UPLATNĚNÁ CERTIFIKOVANÁ METODIKA

Transkript

1

2 Alois Kohoutek, Sergej Usťak, Miroslav Jurka a kol. Výtěžnost bioplynu u vybraných odrůd trav, jetelovin a jetelovinotravních směsek perspektivních pro pěstování náhradou za kukuřici setou UPLATNĚNÁ CERTIFIKOVANÁ METODIKA Hanácká zemědělská společnost Jevíčko a.s. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. 2015

3 Metodika je výstupem řešení projektu TA ČR reg. č.: 2012TA Optimalizace provozu bioplynové stanice s prizmatickými fermentory v modelovém zemědělském podniku ve vztahu k zemědělské soustavě a životnímu prostředí (80 %) a projektu MŠMT ČR č. LH (20 %). Oponenti: Ing. František Havíř, ÚKZÚZ Brno, státní správa Ing. Václav Míka, DrSc., odborná veřejnost Metodika je určena pro zemědělskou praxi, poradce v oblasti zemědělství, pracovníky ve výzkumu, zemědělském školství a šlechtění. Pro její využití byla uzavřena smlouva s VOS zemědělců, a.s. Velké Opatovice. VOS zemědělců, a.s. Velké Opatovice doporučuje tuto metodiku pro využití v praxi. Metodika byla schválena orgánem státní správy (ÚKZÚZ Brno, Ministerstvem zemědělství, útvar: odbor výzkumu a vývoje), pod č.j /2015. Orgánem státní správy (ÚKZÚZ Brno), Ministerstvo zemědělství ČR) doporučuje tuto metodiku pro využití v praxi. Metodika je určena zemědělcům, zemědělským poradcům, provozovatelům bioplynových stanic a všem zájemcům o pěstování a zpracování zemědělské biomasy jako obnovitelného zdroje surovin a energie. Ing. Alois Kohoutek, CSc., Ing. Sergej Usťak, CSc., Ing. Miroslav Jurka, 2015 Hanácká zemědělská společnost Jevíčko a.s., 2015 Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i., 2015 ISBN

4 Výtěžnost bioplynu u vybraných odrůd trav, jetelovin a jetelovinotravních směsek perspektivních pro pěstování náhradou za kukuřici setou Anotace: V předložené metodice jsou shrnuty výsledky testování 23 odrůd a 10 druhů trav v přesném maloparcelovém polním pokusu na produkci sušiny, výtěžnost metanu a přepočtenou produkci metanu z ha. Výtěžnost bioplynu a metanu z trav byla stanovena vsázkovým způsobem v pokusech s následujícími procesními parametry: teplota 37 C; režim míchání 15 minut každé 2 hodiny; celková doba zdržení 49 dnů; objem reaktoru 3 l. Získané výsledky výtěžků bioplynu a metanu se pohybují v poměrně širokém rozmezí od 370 do 480 Nm 3 na t sušiny bioplynu, resp. od 200 do 250 Nm 3 na t sušiny metanu. Koncentrace metanu v bioplynu kolísala v rozmezí od 50 do 56 %. Průměrná produkce sušiny hodnoceného souboru trav v tříletém průměru se pohybovala v rozmezí od 9,3 t.ha -1 u jílku vytrvalého po 12,8 t.ha -1 u ovsíku vyvýšeného. Průměrná roční produkce metanu se pohybovala v rozmezí od 2054 Nm 3.ha -1 u jílku vytrvalého do 3152 Nm 3.ha -1 u ovsíku vyvýšeného. V metodice jsou dále uvedeny výsledky poloprovozních pokusů s různými typy vsázek do BPS s prizmatickými fermentory v HZS Jevíčko a.s. včetně průměrné denní výroby elektrické energie. BPS dosahovala instalovaného výkonu i při vsázce na bázi travních zavadlých travních siláží bez kukuřičné siláže, což umožňuje snížit výměru pěstované kukuřice seté, což pozitivně přispívá k ochraně životního prostředí. Jsou uvedeny příklady vhodných jetelovinotravních směsek pro pěstování píce do BPS. Klíčová slova: bioplyn; výtěžnost metanu; metody in vitro; pícniny; pěstitelské technologie 3

5 Biogas yield of selected species of grasses, legumes and legume-grass mixtures promising for growing as a substitute for flint maize Abstract: The submitted methodology comprises the results of testing of 23 grass varieties and 10 grass species at the accurate smallplot trial which determined dry matter production, methane yield and calculated methane production per hectare. The yield of biogas and methane from grasses was determined by a batch method in the experiments with following process parameters: temperature 37 C; stirring mode for 15 minutes every 2 hours; overall holding time 49 days; reactor capacity 3 l. The results show quite a wide range of biogas and methane yields from 370 to 480 Nm 3 per tonne of biogas dry matter, resp. from 200 to 250 Nm 3 per tonne of methane dry matter. The concentration of methane in biogas ranged from 50 to 56 %. The threeyear average dry matter production of the evaluated grasses ranged from 9.3 t.ha -1 for perennial ryegrass to 12.8 t.ha -1 for tall oatgrass. The average annual methane production ranged from 2054 Nm 3.ha -1 for perennial ryegrass to 3152 Nm 3.ha -1 for tall oatgrass. The methodology also presents the results of pilot plant experiments with various kinds of batches into the biogas plant with prismatic fermenters at the HZS Jevíčko a.s. including average daily production of electrical energy. The biogas plant reached its installed capacity even with a batch based on wilted grass silages without maize silage, which allows farmers to decrease the area of flint maize. And this would positively contribute to environmental protection. The paper also presents examples of legume-grass mixtures suitable as forage for biogas plants. Keywords: biogas; methane yield; in vitro methods; forage; growing technologies 4

