Energetická biomasa z polních kultur Vlasta Petíková Abstract The importance of biomass lies not only in direct utilization of the energy but above all in an ecological importance. Production of energy biomass has also high importance for the farmers. In CZ. R. there is about 1 million ha soils, not needed for food production. The energetic crops can be grown up there. We have tested several crops for energy, e.g. fodder mallow, some energetic grasses and so on. The most economic are the perennial crops. The best of them is the fodder sorrel, the variety of cultural crop. It has a strong plant 2 2,5 m high. Since the second year provides the yields about 8-10t/ha dry matter. Sorrel rips soon, at the beginning of July. The sorrel biomass has the very good quality as the fuel material in every forms : straw, brikets, pellets. The growing up of this sorrel is perspective way for the developing of fytoenergy. 1. Úvod V souasné dob se zaíná usilovn hledat náhrada za fosilní energetické zdroje, jejichž vyerpání se blíží. Jedním z dležitých píspvk obnovitelných zdroj energie je biomasa. Její význam nespoívá jen v získání nového zdroje energie, ale biomasa pstovaná má daleko širší souvislosti: pispívá k omezení skleníkového efektu, její intenzivní zele zlepšuje ekologii krajiny, umožuje efektivní využití pdy a v neposlední ad má i významné sociální aspekty, nebo pispívá k vytvoení nových pracovních píležitostí. Ze zemdlského hlediska je tento program zvlášt výhodný, nebo umožní produkovat netradiní komodity, které neslouží pro potravináské úely. To znamená, že místo potravin mže zemdlství uritým podílem produkovat energii. Pro pstování energetických rostlin lze s výhodou využít pdu, která není potebná pro produkci potravin nebo krmiv a která se v R rozlohou blíží tém 1 mil. hektar (465 tis. ha orné pdy a 523 tis. ha luk a pastvin). 2. Zdroje biomasy Energetická biomasa se nejastji využívá ve form nejrznjších odpadních hmot organického pvodu, nebo vedlejších produkt. Jedná se pedevším o devní i lesní odpady, nebo slámu: obilní, epkovou, kukuinou apod. Biomasa nyní slouží pedevším k vytápní budov, nebo k výrob bioplynu, zpravidla s následnou produkcí elektiny. Tradiní topení devem je rovnž jedna z nejvýznamnjších forem využívání energetické biomasy. Využívání odpadních hmot je nejlevnjší zdroj biomasy. S rostoucím potem nov vybudovaných biokotelen se ale již vyskytují signály o nedostatku lesních a devních odpad. S tím souvisí obvykle i jejich vzrstající cena. Stává se, že tolik žádoucí rozvoj využívání biomasy je tímto zpsobem omezován. Samozejm, že dostatená zásoba a stálý písun paliva je pro výstavbu fytoenergetického zaízení (kotelny, peletárny, briketárny) rozhodující a bez této záruky o nich nelze uvažovat. Z posouzení potenciálu energetické biomasy (zpracovaného v r.2003 CZ Biom) pitom vyplývá, že pro zadané cíle do r. 2010 je nezbytné tém z poloviny získat biomasu zámrným pstováním, jak je zejmé z pipojeného pehledu:
druh biomasy energie v % celkem PJ z toho teplo PJ elektina GWh devo a devní odpad 24 33,1 25,2 427 sláma obilnin a olejnin 11,7 15,7 11,9 224 energetické rostliny 47,1 63 47,7 945 bioplyn 16,3 21,8 15,6 535 celkem 100 133,6 100,4 2231 Zámrné pstování rostlin pro energetickou biomasu má stále vtší význam. Pomrn známé jsou plantáže rychle rostoucích devin, které jsou i u nás zakládány, ale jsou rozšíeny hlavn v zahranií. Mén známé jsou energetické rostliny bylinného charakteru. S tímto typem rostlin se v zahranií rovnž zabývali a to již ped více než 15 lety. V té dob (a nkde až dosud) byl nejvíce doporuován Miscanthus, tzv. sloní tráva. Proto jsme se o tuto rostlinu také zaali zajímat, ale výsledky nebyly povzbudivé: tém všechny vysázené rostliny bhem zimy vymrzly, což vedlo k závru, že ji u nás nelze doporuit pro široké uplatnní (pípadn jen do teplejších oblastí). Na základ zmínných zkušeností jsme se dále vnovali jen takovým rostlinám, které jsou vhodné do našich pdn klimatických podmínek. Využíváme jednak vysoce vzrstné krmné plodiny, nebo další netradiní robustní rostliny, vetn nkterých rostlin okrasných, které vytváí velké množství nadzemní hmoty. Pro pímé spalování jsou efektivní rostliny, které dosahují výnosu kolem 10 t suché hmoty z 1 ha. Pstování rostlin k energetickým úelm jsme zahájili jednoletými plodinami. Postupn jsme se zaali vnovat pedevším rostlinám víceletým a zejména vytrvalým. Na základ výsledk z pokus ve VÚ rostlinné výroby byly pozdji vybrány perspektivní druhy energetických bylin, které byly i podkladem pro podporu jejich pstování pro zemdlce. Pro letošní rok je píspvek na pstování a ošetování energetických bylin 2000 K/ha, v dotaním titulu oznaeném U.1 ( Zásady, kterými se stanovují podmínky pro poskytování dotací pro rok 2005 na základ 2 a 2d, zákona.252/1997 Sb. o zemdlství ) Dotace jsou poskytovány na rostliny, které jsou v níže uvedeném seznamu. 