Bioplyn a krmný šťovík

Krmný šťovík se u nás používá především jako suchá biomasa za účelem vytápění budov. Původně byl ale vyšlechtěn pro krmivářské účely jako kvalitní objemná pícnina. V poslední době se proto stále více uplatňuje při zkrmování hospodářskými zvířaty, při zvyšování užitkovosti. Objektivně to prokázaly také analýzy, které svědčí o jeho vynikajících krmných hodnotách, což bylo proto i motivací pro využití šťovíku k výrobě bioplynu.

Stanovení krmných hodnot šťovíku OK 2

Krmný šťovík může být vhodnou plodinou k výrobě bioplynu náhradou za kukuřici, nebo k jejímu doplnění. Pro objektivní posouzení je ale třeba stanovit jeho konkrétní krmné hodnoty. Ty byly zajištěny analýzami čerstvě sklízeného porostu krmného šťovíku, ve spolupráci s VÚ živočišné výroby. Vzorky byly odebírány v průběhu celého května, s cílem zjistit předpokládaný vliv stárnutí rostlin na změnu krmných hodnot. Výběr získaných výsledků je uveden v následujícím přehledu (tabulka č. 1).

datum odběru vzorku:	12.5.	20.5.	senáž	pro srovnání
hodnoty v % ve 100 % sušině	celá rostlina - šťovík		šťovík + jílek	vojtěška	jílek
sušina	11,29	12,41	29,33	20,0	22,0
NL	19,82	11,99	23,20	12,7	14,0
vláknina	17,90	26,72	17,88	23,0	28,5
cukry redukované	11,41	11,21	-	5,4	7,7

Z výsledků je zřejmé, že kvalita krmného šťovíku byla plně potvrzena, a to jak vysokou hodnotou dusíkatých látek, tak i redukovaných cukrů. Zajímavá je také změna krmných hodnot v průběhu stárnutí rostlin, což je zřejmé zejména z obsahu NL, které se již za 8 dní výrazně snižují (z 19,82 na 11,99 %). Obsah redukovaných cukrů ale zůstává stále vysoký a to přes 11 %. Výsledky těchto analýz mají velký praktický význam:

1. sklizeň na zelenou hmotu je třeba zajistit velni brzy, přibližně již kolem poloviny května
2. vysoký obsah redukovaných cukrů umožňuje snadnou konzervaci, např. senážováním

Krmný šťovík je tedy jednou z nejrannějších krmných pícnin, v polovině května dorůstá již téměř 1,5 m, jak je zřejmé i z připojených obrázků 1,2.

Úspěšné senážování krmného šťovíku potvrzují i následující hodnoty, stanovené v této senáži : pH – 4,2; kyselina mléčná (v %) – 2,60; octová – 0,41; propionová – 0,12; máselná – 0,0 %. O kvalitě této šťovíkové senáže svědčí zejména úplná absence kyseliny máselné.

Kvalita krmného šťovíku byla dále potvrzena při jeho přímém zkrmování. Byla zjištěna zvýšená dojivost krav, a to jak při krmení čerstvou hmotou, tak šťovíkovou senáží. Tuto senáž také dobře konzumovaly ovce (např. Loučka 2009, Náš chov – v tisku). Osvědčila se také pastva hovězího dobytka (i ovcí) na šťovíkovém porostu, zvýšenými přírůstky na váze dobytka na výkrm. Výhodou krmného šťovíku je i jeho další obrůstání po první jarní seči a také při spásání.

Vysoká kvalita krmného šťovíku je proto inspirací i pro jeho využívání v bioplynové stanici. Je zde oprávněný předpoklad, že bude mít stejně dobré (nebo i lepší) účinky na vývin bioplynu, jako dosud používaná, např. kukuřičná či travní senáž.

