Biomasa z energetických rostlin

Biomasa pro energetické účely nabývá stále většího významu. Zvýšený požadavek na její produkci se projevil v letošním roce, zejména poté, kdy byl schválen zákon o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů č.180/2005 Sb. Jak bylo z několika nezávislých pramenů vyčísleno, budou hlavním zdrojem biomasy cíleně pěstované energetické rostliny, neboť biomasa tzv. odpadní, či jako vedlejší produkt je pro požadované množství nedostačující. Je proto nutné využít všechny zkušenosti, které byly s pěstováním energetických rostlin dosud shromážděny.

V seznamu bylin pro energetické účely, které jsou podporovány Ministerstvem zemědělství ČR jsou uvedeny ty druhy, které jsou potenciálně vhodné k využití pro energii. Byly vytipovány na základě víceletých výsledků převážně z maloparcelkových porostů. Pro provozní velkoplošné pěstování zatím nejsou ale všechny ověřeny tak, aby mohla být pěstitelům poskytnuta záruka všech správných agrotechnických zásad.

Je proto důležité, že bylo v poslední době zahájeno provozní ověřování vybraných 3 druhů rostlin za podpory MZe : Amarantus, světlice barvířská (saflor) a sveřep bezbranný. Získané výsledky jsou sice velmi důležité, ale v průběhu 1 roku nelze bezezbytku vyřešit všechny problémy, které se při provozním pěstování energetických rostlin v provoze vyskytnou. Vyplývá to i ze závěrů, které byly na základě letošních výsledků získány. Přesto ověřování energetických rostlin v provozních podmínkách prokázalo své významné opodstatnění. Bylo potvrzeno, že výnosy jsou zpravidla nižší, než při pěstování v pokusných podmínkách a že je nezbytné vypracovat agrotechniku pro provozní pěstování těchto rostlin.

Amarantus je svým velmi vysokým vzrůstem bezesporu významnou rostlinou, ale jak bylo prokázáno, jeho biomasa je při sklizni nedostatečně suchá a jeho přímé spalování je tudíž problematické. Zatím se neosvědčilo ani desikování provedené za účelem jeho vysušení 1 měsíc před sklizní. Budou se proto zkoušet etapové sklizně i v průběhu zimy, až do jarního období, aby se zjistilo, kdy je biomasa již dostatečně vyschlá.

Světlice barvířská - saflor, která je známá pro pěstování olejnatých semen, byla do ověřování zařazena proto, aby se zjistila možnost jejího případného využití ve fytoenergetice jako celé nadzemní hmoty, včetně semene. Z orientačního stanovení relativně vysoké hodnoty spalného tepla - 20,3 MJ/kg, by se tento předpoklad potvrdil. Ekonomicky je ale výhodnější, když se prodá vymlácené semeno a zbylá sláma je pak vhodná pro využití jako fytopalivo. Výnosy celkové nadzemní biomasy safloru jsou ale značně závislé na úrodnosti půdy a na intenzitě hnojení, kterou dobře zúročí.

Sveřep bezbranný je víceletá tráva, která může být pro fytoenergetiku velmi významná. Vyžaduje však dlouhodobější ověřování, neboť v prvém roce, kdy byl porost založen, nelze posoudit žádnou víceletou plodinu. Pro pěstování sveřepu bezbranného jako typ energetické biomasy, lze využít do určité míry zkušenosti semenářských kultur, avšak je třeba ověřit hustší výsev (do užších řádků).

Pro zajištění biomasy cíleným pěstováním rostlin má dosud největší význam krmný - energetický šťovík, Rumex OK 2, který je po šestiletém sledování v provoze zatím nejvíce propracován. V současné době bylo již oseto v ČR celkem asi 1300 ha, což je zatím největší plocha ze všech rostlin pěstovaných pro energetické účely. Proto také jsou v tomto příspěvku dosažené výsledky a zkušenosti popsány podrobněji.

Krmný šťovík Uteuša - Rumex OK 2 je kříženec šťovíku zahradního a tjanšanského, vyšlechtěného na Ukrajině v botanické zahradě Akademie věd v Kijevě, prof. Uteušou a Dr. Rachmetovem. Pro své vlastnosti je jednou z nejperspektivnějších plodin, záměrně pěstovaných pro energetické účely. Jeho předností je zejména vytrvalost, neboť jej lze udržet na jednom stanovišti po dobu 10ti a více let. Údaje z Ukrajiny dokonce uvádí až 20letou vytrvalost. V našich podmínkách můžeme dlouhodobou vytrvalost šťovíku potvrdit zatím v pokusných podmínkách, kde byl první porost založen v r.1992 a od té doby stále na této pokusné parcele každoročně obrůstá. Znamená to, že se jedná již o 13letý porost. V běžných provozních podmínkách zatím ale nemůžeme tento údaj potvrdit, protože jeho nejstarší velkoplošná kultura byla u nás založena v r. 2000, takže se pěstuje v letošním roce teprve šestým rokem. Výsledky z pěstování šťovíku se ale mohou velmi výrazně lišit mezi pokusnými a provozními podmínkami. Plně zapojený porost tohoto energetického šťovíku je v provoze závislý zejména na způsobu jeho založení a na jeho ošetřování během vegetace. Půdně-klimatické podmínky nejsou nijak vyhraněné, byl úspěšně pěstován až do výšky 650 m n.m. Daří se mu dobře v různých půdních typech, ale pouze podmáčené půdy s vysokou hladinou spodní vody jsou nevyhovující. Hluboký kořen ve stojaté vodě zahnívá a celá rostlina pak odumře.

