VÝNOSOVÝ POTENCIÁL TRAV VHODNÝCH K ENERGETICKÉMU VYUŽITÍ GRAS PRODUCTION RATE FOR ENERGY UTILIZATION J. Frydrych -,D.Andert -2, D.Juchelková ) OSEVA PRO s.r.o. Výzkumná stanice travinářská Rožnov Zubří 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky, v. v. i, Praha 3) Vysoká škola báňská Technická univerzita, Ostrava Abstract The research on the utilisation of grasses for generating energy has been focused on the determination of suitable grass species and their yield potential. On the basis of the first research phase the most suitable species of grasses for generating energy were selected. In the second research phase, Agrostis gigantea, Festuca arundinacea, Arrhenatherum elatius, Phalaris arundinacea, Bromus marginatus, and grass and clover meadow mixtures for humid and for dry conditions were included. In the Czech Republic, the most suitable time for harvesting grasses for generating energy appears to be at the time of the harvesting of their seeds, with the utilisation of threshed-out grass straw for energy generation. On the basis of the results of the second research phase and of combustion experiments in large boilers, it is possible to recommend the burning of grass biomass (straw) in particular in cereal straw-burning boilers. Keywords: soil management, permanent grass vegetation, biomass Úvod V současné době je hledání zdrojů alternativních (obnovitelné energie) celosvětovou záležitostí. Obnovitelné zdroje energie jsou přírodní zdroje, které jsou pro využití buďto okamžitě nebo pravidelně k dispozici a neustále se obnovují. Význam obnovitelných zdrojů v České republice se zvyšuje, neboť mohou přispívat k zabezpečení celkové energetické potřeby společnosti. V souvislosti se stoupající úrovní a produktivitou zemědělství se zvyšuje plocha půdy, která nemá využití pro produkci potravin. Vedle produkce píce plní travní porosty oproti ostatním porostům nezastupitelné mimoprodukční funkce. Mezi významné patří: vodohospodářská zadržování dešťové vody; protierozní ochrana půdy před vodní a větrnou erozí; ochranná ve vztahu k hydrosféře kořenový systém omezuje znečištění podzemních vod; estetická travní porost jako krajinný prvek udržuje vzhled krajiny; hospodářská a sociální vytvoření pracovních příležitostí pro obyvatele marginálních oblastí. V případě uvedení orné půdy do klidu, kdy je vhodné zatravnění, potřebují i tyto plochy obhospodařovat sečením. Zvýšený ekonomický tlak na rentabilitu zemědělské produkce je dalším důvodem, proč klesá obhospodařovaná plocha, zvláště v marginálních oblastech. Lze předpokládat, že podobně jako v Německu či Rakousku, bude vzrůstat společenský tlak na majitele pozemků zvláště v turistických oblastech, aby prováděli pravidelnou údržbu veškerých travních ploch. Obr. : Ladem ležící půda spontánní úhor ( Foto: Ing. Jan Obr. 2: Pohled na pokusná políčka v Zubří ( Foto: Ing. Jan
Výsledky a diskuse Materiál a metody Výzkum energetických trav sestával ze dvou etap. V první části výzkumu byly ze skupiny vybraných druhů trav ověřeny a zjištěny trávy nejvhodnější pro energetické účely z hlediska výnosu zelené hmoty, suché hmoty a sušiny, spalného tepla a výhřevnosti. V první etapě byly zařazeny tyto travní druhy do výzkumu - kostřava rákosovitá, psineček veliký, kostřavice bezbranná, ovsík vyvýšený, lesknice rákosovitá, lesknice kanárská, ozdobnice čínská, proso seté, rákos obecný, bezkolenec rákosovitý, třtina křovištní a bezkolenec rákosovitý. Bylo provedeno hodnocení ladem ležící půdy tzv. spontánních úhorů dříve intenzivně obhospodařované zemědělské půdy. Ve druhé etapě výzkumu byly ověřeny výnosové parametry (výnos zelené hmoty, suché hmoty a sušiny a její obsah) u vybraných travních druhů a lučních směsí zařazených do