Výzkumný ústav rostlinnévýroby, Praha, Česká Republika Ing.. Sergej Usťak ak,, CSc.: Produkce biopaliv na základz kladě energetických rostlin v České republice
Zdroje energie Podíl rozličných zdrojů energie v Českérepublice v roce 2005 Podíl na celkové produkce energie, % Podíl na hrubé produkce elektřiny, % Uhlí 48,7 63,1 Ropa* 19 - Přírodní plyn * 19 3,2 Jaderná energie 9,3 29,9 Obnovitelné zdroje energie 4,0 3,8** *- importované zdroje; ** - podíl na hrubé spotřebě elektřiny je 4,5 %
Procentuální podíl jednotlivých obnovitelných zdrojů energie (OZE) (v roce 2005 celkový podíl OZE na primárních energetických zdrojích (PEZ) v ČR dosáhl 4 %) 11,2 0,89 0,15 3,06 0,06 0,15 4,38 80,2 Biomasa Voda Odpady Bioplyn Tepl.čerpadla Solární kolektory Vítr Biopaliva
Výroba tepla z OZE v ČR v roce 2005 (dle MPO a ERÚ) Hrubá výroba, GJ Podíl z OZE, % BIOMASA CELKEM Biomasa mimo domácnosti Palivové dřevo Štěpka apod. Celulózové výluhy Rostlinné materiály Brikety a pelety Biomasa domácnosti Bioplyn celkem Komunální ČOV Průmyslové ČOV Zemědělský bioplyn Skládkový plyn Biologicky rozložitelná část TKO Biologicky rozl. část PRO a ATP Tepelná čerp. (teplo prostředí) Solární termální kolektory CELKEM 40 891 558 17 436 986 640 525 8 493 573 8 151 984 105 487 45 417 23 454 572 1 009 902 791 463 60 077 67 223 91 140 1 979 292 990 107 545 000 103 000 45 518 859 89,83% 38,31% 1,41% 18,66% 17,91% 0,23% 0,10% 51,53% 2,22% 1,74% 0,13% 0,15% 0,20% 4,35% 2,18% 1,20% 0,23% 100,00%
Výroba elektřiny z OZE v ČR v roce 2005 (dle MPO a ERÚ) Vodní elektrárny Malé vodní elektrárny do 1 MW Malé vodní elektrárny od 1 do 10 MW Velké vodní elektrárny nad 10 MW Biomasa celkem Štěpka apod. Celulózové výluhy Rostlinné materiály Pelety Bioplyn celkem Komunální ČOV Průmyslové ČOV Zemědělský bioplyn Skládkový plyn Tuhé komunální odpady (BRKO) Větrné elektrárny (nad 100 kw) Fotovoltaické systémy (odhad) CELKEM Hrubá výroba elektřiny MWh 2 379 910 342 980 727 730 1 309 200 560 252 222 497 279 582 53 735 4 437 160 857 71 447 2 869 8 243 78 299 10 612 21 447 390 3 133 463 Podíl na zelené elektřině % 75,95% 10,95% 23,23% 41,78% 17,88% 7,10% 8,92% 1,71% 0,14% 5,13% 2,28% 0,09% 0,26% 2,50% 0,34% 0,68% 0,01% 100,00%
Podíl OZE na spotřebě PEZ ve státech Evropské Unie (stav v roce 2000)
Základnícíle národního programu ČR pro využití obnovitelných zdrojů energie do roku 2010: 1) Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na hrubé spotřebě elektřiny na 8 % (EU - z 14 % v roce 1997 do 20%); 2) Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na využití primárních energetických zdrojů na 6 % (EU - z 5,4 % v roce 1997 do 12%); 3) Podíl biomasy představuje v ČR v současnosti a vbudoucnosti cca 80% na využití obnovitelných zdrojů energie; 4) Zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na využití pohonných hmot na 3,93 % (EU-5,75 % do roku 2010), 25 % -do roku 2030) ;
