam výmladkové plantáţe. Technologie pěstování je obdobná jak u vrboven. V podstatě se liší v pouţití řidšího sponu a ve vyuţití produktu. Moţným způsobem pěstování energetických plantáţí je rovněţ osetí půdy jetelotravní směsí, která byla vhodně připravena a odplevelena. Do ní se následně vpichují řízky vrb. Travní plocha se udrţuje sečením. Tento způsob je finančně méně náročný. 17

18 Rizikem pro plantáţe vrb, stejně tak i topolů, je okus a vytloukání zvěří. Je tedy nutná ochrana (Číţek 2010, Weger a kol. 2010). 3.3 Pěstování energetických porostů Správný růst dřevin a následnou kvalitu produktů ovlivňuje řada faktorů. Základním předpokladem je výběr vhodného stanoviště a správně zvolený sortiment dřevin. Důleţitou roli však hraje i způsob výsadby, původ sadebního materiálu, péče o porost během celé doby obmýtí a v neposlední řadě také technologie sklizně. V následující části jsou popsány zásady doporučeného pěstování intenzivních kultur pro energetické vyuţití v podmínkách České republiky Výběr lokality Jak jiţ bylo zmíněno, základním předpokladem pro dosaţení dobrých výnosů je výběr lokality. Nesmí se také zapomínat na to, ţe intenzivně pěstované plantáţe mají velký vliv na lokalitu jak z ekologického, tak i z ekonomického hlediska. Jedná se o zásah do krajiny, který je dlouhodobý, na rozdíl od plodin jednoletých. Z hlediska stanoviště jsou rozhodující zejména klimatické a půdní podmínky. Vrby jsou velice tolerantními dřevinami. Topoly mají rozdílné poţadavky. Lokality teplejší s delší vegetační dobou přispívají k lepšímu růstu dřevin. Naopak na chladnějších stanovištích je dosahováno menších přírůstků. Například balzámové topoly a jejich kříţence lze vysazovat i v méně příznivých klimatických podmínkách. Obecně platí, ţe dobrý růst vykazují uvedené dřeviny v mírném klimatu s ročním úhrnem sráţek 500 mm a více. K důleţitým faktorům, které ovlivňují porost, patří vodní reţim půdy. Topoly jsou dřeviny, které potřebují trvalý dostatek vody. Po dobu několika týdnů snášejí i záplavy. Tyto půdy jsou bohaté na ţiviny, coţ také podporuje jejich růst. Lokality s dlouhou dobou zamokření však nejsou vhodné. Hladina podzemní vody by neměla klesnout pod 150 cm. Topoly vytvářejí mohutný kořenový systém, proto potřebují dostatečný prostor pro růst. Důleţitá je také prokypřená, dobře provzdušněná půda. Půdy písčitohlinité patří k nejvhodnějším. Topoly vyţadují více kyslíku v půdě neţ jiné dřeviny, zejména v prvním roce. Optimální půdní reakce je neutrální či slabě kyselá (ph 5,5 6,5). Kyselé půdy působí nepříznivě na porost. 18

19 Pěstování topolů a vrb na rašelinných půdách není vhodné. Některé vrby se sice vyskytují přirozeně na těchto stanovištích, ale vyšlechtěné kultivary nejsou zde schopny vytvářet dostatečně silný kořenový systém. Navíc těţká technika se nedokáţe pohybovat po změklé půdě. Výběr lokality závisí i na dostupnosti pro vozidla, jelikoţ údrţba o plantáţe je závislá také na mechanizaci. Síť cest mezi jednotlivými dřevinami by měla být přístupná pro mechanizaci po celou dobu pěstování. Jako minimální rentabilní plocha pro pěstování RRD se uvádí 1 hektar. Toto je však ovlivněno různými faktory, proto není tento názor jednoznačný (Celjak 2010, Šinkora 2008, Stupavský 2009) Příprava půdy a sadebního materiálu před výsadbou Před samotnou výsadbou je nutné zpracovat půdu a také připravit sazenice. Povrch půdy je dobré začít upravovat