výzkumu v období jednoho až dvou měsíců před sklizňovou zralostí trav na semeno a v termínu do dvou měsíců po sklizňové zralosti trav na semeno. Do výzkumu druhé etapy energetických trav byl zařazen psineček veliký (Rožnovský), kostřava rákosovitá (Kora), ovsík vyvýšený (Rožnovský), lesknice rákosovitá (Palaton, Chrifton a Chrastava (odruda OSEVY PRO s.r.o. Výzkunné stanice travinářské Rožnova- Zubří), sveřep horský (Tacit), luční směs do vlhkých a do suchých podmínek Pro výnosové účely byly založeny polní pokusy v obou etapách výzkumu energetických trav s jednotlivými travními druhy o velikosti parcel 0 m 2 s úrovní výživy dusíkem bez hnojení a s minimální dávkou dusíku 50 kg na hektar. Současně proběhlo ověřování spalování travní biomasy v technických zařízeních v druhé etapě výzkumu energetických trav. Cílem této části výzkumu bylo zjistit nejvhodnější energetické zařízení (kotel) ve kterém lze spalovat travní biomasu. Obr. 4: Lesknice rákosovitá tráva využívaná pro energetické účely ( Foto: Ing. Jan Obr. 5: Ovsík vyvýšený Rožnovský perspektiv ní energetická tráva ( Foto: Ing. Jan Výsledky a diskuse Obr. 3: Psineček veliký Rožnovský perspektiv ní energetická tráva ( Foto: Ing. Jan Výsledky první etapy výzkumu energetických trav - v první etapě výzkumu byly navržené trávy posouzeny z hlediska výnosu zelené hmoty, suché hmoty a sušiny. Byly rozborovány na spalné teplo a výhřevnost.současně byla posouzena i ladem ležící půda tzv. spontánní úhory. U této půdy bylo provedeno botanické hodnocení. Byl stanoven výnos sušiny těchto spontánních úhorů. Na základě výsledků byly stanoveny tři druhy trav nejvhodnější pro energetické využití (psineček veliký Rožnovský, kostřava rákosovitá Kora a ovsík vyvýšený Rožnovský). Výnos u těchto tří travních druhů se pohyboval v průměru 8 0 t sušiny na hektar v podmínkách Zubří ve hnojené variantě. Výnos sušiny u spontánních úhorů byl velice nízký (do 2 t na hektar). 2
Výsledky druhé etapy výzkumu energetických trav - výsledky polních pokusů - trávy a luční směsi zařazené ve druhé etapě výzkumu byly sklizeny v letech 2005-2008 jako celé rostliny v měsíčních intervalech květen-září. U jednotlivých lučních směsí a travních druhů zařazených do výzkumu se projevil rozdílný obsah sušiny v zelené hmotě, který se zvyšuje zejména stárnutím porostu a oddalováním doby první sklizně. Obsah sušiny v zelené hmotě byl nejvyšší u porostů sklizených v září. Nejvyšších výnosů sušiny ve všech sklizňových letech dosahovala lesknice rákosovitá Palaton -,89 t/ha ve třetím užitkovém roce, lesknice rákosovitá Chrastava -,76 t/ ha ve třetím užitkovém roce, lesknice rákosovitá Chrifton -,2 t/ha ve třetím užitkovém roce, psineček veliký Rožnovský -,2 t/ha a kostřava rákosovitá Kora 0,69 t/ha, oba ve třetím užitkovém roce ze všech zkoumaných travních druhů. Nejvyššího výnosu sušiny dosahovaly trávy při sklizni celých rostlin v období měsíců červenec až srpen, tzn. v období sklizňové zralosti na semeno a měsíc po této sklizňové zralosti na semeno. Na základě těchto dosažených výsledků lze doporučit sklizeň energetických trav v období sklizně trav na semeno u všech zařazených travních druhů druhé etapy výzkumu. Pozdější sklizeň lze doporučit pouze u lesknice rákosovité (Palaton, Chrifton, Chrastava), kde ztráty sušiny i dva měsíce po termínu sklizně trav na semeno (v září) byly nevýznamné. Na základě výsledků sledování v letech 2005-2008 lze luční směsi pro energetické účely doporučit pro sklizeň v měsíci červnu a červenci, případně s vícesečným využitím jako je tomu v současné zemědělské praxi. U dalších travních druhů zařazených do výzkumu je optimální termín pro sklizeň na energetické využití následující. Kostřavu rákosovitou Koru lze doporučit pro sklizeň