6 O B S A H I. Cíl metodiky... 6 II. Vlastní popis metodiky Úvod Potenciální produkce bioplynu z vybraných druhů trav využívaných pro obnovu travních porostů Metody a materiály Výsledky a diskuse Provozní výsledky se vsázkou zavadlých travních siláží do zemědělské BPS s prizmatickými fermentory v HZS Jevíčko a.s Popis bioplynové stanice s prizmatickými fermentory Ekonomika pěstování travních porostů na bioplyn III. Srovnání novosti postupů IV. Popis uplatnění certifikované metodiky V. Seznam použité související literatury VI. Seznam publikací, které předcházely metodice

7 I. CÍL METODIKY Cílem metodiky bylo stanovit výtěžnost bioplynu a metanu u vybraných pícnin (trávy, jeteloviny a jetelovinotravní směsky) vhodných do řepařské výrobní oblasti náhradou za silážní kukuřici a ověřit vsázku na jejich bázi pro využití v bioplynové stanici s prizmatickými fermentory v modelovém zemědělském podniku. Metodika je zaměřena na praktickou aplikaci dosažených výsledků u analogických zemědělských BPS. Přínosem je podstatné zvýšení efektivnosti a rychlosti prováděných exaktních rozborů ve smyslu naplnění praktických potřeb široké obce uživatelů, dále významná podpora ve sféře rozhodování, monitoringu procesů v oblasti primární zemědělské výroby. II. VLASTNÍ POPIS METODIKY 1. Úvod Česká republika se jako členský stát Evropské unie zavázala ke zvýšení výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie (OZE). Zákonem č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, byly vytvořeny stabilní podmínky pro podnikatelské rozhodování tím, že zákon definuje systém podpory formou pevných výkupních cen, případně příplatků k tržním cenám elektřiny. Zároveň garantuje výši výnosů z jednotky vyrobené elektřiny po dobu 15 let. Systém podpory OZE, doplněný od roku 2004 o možnost podpory ze strukturálních fondů EU, pomáhá ke splnění indikativního cíle podílu obnovitelných zdrojů (OZE) (jak vyplývá ze směrnice 2001/77/EC o podpoře elektřiny z OZE na vnitřním trhu s elektřinou EU) ve výši 8 % na hrubé domácí spotřebě elektřiny v roce 2010, jak se ČR zavázala v přístupové smlouvě (Akt o přistoupení v příloze č. II. kapitola 12, A bod 8a). Na splnění stanoveného podílu obnovitelných zdrojů má velký vliv samostatná hrubá domácí spotřeba. Zpráva ERÚ o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie za rok 2013 podává informaci o výrobě 6

8 elektrické energie z obnovitelných zdrojů v roce 2013 a shrnuje dosavadní průběh plnění indikativního cíle. Zpráva byla zpracována Ministerstvem průmyslu a obchodu ve spolupráci s Ministerstvem životního prostředí a Energetickým regulačním úřadem. Z uvedené zprávy vyplývá, že na výrobě elektřiny v ČR se OZE (obnovitelné zdroje energie) podílely 13,17 %, přičemž z nich bylo vyrobeno GWh hrubé elektřiny. Bioplynové stanice se podílely na výrobě elektřiny z OZE 24,2 %, přičemž z nich bylo vyrobeno GWh hrubé elektřiny (vlastní spotřeba vč. ztrát + dodávka do sítě). Zpráva se již podrobně nezabývá z jakých rostlinných materiálů bylo uvedené množství hrubé elektřiny vyrobeno. Výhřevnost 1 m 3 bioplynu o obsahu 60 % metanu představuje 25 MJ, což odpovídá cca 6,2 kwh. Při % účinnosti využití výhřevnosti bioplynu při spalování (cca 40 % odpadní teplo) je množství vyrobené hrubé elektřiny z 1 m 3 cca 3 3,6 kwh. Produkce bioplynu ze substrátů na bázi energetických rostlin se pohybuje v uvedeném průměru plodin v rozpětí od m 3 na t sušiny vsázky. Z 1 t sušiny s produkcí bioplynu 600 m 3 lze tedy vyrobit při uvedené účinnosti 1,800 2,160 MWh elektrické energie. Na výrobu GWh hrubé elektřiny v roce 2013 bylo potřeba cca tis. t sušiny vsázky rostlinných materiálů (kukuřice setá, píce z TTP, jednoleté a víceleté pícniny). Hlavní plodinou v BPS je převážně silážní kukuřice, z instalovaných zemědělských BPS je jich část schopna využívat i zavadlé siláže z travních porostů. Bioplynové stanice se staly fenoménem posledních 5 7 let, jejich bouřlivý nárůst se promítl do zvýšené potřeby výroby rostlinných materiálů pro vsázku do BPS a nutně vede k reintenzifikaci rostlinné výroby jak u podniků provozující BPS, tak i podniků v jejich okolí, které často prodávají rostlinnou produkci těmto provozovatelům. V příhraničních oblastech jsou již dnes běžné vývozy silážní kukuřice z ČR pro potřeby podniků v sousedním Německu. Reintenzifikace rostlinné výroby se projevuje nárůstem výměry plodin vhodných pro vsázku do BPS, zejména silážní kukuřice, jednoletých a víceletých pícnin na orné a obnovami TTP. Současně dochází k intenzifikaci jejich výroby 7