jiţ rok před plánovanou výsadbou. Na silně zaplevelených pozemcích je nutné odplevelení. Plevele negativně působí na vysazené dřeviny. Kořeny plevelů konkurují kořenům vrb a topolů v příjmu ţivin a vody, větší plevele vytvářejí stín vysazeným sazenicím, a tím oslabují jejich růst. Ideální je mechanický způsob zneškodnění plevelů. Lze také pěstovat přípravnou plodinu, která připraví půdu k pěstování RRD v následujícím roce. Jako přípravné plodiny se volí například řepka či konopí. Z důvodu ochrany přírody by se neměly pouţívat k likvidaci plevelů chemické přípravky. Půda by měla být na podzim zorána minimálně do hloubky 30 cm. Hloubka orby však závisí zejména na půdních podmínkách a stavu dané lokality. Na těţkých jílovitých půdách je doporučená hloubka orby cca cm, aby byla půda provzdušněná na delší dobu. Na jaře před výsadbou je vhodné povrch pozemku upravit vláčením (Šinkora 2008, Weger a Havlíčková 2002). U sadebního materiálu je podstatná ujímavost. Na plantáţe se vysazují zejména jednoleté řízky, které by měly měřit asi 20 cm a měly by mít průměr asi 1 aţ 2 cm. U těchto řízků je vysoký předpoklad, ţe se dobře ujmou (Šinkora 2008). Je vhodné, aby řízek měl alespoň tři pupeny (Celjak 2010). Sadební materiál je zajišťován dodavatelem v podobě výhonů, ze kterých se následně připraví řízky, nebo jsou přímo dodány řízky. Čistého řezu, který je ţádaný 19

20 u řízku, dosáhneme pouţitím pásové pily. Stříháním zahradnickými nůţkami nedosáhneme dokonalého řezu a navíc je tato metoda namáhavější a časově náročnější. Doporučuje se před výsadbou namočit řízky do vody (na jeden den), pro pěstování v sušších oblastech je namáčení nutné (Celjak 2010). Důleţitý je také původ sadebního materiálu. Vhodné jsou výhony nebo řízky pocházející z lokality, kde se porost zakládá či lokality tomuto stanovišti podobné. Sazenice, které pocházejí z odlišných klimatických podmínek, nebudou zřejmě dosahovat poţadovaných výsledků. Jako příklad lze uvést neúspěšné pěstování energetických porostů některých pěstitelů na Slovensku (Liptov, Trnava) před rokem Uvádí se, ţe důvodem neúspěchu byl původ sazenic. Sadební materiál ze Švédska nevyhovuje, jelikoţ lokalita původu se nachází téměř tisíc kilometrů na sever od uvedené lokality, kde jsou výrazně odlišné klimatické podmínky. Naopak RRD pocházející z Itálie mají delší vegetační dobu neţ dřeviny rostoucí na Slovensku a jsou náchylnější na choroby a napadení škůdci. Proto se také nehodí jako sadební materiál pro tuto oblast (Marko 2009) Výsadba Řízky se vysazují ručně nebo za pomocí mechanizace. Pokud se řízky vysazují ručně, zapichují se téměř celé svisle či mírně zešikma do půdy. Vyčnívat by měly nejvíce 3 cm nad půdu (3 5 cm u těţkých jílovitých půd). Pro správné ujmutí je dobré povrch kolem řízku utuţit. Výsadba mechanickým způsobem je ovlivněna typem sazeče. Zde se rovněţ klade důraz na správné utuţení půdy a také na to, aby řízek nevyčníval více neţ 3 cm. Přesný spon výsadby se volí především podle mechanizace určené pro práci na plantáţi. Lze zvolit pěstování do jednořádků nebo do dvouřádků (Weger a Havlíčková 2002). Na jeden hektar pozemku se vysadí cca kusů vrbových řízků. Počet vysazených topolových řízků na jeden hektar činí , pokud byl zvolen tří aţ pětiletý cyklus. V šestiletém cyklu je to kusů. Mnoţství řízků závisí také na zvoleném sponu. Vhodným termínem pro výsadbu je březen aţ duben, je-li teplota půdy vyšší jak 5 C (Šinkora 2008). 20