Hrubá výroba elektřiny (MWh) v ČR časová řada 2003-2005 (dle MPO ČR) Biopalivo: 2003 2004 2005 Nárůst, poměr Biomasa celkem 372 972 564 546 560 252 1,50 Štěpka apod. 82 818 265 269 222 497 2,69 Celulózové výluhy 290 154 275 817 279 582 0,96 Rostlinné materiály 0 20 840 53 735 2,58 Pelety 0 2 620 4 437 1,69 Bioplyn celkem 107 856 138 793 160 857 1,49 Komunální ČOV 55 810 63 591 71 447 1,28 Průmyslové ČOV b.d. 2 001 2 869 1,43 Zemědělský bioplyn 6 519 7 130 8 243 1,26 Skládkový plyn 45 527 66 071 78 299 1,72 Tuhé komunální odpady (BRKO) 9 588 10 031 10 612 1,11 Celkem 490 416 713 370 731 721 1,49
Hrubá výroba tepelnéenergie (GJ) v ČR časová řada 2003-2005 2003 2004 Biomasa celkem 31 946 046 40 230445 Biomasa mimo domácnosti 10 125 688 *) 16 980168 Palivové dřevo 110 916 *) 387 277 Štěpka apod. 5 853 977 *) 8 043 981 Celulózové výluhy *) 4 073 340 *) 8 408 747 Rostlinné materiály 60 347 108 879 Brikety a pelety 27 108 31 284 Biomasa domácnosti 21 820 358 23 250 277 Bioplyn celkem 780 639 968 452 Komunální ČOV 633 583 722 850 Průmyslové ČOV b.d. 74 478 Zemědělský bioplyn 57 324 67 553 Skládkový plyn 89 732 103 572 Biologicky rozložitelná část TKO 2 047 484 2 051 713 Biologicky rozl. část PRO a ATP b.d. b.d. Celkem 34 774 169 *) změna metodiky / data nejsou plně srovnatelná 43 250 610 2005 poměr 40 891 558 1,28 17 436 986 1,72 640 525 5,77 8 493 573 1,45 8 151 984 *) 2,00 105 487 1,75 45 417 1,68 23 454 572 1,07 1 009 902 1,29 791 463 1,25 60 077 0,81 67 223 1,17 91 140 1,02 1 979 292 0,97 990 107 -- 44 870 859 1,29 (dle MPO ČR)
Bilance briket a pelet v ČR v roce 2005 (v tunách) Kapacita Výroba Dovoz Vývoz Dodávka na trh Tuzemská spotřeba Z toho větší spotřebitelé Z toho menší spotřebitelé Brikety 144 415 102 303 975 81 335 46 155 23 599 2 426 21 173 Pelety 49 016 20 875 0 11 686 13 912 9 223 3 617 5 606 (dle MPO ČR-2005)
Biomass isa very importantsousrce of renewable energy!!! Biomasa je velmi důležitý zdroj obnovitelné energie!!!
Složení zemědělského půdního fondu České republiky Celk. plocha ČR: 7,9 mil.ha; Celk.plocha lesů: 2,6 mil.ha (33%); Celk.plocha zeměd.půd: 4,3 mil.ha (54%); LFA-oblasti: 2,5 mil.ha (32 %) Typ využití zeměd. plochy Celk. zeměd. plocha [ha] Orná půda [ha] Louky a pastviny [ha] Trvalé kultury [ha] Využité hnojené plochy Nevyužité nehnojené plochy Celková plocha zeměd. půd 3 400 000 2 800 000 300 000 300 000 880 000 280 000 600 000 0 4 280 000 3 080 000 900 000 300 000
Energetický potenciál cíleně pěstované a zbytkové biomasy v ČR V současnosti leží v ČR ladem asi 0,5 mil.ha půdy. Pro naplnění cíle roku 2010 by postačilo využít asi polovinu této výměry. V horizontu 30 let lze využít až 1,5 mil.ha, tj. asi 35 % výměry zemědělsképůdy v ČR, v souladu s osevními postupy a správnou zemědělskou praxí. (dle CZ BIOM, 2004)
Two periods of development of energetic biomass use in the Czech Republic: 1) 1990-2000: energetic biomass use was orientated mainly towards the waste and by-products of agricultural and forestry production; 2) 2000-2010: energetic biomass use is becoming increasingly oriented towards growing and utilization of energetic crops. Breeding and selection of the new potential crops and species is the main condition for successful biomass production!!!