1. Jednoleté až dvouleté: a. laskavec Amaranthus L. b. konopí seté Cannabis sativa L. c. svtlice barvíská Carthamus tinctorius d. sléz peslenitý (krmný) Malva verticillata e. komonice bílá (jednoletá s dvouletá) Melilotus alba f. pupalka dvouletá Oenothera biennis g. hoice sarepská Barsica juncea 2. Víceleté a vytrvalé (dvoudložné) h. mužák prorostlý Silphium perfoliatum L. i. jestabina východní Galega orientalis j. topinambur Helianthus tuberosus L. k. iorka pestrá Coronilla varia L. l. šovík krmný Rumex tianshanicus x Rumex patientia m. sléz vytrvalý Kitaibelia n. oman pravý Inula helenium L.
o. blotrn kulatohlavý Echinops sphaerocephalus 3. Energetické trávy p. sveep bezbranný Bromus inermis Leyss. (odrda Tribun ) q. sveep horský (samužníkovitý) Bromus carharticus Vahl. (odrda Tacit) r. psineek veliký Agrostis gigantea L. s. lesknice (chrastice) rákosovitá Phalaris arundinacea L. t. kostava rákosovitá Festuca arundinacea u. ovsík vyvýšený Arrehenatherum elatius v. ozdobnice ínská (sloní tráva) Miscanthus sinensis V seznamu jsou všechny potenciáln vhodné druhy, ale ne všechny jsou již ovené v provozních podmínkách, což je pro praktické využití nezbytné. Z tchto rostlin jsou nejdležitjší rostliny víceleté a vytrvalé. Jejich výhodou je snížení náklad na pstování a na každoroní zakládání porost, vetn úspor za nákup osiv. Další nesporná výhoda vytrvalých rostlin, obdobn jako pi zatravování, je jejich protierozní psobení, které se jinak pi každoroní orb mže velmi negativn projevit. Zajímavé jsou i vysoce vzrstné trávy, vetn nov vyšlechtných odrd sveep. Tyto trávy zde plní navíc funkci zatravování, takže jejich pstování pro energii je i z tohoto hlediska velmi výhodné. Také osiva tchto trav jsou u nás bžn ke koupi, což je podstatná podmínka pro zakládání tchto porost. U nkterých výše uvedených druh rostlin je ale teba osivo zaít zajišovat, nebo není dosud všeobecn k dispozici. Ze seznamu vytrvalých rostlin je nejvíce propracovaný krmný šovík (Rumex tianshanicus x rumex patientia), který se jeví jako nejperspektivnjší. Je to kulturní plodina, vyšlechtná na Ukrajin pvodn jako krmná a to kížením šovíku zahradního a janšanského, oznaeného Rumex OK 2, pod názvem odrdy UTEUŠA. Tato plodina je krmivásky vysoce kvalitní a lze ji sklízet na zeleno 3 až 5x do roka. Pokud se nesklízí na zeleno, dorstá do vysoké siln rozvtvené lodyhy až do 2 2,5 m. Rumex OK 2 mže vydržet na svém stanovišti 8-10 let, což je z hlediska fytoenergetiky bezpochyby velmi výhodné. V prvém roce se nesklízí, ale již od druhého roku po založení kultury dosahuje výnosu kolem 8-10t/ha suché hmoty (i více). U nás je šovík známý jako nepíjemný plevel. Šovík Uteuša však nemá s tímto plevelem nic spoleného, nebo se jedná o ádn vyšlechtnou zemdlskou plodinu. Také se asto namítá, že jej nelze už nikdy z pole odstranit. To bylo vyvráceno pi provozním ovování, kdy po 3letém pstování byl pkný vitální porost šovíku zaorán a následn byly bez problému pstovány bžné zemdlské plodiny.technologie pstování šovíku pro energetické úely je tudíž v R již do znané míry propracována a zásadní agrotechnické postupy lze již pedat zájemc o jejich pstování. Potvrzuje to i zájem pemýšlivých zemdlc, nebo bhem posledních 3 let bylo v R zaseto již tém 1000 ha této energetické plodiny. Biomasu šovíku, stejn jako jiných energetických rostlin (bylin) lze využívat nejen v suchém stavu k pímému spalování, ale rovnž jako písada do fermentoru, pro výrobu bioplynu. Šovík Uteuša je k tmto úelm zvláš výhodný, protože velmi rychle obrstá a mže se sklízet nkolikrát bhem vegetace. Pro pímé spalování se sklízí suchý zaátkem ervence, kdy dozrává. Po této hlavní sklizni šovík opt rychle obrstá a lze jej proto podle poteby sklízet i na podzim, ale nejdéle do zaátku záí, aby mohl ješt dostaten do konce vegetace obrst a byl tak zárukou plného obrstání v následném roce.