21 3.3.4 Ošetřování porostu Plevel konkurenčně působí na vysazené porosty a zpomaluje jejich růst. Je nutná jeho likvidace co nejdříve. V řádcích se provádí ručně, aby se nepoškodily vysazené řízky. V meziřadí lze vyuţít mechanizaci (kultivátor, mulčovač). V prvním roce se odpleveluje nejintenzivněji, přibliţně 4 6krát. V následném roce se předpokládá ošetření 3 5krát a v roce třetím se četnost pohybuje okolo 2 zásahů. Chemické zneškodňování plevele pomocí herbicidů se zpravidla nedoporučuje. Není vhodné z hlediska ochrany přírody, také nelze zabránit přenosu účinku do porostu kultury. Kromě plevelů lze předpokládat i výskyt škůdců. V porostech RRD byly zjištěny mšice a mandelinka topolová. Údajně však tito škůdci nijak výrazně neovlivňují výnos dřevní hmoty. Mladé stromky mohou být však poškozeny okusem zvěří srnčí či zaječí. Kančí zvěř také způsobuje ztráty na mladých výsadbách. Srnčí zvěř navíc způsobuje škody tzv. vytloukáním, kdy mezi parůţky odlupuje kůru na mladých stromcích. Takto poškozené stromky dále rostou deformovaně nebo mohou zcela uhynout. Starší porosty, které mají jiţ silnější kmen, který se nevejde mezi parůţky, takto ohroţeny nejsou (Celjak 2010, Weger a kol. 2010). Pokud je plantáţ zaloţena na půdách málo zásobených ţivinami, je zapotřebí přihnojovat. Bylo zjištěno, ţe především topoly rostoucí na méně úrodných půdách po dodání dusíku zlepšují svůj růst a produkci dřevní hmoty. Organické hnojení, které je zajištěno zejména opadem listí, také má příznivý vliv na kvalitu půdy, tento vliv však není příliš velký. Ze zkušeností ze zahraničí je také moţnost aplikace popela ze spaloven, které spalují biomasu z plantáţí RRD. Zde však musí být jistota, ţe spalovny vyuţívají pouze dřevní hmotu k tomuto účelu určenou. Při vyuţití jiného dřevního materiálu (například z průmyslových provozů) hrozí riziko kontaminace popele škodlivými látkami. Při zakládání výmladkových plantáţí je nutné vytvořit izolační pásy. Tyto pásy ohraničují plantáţ. Pozemky větších rozměrů vyţadují izolační pásy i uvnitř porostu. Tyto pásy zamezují rozšíření nepůvodních druhů RRD do okolí a také začleňují plantáţ do okolní krajiny. Jako dřeviny vyuţívané v těchto pásech lze uvést habr obecný (Carpinus betulus), břízu bradavičnatou (Betula verrucosa), javor klen (Acer pseudoplatanus), olši lepkavou (Alnus glutinosa), dub letní (Quercus robur), buk lesní (Fagus sylvatica) či jilm horský (Ulmus glabra). Naopak je také zapotřebí chránit 21

22 plantáţ před nálety jiných dřevin z okolních porostů, které by mohly negativně působit na růst vysazené kultury, ale také znemoţnit přístup mechanizace v meziřadích. Likvidace náletu se realizuje zejména v prvních dvou letech (Celjak 2010) Vliv na krajinu Výmladkové plantáţe přinášejí do krajiny nový prvek, který v mnoha směrech působí kladně na řadu sloţek ţivotního prostředí, zejména na půdu a její vlastnosti. Optimální půdní podmínky přispívají ke správnému vývoji společenstev a biotopů. Zde se projevuje také vliv vlhkostních a mikroklimatických podmínek, na které rovněţ působí vysazená kultura energetických porostů pozitivně. Rychle rostoucí dřeviny vytvářejí úkryt, útočiště a ţivotní prostor pro ţivočichy. Opadem listí jsou do půdy dostávány ţiviny, které přispívají růstu dřevin. Opad také podporuje aktivitu půdních organismů. Pěstováním RRD byl zjištěn nárůst