Největším problémem pro důvěru k této nové plodině je u nás jeho název. Široká veřejnost a hlavně zemědělci vnímají slovo šťovík jako známý úporný plevel. Je velmi obtížné vysvětlovat, že Rumex OK 2 je kulturní plodina a s nejrůznějšími druhy plevelných šťovíků nemá nic společného. Tento psychologický nedostatek si autoři odrůdy začali uvědomovat a v poslední době se snaží zavádět název „šavnat“. Ten v podstatě vystihuje původ jeho vzniku při šlechtění, tvořený rodičovským párem (vyjádřený v ruštině). Pod dojmem plevelných šťovíků se často setkáváme s názorem, že Rumex OK 2 „poroste sám“, a že není třeba se jeho ošetřování nijak zvlášť věnovat. Nelze se pak divit, že jsou některé porosty špatné a žádoucí výsledky se nedostaví.

Obecné zásady zakládání porostů

Šťovík krmný -energetický, Rumex OK 2 je vytrvalá rostlina, která se v prvém roce po zasetí ještě nesklízí, musí pouze důkladně zakořenit. V následujících letech brzy z jara obrůstá a poskytuje pak každoročně sklizeň biomasy. Díky svému hlubokému kořenovému systému sice Rumex OK 2 poměrně dobře odolává suchu, ale při jeho vzcházení je dostatek vláhy nezbytný. Proto se na základě posledních zkušeností doporučuje i pozdní podzimní setí. Založení porostu je třeba věnovat náležitou péči počínaje podzimní přípravou půdy. Optimální je organicky vyhnojená předplodina. Jarní přípravě půdy musí být věnována náležitá pozornost a to jak jejímu rovnoměrnému urovnání, tak co nejdokonalejšímu preventivnímu odplevelení. Po odumření plevelů lze přistoupit k vlastní předseťové přípravě, která musí být pečlivá, pro zasetí drobného šťovíkového osiva. Při jarní přípravě se zavláčí i průmyslová hnojiva. Hojení P a K se volí v dávce až 60 -100 kg/ha, ale dávky se řídí zásobou živin v půd, pokud je zásoba dostatečná, není třeba hnojit.

Jarní termín setí šťovíku se běžně doporučuje až do konce června, což je dostačující z hlediska zajištění jeho řádného vývoje. Dlouhé jarní období umožňuje pak zajistit i náležitou přípravu půdy, zejména odplevelení pozemku. Zkušenosti s jarním setím z posledních let směřují ale k podstatně rannějšímu termínu setí (případně i k setí na podzim), aby byl dostatek půdní vláhy, což je naprosto rozhodující podmínka pro řádné vzejití osiva. Extrémní sucho v r. 2003 a částečně též v r. 2004 bylo totiž příčinou velmi špatného vzcházení některých porostů. Výsev se na základě doporučení autorů odrůdy používá zatím všeobecně v množství 5 kg/ha. Dosud bylo toto výsevné množství použito v podstatě na všech provozních plochách osetých v ČR. Z posledního hodnocení stavu porostů a dosavadních výnosů bude zřejmě účelné zvýšit výsev, alespoň na 7 až 8 kg/ha. Tím by se měly porosty více zahustit, a zajistit tak vyšší výnosy. Zatím jsme přebírali zkušenosti od pěstitelů z Ukrajiny, kdy je tato plodina výhradně určena a využívána jako objemné zelené krmivo. Pro tyto účely je zřejmě výsevné množství 5kg/ha optimální, protože je výnos tvořen z podstatného podílu mohutnými zelenými listy a porost se sklízí „na zeleno“. Pokud by byl šťovík pěstován výhradně na zelenou hmotu, např. jako biomasa pro výrobu bioplynu, pak pro tuto formu energetického využití bude výsev 5kg/ha dostačující.

