Zkušenosti s pěstováním energetických rostlin v polních kulturách

Článek vyšel ve sborníku k seminářům, které proběhly 23. a 24. 10. 2003 na veletrhu PRAGAAGRO. Další obdobný seminář o možnostech využití obnovitelných zdrojů energie se bude konat při příležitosti veletrhu ECO CITY.

Zdroje biomasy se stávají stále vyhledávanějším artiklem. Dosud využívané, většinou odpadní hmoty nebo vedlejší produkty, začínají být nedostatkové a nemohou pokrýt požadavek na zabezpečení bioenergetických zdrojů, které ČR vyžaduje pro nezbytný nárůst rozvoje "fytoenergetiky". To souvisí bezprostředně též se známými zásadami Kjótského protokolu na snížení koncentrací skleníkových plynů v ovzduší. Využití obnovitelných zdrojů energie má i další významné přínosy, jako je vytváření nových pracovních příležitostí, omezení závislosti na importu energie a zabezpečení větší soběstačnosti vlastních energetických zdrojů.

Jako palivo pro obecní biokotelny je nejznámější dřevní a lesní odpad ve formě tzv. štěpky. Řada kotelen využívá ke spalování též slámu obilnin a řepky. Vedle těchto odpadních hmot se zavádí též cílené pěstování energetických rostlin. Poměrně známé je pěstování rychle rostoucích dřevin, hlavně topolů a vrb. V tomto směru mají značné zkušenosti v zahraničí, např. ve Švédsku, a proto se i nás tento způsob uplatňuje, i když plochy těchto plantáží nejsou příliš rozšířeny. Je to hlavně proto, že zakládání těchto porostů je dosti nákladné a také ošetřování v prvých letech po vysázení vyžaduje hodně ruční práce. Proto lze u nás zatím počítat tyto plochy jen v desítkách hektarů. Mnohem příznivější je zakládání porostů energetických rostlin bylinného charakteru, které se většinou zakládají setím, což je hlavní důvod až řádově nižších nákladů v porovnání se dřevinami.

Využíváním biomasy pro energii u nás vzniká tak zcela nový obor - fytoenergetika, která tak netradičně navazuje přímo na zemědělskou činnost. Je to v případě, kdy se jedná o pěstování energetických rostlin bylinného charakteru na orné půdě - tedy ne o dřeviny. Pěstování energetických rostlin je již 2 roky podporováno podle vládního usnesení č. 86/01 Sb., které umožňuje poskytovat příspěvek 5.500 Kč na 1 ha zemědělcům, kteří tyto plodiny pěstují pro energetické využití. Je to výhodné i z pohledu efektivního využití půdy, neboť u nás není třeba pro výrobu potravin téměř 500tis. ha orné půdy a lze ji tak využít též pro tyto účely. Pro příští rok, od kterého již tyto české podpory nebudou platit, je nezbytné nalézt jiný efektivní způsob, jak cílené pěstování energetických bylin podporovat i nadále. Není možné, aby bylo zdárné nastartování tohoto programu přerušeno, což by nutně nastalo bez zajištění příslušných dotací. V současné době se proto ve spolupráci s Ministerstvem zemědělství intenzivně hledají možnosti, jak zabezpečit podporu pěstitelům energetických bylin, a tím i rozvoj celého velmi perspektivního programu. Tato nepotravinářská produkce je perspektivní program, který odlehčí přetíženému trhu s potravinami, a přitom zajistí surovinu pro nedostatkový produkt - energetickou biomasu.

V rámci seznamu energetických rostlin jsou nejdůležitější rostliny víceleté a vytrvalé. Jejich výhodou je snížení nákladů na pěstování, kdy není třeba každoročně nově porost zakládat a provádět kultivační práce, které jednoleté plodiny jinak vyžadují, včetně setí a každoročního nákupu osiv. Zajímavé jsou i vysoce vzrůstné trávy, včetně nově vyšlechtěných odrůd sveřepů. Tyto trávy zde plní navíc funkci zatravňování, takže jejich pěstování pro energii je zvláště výhodné. Také osiva těchto trav jsou u nás běžně ke koupi, což je podstatná podmínka pro zakládání těchto porostů. U některých druhů rostlin je ale třeba osivo začít zajišťovat, neboť není dosud všeobecně k dispozici.