obsahu humusu v půdě a sníţení vypařování vody z půdy. Ve srovnání s jednoletými zemědělskými plodinami vysazením dřevin dochází ke sníţení vodní eroze. Vrby a topoly navíc dobře snášejí povodně. Plantáţe RRD spolu s vytvořeným vegetačním podrostem zvyšují biodiverzitu krajiny, sniţují hladinu hlučnosti prostředí, umoţňují hnízdění některých ptáků či pozitivně působí na ţivotní prostředí například bezobratlých. Kvetoucí rostliny poskytují prostor pro určité druhy hmyzu. S likvidací porostu však nastává problém pro tyto ţivočichy. Lze jej řešit například postupnou výsadbou porostu (Weger a kol. 2009, Šinkora 2008) Technologie sklizně Sklizeň je nutno provádět v období vegetačního klidu. Ten začíná dobou, kdy opadnou listy a končí začátkem rašení. Optimální je tedy období zimy (prosinec březen), ideálně pokud není sníh, ne však za silných mrazů. Sklízení mimo toto období sniţuje výnos a můţe dojít dokonce k poškození dřeviny. Pokud je porost sklizen předčasně, není dostatečně vyzrálý. Pokud je naopak sklizen jiţ v době vegetace, rostlina je poškozena a dochází ke špatnému obrůstání po dobu několika následujících let. Je nutné provést řez správně a odstranit veškerou nadzemní hmotu tzn. technologie holého řezu. Poškozené nesklizené části mohou způsobit sníţení růstu v následujících letech, a také výsledný produkt ztrácí tímto na kvalitě. Nesklizené a často včas neošetřené porosty se stávají vhodným prostředím pro šíření škůdců a dřevokazných 22

23 hub. Kultura by měla být sklizena v určitém stáří. S rostoucím věkem jsou tyto dřeviny náchylnější k napadení škůdci. (Huleš 2006). Sklizeň lze provádět ručně nebo mechanicky. Ruční způsob je šetrnější k pěstované kultuře, je však časově náročnější. Jako mechanizaci lze pouţít řezačku (u tříletých porostů) nebo speciální techniku například harvestor, který lze uplatnit u stromů s větším obvodem kmene (Šinkora 2008). Náklady na sklizeň se z velké části podílejí na výsledné ceně produktu. Je tedy důleţité zvolit správnou techniku. Následující část je věnována některým ze sklízecích metod. Popisované metody lze vyuţít obecně v lesnických kulturách. Na výmladkových plantáţích v ČR se sklizeň provádí zpravidla pomocí pily a následně je dřevní hmota zpracována na štěpku. Metoda kmenových výřezů je určena pro porost pěstovaný v jiţ zmíněných lignikulturách. Zde se vyuţívají zejména harvestory nebo ruční motorové pily. Stromy jsou pokáceny, zbaveny větví a výsledkem jsou kulatinové výřezy. Dřevní hmota z korun stromů a větví je zpracována štěpkovačem přímo na plantáţi či odváţena. V metodě svazkové se pokácí a sesbírají stromy v jedné fázi. Takto jsou vytvořeny svazky volné nebo svazky, kde jsou stromy svázané drátem či svazkovou přízí. Pokud je touto metodou sklízen porost s delším obmýtím, je sklizeň realizována pomocí harvestorů s kácecí a svazkující hlavicí. Jedná-li se o kulturu pěstovanou v řadách (s krátkou dobou obmýtí), jsou pouţívané sekací svazkovače. Ty skácí porost plynule v jedné fázi a následně jsou stromy vázány do svazků. Připravené svazky se obvykle dopraví na okraj plantáţe, odkud jsou dle potřeby odváţeny nebo se štěpkují na místě. U metody štěpkování je pouţita těţba, která je rozdělena na jednu či dvě fáze. Při dvoufázové těţbě je v jedné fázi porost pokácen a ve druhé je štěpkován pomocí mobilního štěpkovače. Jednofázový způsob sklizně v jednom pracovním kroku porost kácí i štěpkuje. Tato metoda je velmi efektivní. Zde jsou vyuţity samojízdné stroje s nástavnými agregáty, čelní sekací štěpkovače, sklízecí řezačky, motorové řetězové pily. Za pomocí těchto štěpkovačů či řezaček lze kácet vrby a mladé topoly do průměru kmene přibliţně 70 mm (Scholz 2008). 23