9 použitím progresivních agrotechnických a pratotechnických opatření, zejména vhodné druhové a odrůdové skladby, výživy a hnojení porostů, ochrany rostlin, sklizně, organizace a řízení práce. Podniky s BPS se vybavují špičkovou zemědělskou technikou včetně aplikátorů, případně využívají podniků služeb, protože se významně zvyšuje objem organických hnojiv (digestátu), která je potřeba rozvést a zapravit do půdy. Významně se tím ovlivňuje koloběh živin, zejména N, ale i P a K a to včetně TTP. To se významně promítá do produkce a kvality píce. Počet respondentů využívajících bioplyn v ČR k energetickým účelům v roce 2013 dosáhl počtu 434 jednotek s instalovaným elektrickým výkonem 361 MWe a dle ERÚ bylo vyrobeno GWh hrubé elektřiny, z toho bioplynovými stanicemi GWh hrubé elektřiny, což představuje 90,8 %. Účinnost provozu bioplynových stanic dosáhla v roce 2013 ve vztahu k instalovanému výkonu 76 %. Náběhem licencovaných BPS z roku 2013 a zvýšením jejich účinnosti lze v dalších letech očekávat nárůst spotřeby vsázky rostlinných materiálů. 2. Potenciální produkce bioplynu z vybraných druhů trav využívaných pro obnovu travních porostů 2.1. Metody a materiály Polní pokusy. Přesné maloparcelové pokusy po obnově trvalého travního porostu (TTP) pomocí sortimentu vybraných trav byly založeny na stanovišti Jevíčko v roce 2008 na fluvizemi glejové s neutrální půdní reakcí (ph/kcl 6,7). Rychloobnova TTP byla provedena po první seči s použitím herbicidu Touchdown Quatro (glyphosat) v dávce 8 l.ha -1. Následně byly vysety vybrané odrůdy různých travních druhů. Přímý výsev byl proveden secím strojem HEGE 80 s výsevným ústrojem Øyjord počátkem srpna Velikost testovací plochy byla 10 m 2 a pokus byl organizován ve čtyřech opakováních. Druhový a odrůdový sortiment sledovaných trav byl následující: 1) jílek mnohokvětý Lubina ; 2) jílek vytrvalý Algol, Mustang, Jaran, Korok a Jaspis ; 3) 8

10 kostřava luční Kolumbus a Pronela ; 4) srha laločnatá Niva a Vega ; 5) kostřava rákosovitá Kora, Proba a Prolate ; 6) odrůdy kříženců Festucololium (festucoid) Felina, Rebab a Fojtan ; 7) odrůdy kříženců Festucololium (loloid) Hostyn, Lofa a Perseus ; 8) bojínek luční Bobr a Sobol ; 9) ovsík vyvýšený Medián ; 10) trojštět žlutavý Rožnovský. Celkem se jedná o soubor 23 odrůd 10 druhů trav. Pokus se sortimentem trav byl využíván čtyřsečně. První seč se uskutečnila zpravidla v polovině května, 2., 3. a 4. seč vždy po 45 dnech od předcházející. Celková dávka hnojení N byla 180 kg na ha, aplikace dusíku byla dělena na (jaro, po první a druhé seči), jednorázové jarní hnojení P a K bylo v dávce 35 kg na ha P, resp. 100 kg na ha K ve formě trojitého superfosfátu, resp. draselné soli. Naměřené výsledky byly statisticky vyhodnoceny a rozdíly mezi průměry byly testovány pomocí testu ANOVA (Fisherovo LSD - nejmenší významný rozdíl na hladině významnosti α 0,95 ). Laboratorní testy. Laboratorní experimenty biozplynování byly provedeny na sestavě se 48 3-litrovými skleněnými anaerobními fermentory (reaktory) zahřátými na mezofilní teplotu 37 ± 1 C míchanými po dobu 15 minut každé dvě hodiny (viz obr. 1). Testování potenciální produkce bioplynu a metanu bylo provedeno v souladu s metodikou VDI 4630 (Anonymous, 2006). Poměr vstupu organické sušiny vzorku k očkovací látce byl cca 3:10. Očkovací látkou byl fermentát z provozní bioplynové stanice, která zpracovává zvířecí exkrementy, kukuřičnou siláž a senáž píce v poměru zhruba 40:40:20. Údaje z měření experimentální produkce bioplynu byly zaznamenávány většinou jednou denně, v době nejvyšší intenzity produkce bioplynu i několikrát denně. Kvalitativní rozbor bioplynu byl prováděn na specializovaném bioplynovém analyzátoru Biogas Check Analyser renomovaného výrobce Geotechnical Instruments (UK), přesnost měření byla kontrolována pomocí plynového chromatografu s detektorem TCD (viz obr. 2). 9

11 Obr. 1: Laboratorní 48-hnízdní zařízení pro sledování vývoje bioplynu s automatickým časovaným promícháváním Celková doba experimentální fermentace byla jednotně stanovena na 49 dnů (7 týdnů). To je dostatečný čas pro zajištění intenzivní fáze produkce bioplynu u všech testovaných substrátů. V mnoha případech se výroba bioplynu zcela nezastavila ani po uplynutí stanovené doby, což je spojeno s postupnou fermentací obtížně odbouratelných složek biomasy, jako jsou celulózy a hemicelulózy. Intenzivní etapa výroby bioplynu trvala obvykle 2-4 týdny po uplynutí fáze prodlevy (lag-fáze), která obvykle probíhala 1 až 5 dnů. Obr. 2: bioplynu Měřící souprava pro analýzu 10

12 2.2. Výsledky a diskuse Výsledky produkčního potenciálu vybraných druhů trav použitých k obnově trvalého travního porostu z hlediska produkce sušiny a odpovídající produkce metanu jako hlavní složky bioplynu v průměru tříletého období jsou shrnuty v tabulce 1 a jsou rozděleny pro první seč a celkovou roční produkci pro čtyři seče. Produkční potenciál je udáván v sušině biomasy. Tabulka 1. Produkce sušiny, výtěžnost metanu a odpovídající hodnoty potenciální produkce metanu hodnocených travních druhů v tříletém průměru ( ) Travní druh Počet odrůd Roční průměry 1 produkce sušiny v t.ha průměr Specifická výtěžnost metanu (Nm 3.t -1 suš.) Potenciální roční produkce metanu (Nm 3.ha -1 ) Ovsík vyvýšený 1 15,4 11,7 11,2 12, Jílek mnohokvětý 1 17,4 8, , Kostřava rákosovitá 1 17,5 11,1 9,60 12, Bojínek luční 2 17,1 12,1 9,40 12, Srha laločnatá 2 16,4 11,1 10,0 12, Festucololium (festucoid) 4 16,1 10,8 8,70 11, Festucololium (loloid) 3 18,3 10,6 5,90 11, Kostřava luční 3 15,6 9,59 7,00 10, Jílek vytrvalý 5 15,2 8,47 4,20 9, Trojštět žlutavý 1 14,1 10,7 6,00 10, LSD 0,05 3,82 2,74 1,97 2, Poznámky: 1 v případě počtu odrůd většího než 1 se jedná o průměr všech odrůd; 2 dvouletý průměr (v třetím ročníku porost vypadl); 3 Fisherovo LSD - nejmenší významný rozdíl na hladině významnosti α 0,95. 11