Je potšitelné, že se již zaíná i v oficiálních kruzích vnímat poteba pstované energetické biomasy z rostlin bylinného charakteru. Je to dost významný pokrok oproti období ped 6-8 lety, kdy se tato možnost považovala jen za neskutenou fantazii. Projevuje se to mimo jiné i v pednáškách oficiálních pedstavitel na rzných semináích i konferencích i pedstavitel nkterých významných státních institucích, kteí si již uvdomují potebu zajištní dostatku biomasy pro energii i z cíleného pstování energetických rostlin. Významné je rovnž rozhodnutí Ministerstva zemdlství, že je teba zaít provozn ovovat další druhy podporovaných energetických bylin. V letošním roce bude poprvé poskytnuta podpora pímo z MZe na provozní ovování 3 dalších druh energetických bylin. Ovování šovíku bylo totiž zajišováno zatím pouze v rámci soukromých firem. Jedná se o tyto druhy bylin: Amaranthus, saflor a sveep bezbranný. Je vítané, že se zaíná na resortu zemdlství prosazovat pozitivní posun v nazírání na fytoenergetiku a pstování nepotravináských plodin se zaíná považovat za uritou alternativu pro naše zemdlce. Rozšíení sortimentu pstovaných energetických bylin je významné nejen pro získání stabilní produkce biomasy, ale rovnž pro posílení biodiversity rostlinných spoleenstev v krajin. Pstování energetických rostlin je aktuální práv v dob, kdy je v R obrovský pebytek tém 2 mil. tun zásob obilí, které je stále obtížnjší prodat a uplatnit na evropském trhu. Náklady na prodej tchto zásob jsou pitom nemalé. Pro tedy nezaít pstovat rostliny, které nekonkurují na trhu potravin a zamit se na netradiní druhy, nap. pro úely energie a podpoit jejich produkci na úkor neefektivn vynaložených náklad na export pebyteného obilí? 3. Energetické vlastnosti biomasy Z cílen pstovaných energetických rostlin jsme se pi zjišování vlastností biomasy zamili pedevším na šovík. Sláma šovíku byla podrobena píslušným analýzám v Ústavu pro výzkum a využití paliv v Bchovicích a jejich výsledky vyplývají z následujícího souhrnného pehledu: Energetické vlastnosti šovíkové slámy vzorek % MJ.kg -1 voda popel spalné teplo výhevnost pvodní 12,51 1,85 16,77 15,35 bezvodý - 2,11 19,17 17,89 Tyto laboratorní výsledky byly potvrzeny též v provozních zkouškách. Sláma šovíku byla spalována v nových kotelnách ve Žluticích a v Bouzov v kotli Verner Golem 1800 a porovnáním s dalšími palivy byly získány následující údaje: palivo teplota v komín výkon kotle devo 230 C 1800 KW šovík 225 C 1900 KW sláma 180 C 1400 KW K výsledkm mení byl doplnn tento komentá:
šovík se chová jednoznan jako velice kvalitní palivo a oproti slám dosahuje vyššího výkonu a lepšího spalování vykazuje lepší vlastnosti pi drcení na rozdružovadle, je kehí je vhodnjší pro šnekovou dopravu, neucpává šneky je dobe spalitelný i pi vyšší vlhkosti cca do 30 % (pi zachování kvality spalování). Sláma je spalitelná do 20 % vlhkosti. Ze závr tchto provozních spalovacích zkoušek vyplývá, že se jedná o velice zajímavé a perspektivní palivo. Dobré zkušenosti se spalováním šovíkové biomasy byly získány dokonce i Rakousku. Spalovací zkouška se uskutenila letos, 9.bezna na kotli Kohlbach v Dobersbergu, prostednictvím firmy Schiestl. Z informaní zprávy o výsledku spalovací zkoušky cituji : Jedná se zatím o orientaní zkoušku. Pesto se ale ukazuje, že speciální kotle na balíkovanou slámu by se pravdpodobn bez velkých úprav a potíží daly využít pro spalování šovíku. Zstává také