24 Ţivotnost výmladkové plantáţe činí obvykle let, v průměru sklizeň proběhne 4 5krát za dobu existence plantáţe (Celjak 2010) Rušení plantáže Pokud porost jiţ nedosahuje poţadovaných výnosů, je vhodné jej zrušit. U půdy je přihlíţeno zejména na její úrodnost, jakým způsobem a jak často bylo přihnojováno, také na technologii pěstování RRD. Z hlediska ochrany zemědělského půdního fondu je důleţité navrácení půdy do její původní funkce. Pozemek po plantáţi lze vyuţít například jako pastvinu, orné pole či louku. Po poslední sklizni dochází k likvidaci zbytků pařezů a částí kořenů. K těmto účelům slouţí speciální frézy. Následně se pomocí rotavátoru nebo hlubokou orbou odstraní zbylý kořenový systém. I přesto v půdě zůstanou částí kořenů. Ty plní funkci drenáţe půdy a provzdušňují hlubší vrstvy. Pokud je pozemek v dobrém stavu, vyhovuje následnému vyuţití půdy, obsahuje potřebné ţiviny a mnoţství humusu, lze na jaře zasít poţadovanou plodinu. Často se vyuţívají například traviny, obilí, řepka či kukuřice. Není-li v půdě dostatečné mnoţství ţivin, je nutné pozemek přihnojit. Jednou z moţností vpravení ţivin do půdy je biologická meliorace, kde lze vyuţít například vojtěšku či jetelo-travní směsi. Po dostatečné pauze lze opět pěstovat RRD (Weger a Havlíčková 2002) Výnos Jak jiţ bylo zmíněno, výnos plantáţe záleţí na mnoha faktorech. Výnos ovlivňují například půdní a klimatické podmínky, zvolený spon výsadby, péče o porost, doba obmýtí, atd. Rovněţ jednotlivé druhy dřevin dosahují odlišných výnosů. V tabulce 3 jsou uvedeny průměrné výnosy intenzivně pěstovaných RRD. Pro tyto údaje bylo zvoleno pět nejlepších odrůd topolů a vrb. Obecně lze říci, ţe topoly dosahují větších výnosů neţ vrby (Šinkora 2008). Tabulka 3: Průměrné výnosy vybraných odrůd topolů a vrb (Šinkora 2008) Výnos (t(suš.) ha -1 za rok) tříletý cyklus šestiletý cyklus Topol Celkem Přírůstek za rok 15,6 21,2 Vrba Celkem Přírůstek za rok 10,1 8,9 24

25 t(suš.) ha -1 za rok Na obrázku 1 jsou porovnány výnosy vybraných odrůd topolů, které jsou pěstované pro energetické vyuţití, při 1. sklizni a při 2. sklizni. Obrázek 1: Roční výnosy vybraných odrůd topolů (Mazancová 2009) 3.4 Uplatnění dřevní hmoty z plantáží RRD Intenzivním pěstováním topolových kultur lze dosáhnout různých sortimentů. Pro nábytkářský průmysl jsou vhodné zejména cenné výřezy, které jsou získávány ze starších topolů vytvářejících jeden kmen. Jelikoţ dřevo topolů má relativně nízkou hmotnost, vyuţívá se na výrobu nábytku, při výrobě překliţek, laťovek. Izolační vlastnosti se uplatňují při výrobě saunových doplňků. Silnější sortimenty nacházejí také uplatnění při výrobě sirek, tuţek, palet či dřevité vlny na výrobu heraklitu. Pro výrobu celulózy rovněţ lze vyuţít topolové dřevo. K netradičnímu zpracování listové biomasy patří výroba krmiv pro hospodářská zvířata, které je vyuţíváno především v zahraničí. V dnešní době jsou však plantáţe RRD zakládané zejména pro energetické vyuţití. Zde lze pouţít dřevní hmotu i z výmladkových plantáţí. Z dřevní biomasy se nejčastěji vyrábí štěpka, která je buď volně loţená, nebo zpracována na brikety či pelety (Číţek 2010) Štěpka Štěpka je produktem štěpkování, kdy dochází k příčnému dělení vláken dřeva. Její vlastnosti jsou závislé na charakteru zpracování a na pouţité mechanizaci. Nejvíce se vyuţívá pro přímé spalování. Energetickou štěpku lze také vyuţít v procesech zplyňování či pyrolýzou na nízkovýhřevný plyn, pyrolýzou na dřevěné uhlí nebo 25