13 Ročníkové rozdíly ve výnosech u jednotlivých travních druhů ovlivňovaly užitkový rok, travní druh, vytrvalost travního druhu a charakter počasí. Například jílek mnohokvětý vypadl z porostu již po druhém užitkovém roce, takže jsou u něj uvedeny průměry pouze za dvouleté období. Rovněž produkce jílku vytrvalého významně klesala v průběhu tříletého období. Jeho výnos v průměru 5 odrůd je v roce 2011 již poloviční oproti r a 1/3-1/4 oproti prvnímu užitkovému roku, kdy dosáhl výnosu 15,2 t.ha -1 sušiny biomasy. Průměrné roční výnosy sušiny zkoumaných trav v průměru tříletého období se pohybovaly v rozmezí 9,3 t.ha -1 u jílku vytrvalého do 12,8 t.ha -1 u ovsíku vyvýšeného. Rozpětí průměrů jednotlivých ročníků bylo ještě větší od 4,2 t.ha -1 sušiny biomasy u jílku vytrvalého v třetím užitkovém roce do 18,3 t.ha -1 sušiny u Festucololium (loloid) v prvním užitkovém roce. Získané výsledky specifické výtěžnosti metanu jako hlavní složky bioplynu se pohybují v poměrně širokém rozmezí od 370 do 480 Nm 3 na t sušiny bioplynu, resp. od 200 do 250 Nm 3 na t sušiny metanu. Koncentrace metanu kolísala v rozmezí od 50 do 56 %. Odpovídající průměrné roční hektarové výnosy metanu se pohybovaly v rozmezí od 2054 Nm 3.ha -1 u jílku vytrvalého do 3152 Nm 3.ha -1 u ovsíku vyvýšeného. Druhý nejvyšší potenciální hektarový výnos metanu měl jílek mnohokvětý (3108 Nm 3.ha -1 ), i když v tomto případě se jedná pouze o dvouletý průměr s ohledem na to, protože tento druh má krátkou vytrvalost. Kostřava rákosovitá dosáhla produkce metanu 3045 Nm 3.ha -1 metanu. Jedná se o druh s vysokou vytrvalostí (až 30 let) a proto ji lze považovat za jednu z nejperspektivnějších travních druhů pro potřeby pěstování trav s využitím pro vsázku do BPS. Minimální průkazná diferenciace na hladině významnosti α 0,05 z tříletého průměru roční produkce sušiny biomasy byla 2,16 t sušiny z 1 ha a z odpovídající průměrné roční produkce metanu 376 Nm 3 metanu na ha. Z toho vyplývá, že v celé řadě případů výnosy sušiny biomasy a odpovídající produkce metanu testovaného souboru druhů a odrůd trav jsou statisticky významné na úrovni pravděpodobnosti P 0,05. Z výsledků je patrné, že ne vždy nejvyšší výnosy sušiny biomasy korelují s nejvyššími hodnotami specifické výtěžnosti metanu v bioplynu. 12

14 Například bojínek luční má nejvyšší tříletý průměr výnosu sušiny biomasy (nepočítáme-li dvouletý průměr jílku mnohokvětého), ale současně jednu z nejnižších hodnot výtěžnosti bioplynu a metanu (sedmé místo s hodnotou výtěžnosti metanu 227 Nm 3 na t sušiny). Travní druhy v tabulce jsou seřazeny v klesající posloupnosti potenciálního tříletého průměru ročního výnosu metanu z 1 ha (tj. dle posledního sloupce) Provozní výsledky se vsázkou zavadlých travních siláží do zemědělské BPS s prizmatickými fermentory v HZS Jevíčko a.s. Hanácká zemědělská společnost Jevíčko a.s., hospodařila v roce 2014 na celkem 2300 ha zemědělské půdy, z toho přibližně 200 ha méně úrodných a svažitých ploch bylo vyčleněno do ekologického režimu obhospodařování. Podíl intenzivně využívaných ploch činil 2100 ha, z toho 1840 ha orné půdy, resp. 260 ha trvalých travních porostů. Např., v rámci osevního postupu byly v roce 2014 pěstovány na 680 ha orné půdy obilniny, na 280 ha řepku olejku, na 90 ha cukrovku a na 350 ha kukuřici na siláž (viz tab. 2). Tabulka 2. Osevní plocha a produkce hlavních plodin HZS Jevíčko a.s., v roce 2014 Plodina Osevní plocha (ha) Produkce (t.ha -1 ) Pšenice 330 8,5 Ječmen 170 7,5 Žito, tritikale (pro BPS) Řepka 280 4,8 Cukrovka Kukuřice na siláž 350 z toho krmná pro BPS 130 Vlivem příznivých vláhových podmínek v průběhu vegetace byly v produkci obilovin a řepky dosaženy vysoké výnosy a kvalita zrna byla v roce 2014 nižší vlivem dešťů v době žní. V případě kukuřice na siláž určené ke krmným účelům a pro BPS bylo dosaženo vysoké produkce 13

