Udržitelné využití biomasy v energetice: půdoochranné technologie a využití organických hnojiv a především digestátu

POOSLAVÍ Nová Ves, družstvo hospodaří v západním cípu okresu Brno-venkov v oblasti před soutokem řek Oslavy a Jihlavy v nadmořské výšce od 220 po 450 m n. m.  Chová 450 kusů krav holštýnského plemene, provozuje 10 let bioplynovou stanici o 1 189 kW elektrického a 676 kW tepelného výkonu a 7 let zpracovává ve vlastní kompostárně bioodpad z obcí a měst.

V loňském roce jsme obhospodařovali výměru přibližně 2 160 ha, kde jsme pěstovali pšenici ozimou na 29 %, kukuřici na 21 %, pšenici jarní na 11 %, ječmen ozimý na 10 %, TTP na 8 %, vojtěšku na 8 %, řepku na 7 %, cukrovku na 2 %, mák na 2 % plochy a na zbývající ploše ječmen jarní a ovocné sady. Pro vlastní spotřebu pěstujeme plodiny na výměře 910 ha, tedy asi na 42 % ploch obhospodařované půdy. Část z této plochy je také využita pro potřeby bioplynové stanice.

Bioplynová stanice spotřebovává z vlastních surovin hovězí kejdu, kukuřičnou siláž, travní senáž a odpad z čištění obilí. Kvůli neustálým změnám pěstebních podmínek jsme nuceni snižovat podíl cíleně pěstované biomasy, a to se nám daří díky nákupu vedlejších produktů (například cukrovarnických řízků) nebo odpadů ze zpracování agrárních komodit. V posledních letech jsme tedy snížili podíl cíleně pěstovaných plodin zpracovaných v bioplynové stanici ze 74 % na 58 %. 

Aplikace hnojiv

Digestát z bioplynové stanice s obsahem sušiny cca 9,2 % jde přes separátor, kde dochází k rozdělení hmoty na separát s obsahem sušiny cca 23 % a fugát s obsahem cca 5,7 % sušiny. 

Obhospodařovanou půdu ročně hnojíme jednak hnojem z hluboké podestýlky v množství 5 000 tun, dále 1 200 tunami kompostu z kompostárny, separátem z bioplynové stanice v množství 3 100 tun a také 19 500 tunami fugátu z bioplynové stanice. V každé tuně fugátu je cca 5 kg dusíku a z toho je cca 3,5 kg amoniakálního dusíku. Dále je zde asi 4,4 kg draslíku a 0,88 kg fosforu. Fugát aplikujeme přímo do půdy, a tím eliminujeme ztráty dusíku, které by jinak mohly vzniknout v době mezi aplikací na povrch půdy a zapravením do půdy.

Vlastní tuhá organická hnojiva nám umožní vyhnojit každý rok cca 330 ha půdy ve tříletém sledu, což zabezpečí 48 % orné půdy. Fugátem můžeme vyhnojit plochu 650 ha, tedy asi 32 % orné půdy.  Díky vlastním organickým hnojivům můžeme ušetřit přibližně 43 % (138 tun) dusíku (nakupujeme ještě cca 183 tun dusíku), 25 tun fosforu a 82 tun draslíku. 

Z hlediska nahrazování kukuřice jako vstupní biomasy do bioplynové stanice jinými surovinami, je pro nás limitující množství draslíku, které do fermentorů vstupuje. Stejně tak na druhé straně, při aplikaci fugátu, je pro nás důležité sledovat množství draslíku v půdě, abychom toto množství nezvyšovali více, než je potřeba a nezasolovali půdu. Opakující se aplikace fugátu v blízkosti bioplynových stanic (aby se ušetřilo za dopravu velkého množství na vzdálená pole) mohou vést ke zvyšování množství draslíku v půdě. Draslík ve vysoké koncentraci pak snižuje využití jiných živin, zejména hořčíku rostlinami a může být příčinou poklesu úrodnosti půdy. 

Principiálně je třeba udržovat koloběh živin v rámci všech pozemků, zapojených do výroby objemných krmiv a skladbou osevního postupu (postupů) umožnit využívat statková hnojiva bez zbytečných ztrát. 

Vzhledem k aridním podmínkám se osvědčuje využití kejdy/digestátu mimo jiné ke hnojení řepky před setím a v průběhu časného jara ke hnojení ozimých obilnin se zapravením do porostu. Zvláště při suchém průběhu jara (včetně aktuální situace) vykazují tyto varianty nejvyšší využití živin a pozitivně se podílí na snížení obsahu reziduálního dusíku po sklizni.

Jsme si vědomi, že z biomasy odebíráme v bioplynové stanici zejména labilní formy uhlíku. Další organická hnojiva vyrábíme na kompostárně, která zpracovává bioodpad z obcí a měst v našem okolí. Do fugátu dále přidáváme huminové kyseliny, které pomáhají při výživě rostlin. Při hnojení fugátu s huminovými kyselinami jsme zaznamenali vyšší výnosy než ve variantě hnojení pouze fugátem. 

Rozdělení pozemků

Naše hospodaření ovlivňuje velmi výrazně členitost krajiny, kde jen 17 % jsou zatím neerozně ohrožené (NEO) plochy. Mírně erozně ohrožené (MEO) plochy zaujímají 59 % a 24 % jsou plochy silně erozně ohrožené (SEO). Víme, že se chystá zpřísnění erozní vrstvy, bohužel v tuto chvíli stále nevíme, jak nás tato změna zasáhne. 