Modelové testy – vývin bioplynu

O vhodnosti těchto předpokladů svědčí výsledky modelových testů, kdy jsme porovnávali vývin bioplynu za přídavku kukuřice a v dalších variantách za přídavku stejného množství krmného šťovíku. V závěru testování bylo zjištěno, že intenzita vývinu bioplynu dle kumulativní produkce byla u obou testovaných plodin v podstatě stejná. Při dávce 80 % zelené hmoty byl kumulativní vývin BP vlivem šťovíku dokonce vyšší, než vlivem kukuřice (viz grafy 1, 2).

Obdobný byl výsledek i při hodnocení podílu CH₄ a CO₂: ten se pohybuje u obou plodin mezi 65 až 70 % od patnáctého dne pokusu. Produkce metanu byla v případě všech 3 variant se šťovíkem velmi vyrovnaná, stejně jako po přídavku kukuřice. (Kára, Petříková: Krmný šťovík pro výrobu bioplynu, Zemědělec, 18.2.2008).

Krmný šťovík v provoze bioplynové stanice

Výsledky modelových testů jsou sice slibné, ale bylo nezbytné je ověřit přímo v provoze bioplynové stanice. Toto ověřování bylo zajištěno v typicky „zemědělské“ bioplynové stanici, která používá pro fermentaci výhradně substráty z vlastní zemědělské výroby. Stabilním a základním substrátem je hnůj hovězího dobytka, travní a kukuřičná senáž. Pro standardní zahájení fermentačních procesů bylo ale podle projektantů nezbytné použít především kukuřičnou senáž, se kterou jsou největší zkušenosti. Senáž z krmného šťovíku byla proto zařazena později, kdy byl fermentační proces již nastartován. Dávkování jednotlivých substrátů bylo tak přizpůsobeno tradičnímu náběhu fermentace, za použití hnoje, kukuřičné a travní senáže v poměru 1:1:1. Po zařazení krmného šťovíku byla vynechána travní senáž a nahrazena ve stejném poměru senáží šťovíkovou. Množství substrátu se zvyšovalo také podle postupně nabíhajícího výkonu, což bylo závislé na intenzitě vývinu bioplynu. Celkový pohled na tuto BPS, včetně vaku se šťovíkovou senáží, je uveden na obrázku č. 3.

Prvé výsledky byly zajištěny v BPS nově uvedené do provozu v zimě 2008/09. Pro uplatnění šťovíku v BPS jsou tyto výsledky velmi důležité, i když je zatím nelze považovat za definitivní a jednoznačné. Je to tím, že bezprostředně po nastartování fermentace nebyly ještě dostatečně ustáleny podmínky pro fermentační procesy a také proto, že nebylo ještě k dispozici dostatek šťovíkové senáže, aby mohla být do BPS dodávána delší dobu. Dosud získané výsledky jsou uvedeny v následující tabulce č. 2.

doba fermentace	výkon	vývin	bioplynu v m3/h	dávka substrátu - průměr - t/den
t/den	kWh	průměr	rozsah od – do	celkem	z toho šťovík
7. až 8. den	110	52	50 – 54	9	-
9. až 10.	150	69.5	69 – 70	9	3
11. až 23.	200	94	80 – 105	11,03	3,5
24. až 28.	250	118	108 – 136	12	1,8