26 zkapalněním na tekuté topné medium. Štepka se také vyuţívá k výrobě dřevotřískových a dřevovláknitých desek. U štěpky určené ke spalování je kladen důraz zejména na výhřevnost, podobně jak u briket a pelet (Celjak 2010, Číţek 2010) Pelety a brikety Slisováním štěpky vznikají brikety a pelety. Mohou mít různý tvar, ale nejčastěji se lze setkat s tvarem válečku. Pelety dosahují menších rozměrů, naopak brikety jsou podstatně větší neţ pelety. Slouţí jako palivo (Wikipedie 2011). Na obrázku 2 je porovnána výhřevnost dřevěných pelet s některými jinými palivy. kwh kg -1 Výhřevnost paliv 6 5, ,5 3,1 3,1 3,2 3,3 3,5 3, Obrázek 2: Výhřevnost vybraných paliv v kwh kg -1 (Hlávka 2009) Parametry, kterých by měly dosahovat dřevěné brikety, jsou uvedeny v tabulce 4 (Straka 2009). 26

27 Tabulka 4: Poţadované parametry dřevěných briket (Straka 2009) Veličina Hodnota Výhřevnost (bez obsahu vody) 17,5 19,5 MJ kg -1 Vlhkost maximálně 12 % hm. Obsah popela (bez obsahu vody) maximálně 1,5 % hm. Obsah síry (bez obsahu vody) maximálně 0,08 % hm. Obsah chloru (bez obsahu vody) maximálně 300 mg kg Energetické parametry K základním energetickým sloţkám dřeva patří voda, hořlavina a popelovina. Tyto parametry jsou velmi významné pro energetické vlastnosti dřeva. Hořlavina je téměř z celé části organického původu, obsahuje velké mnoţství kyslíku. Je zdrojem energie tzv. aktivní částí. K anorganickým sloţkám řadíme vodu a popeloviny. Toto jsou pasivní části, které sniţují schopnost energetického vyuţití. Čím je větší podíl hořlaviny, tím jsou lepší energetické vlastnosti paliva. Při dokonalém vysušení vzorku se mnoţství vody, která se nacházela ve dřevě, rovná úbytku hmotnosti. Po následném spálení vzorku, kdy se úbytek hmotnosti rovná původnímu obsahu hořlaviny, zůstávají pouze popeloviny (Noskievič a Pilch 2008). Energetické parametry topolového dřeva jsou uvedeny v tabulce 5. Tabulka 5: Energetické parametry topolového dřeva (Mazancová 2009) Veličina Hodnota Voda 6,17 % hm. Prchavá hořlavina 75,43 % hm. Neprchavá hořlavina 14,36 % hm. Popel 4,04 % hm. C 47,16 % hm. H 5,51 % hm. N 0,52 % hm. S 0,03 % hm. O 36,54 % hm. Cl 0,03 % hm. Spalné teplo 18,20 MJ kg -1 Výhřevnost 16,84 MJ kg -1 CO 2 max. 20,00 % obj Hořlavina Hořlavina je sloţena téměř výhradně z uhlíku, vodíku, síry, dusíku a kyslíku. K aktivním sloţkám, které z největší míry přispívají k procesu spalování, patří uhlík 27

28 a vodík. Hořlavinu lze rozdělit na prchavou a neprchavou. Hořlavina prchavá má velký význam při spalovacím procesu. Ve dřevě se nachází asi 85 % prchavé hořlaviny. Kdyţ se prchavá hořlavina uvolní, zůstává neprchavá hořlavina tzv. fixní uhlík a ten dohořívá (Noskievič a Pilch 2008) Popel a popeloviny Anorganický materiál, který se nachází ve dřevě, se nazývá popelovina. Je ovlivněna půdním prostředím, ve kterém strom vyrůstá, její sloţení je velmi podobné sloţení této půdy. Popel vzniká při procesu spalování, kdy na popelovinu působí vysoké teploty a oxidační procesy. Popel při vysokých teplotách měkne, a tak tvoří usazeniny