Jednou z nejvýznamnějších vytrvalých rostlin je krmný šťovík, který byl původně vyšlechtěn pro účely krmivářské. Je to kulturní rostlina, tedy stejná, jako každá jiná zemědělská plodina. Vznikla křížením šťovíku zahradního a ťjanšanského, označeného Rumex OK 2, pod názvem odrůdy - UTEUŠA. Šťovík krmný je vytrvalý, může vydržet na svém stanovišti 10 i více let, což je bezpochyby výhodné. Tento šťovík je statná rostlina vysoká 1,5 až 2 m, která od 2. roku po založení kultury dosahuje výnosu kolem 10t/ha suché hmoty (příp. i více). Hlavní nevýhodou tohoto kulturního šťovíku je však jeho název. Kdokoliv uslyší tento název, okamžitě si představí známé druhy obtížných plevelů. Šťovík Uteuša však nemá s tímto plevelem nic společného. Musí se pečlivě pěstovat tak jako každá plodina, když se chce docílit příslušných výnosů. Pokud se zanedbá správné ošetření, začíná se zaplevelovat a mizí z porostu. Při dodržení správných pěstitelských postupů zajistí ale tato plodina dostatek vhodného paliva po několik po sobě následujících let, a to hned od 2. roku po zasetí, aniž by musel být porost znovu zakládán. Využívání tohoto "energetického" šťovíku se u nás již začíná zdárně rozvíjet. Osevní plochy této plodiny se během letošního roku rozšířily již na několik set hektarů půdy, po celé ČR.

Abychom vysvětlili veřejnosti, že se nejedná o plevel, ale skutečně o řádnou zemědělskou plodinu, vyžádali jsme si i písemné stanovisko šlechtitelů z Ukrajiny, jehož stručný výtah je následující:

1. Hybridní šťovík, odrůda Rumex OK-2 byl vyšlechtěn výběrem v Národní botanické zahradě a je rajonován na Ukrajině od r. 2001. Hybrid je velmi ranný, poskytuje vysokou produkci, vysoký obsah bílkovin a vitaminů. Je velmi významný jako krmivo, zelenina, léčivá i technická rostlina.
2. Tento hybrid se osvědčil na nejrůznějších typech půd, kde poskytuje vysoké výnosy.
3. Rumex OK-2 není vhodný pro pěstování ve směsích s jinými rostlinami, neboť nesnáší konkurenci jiných druhů. Po 3 - 4 letech z porostu směsky šťovík zmizel. Proto se nemůže ani udržet v přirozeném porostu v okolí pěstitelské plochy, i kdyby zde semeno šťovíku vzešlo, a proto nehrozí jeho nekontrolovatelné šíření do přírody.
4. Rumex OK 2 je samosprašná rostlina. Spontánní hybridy s jinými druhy šťovíků a nebo s příbuznými rostlinami se v přírodní flóře netvoří. Také proto je vyloučeno nebezpečí jeho šíření do okolí.
5. Plodem je tříhranná nažka, poměrně těžká (hmota 1.000 semen je 4 - 5 gramů). Biologická charakteristika semene neumožňuje jeho rozšiřování na větší vzdálenosti, a proto je jeho šíření do okolního prostředí znemožněno. Semena nemají dormanci, hned po zasetí jsou schopna vzejít na 100 %.
6. Šťovík hybridní má kůlový větvící se kořenový systém. Nevytváří kořenové odnože ani oddenky, a proto není schopen se v kultuře ani v přírodě množit vegetativně.
7. Víceleté plantáže šťovíku hybridního se snadno likvidují mechanicky během jednoho vegetačního roku, nebo jednorázovým použitím herbicidů.
8. Rumex OK-2 je dobrou předplodinou pro následné plodiny, protože po jeho likvidaci zůstává v půdě až 60 tun/ha lehce mineralizovatelných organických látek.

