Uprawa roślin energetycznych na biomasę

Wśród potencjalnie dostępnych w Polsce źródeł energii odnawialnej największy potencjał ma biomasa. Wykorzystanie produktów odpadowych i plonów ubocznych (słoma, liście, plewy, paździerze) daje możliwości uzyskania znacznych ilości biomasy, którą można wykorzystać w celach energetycznych. Przy przewidywanym wzroście zapotrzebowania na energię ze źródeł odnawialnych zasoby produktów ubocznych okazują się niewystarczające i koniecznością staje się uprawa roślin energetycznych na specjalnie w tym celu zakładanych plantacjach.

W chwili obecnej jedynie kilka gatunków jest uprawiane na większą skalę. Rosnące potrzeby energetyki, a wraz z nimi powierzchnia upraw roślin energetycznych tworzą potrzebę wprowadzenia do uprawy większej liczby gatunków, dostosowanych do zróżnicowanych warunków przyrodniczych oraz technicznych możliwości rolników.

W produkcji bioetanolu zastosowanie mają głównie ziarno żyta i kukurydzy, w mniejszym zakresie bulwy ziemniaków. Wraz z ograniczaniem produkcji cukru znaczenia mogą nabierać buraki cukrowe. Są to gatunki od dawna uprawiane, a ich agrotechnika dla potrzeb gorzelni nie odbiega od ich uprawy na inne cele. Wśród mniej znanych roślin dużym potencjałem cechuje się słonecznik bulwiasty (topinambur), którego bulwy, podobnie jak ziemniaki są cennym surowcem gorzelniczym. Lepiej niż ziemniaki udaje się na słabych glebach, dobrze zacienia glebę i konkuruje z chwastami, nie wymaga chemicznych zabiegów ochrony, może być zbierany jesienią lub wiosną, gdyż bulwy nie przemarzają przez zimę. Wady tego gatunku to kłopotliwe przechowywanie świeżych bulw, trudności w oddzielaniu bulw od stolonów, zachwaszczanie roślin następczych i duża inwazyjność na sąsiednie tereny.

Estry metylowe kwasów tłuszczowych produkowane są głównie z oleju pozyskiwanego z rzepaku, który jest w tej chwili jedyną rośliną oleistą uprawianą na dużą skalę. Słonecznik, len i lnianka siewna są roślinami oleistymi, których uprawa w Polsce jest możliwa, a agrotechnika nie odbiega od innych roślin uprawy polowej.

Największe ilości biomasy są w tej chwili zużywane do spalania w kotłach CO oraz w elektrowniach i elektrociepłowniach. Znaczną jej część stanowią produkty uboczne i odpady: zrzynki i trociny oraz słoma. Spalane jest również ziarno zbóż, głównie owsa w niewielkich kotłach CO. Dla pozyskania dużych partii biomasy opałowej zakładane są plantacje wieloletnich roślin energetycznych, głównie wierzby, rzadziej Miskanta olbrzymiego. Trwają próby wprowadzenia do uprawy innych roślin drzewiastych i krzewiastych (topola, róża wielokwiatowa), bylin (ślazowiec pensylwański, rdest sachaliński) i traw (miskant cukrowy, spartina preriowa, palczatka gerarda, proso rózgowate, trzcina pospolita, mozga trzcinowata). Są to rośliny wieloletnie, które pełnię plonowania osiągają dopiero po 2-3 latach, wymagają starannej i intensywnej pielęgnacji w pierwszych latach po posadzeniu, a zakładanie plantacji większości z nich wiąże się ze znacznymi nakładami na wegetatywny materiał siewny (sadzonki, kłącza, karpy). Z tego względu zwrócono również uwagę na rośliny jednoroczne na przykład konopie i topinambur. Ten ostatni ze względu na zimotrwałość bulw może być traktowany jako plantacja wieloletnia.