Vývin bioplynu byl zaznamenáván od 7. dne po zahájení fermentace a od tohoto dne byly proto výsledky hodnoceny. Na intenzitě vývinu BP logicky závisí možnost zvyšování výkonu kogenerační jednotky. Od 9. dne bylo tak možné zvýšit výkon na 150 kW, když se vývin BP zvýšil na průměrných 69,5 m³/h. Od té doby bylo rovněž zahájeno přidávání šťovíkové senáže místo dosavadní senáže travní. Hned za 2 dny (od 11. dne) bylo možné ještě více zvýšit výkon, a to na 200 kWh, v souladu se zvýšeným vývinem BP, který byl v průměru 94 m³/h. Přítomnost šťovíku ve fermentoru tedy nijak nenarušila fermentační procesy, spíš naopak. Od 24. dne byla dávka šťovíkové senáže snižována, jak se postupně jeho zásoba spotřebovávala. Fermentační procesy ale pokračovaly nerušeně dál, neboť vývin bioplynu se dále zvyšoval, a to na průměrných 118 m³/ha. V posledním – 28. dnu dosáhl dokonce až 136 m³/h. V této době byla jeho dávka sice už jen 1 t/den, ale protože je obecně známo, že reakce mikroflóry na dodaný substrát se projevuje až s určitým opožděním, mohl zde ještě doznívat vliv těchto vyšších dávek šťovíkové senáže, dodávaných v předchozích dnech. Další vliv šťovíku na fermentaci v BPS bohužel už nebylo možné sledovat, protože byla senáž šťovíku vyčerpána. Rozhodující ale je, že i přes tyto určité nedostatky se šťovíková senáž v BPS dobře uplatila a průběh fermentace nebyl nijak narušen, jak se někteří specialisté dříve obávali. Příznivé účinky přítomnosti krmného šťovíku při procesech fermentace tedy odpovídají obecným předpokladům a také výsledkům z modelových testů – viz výše. Důvodem je bezesporu vysoká krmná hodnota této netradiční pícniny, ze které lze připravit i kvalitní senáž, jak bylo již uvedeno.

Dosavadní výsledky je ale třeba považovat zatím za dílčí a je nutné je dále a delší dobu potvrzovat. Tyto prvé provozní výsledky byly navíc získány v počátečním období, brzy po nastartování provozu BPS, kdy nemohly být ještě fermentační procesy plně stabilizovány. Dále je třeba účinky šťovíku na fermentaci porovnávat i s účinky jiných druhů rostlin. Zatím bylo možné vliv šťovíku porovnávat jen se senáží travní. Jak je již uvedeno, výsledky byly příznivé, šťovík plně nahradil (nebo i zlepšil) substrát travní. Nejdůležitější je ale srovnání se siláží kukuřičnou, neboť je dosud považována za nejlepší substrát pro „zemědělskou“ BPS. To lze zajistit až v následujícím období, když budou procesy fermentace plně ustáleny a bude také pro tyto účely k dispozici větší množství šťovíkové senáže.

Možnost uplatnění krmného šťovíku v BPS má oproti kukuřici určité výhody, proto je důležité se na toto porovnání zaměřit. Nejdůležitější předností šťovíku je jeho vytrvalost: brzy z jara obrůstá kompaktním porostem, poskytuje proto rannou sklizeň, ale současně dokonale chrání půdu proti erozi. Kukuřičné porosty bývají naopak erozí zpravidla často ohrožovány. Šťovík je navíc tolerantní vůči nízkým teplotám, proto je vhodný i do vyšších poloh, kde se kukuřici ne vždy dobře nedaří.

Souhrn a závěry

Krmný šťovík se vyznačuje vysokou krmnou hodnotou, při jeho zkrmování (i na pastvě) se zvyšuje užitkovost skotu. Tato vlastnost je oprávněným předpokladem jeho využití též v bioplynových stanicích. To bylo zjištěno v modelových testech, ve srovnání s kukuřicí: vývin bioplynu byl stejně intenzivní (nebo i lepší). Krmný šťovík byl pak ověřován přímo v provoze bioplynové stanice „zemědělského“ typu. Zde je základem substrátu pro fermentaci hnůj, senáž kukuřičná a travní. Krmný šťovík byl použit od 7. dne po nastartování fermentace místo travní senáže, celkem po dobu 20 dnů. Projevil se příznivě, když se po jeho přidávání zvyšoval vývin bioplynu, a tak bylo možné zvýšit výkon až na plných 250 kWh. Jeho působení v BPS lze ale srovnávat zatím jen se senáží travní, protože bylo po nastartování fermentace nutné (podle projektantů) trvale používat kukuřičnou senáž. Srovnání s kukuřicí bude realizováno při dalším ověřování. Dosavadní příznivé výsledky je třeba dále upřesňovat i proto, že fermentační procesy nebyly ještě plně ustáleny. Rozhodují je ale zjištění, že krmný šťovík nijak nenarušil fermentační procesy a mohl se tak výkon v BPS plynule zvyšovat.

Tweet

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?