Energeticképlodiny se dělí na: jednoleté: např. obiloviny, řepka, konopí, len, lnička a dalšíalternativní olejniny, topinambur aj. víceletéa vytrvalé: např. ozdobnice čínská, chrastice rákosovitá, křídlatka japonská, rákos obecný aj. rychle rostoucí dřeviny: např. topoly, vrby, olše aj.
Šlechtění a selekce nových perspektivní plodin a druhů je nejdůležitější podmínkou pro úspěšný rozvoj zemědělské produkce biomasy : Požadavky na perspektivníenergetické plodiny: 1) vysoké výnosy biomasy za nízkou cenu; 2) jednoduché nízkonákladové zemědělské technologie; 3) rozmnožovánísetím je více preferované než sadbou; 4) vytrvalé plodiny mají přednost před jednoletými; 5) nízké požadavky na hnojenía ochranu rostlin; 6) možnost využitíběžné zemědělské techniky má přednost před použitím úzce specializovaných strojů;
Požadavky na perspektivníenergetické plodiny (pokračování): 7) poskytnutírostlinou vhodných technologických podmínek pro sklizeň a zpracování biomasy a parametrů pro energetické využití; 8) co nejnižšíobsah škodlivin (těžké kovy), emisních prvků (S, N) a prekursorů organických polutantů např. Cl (jsou vyžadované standardy) 9) co nejnižšíobsah biologických patogenů a produktů jejich metabolismu (např. plísně a jejich toxiny); 10) nezávadnost rostlin pro životníprostředí
Počet zařízení spalujících palivovédřevo (biomasu) v ČR (dle MPO-2005) Celkem Biomasa Též uhlí Sporák 75 500 56 500 19 000 Kotel ÚT 284 000 105 900 178 100 Kotel ÚT a TUV 116 500 47 100 69 400 Lokální topidla 126 200 66 200 60 000 Kotel TUV 21 600 17 300 4 300 Krb 66 900 66 900 -- Celkem 690 700 359 900 330 800
Celková spotřeba palivového dřeva (biomasy) v t/rok podle zdrojů v ČR (dle MPO-2005) Celkem Biomasa Též uhlí Sporák 179 128 137 186 41 942 Kotel ÚT 1 302 751 664 415 638 336 Kotel ÚT a TUV 675 138 367 878 307 260 Lokální topidla 273 075 143 391 129 684 Kotel TUV 26 709 26 709 b.d. Krb 196 674 196 674 Celkem 2 653 476 1 536 253 1 117 222
Vývoj těžby dříví v ČR (dle ČSÚ; m 3 ) Rok m 3 t Odpad, t 2001 14 374 001 8 624 435 1 293 665 2002 14 541 000 8 724 635 1 308 695 2003 15 139 933 9 083 996 1 362 599 2004 15 601 376 9 360 863 1 404 129 2005 15 510 546 9 306 365 1 395 955
Dvě základní skupiny technologiípro získání energie z biomasy: 1) suché technologie - technologie, které vyžaduj adují biomasu v suchém m stavu; 2) mokré technologie - technologie, které vyžaduj adují biomasu v mokrém m stavu;
Srovnání důležitých pozitivních a negativních vlastností produkce a využití biomasy v technologiích preferujících suchý stav (především spalování a suchá pyrolýza) Pozitiva Negativa Možnost použitíjednoduchých technologických postupů a zařízení. Docela úzký sortiment vhodných energetických plodin a druhů. Nižší investiční nároky na technologické zařízení pro sklizeň biomasy, přípravu biopaliv a získaní energie z biomasy. Nižší náklady na hnojení rostlin při sklizni v suchém stavu po ukončení vegetačního cyklu rostlin. Vyšší zisk energie na hmotnou jednotku biomasy (vyšší podíl energie ve výstupu:vstupu). Dobrá skladovatelnost suché biomasy sminimální ztrátou původních užitkových vlastností. Pozdní dozrávání většiny vysokoprodukčních plodin a tím problémovost vhodných termínů a podmínek sklizně. Špatná dostupnost porostů energetických plodin pro zemědělskou techniku při sklizni v pozdních termínech.