na stěnách spalovacího zařízení, čímţ narušuje správný chod spalování. Zde je nutné přihlíţet k hodnotám bodu tečení, měknutí a tání, které jsou odlišné pro jednotlivé druhy dřevin (Noskievič, Pilch 2008). Jejich hodnoty jsou uvedeny v tabulce 6. Tabulka 6: Bod měknutí, tání a tečení popela topolového dřeva (Mazancová 2009) Popel: Bod měknutí 1200 C Bod tání 1210 C Bod tečení 1220 C Voda Voda je přirozenou součástí dřevní hmoty. Obsah vody ve dřevě lze poměrně dobře sníţit sušením. Obecně lze uvést, ţe po dvou letech přirozeného schnutí za optimálních podmínek, lze dosáhnout přibliţně 20 % obsahu vody. Tato hodnota je pro energetické vyuţití vhodná (Noskievič, Pilch 2008). Nejlepší výhřevnosti je dosaţeno při co nejniţším obsahu vody. Stromy po sklizni obsahují přibliţně 65 % vody. Zde záleţí na druhu a stáří dřeviny a také na lokalitě (Celjak 2010). Obsah vody ve dřevě lze zjistit pomocí výpočtu relativní vlhkosti: w = [(m1 m2)/m1] 100 (%) kde: m1 hmotnost dřeva v čerstvém stavu (g) m2 hmotnost dřeva v suchém stavu (g) (Celjak 2010) 28

29 Obsah vody se tedy stanoví tak, ţe se zváţí vzorek a následně je absolutně vysušen při teplotě 103 C. Vzorek je znovu zváţen a porovnáním hodnot se stanoví obsah vody ve dřevě. K tomuto účelu se vyuţívá sušící váhu (Noskievič, Pilch 2008). Jako jednodušší způsob určení vlhkosti dřeva lze vyuţít digitální vlhkoměr Výhřevnost a spalné teplo Jsou základní veličiny udávající energetický obsah paliva v podstatě se jedná o potenciál chemické energie paliva vázaný na jeho měrnou hmotnost či objem. Definice dle ČSN (ČSN EN ISO): Spalné teplo mnoţství tepla, uvolněné úplným spálením paliva v kalorimetrické tlakové nádobě v prostředí stlačeného kyslíku při teplotě 25 C, vztaţené na jednotku jeho hmotnosti. Zbylými produkty jsou nejčastěji plynný kyslík, oxid uhličitý a kapalná voda, případně také popel, kyselina siřičitá nebo dusičná. Výhřevnost spalné teplo, zmenšené o výparné teplo vody, vzniklé z paliva během hoření (Prometheus VŠB 2009). Hodnota spalného tepla je tak vţdy vyšší neţ hodnota výhřevnosti, popřípadě se v extrémním případě rovnají (Wikipedie 2010). Výhřevnost je ovlivněna mnoha faktory například obsahem vody, obsahem pryskyřic apod. Záleţí rovněţ na druhu dřeviny. Tento parametr biomasy se uvádí v kj kg -1 nebo MJ kg -1 popřípadě kwh kg -1. Tabulka 7 ukazuje, jak je závislá výhřevnost na obsahu vody. Je zpracována pro klon topolů J-104, coţ je kříţenec P. nigra a P. maximowiczii (Celjak 2010). Tabulka 7: Výhřevnost topolové dřevní hmoty v čistém stavu v závislosti na obsahu vody (Celjak 2010) Obsah vody (%) Výhřevnost (MJ kg -1 ) 5 18, , , , , , , , , , , ,33 29

30 Z tabulky vyplývá, ţe čím více vody dřevo obsahuje, tím více klesá výhřevnost, protoţe je potřeba více tepla, které odpaří vodu. Stoupá tedy mnoţství pouţitého dřevního materiálu. Vysoušením se v první fázi voda dostává na povrch dřeva a ve fázi druhé je z povrchu odpařována. Tyto pochody jsou ovlivněny vlhkostí vzduchu, prouděním a teplotou vzduchu a také velikosti povrchu dřeva. Jednou z vlastností dřeva je schopnost příjímání a odevzdávaní vody. Pokud se dřevo vysuší a následně nevhodně uskladní, obsah vody se zvýší, coţ působí nepříznivě na poţadovanou výhřevnost. Přirozeně dřevo schne několik týdnů aţ několik let, záleţí na druhu dřeviny. Topoly se vysuší přibliţně za 5 aţ 8 měsíců. Zde rovněţ působí okolní podmínky, jako