Wraz z przewidywanym rozwojem produkcji biogazu wzrośnie zapotrzebowanie na biomasę do fermentacji metanowej. W pierwszych funkcjonujących w Polsce biogazowniach podstawowy surowiec stanowi kiszonka z kukurydzy. Technologia uprawy kukurydzy na kiszonkę jest znana i doskonalona od dziesięcioleci, w sprzyjających warunkach plon suchej masy przekracza 20 t/ha, a sprzęt do uprawy jest powszechnie dostępny, nic więc dziwnego, że właśnie ten gatunek jako pierwszy zastosowano do produkcji biogazu. Również sianokiszonka z traw jako sprawdzona pasza objętościowa dla bydła staje się potencjalnie znaczącym źródłem biomasy dla biogazowni.

Buraki to następna roślina o dużym potencjale wykorzystania w biogazowniach rolniczych. Rolnicy, którzy zostają zmuszeni do rezygnacji z uprawy buraków dla cukrowni z powodzeniem mogą uprawiać buraki na cele energetyczne. Zakładanie i pielęgnowanie plantacji nie różni się od tradycyjnej technologii, różnice pojawiają się w wyborze odmian oraz technice zbioru i konserwacji. W przeciwieństwie do buraków na cele cukrownicze korzenie zbiera się wraz z główkami, co podnosi plon o kilkanaście procent, również liście mogą być wykorzystane do produkcji biogazu. Trwająca kilkadziesiąt dni kampania cukrownicza wymusza termin zbioru buraków, która z agrotechnicznego punktu widzenia jest zbyt wczesny lub zbyt późny, a przechowywanie korzeni na pryzmach prowadzi dodatkowo do strat masy. Przy wykorzystaniu buraków jako substratu do biogazowni zbiór może następować w najkorzystniejszym agrotechnicznie okresie, pojawia się natomiast problem konserwacji dla zapewnienia dostaw przez cały rok. O ile liście buraczane zakiszają się dość dobrze to zakiszanie rozdrobnionych korzeni przebiega burzliwie przy dużych stratach masy i powstawaniu niekorzystnych dla późniejszej fermentacji metanowej związków na przykład alkoholu. Konieczne jest więc opracowanie technologii ich konserwacji i przechowywania dla potrzeb biogazowni.

Wśród innych gatunków, które są brane pod uwagę jako surowiec do produkcji biogazu najczęściej wymienia się sorgo, trawę sudańską, topinambur – zarówno bulwy, jak i części nadziemne oraz słonecznik, zboża zbierane na GPS a nawet międzyplony.

Wprowadzenie do uprawy roślin energetycznych wpływa na funkcjonowanie gospodarstwa rolnego jako całości. Rośliny wieloletnie wymagają wydzielenia pól z płodozmianu przez co zmniejszają powierzchnię, którą można przeznaczyć pod inne uprawy, ogranicza to możliwości szybkiej zmiany profilu produkcji z drugiej strony pozwalają zaoszczędzić robociznę w okresach szczytów zapotrzebowania i przesunąć na okres zimowy, kiedy to przypada zbiór większości z nich.. Jednoroczne rośliny energetyczne są szansą na zmniejszenie zbyt dużego udziału zbóż w strukturze zasiewów, a niektóre z nich działają wręcz fitosanitarnie, co poprawia żyzność i produktywność gleby. Obawy niesie ryzyko znacznego zwiększenia udziału kukurydzy na kiszonkę i okopowych. Przy zbyt częstej uprawie tych gatunków ubywa próchnicy, nasila się erozja gleby i pogarsza jej struktura.

Następują zmiany w bilansie składników pokarmowych wnoszonych i wynoszonych z pola. Przy uprawie roślin dla energetyki zawodowej bezpowrotnie tracimy wszystkie składniki wyniesione z plonem. Przy lokalnym wykorzystaniu opałowym wraz z popiołem można odzyskać większość składników mineralnych z wyjątkiem azotu. Funkcjonowanie biogazowni wiąże się z ciągłym powstawaniem dużej ilości płynnego nawozu, który zawiera wszystkie składniki pokarmowe jednak jest kłopotliwy w przechowywaniu, kosztowny w transporcie i aplikacji a jego stosowanie ograniczone do niektórych okresów agrotechnicznych.

dr inż. Tomasz Piechota – Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Dodaj komentarz