Srovnání důležitých pozitivních a negativních vlastností produkce a využití biomasy v technologiích preferujících mokrý stav (především biozplynování a mokrá pyrolýza) Negativa Možnost použití docela složitých technologických postupů a zařízení. Vyšší investiční nároky na technologické zařízení pro sklizeň biomasy, přípravu biopaliva získaní energie z biomasy. Vyšší náklady na hnojení rostlin při sklizni vmokrem stavu, obvykle vdobě plné vegetace. Nižší zisk energie na hmotnou jednotku biomasy (nižší podíl energie ve výstupu:vstupu). Špatná skladovatelnost mokré biomasy spotenciálně vysokou ztrátou původních užitkových vlastností. Vysoké nebezpečí biologické kontaminace vývojem patogenních mikroorganizmů (především plísně). Pozitiva Velmi rozsáhlý sortiment vhodných energetických plodin a druhů. Ranní dosažení stupně sklizňové zralosti plodin a tím vhodné termíny a podmínky sklizně. Dobrá dostupnost porostů energetických plodin pro zemědělskou techniku při sklizni vranních termínech. Možnost vícenásobné sklizně (2-3 sečí ročně) při sekání vzeleném (mokrém) stavu
Co bráníúspěšnému rozvoji fytoenergetiky v ČR a ostatních státech EU? vyčerpanost levných odpadních zdrojů biomasy dosavadním m rozvojem bioenergetiky; ekonomický tlak sousedních vyspělých států (předev edevším m Rakouska a Německa) N na ceny a dostupnost biopaliv v ČR; nižší dotační podporu energetických plodin ve srovnání s klasickými zemědělskými plodinami; nedostatek praktických zkušenost eností a znalostí v oblasti pěstování energetických plodin; potřebu drahých specializovaných strojů pro efektivní a ekonomicky přijatelnp ijatelné zahuštění energie z biomasy a tím t m optimalizace logistiky biopaliv;
Co bráníúspěšnému rozvoji fytoenergetiky v ČR a ostatních státech EU? malé rozlohy energetických plodin, což znemožň žňuje aplikovat drahé specializované stroje; nedostatečný ný sortiment druhů a odrůd d energetických plodin vhodných pro fytoenergetiku; nedostatečný ný produkční potenciál l existujících ch druhů energetických plodin absence kategorie energetické plodiny v evropském systému registrace odrůd d a odrůdových dových práv; nedostatečná podpora výzkumu v oblastí selekce a šlechtění nových energetických plodin; nedostatečná podpora výzkumu v oblastí pěstování a zpracování energetických plodin.
Jakéjsou základníúkoly pro zemědělský výzkum voblasti fytoenergetiky? rozší šíření sortimentu druhů a odrůd d energetických plodin podporou jejich introdukce, selekce a šlechtění včetně GMO postupů; zvýšen ení produkčního potenciálu energetických plodin na 1,5-2-násobek současn asného stavu do 15-25 tun suché hmoty z 1 ha; snížen ení nákladovosti pěstovp stování energetických plodin zavedením m nových druhů a odrůd nízkonáročných na agrotechniku, hnojení a ochranu; vývoj nových a zdokonalení existujících ch technologií pro pěstovp stování,, sklizeň,, skladování a zpracování energetických plodin;
Pokud nebude sjednána náprava situace s využitím zbytkové a cíleně pěstované biomasy ze strany státu, průmyslu, zemědělství a v neposlední řadě i vědy a výzkumu, tak do roku 2010 ambiciózní plány národního programu rozvoje využití obnovitelných zdrojů energie v ČR splněny nebudou.