15 zelené hmoty v průměru sklizených ploch 53 t.ha -1. Část pícnin a obilnin byla zpracována formou GPS do vaků, zejména v závěru žní. Chov skotu byl v porovnání s předchozím obdobím zachován a stabilizován na stavech ve výši 600 ks dojnic, 600 ks mladého skotu, 150 ks skotu na výkrm a výkrm 600 ks prasat Popis bioplynové stanice s prizmatickými fermentory V roce 2010 byla uvedena do provozu zemědělská bioplynová stanice (viz obr. 3 a 4) zkonstruovaná podle licencované metody fy NatUrgas s dvěma prizmatickými fermentory firmou ENSERV o výkonu 1 MW. Projekt byl spolufinancován EU z Evropského zemědělského fondu pro rozvoj venkova v rámci opatření: OSA III Diverzifikace činností nezemědělské povahy (III.1.1). Plánovaná roční vsázka činila t hnoje a t kukuřičné siláže a GPS obilovin. Výstavbu druhé BPS zahájila HZS Jevíčko a.s., na jaře 2011 a v průběhu roku 2011 byla uvedena do provozu. Vedlejší zdroj výroby bioplynu je sekundární turbofermentor. Bioplyn je veden přes odsiřovací zařízení a sklad bioplynu ke kogenerační jednotce, kde je vyráběna elektrická a tepelná energie. BPS s mokrou fermentací v současné době využívá jako vsázku kejdu skotu a siláže zemědělských plodin, zejména kukuřice seté a silážní drtě celých rostlin (GPS), ale i siláže a senáže z trvalých travních porostů. Fermentory mohou pracovat jak v mezofilní (39 C), tak v termofilní (55 C) oblasti. Hlavní fermentor sestává ze dvou samostatných podélných fermentorů o užitném objemu 2 x m 3 s denní vsázkou cca 70 t a s hydraulickou prodlevou 62 dní. Roční doba provozu BPS je h, plánovaná výroba využitelné energie MWh, z toho elektrické energie MWh a tepelné energie MWh. Zásobník plynu má objem 1000 m 3 a je vybaven zařízením na odsíření bioplynu až na hodnotu pod 50 ppm. Kogenerační jednotka byla vybavena generátorem s motorem BHKW GE Jenbacher JGS 416 GS- B.LC o výkonu 1130 kwel a 587 kwte. V roce 2011 byl přistavěn další, tentokrát kruhový dofermentor o průměr 26 m a výšce 7 m, se dvěma stojatými pádlovými míchadly. Kogenerační jednotka byla rozšířena o 14

16 generátor GE Jenbacher JGS 412 GS-B.LC s výkonem 888 kwel a 507 kwte. Obr. 3: BPS s prizmatickými fermentory HZS Jevíčko a.s., o instalo-vaném výkonu 2 MW, v popředí silážní žlaby s kapacitou 15 tis. t siláže BPS HZS Jevíčko a.s. s prizmatickými fermentory 32 m 2 x m 3 (32x15x6 m) 15 m 6 m Obr. 4: Pohled do fermentoru BPS v době výstavby (exkurze studentů Mendelovy univerzity v Brně) 15

17 Na základě poloprovozních pokusů vyhodnocujeme výrobu elektrické energie ze vsázky na bázi kukuřičné siláže v porovnání se siláží z TTP a bilanci výroby elektrické energie ve vztahu k vstupní sušině. Hanácká zemědělská společnost Jevíčko a.s., v zemědělské BPS s prizmatickými fermentory fy ENSERV o instalovaném výkonu 2 MW vyrobila v roce 2013 cca MWh hrubé elektřiny. V roce 2013 sestávala průměrná denní vsázka ze 40 t travní senáže, 46 t kukuřičné siláže, 25 t GPS na bázi ozimého žita a 50 m 3 kejdy skotu. Denní výroba elektřiny dosahovala MWh el. en. a pohybovala se na hranici smluvně sjednané dodávky do sítě. V tab. 3 je uvedeno složení vsázky do zemědělské BPS v roce 2014, v modifikaci jak na bázi silážní kukuřice, tak píce z travních porostů, resp. jejich kombinace. Tabulka 3. Složení vsázky do BPS HZS Jevíčko a.s. s instalovaným výkonem 2 MW v roce 2014 a průměrná denní výroba elektřiny při přechodu z kukuřičné siláže na travní senáž Měsíc květen červen červenec srpen Denní množství Složení vsázky vsázky (t) kukuřičná siláž 50 travní senáž 20 cukr. řízky 40 kejda skotu (m 3 ) 50 travní senáž 48 siláž 10 cukr. řízky 0 píce z travních porostů 58 kejda skotu (m 3 ) 50 travní senáž 60 obilní odpad 4 píce z travních porostů 60 kejda skotu (m 3 ) 50 travní senáž 30 GPS na bázi žita 40 píce z travních porostů 40 kejda skotu (m 3 ) 50 Průměrná denní výroba elektřiny (MWh el. en.) 46,8 46,0 42,4 43,6 16

18 Jak je zřejmé z dosažených výsledků, množstvím vsázky a využitím náběhové křivky tvorby bioplynu ve fermentoru se podařilo udržet plánovaný výkon na stejné úrovni, jako byla vsázka na bázi kukuřičné siláže z počátku května. Tyto provozní poznatky jsou cenné pro další provoz BPS, protože ukázaly její velkou flexibilitu a vhodnost pro různé materiály rostlinné produkce a to jak konzervované, tak v čerstvém stavu. V tab. 4 jsou uvedeny příklady ověřených v experimentech vhodných směsek pro obnovu TTP a seté travní porosty (s využitím na píci i pro BPS, doporučované DLF - TRIFOLIUM Hladké Životice s.r.o.) Tabulka 4. Příklady vhodných směsek pro obnovu TTP a seté travní porosty (s využitím na píci i pro BPS, doporučované DLF - TRIFOLIUM Hladké Životice s.r.o.) BPS 1 (vysoký podíl jílkovitých trav, výnosná, vytrvalost 2 3 užitkové roky) Druh Odrůda % ve směsi výsevek (kg.ha -1 ) Kostřava rákosovitá Kora 30 Festulolium Perun (Hostyn) 20 Festulolium Lofa 30 Jílek jednoletý Jivet (Lolan) 16 Jetel plazivý Klondike 4 Výsevek.. 35 BPS 2 (vyšší podíl kostřavy rákosovité,, výnosná, vytrvalost 3 4 užitkové roky) Druh Odrůda % ve směsi výsevek (kg.ha -1 ) Festulolium Hykor 30 Kostřava rákosovitá Kora 30 Festulolium Perun (Hostyn) 10 Festulolium Lofa 20 Jílek jednoletý Jivet (Lolan) 16 Jetel plazivý Klondike 4 Výsevek