otevená možnost sklízet šovík technikou, která jej pímo naseká na drobné kousky (nap. kombajn na sklízení kukuice) a pak spalovat samostatn nebo ve smsi s devním odpadem na klasických kotlích Kolbach. I tímto smrem byl uinn první krok, když jsme loni spálili v kotli o výkonu 6 MW asi 28 tun nasekaného šovíku pímo z pole aniž jsme v pozorovali njakou významnou zmnu oproti klasickému devnímu odpadu. Z hlediska spalovacích proces jsou dležité též teploty tavitelnosti popele. Výsledky získané analýzami v Ústavu pro využití paliv jsou velmi píznivé, nebo vykazují všeobecn vysoké hodnoty: teplota spékání (sintrace) t S - 1191 C poátku deformace t A - 1306 C, tání t B nad 1500 C teení t C nad 1500 C. Vysoké hodnoty tavitelnosti popele i píznivé výsledky mení energetických vlastností šovíku svdí o tom, že toto palivo je výhodné, nebo se podobá parametrm tradiního deva. Vysoká teplota tavitelnosti popele je dležitá pro bezproblémové spalování biomasy, která se v topeništi nespéká a nepoškozuje vnitní prostory kotle. 4. Uplatnní biomasy v praxi Prosazení a plné uplatnní programu fytoenergetiky není snadné, protože se promítá do nkolika resort. Nejdležitjší je odbyt vyprodukované biomasy. Pstitelé musí pedem získat pehled o zaízení k využívání biomasy ve svém okolí, jako jsou biokotelny, briketárny i peletárny nebo takové zaízení postavit nejlépe ve spolupráci s obcí i jinými subjekty. Velmi zajímavé a efektivní je využívání vypstované biomasy pímo ve vlastním zemdlském podniku. Je ada pípad, kdy dožívá stávající starý uhelný kotel na zemdlském stedisku i obdobném provozu a je teba jej nahradit. Nejlepší rozhodnutí je jeho náhrada za kotel na biomasu a palivo si pstovat na poli. Nkteí progresivní zemdlci již tento zpsob realizují a jsou velmi spokojeni. Jsou zcela nezávislí na palivovém zdroji a mají i do budoucnosti po starostech o pípadné postihy za emise vznikající spalováním uhlí. Bohužel, ke škod vci vtšina zemdlc o této možnosti vbec neví, nebo ji považují za fantazii. Snažíme se v maximální míe podávat objektivní informace
zemdlské i laické veejnosti o tchto možnostech, ale poád ješt vtšina lidí neví nic, nebo jen velmi málo. Je proto nezbytné i nadále pokraovat v intenzivní propaganí kampani. Zásadní rozvoj fytoenergetiky závisí rovnž na nezbytné koordinaci program dalších resort, vetn Ministerstva prmyslu a obchodu. Samotní zemdlci tento problém nevyeší. Je nezbytné hledat souasn co nejefektivnjší využití produkce energetické biomasy i v oblasti prmyslu. K tomu je nutné najít nový pístup soustedné celostátní podpory, promítající se do všech zúastnných resort. Pispje k tomu nepochybn i velmi dležitý, nyní projednávaný zákon o podpoe energie z obnovitelných zdroj. Je ale teba, aby byl co nejdíve definitivn schválen a zajistil tak stabilní podnikatelské podmínky na tomto úseku a tím i žádoucí rozvoj fytoenergetiky v R. 5. Souhrn a závr Využívání biomasy pro energii má nesporný význam nejen pro získání obnovitelných energetických zdroj, ale rovnž z celé ady dalších dvod. Dostatené zásoby tohoto biopaliva lze u nás úspšn zajistit. Je teba dsledn využívat veškeré lesní a devní odpady a souasn využívat pebytenou zemdlskou pdu pro produkci energetických rostlin, z nichž nejvtší význam má krmný šovík. Pstování energetických rostlin má pro zemdlce nespornou výhodu, nebo nekonkurují na trhu potravin a tato zelená energie zajišuje plynulý odbyt vypstované produkce.