Plodiny: konopí seté čirok zrnový čirok cukrový čirok Hyso lnička setá sléz Meljuka sléz z kadeřavý avý bělotrn boryt Energetická výtěžnost fytomasy jednotlivých plodin (v průměru let 1992-2004 a různých stanovišť VÚRV) Netradiční plodiny: křídlatka šťovík k krmný topolovka růžr ůžová mužák prorostlý spalné teplo MJ/kg sušiny 18,1 17,6 17,8 17,7 18,8 19,4 17,8 17,5 17,6 17,6 18,9 19,6 18,5 výnosy suché hmoty t/ha 11,5 9,83 10,2 16,6 3,16 48,6 14,8 8,54 8,85 14,2 17,3 14,8 10,8 energetická výtěž ěžnost GJ/ha 208 173 182 294 59 943 263 149 156 250 327 290 200
Dotační program ČR 1.U: Podpora pěstování bylin pro energetické využití 1. Jednoletéaždvouleté: a) laskavec Amaranthus b) konopíseté Cannabis sativa c) světlice barvířská saflor Carthamus tinctorius d) sléz přeslenitý (krmný) Malva verticillata e) komonice bílá (jedno-a dvouletá) Melilotus alba f) pupalka dvouletá Oenotherabiennis g) hořčice sarepská Brassicajuncea 2. Víceletéa vytrvalé(dvouděložné) g) mužák prorostlý Silphium perfoliatum h) jestřabina východní Galegaorientalis i) topinambur Helianthus tuberosus j) čiičorka pestrá Coronillavaria k) šťovík krmný Rumextianshanicusx R. patientia l) sléz vytrvalý Kitaibelia m) oman pravý Inula helenium n) bělotrn kulatohlavý Echinopssphaerocephalus
3. Energetickétrávy n) sveřep bezbranný Bromus inermis o) sveřep horský (samužníkovitý) Bromus cartharticus p) psineček veliký Agrostis gigantea q) lesknice (chrastice) rákosovitá Phalaris arundinacea r) kostřava rákosovitá Festuca arundinacea s) ovsík vyvýšený Arrehenatherum elatius t) ozdobnice čínská (sloní tráva) Miscanthus sinensis
Foto 1. Křídlatka hrotolistá (Bohemica)
Foto 2. Křídlatka sachalinská
Photo 3. Schavnat
Photo 4. Schavnat
Foto 3. Kvetoucí jestřabina východní.
Foto 4. Kvetoucí jestřabina východní
Foto 5. Topolovka růžová -okrasa polních pokusů
Foto 6. Topolovka růžová -okrasa polních pokusů
Foto 7. Topolovka růžová -okrasa polních pokusů
Foto 8a. Mužák prorostlý
Foto 8b. Mužák prorostlý
Foto 8c. Mužák prorostlý
Foto 9. Reveň dlanitá
Foto 10. Topinambur (Helianthus tuberosus) x Slunečnice (Helianthus anua)
Foto 11. Sida
Foto 12. Chrastice rákosovitá
Foto 13. Chrastice rákosovitá
Foto 14. Různédruhy vytrvalých trav pokusy VÚRV
Photo 5. Schavnat harvesting
Photo 6. Schavnat harvesting
Table 4. The results of comparison combustion tests of different biofuels. Biofuel: temperature in chimney capacity of boiler *) temperature of ash fusibility wood 230 0 C 1800 KW - schavnat 225 0 C 1900 KW 1200 0 C cereal straw 180 0 C 1400 KW 800 0 C *)-boiler type Verner-Golem 1800, made in theczechrepublic
Tab. 1. Poměr vstupů a výstupů energie u některých fytopaliv Fytopalivo tuhé fytopalivo ke spalování- vytrvalé plodiny tuhé fytopalivo ke spalování- jednoleté rostliny energetická štěpka z rychle rostoucích ch dřevind brikety ze slámy surový řepkový olej jako palivo v Elsbettově motoru řepkový methylester (bionafta) ŘME + šrot + glycerin bioetanol z pšenice bioetanol z cukrovky bioetanol z cukrovky + výpalky + řízky bioplyn z fytomasy + organické hnojivo input/output 1 : 15-19 19 1 : 13-17 17 1 : 11-16 16 1 : 9-129 1 : 1,8-3 1 : 1,2-1,3 1,3 1 : 2,5-2,7 2,7 1 : 1,1-1,3 1,3 1 : 1,2-1,4 1,4 1 : 1,6-2,5 1 : 6,5-9,5
Přibližná kalkulace energetického využit ití biomasy: Instalovaný výkon: 1 MW elektřiny = 3,8 MW tepla Odpovídaj dající roční produkce: cca 90 000 GJ energie (cca 900-1200 rodinných domků) cca 7 000 MWh elektřiny Potřeba biomasy: cca 6 200 tun; Cena biomasy: cca 800-1000 Kč/tK Odpovídaj dající plochy: cca 600-700 ha; Počet zemědělc lců: : cca 5-10. 5