při sklizňové zralosti semene a do jednoho měsíce po termínu sklizně na semeno, kdy dochází k nárůstu obsahu sušiny v zelené hmotě a maximalizace výnosu sušiny. U ovsíku vyvýšeného Rožnovského a sveřepu horského Tacit dochází při sklizni měsíc po sklizňové zralosti semene ke snížení výnosového potenciálu sušiny a lze doporučit jeho sklizeň na biomasu celých rostlin v době sklizně semene. U všech odrůd lesknice rákosovité (Palaton, Chrastava a Chrifton) na základě výsledků z prvního, druhého i třetího sklizňového roku lze doporučit jejich sklizeň do dvou měsíců po sklizňové zralosti na semeno v měsíci září. U psinečku velikého lze doporučit sklizeň na biomasu v době sklizňové zralosti semene a do jednoho měsíce po sklizňové zralosti, kdy dochází k nevýznamnému snížení výnosu sušiny. U většiny trav se projevuje hnojení dávkou 50 kg N. ha -.rok - zvýšením produkce 30 až 40 %. Nejmenší vliv je u travní směsi do vlhčích podmínek a největší u ovsíku, kde se blíží až k 50%. Vliv hnojení na výnos semen je podstatně menší a pohybuje se kolem 20 až 24%. Pouze u lesknice rákosovité Chrifton byl po celé sledované období nárůst o 42 až 52%. Při sklizni měsíc po technické zralosti je nárůst 30 25 Výnos v zelené hmotě [ t / ha ] 20 5 0 seč 25.5.2007 seč.6. seč 2.7. seč 7.7. seč 29.8. 5 0 Psineček veliký Rožnovský K o a s t so r ř á v K a k i o v o r t a á Lesknice rákosovitá Palaton L e s k n ák i o c s e tá o L v r e i r a L e r a Lesknice rákosovitá Chrifton Luční směs do vlhčích podmínek Lučnís m ě sdo s u hp š š o í dm ín c e k Ovsík vyvýšený Rožnovský hnojeno 50 kg N / ha seč 25.9. 2.seč 7.0. poz. z.6. Obr. 6: Průběh výnosů v zelené hmotě sklízených trav a směsí 3
hmoty pouze u lesknic (přibližně o 0-5%) Pro zlepšení ekonomiky pěstování rostlin se jeví jako optimální sklizeň v technické zralosti na semeno a následně sběr sena pro spalování. Podzimní plevelohubnou seč je vhodné potom použít na výrobu bioplynu. Pokud nebudeme provádět sklizeň na semeno, je možné sklízet seno do jednoho měsíce po technické zralosti. Jestliže bude travní hmoty využita pouze pro výrobu bioplynu je vhodné provádět dvě až tři seče s využitím jak čerstvé hmoty, tak senáže. Při jednotlivých sečích byl prováděn podrobný rozbor trav. Z výsledků stanovení obsahu kyslíku a uhlíku v sušině byla stanovena závislost obsahu C na O. Závislost obsahu C na obsahu O V rámci sledování výnosů energetických trav byly provedeny rovněž rozbory s cílem určit chemické složení významných prvků a stanovit vývoj jejich obsahu v průběhu zrání rostlin. Byly stanoveny obsahy organických těkavých látek, popela, dusíku, vodíku a uhlíku. Obsah dusíku například u psinečku byl ve hnojené variantě v průběhu růstu o 25 a 50% větší než varianty nehnojené. V okamžiku technické zralosti však u obou variant začne prudce klesat až o 95 %. 50.00 45.00 40.00 y = -.042x + 90.065 R 2 = 0.98 O (%) 35.00 30.00 25.00 20.00 40 45 50 55 60 65 70 C (%) Obsah N v průběhu roku u hnojené a nehnojené varianty Obr. 7: Závislost obsahu kyslíku na obsahu uhlíku u zkoušených trav,2 0,8 N [ % ] 0,6 Hnojený Nehnojený 0,4 0,2 0 Červen Červenec Srpen Září Obr. 8: Obsah N u psinečku v průběhu roku 4
Závěr Jednotlivé luční směsi i travní druhy v prvním až třetím sklizňovém roce reagují rozdílně i z hlediska výnosu sušiny a optimálního termínu sklizně pro biomasu celých rostlin a jejího využití pro energetické účely. Optimální termín sklizně můžeme charakterizovat jako termín kdy travní druh dosáhne nejvyššího výnosu sušiny při sklizni celých rostlin. Snížení výnosu sušiny u travních porostů sklizených v pozdním letním a podzimním období v první seči je způsobeno zejména opadem listů a polehnutím.