Za poslední roky jsme na základě požadavku na maximální výměru jedné plodiny do 30 ha a na základě protierozní kalkulačky, integrované do LPIS, provedli výrazné rozdělení obhospodařovaných půdních bloků na menší. Tím jsme se z původně 150 půdních bloků dostali na 201 zemědělských parcel.  V současnosti je průměrná velikost jedné zemědělské parcely u nás 13,10 ha a medián 11,15 ha.

Zvýšením počtu zemědělských parcel nám narostla administrativa a evidence agronomických prací. Zmenšení výměry jedné plodiny na 10 ha v tomto kontextu považujeme za zcela zbytečný krok. Máme za to, že nikdo dnes nebere v potaz skutečnou velikost výměry jedné plodiny, jak je uvedeno na našem příkladu výše. Nikdo také neřeší otázku přístupu k jednotlivým zemědělským parcelám s různými plodinami v rámci půdního bloku. Pokud má půdní blok jedno přístupové místo a u něj bude zaseta kukuřice na zrno, jak se bude během roku zemědělec dostávat za porost kukuřice k jiným plodinám?

Osevní postupy

Díky tomu, že je naše družstvo demonstrační farmou (v rámci projektu Ministerstva zemědělství), jsme si vyzkoušeli různé způsoby pěstování kukuřice na erozně ohrožených plochách. V oblastech s vyšším rizikem sucha se nám ukázalo jako velmi rizikové pěstovat meziplodiny, zvláště při jejich likvidaci až v jarním období. Mnohem bezpečnější cestou bylo rozdělení půdních bloků na menší zemědělské parcely při dodržení všech protierozních kritérií a střídání plodin v určitých pásech (viz obrázek). Nastavení systému protierozních opatření nás nakonec dotlačilo k vytvoření dvou osevních postupů – s kukuřicí a bez kukuřice. 

V osevu s kukuřicí se většinou v pásech plodin střídá ozimá obilovina s kukuřicí. Takže osev je zde v pásech kukuřice – obilovina – kukuřice – obilovina. Velkým problémem je u tohoto způsobu osevu například nařízení, vyžadující pokryv půdy na pásech osetých obilninou až do doby sklizně kukuřice.  Zpravidla je tedy nutné ponechat strniště po obilnině bez zásahu a až do sklizně kukuřice pro jistotu zachovat pokryv půdy. Teprve poté se může strniště po obilovině zpodmítat. Snaha zapojit do osevu třetí plodinu je výše popsaným nařízením velmi zkomplikována. 

Nevýhodou pásového střídání plodin s menší výměrou je dále větší poškození porostů napadenými škůdci (okrajové plochy polí vůči celku mají větší podíl). Naopak výhodou zmenšených půdních bloků je snížení poškození porostů černou zvěří a také možnost pěstovat kukuřici bez meziplodin, nebo v managementu meziplodin nevyžadujícím striktní vysoké procento pokryvu půdy. Některé managementy meziplodin jsou spojené v aridní oblasti s vyšším rizikem prohlubování vláhového deficitu a poklesem výnosů následně setých plodin. Legislativní nastavení podmínek pěstování meziplodin by mělo respektovat velkou regionální různorodost přírodních podmínek ČR, a to jak v druhové skladbě, tak termínu výsevu a doby setrvání na pozemcích.

Významným prvkem pro zachování retenční kapacity půdy je co nejvyšší obsah organické hmoty v půdě a zároveň co nejnižší míra utužení. Za tím účelem se snažíme postupně sjednocovat šířku záběrů jednotlivých strojů tak, abychom se dostali na násobky šesti metrů a měli pojezdy po poli ve stejných kolejových řádcích. Cílem je zavedení systému CTF (controlled traffic farming), tedy omezení utužení půdy pojezdy po poli tak, že se jezdí jen v předem definovaných kolejových řádcích. Obdělávání půdy „nakoso“ se díky rozdělení půdních bloků na menší zemědělské parcely o šířce pásu do 200 m zcela vytratilo.

Ekonomika 

Porovnání konverze energie při zpracování biomasy (konkrétně kukuřice) na elektrickou energii, nám vychází na vstupu cca 137 litrů nafty/hektar, což odpovídá při příznivém výnosu 35 kWh energie v naftě vložených do tuny kukuřičné siláže. V případě nakupovaných hnojiv je nutno přičíst i energii vloženou do výroby hnojiv (počítáno 30 GJ/tunu NH3). Díky tomu, že využijeme 43 % dusíku z vlastních hnojiv, zatěžujeme tunu siláže energií na výrobu nakupovaných hnojiv navíc jen asi 10,6 kWh/tunu. Z tuny kukuřičné siláže lze vyrobit přibližně 480 kWh brutto elektrické energie. Tedy konverze energie z nafty a nakupovaných hnojiv na elektrickou energii může být v našem případě přibližně 1:9. Věříme, že postupem času budeme při pohonu zemědělských strojů používat například bioCNG, čímž se efektivita výroby ještě zvýší.

Článek byl publikován v časopisu Biom 1/2022 Udržitelná biomasa.

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