jsou vlhkost a teplota vzduchu, způsob uskladnění či charakter dřevní hmoty. Rozdílně se chová například štěpka, kusové dřevo, odřezky, polena, špalky či větve (Celjak 2010). Spalné teplo se obvykle uvádí v jednotkách MJ kg -1 a u dřevin se pohybuje v hodnotách 14,7 aţ 21,2 MJ kg -1. Záleţí na poměru celulózy a ligninu. V tabulce 8 je uveden příklad, jak se můţe lišit spalné teplo u různých klonů topolů. Z této tabulky je zřejmé, ţe spalné teplo z dřevní hmoty, která obsahuje kůru, je vyšší (Celjak 2010). Tabulka 8: Hodnoty spalného tepla rozdílných klonů rychle rostoucích topolů v závislosti na charakteru dřevní hmoty (Celjak 2010) Označení dle Věstníku Mze Spalné teplo čisté dřevní hmoty (MJ kg -1 ) J ,477 20,007 J ,501 20,389 P ,589 20,144 Spalné teplo dřevní hmoty s přirozeným obsahem kůry (MJ kg -1 ) Ostatní energetické parametry Kromě výše uvedených parametrů se z energetického hlediska sledují ve dřevě také obsahy určitých prvků. Pro účely spalování se zjišťuje mnoţství například oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého, oxidů dusíku, kyslíku, vodíku, uhlovodíků, chlorovodíku či fluorovodíku (Skála 2007). Problematika stanovení je značně obtíţná a rozsáhlá. Vzhledem k rozsahu této práce není dále toto téma rozváděno. 30

31 3.6 Produkční parametry Růst jednotlivých dřevin se často mění, je ovlivněn individuálními vlivy, jako jsou například umístění dřeviny, půdní a klimatické podmínky, prostor pro růst atd. Růst lze pozorovat jak do výšky, tak do tloušťky. Jedná se o prodluţování a rozšiřování osy hlavní a bočních. Je nutno rozlišit pojmy růst a přírůst. Růstem se označuje zvýšení hodnoty (například výška či tloušťka) vztaţené k věku dřeviny. Zatímco přírůst znamená změnu hodnoty za jisté časové období (Vyskot 1971) Výška Důleţitým parametrem, který má velký vliv na dřevní produkci, je výškový růst dřeviny. Je ovlivněn jak půdní úrodností, tak i pouţitou technologii pěstování (Kohán 1981). Vlivem jiných růstových parametrů, jako je například tloušťkový růst, se růst dřeviny ve vysokém věku obvykle sniţuje nebo můţe i přestat. Výška stromu je vzdálenost mezi patou kmene a nejvyšším terminálním výhonem kmene (Vyskot 1971). Měření výšky Výška bývá měřena pomocí výškoměru. Hodnoty jsou uváděny s přesností na decimetry (Vykot 1971). Výškoměry se dělí na pravé a nepravé. U pravých výškoměrů se naměřená výška odečítá ze stupnice. Patří k nim například výškoměr Faustmannův, Weisseho, Suunto (Zach a kol. 1994). Měření se provádí směřováním výškoměru několikrát na vrchol a následně na patu stromu. K zjišťování výšky stromu lze rovněţ pouţít měřící lať, tyč či výtyčku (trasírku). Tyto pomůcky jsou vyuţívány převáţně u mladých porostů (Vyskot 1971). Měření se provádí z místa, kde je dobrá viditelnost na patu kmene a na vrchol stromu. Minimální vzdálenost měření se rovná výšce ohnutého stromu. Toto je třeba dodrţet zejména u listnatých stromů. Zmenšením vzdálenosti měření dochází ke značným nepřesnostem (ÚHÚL 2003). K měření výšky ze vzdálenosti 15, 20, 25 a 30 m lze pouţít také relaskopickou pomůcku jako je zrcadlový relaskop. Tento přístroj umoţňuje měření více veličin. Lze jej vyuţít rovněţ při zjišťování tloušťky či objemu stromu. Přesnější hodnoty výšky a tloušťky stromu lze dosáhnout pouţitím telerelaskopu. Změřit výšku lze také pomocí dendrometru (Zach a kol. 1994). Výška pokácených stromů se měří metrem. 31