Uvedená charakteristika plodiny Uteuša je dostatečně průkazná a proto není třeba se obávat nijakého nebezpečí při cíleném pěstování energetického šťovíku pro přírodní prostřední. Naopak, tento šťovík přispívá k ochraně krajiny, protože se jedná o rostlinu protierozní, když se nemusí každoročně půda orat , čímž se eroze výrazně omezuje, stejně tak jako při dosud tradičně doporučovaném zatravňování.

Pěstování energetické plodiny Uteuša vyžaduje všestrannou péči hned od začátku založení této kultury. Přípravě půdy musí být věnována náležitá pozornost a to hned v podzimním období, počínaje kvalitní podzimní orbou. Výhodný je pozemek v tzv. "staré síle", kde byla předplodina hnojená organicky. Rumex OK 2 se seje na jaře, s tím, že tento prvý rok se ještě nesklízí, ale má jen dobře zakořenit a přezimovat. Od druhého roku po založení kultury pak každoročně intenzivně obrůstá a poskytuje významné výnosy suché hmoty. Šťovík se sklízí suchý, neboť přirozeně dozrává již začátkem července.

Kultura šťovíku se zakládá na jaře. Termín setí lze posunout až do 1.poloviny května (případně až do června, což sice ještě vyhovuje vývojovému cyklu, ale ranější výsev je bezpečnější z hlediska zajištění jarní vláhy pro řádné vyklíčení). Doporučuje se standardní výsev 5 kg osiva na 1 ha, do hloubky max. 1 až 2 cm. Klíčení a zakořeňování šťovíku probíhá v 1. roce pozvolna, proto je třeba dbát na řádné odplevelení pozemku, nejlépe ošetřením herbicidy před zasetím. Ochranu proti plevelům lze v průběhu prvého vegetačního roku provádět pouze mechanicky, odplevelovací sečí, neboť nejsou zatím známy selektivní herbicidy. Tento způsob ošetření je v provozních podmínkách ověřen a je účinný. Setí se zajišťuje běžnou zemědělskou mechanizací (rozpon řádků 24 cm). Založení porostu šťovíku nepůsobí zásadní problémy, ale v případě potřeby lze zajistit pro pěstitele osobní konzultace v průběhu celé vegetace i v následujících letech.

Uteuša je odolný vůči vymrzání a nemá vyhraněné nároky na stanoviště. Pouze zamokřené půdy s vysokou hladinou spodní vody mu nesvědčí. Jeho kůlové kořeny po proniknutí do vody zahnívají a porost je proto poškozen. Jinak se mu daří dobře v nížinách i ve vyšších polohách. Snáší dobře i kamenité chudší půdy a je méně náročný na hnojení oproti kukuřici. V průběhu 1. roku po zasetí je dobré přihnojení dusíkem. V prvém roce tento Uteuša pouze zakoření a vytváří přízemní růžici sytě zelených svěžích listů. Pokud se vytvoří plně zapojený porost, lze jej na podzim sklidit na zelené krmení, nebo jako příměs do siláže (což zatím není provozně odzkoušeno). Má vysokou krmnou hodnotu, neboť byl vyšlechtěn původně pro krmivářské účely. Možnost je i využití zelené hmoty na výrobu bioplynu (následně k výrobě elektřiny) v bioplynových stanicích.