19 3. Ekonomika pěstování travních porostů na bioplyn Rozhodujícím faktorem pěstování a využití energetických plodin je cena vypěstované biomasy jako biopaliva nebo suroviny pro výrobu biopaliv a tudíž i náklady na pěstování. Při rozhodování o pěstování zemědělských plodin na bioplyn jsou důležité nejenom hektarové výnosy fytomasy a ekvivalentní produkce metanu z 1 ha, ale rovněž hodnocení výrobních nákladů na jejich produkci, které mohou postavení jednotlivých plodin vylepšit nebo zhoršit. Tuto analýzu jsme provedli na základě modelování jednotlivých pěstebně-technologických operací a nákladů a v případě dostupnosti jejich porovnání s údaji z praxe nebo z jiných zdrojů. Vzorem a zdrojem informací posloužily obecně uznávané modely, známé odborníkům jako Normativy pro zemědělskou a potravinářskou výrobu (viz Vedoucím tymu autorského kolektivu těchto normativů je Prof. M. Kavka, DrSc., poslední aktualizace byla provedena v roce Dalším významným zdrojem pro modelování výrobních technologií jsou expertní systémy Výzkumného ústavu zemědělské techniky (VÚZT), zejména Provozní náklady zemědělských strojů a Technologie a ekonomie plodin ( záložka expertní systémy). Obě dvě pojmenované databáze obsahují kalkulace technologických nákladů pro trávy, i když především z hlediska jejího využití pro produkci suché biomasy za účelem spalování nebo produkce tuhých paliv. Na základě dostupných údajů z uvedených databází doplněných o výsledky vlastního výzkumu a údaji ze světové literatury byly sestaveny technologické karty pro pěstování vybraných vytrvalých trav na bioplyn s podrobným popisem jednotlivých operací a hodnocení jednotlivých výrobních nákladů, a to včetně silážování nebo senážování a zpětného odběru digestátu. Na základě analýzy těchto technologických karet bylo provedeno ekonomické hodnocení nákladovosti produkce fytomasy, jejího silážování a následné produkce metanu jako základní energetické složky bioplynu. Pro srovnání podobné modelování bylo provedeno i pro 18

20 kukuřici na siláž pro bioplyn. Souhrnné výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 5. Tabulka 5: Souhrnné hodnocení výrobních nákladů na pěstování vytrvalých trav na krmivo a bioplyn v přepočtu na výnos nadzemní biomasy a odpovídající potenciální produkci siláže a metanu jako hlavní energetické složky bioplynu Hodnocené plodiny Kukuřice setá (stand. technologie) Kukuřice setá (intenz. technologie) Vytrvalé trávy (jedná seč) Vytrvalé trávy (dvě seče) Hodnocené plodiny Kukuřice setá (stand. technologie) Kukuřice setá (intenz. technologie) Vytrvalé trávy (jedná seč) Vytrvalé trávy (dvě seče) Výnos fytomasy z 1 ha původní hmotnost (t) sušina (t) Prům. výtěžnost CH 4, Nm 3 /t suš. fytomasy Prům. výnos CH 4, Nm 3 /ha Celk. náklady produkce fytomasy v přepočtu na 1 ha (Kč/ha za rok ) včetně založení odběr na poli včetně konzervace a uskladnění 40 12, , Celk. náklady v přepočtu na 1 t produkce fytomasy (Kč/t suš.) včetně založení odběr na poli včetně konzervace a uskladnění Měrné náklady v přepočtu na výtěžek metanu (Kč/Nm 3 CH 4 ) včetně založení odběr na poli včetně konzervace a uskladnění Prům. ztráty při silážování, % sušiny Cena metanu ze siláže koreg ztrátou sušiny siláže (Kč/Nm 3 CH4) ,92 6,59 4 6, ,95 5,51 4 5, ,86 7, , ,32 7, ,22 Poznámky: 1. V tabulce nejsou kalkulované žádné dotace 2. Celkové náklady na základní přípravu půdy a založení porostu vytrvalých trav byly vypočteny na cca 12,8 tisíc Kč. Životnost byla kalkulována na 10 let a náklady na založení byly rozpočítány parciálním dílem na jednotlivé roky. 3. Pro zjednodušení byl do nákladů započítán pouze podíl fixních nákladů za použité stroje, nikoliv ostatní fixní náklady (budovy, administrace, nájmy apod.), které odhadujeme v průměru ČR na cca 2,5-4,5 tisíc Kč v přepočtu na 1 ha 19