(např. luční směsi nebo ovsík vyvýšený). Na základě výsledků výzkumu v letech 2005-2008 lze luční směsi pro energetické účely doporučit pro sklizeň v měsíci červnu a červenci s případně vícesečným využitím jako je tomu v současné zemědělské praxi. U dalších travních druhů zařazených do výzkumu je optimální termín pro sklizeň na energetické využití následující. Kostřavu rákosovitou Koru lze doporučit pro sklizeň ve sklizňové zralosti semene a do jednoho měsíce po termínu sklizně na semeno, kdy dochází k nárůstu obsahu sušiny v zelené hmotě a maximalizace výnosu sušiny. U ovsíku vyvýšeného Rožnovského a sveřepu horského Tacit dochází při sklizni měsíc po sklizňové zralosti semene ke snížení výnosového potenciálu sušiny a lze doporučit jeho sklizeň na biomasu celých rostlin v době sklizně semene. U všech odrůd lesknice rákosovité (Palaton, Chrastava a Chrifton) na základě výsledků z prvního, druhého i třetího sklizňového roku lze doporučit jejich sklizeň do dvou měsíců po sklizňové zralosti na semeno v měsíci září. U psinečku velikého lze doporučit sklizeň na biomasu v době sklizňové zralosti semene a do jednoho měsíce po sklizňové zralosti, kdy dochází k nevýznamnému snížení výnosu sušiny. V podmínkách České republiky se jeví nevhodnější sklizeň energetických trav v období jejich sklizně na semeno s využitím vymlácené travičové slámy pro energetické účely. Na základě výsledků výzkumu druhé etapy energetických trav a provedených spalných zkoušek ve velkých kotlích je možné doporučit spalování travičkového sena předně v kotlích určených pro spalování obilní slámy. Poznámka Publikace je realizována jako výsledek projektu NAZV ČR. č. QF479 Využití trav pro energetické účely Literatura FRYDRYCH, J., ANDERT, D., JUCHELKOVÁ, D.: Výzkum energetických trav. In Sborník přednášek Zemědělská technika a biomasa 2006 Praha, 33-35, 4/2006.ISBN: 80-86884- 5-5. FRYDRYCH, J., ANDERT, D., JUCHELKOVÁ, D.: Energetické využití trav. In sborník Nepotravinářské využití zemědělské produkce, energetické a technické plodiny.zemědělský svaz ČR a Institut vzdělávání v zemědělství o.p.s. 2008, str. 4-53, ISBN 978-80-903840-8-8. FRYDRYCH, J., ANDERT, D., KOVAŘÍČEK, P., JUCHEL- KOVÁ, D., TIPPL, M.: Energetické trávy jako alternativní plodiny v horských a podhorských oblastech. In BADA- LÍKOVÁ, B. (ed.): Aktuální poznatky v pěstování, šlechtění, ochraně rostlin a zpracování produktů. Vědecká příloha časopisu Úroda. Sborník referátů z konference s mezinárodní účastí. Brno, 6.-7.listopadu 2008. VÚP s.r.o. a Zemědělský výzkum s.r.o. Troubsko, s.363-369. ISSN: 039-603 Abstrakt: Výzkum využití trav pro energetické účely byl zaměřen na stanovení vhodných travních druhů a jejich výnosového potenciálu. Na základě výsledků první etapy výzkumu energetických trav byly stanoveny druhy nejvhodnější pro energetické využití. Do výzkumu druhé etapy energetických trav byl zařazen psineček veliký, kostřava rákosovitá, ovsík vyvýšený, lesknice rákosovitá, sveřep horský, luční směs do vlhkých a do suchých podmínek. V podmínkách České republiky se jeví nevhodnější sklizeň energetických trav v období jejich sklizně na semeno s využitím vymlácené travičové slámy pro energetické účely. Na základě výsledků výzkumu druhé etapy energetických trav a provedených spalných zkoušek ve velkých kotlích je možné doporučit spalování travičkového sena předně v kotlích určených pro spalování obilní slámy. Klíčová slova: hospodaření na půdě, trvalý travní porost, biomasa Kontaktní adresa: Ing. Jan Frydrych OSEVA PRO, Výzkumná stanice travinářská Hamerská 698, 756 54 Zubří Tel: 57 658 95, FAX: 57 658 97 E-mail: FRYDRYCH@OSEVA.LUDIK.CZ Ing. David Andert, CSc.. Výzkumný ústav zemědělské techniky v.v.i., Drnovská 507, 6 0 Praha 6 Tel: 233 022 225, 233 022 235 Fax: 233 32 507 E-mail: ANDERT@VUZT.CZ 5