Po zakořenění a zapojení porostu pak šťovík dobře přezimuje. Na jaře ve druhém roce po zasetí Uteuša rychle obrůstá a během krátkého období, od dubna do konce května, dorůstá výšky 1,5 až 2 m. Od tohoto druhého roku vegetace pak již žádné problémy se zaplevelením zpravidla nejsou, neboť rychlý nástup vegetace a plné zapojení porostu všechny plevele dobře potlačuje. Koncem května je zpravidla již v plném květu a začátkem července dozrává. Sklizeň Uteušy pro energetické účely je třeba provádět ještě před plným dozrání semen, aby se během sklizně semena nevydrolila. To zajistí jednak splnění podmínky pro získání dotace (nepěstovat energetické rostliny na semeno) a hlavně větší výhřevnost sklizené biomasy. Je všeobecné známé, že semena jsou vždy energeticky bohatá. V prvé dekádě července je Uteuša zpravidla již dostatečně zaschlý, což je pro energetické účely velmi výhodné. Není třeba jej složitě dosoušet. Sklízí se bud´to silážní řezačkou, obdobně jako kukuřice, nebo jej lze posekat na řádky a následně slisovat do balíků, jako slámu. Způsob sklizně závisí do značné míry na jeho následném využití. Sklizeň řezačkou se provádí tam, kde se použije pro spalování v kotelně např. společně s dřevní štěpkou. Tato hrubá řezanka je pak určitou obdobou této dřevní štěpky. Lisování do balíků má přednost tam, kde se Uteuša bude spalovat v kotelně zařízené na spalování slámy. Uteušu lze využívat též pro výrobu standardních fytopaliv, jako jsou biobrikety, nebo drobné peletky. (Na provozním ověření technologie výroby pelet a briket a následném spalování se pracuje a podílí se na tom též Výzkumný ústav zemědělské techniky. Výsledky by měly být k dispozici během zimního období).

Hlavní sklizeň pro energetické účely - pro spalování v kotelnách či zpracování na biopaliva se provádí 1x ročně začátkem července (jak bylo již zmíněno). Po této sklizni je vhodné porost šťovíku prokypřit vláčením, aby byla zachována správná hustota porostu (způsobená případným vydrolením některých předčasně dozrálých semen). Není žádoucí, aby byl porost příliš hustý, protože jsou pak lodyhy slabší, což nemusí přispívat vždy k vyšším výnosům. Uteuša totiž vytváří mohutné postraní výhony, pokud má dostatek prostoru a tak zajistí plně zapojený porost se silnými lodyhami, což je větší záruka vysokého výnosu než hustý porost se slabými lodyhami. Uteuša po sklizni obrůstá velmi rychle, takže není vždy možné vláčení zajistit, což však není zásadní závada. Uteuša se bude i bez toho dále zdárně vyvíjet. Není tudíž nezbytně nutné každoroční vláčení po sklizni, avšak doporučuje se zajistit toto ošetření alespoň 1x za 2 roky.

Po hlavní sklizni biomasy pro energii vytváří Uteuša velmi rychle hustý porost sytě zelených svěžích listů, tak jako na podzim v prvém roce po zasetí. Tento nový obrost bývá nejlepší zpravidla již koncem srpna nebo v září. Pokud jej lze efektivně využít, jako např. do siláže či na zelené krmení, je možné jej s výhodou sklidit na zeleno. Tuto zelenou hmotu lze s úspěchem využít též jako přídavek biomasy do fermentoru v bioplynové stanici, pokud je takovéto zařízení v dosažitelné vzdálenosti od pěstitelské plochy. Celkový stav porostu se touto sklizní na zeleno nepoškodí, neboť na jaře příštího roku opět plně obrůstá a vytváří plodné lodyhy, vhodné ke sklizni energetické biomasy ke spalování.