21 Výrobní náklady jsou pro kukuřici uvedeny ve dvou variantách, odpovídajících standardním a intenzivním technologickým postupům při jejich pěstování a lišících se především ve výnosech, ale i v nákladech. Jedná se o výnosy zprůměrované v rámci ČR. Rovněž pro trávy jsou uvedeny dvě varianty, ale zde se jedná především o jednosečné a dvousečné využití, které se rovněž liší ve výnosech a nákladech. Při jednorázové sklizni se porost seče v době nejvyššího nárůstu nadzemní hmoty, který nastává obvykle v období zrání semen (většinou v srpnu). Při dvousečném využití se jednotlivé seče uskutečňují v ranějších stádiích vývoje rostlin, obvykle koncem kvetení začátkem tvorby semen (většinou v červnu). Zvolená zemědělská plodina je vytrvalá a modelová kalkulace je provedena na období 10 let. Celkové náklady na základní přípravu půdy a založení travních porostu byly vypočítány na cca 12,8 tisíc Kč. Tyto náklady byly rozpočítány rovným dílem pro následujících 10 let pěstování. Pro pěstování většiny trav jako energetické plodiny lze v současné době získat dotační podporu (SAPS např. v roce 2011 to bylo 4686,5 Kč.ha -1 ). Jelikož se tyto sazby každý rok mění a do budoucna nelze odhadnout vývoj a poskytování možných dotačních titulů, nebyly do kalkulace zahrnuty a představují příjmy navíc. Flexibilita systému pěstování vytrvalých trav je přijatelná z hlediska plnění jednotlivých standardů GAEC zemědělského hospodaření ve shodě s ochranou životního prostředí - umožňuje zachování kvality půdy, minimální úroveň péče a ochrany vody a hospodaření s ní, které jsou v této souvislosti pro žadatele jednou z podmínek pro poskytování plné výše přímých plateb a některých podpor z osy II Programu rozvoje venkova. Tabulka souhrnně uvádí výsledky srovnání výrobních nákladů na produkci běžných vytrvalých trav a referenční kukuřice na bioplyn, a to jak v přepočtu na sušinu fytomasy, tak i na ekvivalentní množství metanu zjištěné v průběhu předchozího výzkumu ve výše popsaných experimentech. Cenový ekvivalent nákladů na jednotku produkce a na 1 ha byl počítán ve dvou variantách cena na poli a cena v silážním zařízení. 20

22 Z uvedených výsledků je vidět, že trávy sice máji nižší výnosy a celkovou potenciální produkci metanu v přepočtu na 1 ha než referenční kukuřice, ale cenově tato produkce vychází výrazně levněji, a to jak v přepočtu na siláž, tak i na metan. Pro objektivnost byla dokonce provedena korekce měrných nákladů produkce siláže v přepočtu na metan (tj. cenu suroviny v metanu) na ztráty při silážování, které u vytrvalých trav jsou vyšší nežli u kukuřice (viz poslední sloupce tabulky). Přesto cenové ekvivalenty nákladů na jednotku metanu se u dražších variant výrazně neliší a u levnějších variant jsou tyto náklady nižší u trav. Závěrem lze říct, že trávy máji nižší výrobní náklady na jednotku produkce sušiny fytomasy a přepočteného výtěžku metanu, především ve variantě jednorázové sklizně. Problémem však je druhý rozhodující faktor intenzita produkce fytomasy na bioplyn, vyjádřená celkovým výnosem buď sušiny fytomasy, nebo ekvivalentního množství metanu z 1 ha. To znamená, že sice snížíme při využití méně náročných plodin náklady na jednotku produkce, ale současně snížíme intenzitu využití pozemků s ohledem na nižší produktivitu těchto rostlin, tj. jinými slovy na produkci stejného množství fytomasy nebo metanu budeme potřebovat větší plochy. To si můžeme dovolit především v případě lokalit, kde pěstovat kukuřici nesmíme nebo nemůžeme (např., výše položené oblasti, svažité pozemky apod.) a kde vystačíme i s extenzivní výrobou biomasy na bioplyn. Na rozdíl od kukuřice máji trávy jednu velmi důležitou výhodu, a to protierozní a půdu zúrodňující efekt při jejich pěstování. Proto jsou vytrvalé trávy vhodné pro pěstování na bioplyn nebo na krmivo v oblastech a na půdách s méně příznivými půdně-klimatickými podmínkami, včetně erozně ohrožených pozemků. 21

23 III. SROVNÁNÍ NOVOSTI POSTUPŮ Srovnání novosti postupů oproti původní metodice, případně jejich zdůvodnění, pokud se bude jednat o novou neznámou metodiku V předložené uplatněné metodice jsou prezentovány výsledky produkce metanu sortimentu pícních trav vhodných pro pěstování v podmínkách v ČR pro obnovy TTP a pro seté travní porosty na orné půdě při čtyřsečném využívání, které zajišťuje vyšší degradabilitu organické hmoty při fermentaci. Poloprovozní pokusy se vsázkou do BPS s prizmatickými fermentory na bázi zavadlých travních siláží prokazuje možnost náhrady kukuřice seté v plném rozsahu při nesnížené výkonnosti fermentoru. Při nižší výtěžnosti metanu u zavadlých travních siláží oproti kukuřici seté se zvyšuje vsázka zavadlé travní siláže, aby se dosáhlo instalovaného výkonu BPS a požadované denní výroby elektrické energie. Nosné travní druhy tuzemského pícního sortimentu trav dosahují v optimální sklizňové zralosti výtěžnosti metanu Nm 3.t -1 suš., což je dostatečná výtěžnost pro optimální provoz BPS. Jsou doporučeny vhodné směsi pro BPS. IV. POPIS UPLATNĚNÍ CERTIFIKOVANÉ METODIKY Metodika je určená pro zemědělskou praxi, poradce v oblasti zemědělství, pracovníky ve výzkumu, zemědělském školství a šlechtění. Pro její využití byla uzavřena smlouva se VOS zemědělců, a.s. Velké Opatovice. VOS zemědělců, a.s. Velké Opatovice, doporučuje tuto metodiku pro využití v praxi. 22