Energetická plodina Uteuša je v současné době jedna z nejvýznamnějších také proto, že má i dobré vlastnosti energetické, podobné dřevní hmotě. Tato biomasa má poměrně vysokou výhřevnost i příznivé další parametry, srovnatelné se dřevem. Výhřevnost šťovíkové slámy vyplývá z výsledků Zkušebního vysvědčení z Ústavu pro výzkum paliv Praha - Běchovice, dle následujícího přehledu:

Tyto výsledky byly ověřovány i v provozních kotelnách ve Žluticích, v Bouzově a ve Velkém Karlově, kde byl získán stejný nebo i vyšší výkon kotle, než při spalování dřeva, přičemž sláma měla výkon kotle nejnižší, jak je zřejmé z připojených údajů:"

Ze závěrů těchto provozních spalovacích zkoušek vyplývá, že se dle prvních zkušeností jedná o velice zajímavé a perspektivní palivo. Z hlediska spalovacích procesů jsou důležité též teploty tavitelnosti popele. Výsledky získané rovněž analýzami z Běchovic jsou velmi příznivé, neboť vykazují všeobecně vysoké hodnoty: teplota spékání (sintrace) t_S - 1191 °C , počátku deformace t_A - 1306 °C, tání t_B -nad 1500 °C, tečení t_C - nad 1500 °C.

Vysoké hodnoty tavitelnosti popele i příznivé výsledky měření energetických vlastností šťovíku svědčí o tom, že toto palivo je výhodné, neboť se podobá parametrům tradičního dřeva. Vysoká teplota tavitelnosti popele je důležitá pro jeho bezproblémové spalování, neboť se v topeništi nespéká a nepoškozuje vnitřní prostory kotle, což se dost často stává při spalování slámy obilnin či řepky.

Výhodou spalování biomasy je i všeobecné snížení emisí, oproti spalování uhlí. Zcela jednoznačně o tom svědčí příklad z Rokytnice v Orlických Horách, kde se emise po výměně uhelných kotlů za kotle na biomasu výrazně snížily - viz následující přehled.

Kotelna v současné době spaluje lesní a dřevní štěpku, která začíná být nedostatková, proto bude doplňována výše popsaným energetickým šťovíkem. Tento příklad svědčí o tom, že pěstování energie na poli není fantazie, ale zcela reálná skutečnost.

Pro úplnost byly stanoveny i obsahy stopových prvků v biomase šťovíku. Podle limitů našich i německých směrnic stanovených pro výlisky z přírodního dřeva (brikety, pelety), jsou zjištěné hodnoty šťovíkové biomasy ve všech případech podlimitní, jak je zřejmé z následujícího přehledu:

Tyto hodnoty svědčí rovněž o kvalitním materiálu, neboť je lze srovnávat s přísnými limity směrnic pro dřevní hmoty.

Souhrn a závěr

Využívání biomasy pro energii spočívá nejen v získání značného množství obnovitelné energie, ale má význam především jako nový program pro zemědělství i pro další obory. Na půdě, která je "přebytečná" pro produkci potravinářských plodin a je třeba ji dát "do klidu", lze pěstovat nepotravinářské rostliny a doslova si tak pěstovat energii na poli. Současně se tak zajistí údržba kulturní krajiny, neboť nebude nezbytné nechat půdu ladem, která pak často bývá zdrojem zaplevelení celého okolí. Další neméně důležitý přínos pěstování a zpracovávání energetické biomasy je vytvoření nových pracovních příležitostí. Biomasa se musí vypěstovat, nebo shromáždit (v př. odpadů), musí ji někdo zpracovat, přepravit, vyrobit příslušná zařízení k jejímu využití jako jsou kotle, lisy na pelety či brikety a pod. Tento nový program - využívání biomasy pro energii - přispívá tudíž i k řešení naléhavých sociálních problémů, při omezování nezaměstnanosti, zejména ve venkovských regionech. Energetickou biomasu lze pro rozvoj fytoenergetiky stanovený pro ČR úspěšně zajistit. Je třeba jen důsledně využívat veškeré lesní a dřevní odpady i nepotřebné vedlejší zemědělské produkty a současně využívat přebytečnou zemědělskou půdu pro produkci energetických rostlin. Pěstování energetických rostlin má pro zemědělce nespornou výhodu, neboť nekonkurují na trhu potravin a tato "zelená energie" zajišťuje vždy plynulý odbyt celé produkce.

Tweet

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?

Jak získat udržitelnou biomasu