24 V. SEZNAM POUŽITÉ SOUVISEJÍCÍ LITERATURY ANONYMOUS (2006) VDI Vergärung organischer Stoffe (German Guideline: Fermentation of organic materials Characterisation of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests). Berlin, Beuth Verlag GmbH. EC (2009) Directive 2009/28/EC of The European Parliament and of The Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Official Journal of the European Union. EC (2012) EU Commission tackles the climate impacts of biofuel production. Press release. Available in: documentation_en.htm (accessed ). KORRES N.E., SINGH A., NIZAMI A.-S., MURPHY J.D. (2010) Is grass biomethane a sustainable transport biofuel? Biofuels, Bioproducts and Biorefining 4, PROCHNOW A., HEIERMANN M., PLÖCHL M., LINKE B., IDLER C., AMON T., HOBBS P.J. (2009) Bioenergy from permanent grassland A review: 1. Biogas. Bioresource Technology 100, ROSCH CH., SKARKA J., RAAB K., STELZER V. (2009) Energy production from grassland Assessing the sustainability of different process chains under German conditions. Biomass and bioenergy, 33, VÁŇA J., USŤAK S. (2011) Využití odpadů ze zemědělského provozu a biomasy energetických rostlin k výrobě bioplynu. Pohořelice, listopad 2011, 12 s. VI. SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE JURKA M., KOHOUTEK A., NERUŠIL P., (2014) Konverze vsázky z TTP bioplynovou stanicí s prizmatickými fermentory. In: Pozdíšek, J., Kohoutek, A. (eds). Reintenzifikace travních porostů základ výroby kvalitní píce pro živočišnou výrobu a vsázku do BPS. Sborník příspěvků z konference. Rapotín, , str. 70. ISBN KOHOUTEK A. (2012) Trvale udržitelné obhospodařování TTP v zemědělské soustavě České republiky. In: Kohoutek, A., Pozdíšek, J. (eds.) Trvale udržitelné systémy obhospodařování travních porostů v České republice a jejich perspektiva. Rapotín, 8. listopadu 2012, VÚRV, v.v.i., Praha 6 Ruzyně, s ISBN

25 KOHOUTEK A., USŤAK S., MUŇOZ J., ODSTRČILOVÁ V., NOVÁK K., NERUŠIL P., NĚMCOVÁ P. (2014) Biogas production potential of selected grass species used to restore grasslands. In: V. Jambor, S. Malá, B. Vosynková, D. Kumprechtová (eds) Forage conservation: proceedings of the 16th International Symposium 3-6 June, 2014, Brno, Czech Republic. Mendel Univerzity at Brno, 2014, ISBN KOHOUTEK A., USŤAK S., MUŇOZ J., ODSTRČILOVÁ V., NOVÁK K., NERUŠIL P., NĚMCOVÁ P. (2014) Potenciální produkce bioplynu z vybraných druhů trav využívaných pro obnovu travních porostů. In: V. Jambor, S. Malá, B. Vosynková, D. Kumprechtová (eds) KONZERVACE OBJEMNÝCH KRMIV, sborník ze 16. mezinárodního symposia, června, 2014, Brno, Česká republika, Mendelova univerzita v Brně, NutriVet, s.r.o., Vídeňská 1023, Pohořelice, Česká republika, (česká elektronická verze) KOHOUTEK A. (2014) Obhospodařování a využívání TTP v období reintenzifikace rostlinné výroby. In: Pozdíšek J., Kohoutek A. (eds). Reintenzifikace travních porostů základ výroby kvalitní píce pro živočišnou výrobu a vsázku do BPS. Sborník příspěvků z konference. Rapotín, , str. 16. ISBN USŤAK S., KOHOUTEK A., MUŇOZ J., ODSTRČILOVÁ V., KOMÁREK P., NERUŠIL P., NĚMCOVÁ P. (2013) Potential production of biogas of selected grassland species from renovated grasslands. In: Helgadóttir Á., Hopkins A. (eds.). The role of Grasslands in less Favoured Areas, Proc. of the 17th Symposium of the Europ. Grassl. Fed., Grassl. Science in Europe, vol. 18, Akureyri, Iceland, June 2013, pp ISBN KOHOUTEK A. (2013) Uplatnenie monokultúr tráv pre bioplynové stanice. In: Krmoviny a bioplyn, seminář, Vígľaš-Pstruša, Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany, Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica, Výskumno-šľachtiteľská stanica Vígľaš- Pstruša, JURKA M. (2013) Možnosti uplatnenia fytomasy z trávnych porastov v BPS Jevíčko s prizmatickými fermentory. In: Krmoviny a bioplyn, seminář, Vígľaš- Pstruša, Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany, Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica, Výskumno-šľachtiteľská stanica Vígľaš-Pstruša, JURKA M. (2013) Konverze vsázky z TTP bioplynovou stanicí s prizmatickými fermentory. In: Nové technologie přísevů do TTP pro zlepšení kvality píce a využití v bioplynových stanicích, VÚRV, v.v.i, VS Jevíčko, Jevíčko

26 25

27 Autoři: Ing. Alois Kohoutek, CSc., Ing. Sergej Usťak, CSc., Ing. Miroslav Jurka, Ing. Věra Odstrčilová, Ph.D., Ing. Pavel Nerušil, Ph.D., Ing. Petra Němcová, Ph.D. Název: Výtěžnost bioplynu u vybraných odrůd trav, jetelovin a jetelovinotravních směsek perspektivních pro pěstování náhradou za kukuřici setou Vydal: Tisk: Náklad: Hanácká zemědělská společnost Jevíčko a.s. Vydavatelství Mendelovy univerzity v Brně, Zemědělská 1, Brno 100 ks Vyšlo v roce: 2015 Vydáno: Kontakt na autory: bez jazykové úpravy vste@seznam.cz Autoři fotografií: Ing. Alois Kohoutek, CSc., Ing. Sergej Usťak, CSc., Ing. Ladislav Rygl Ing. Alois Kohoutek, CSc., Ing. Sergej Usťak, CSc., Ing. Miroslav Jurka, 2015 Hanácká zemědělská společnost Jevíčko a.s., 2015 Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i., 2015 ISBN

28