Osivo šťovíku je drobné a proto nesmí být zaseto hluboko. Za optimálních vláhových podmínek se doporučuje setí do hloubky 1,5 cm. Pokud je půda dlouhodobě vyschlá, je třeba osivo zaset hlouběji, nejvíce však do 2,5 (až 3,5) cm. V této hlubší vrstvě půdy se logicky udržuje vyšší vlhkost a je proto předpoklad, že osivo vzejde lépe, než v přeschlých vrchních vrstvách. Z hlediska hustoty setí je vhodné volit raději úzké řádky, aby bylo osivo rovnoměrně rozprostřeno po ploše a vytvořil se pak kompaktní porost. Nouzově, zvl. při dosévání, lze uplatnit i výsev „na široko“, ale pozemek musí být ihned utužen válcováním.

Ošetřování během vegetace

V prvém roce po zasetí je nejdůležitější udržení porostu v bezplevelném stavu. I přes dobré předseťové odplevelení se zpravidla plevel vyskytuje v hojné míře a proto je nutné zajistit jeho včasné odstraňování. Plevel se běžně odstraňuje posečením celého porostu tak, aby šťovík zůstal vysoký asi 6-8 cm. Posečená hmota může zůstat na místě jako mulč. Po vyschnutí mulče se porost šťovíku prosvětlí a porost začne výrazně narůstat. Odplevelovací seč se zpravidla opakuje (až 2 x) a to zvl. při vlhkém počasí. Při dodržení uvedených agrotechnických zásahů lze počítat již koncem července, či začátkem srpna se zapojeným, dostatečně zakořeněným porostem. Pro dobré přezimování lze doporučit na podzim přihnojení PK, v dávce 60 - 120 kg č.ž./ha, ale pouze v případě nedostatečné zásoby těchto živin v půdě.

Ve druhém roce je již šťovík zpravidla dobře zakořeněný a proto brzy, již začátkem dubna (či koncem března) nastartuje velmi intenzivní růst. Jarní ošetření porostu spočívá především v přihnojení dusíkem. Provádí se brzy z jara, formou ledku amono-vápenatého (LAV) v dávce dusíku od 30 do 50 (60)kg N/ha. Vyšší dávky dusíku se obvykle na zvýšení výnosu již nijak významně neprojeví, proto není třeba dávky zvyšovat. Přihnojení lze zajistit i ve formě tekutého hnojiva DAM a to v době, kdy má porost výšku přibližně 10 cm v dávce dusíku zhruba do 50kg/ha. Příjem živin rostlinami z tekutého hnojiva „na list“ je sice velmi rychlé, ale často se stává že se listy šťovíku částečně popálí. Později dojde sice k regeneraci, ale je to přece jen určité přibrzdění růstu. Z dosavadních zkušeností se proto jeví jako výhodnější použití pevných hnojiv, nejlépe LAV, případně i síran amonný (zejména v půdě s vyšším pH). V průběhu května je nárůst šťovíku maximální, koncem měsíce dosahuje zpravidla již výšky 2 -2,5 m. V prvé dekádě května, kdy je porost vysoký asi 1 -1,20 m, je třeba sledovat případný výskyt mandelinky ředkvičkové. Ta se v hojné míře nevyskytuje pravidelně, její výskyt je podmíněn výrazně teplým a suchým počasím.

Sklizeň se provádí již začátkem července, kdy Rumex OK 2 dozrává. Pro fytoenergetické účely k přímému spalování se šťovík sklízí jako celá nadzemní hmota, včetně semen. Sklízí se těsně před plným dozráním, aby semena nevypadala, neboť jsou významnou složkou energetického obsahu této biomasy. Vysoký porost šťovíku se sklízí technikou určenou ke sklizni celkové nadzemní hmoty, používanou např. pro kukuřici. Sklizená biomasa by měla obsahovat jen asi 20-25 % vody. Tam, kde je porost šťovíku blízko jeho využití, (do cca 10 km), je výhodné použít ke sklizni silážní řezačku. Vznikne tak řezanka, která se přikládá do kotle stejně jako dřevní štěpka. Je-li nutné sklizenou biomasu dovážet do vzdálenějších míst, je třeba ji slisovat do balíků. Porost se poseče na řádky, kde se nechá v případě potřeby doschnout. Pak následuje lisování do balíků. Většina dosavadních biokotelen má podávací zařízení na balíky hranaté, proto jsou tyto tvary preferovány. V každém případě je ale nutné, aby si pěstitel předem dojednal konečnou formu tohoto fytopaliva s odběratelem.

Po sklizni suché hmoty šťovíku je třeba porost ošetřit vláčením či diskováním. Kořenový systém šťovíku vyžaduje totiž provzdušnění půdy, aby se mohl dále náležitě vyvíjet. Provzdušnění lze zajistit „prořezáním“ půdy diskovými pluhy. Nejvhodnější jsou k tomu disky, které lze nastavit do pokud možno kolmé polohy, aby se půda minimálně obracela. Tímto ošetřením může sice dojít k určitému poškození jednotlivých rostlin, což ale v zásadě není na závadu. Po tomto diskování dochází poměrně brzy k celkové regeneraci porostu, který opět spolehlivě obrůstá. Provzdušnění půdy je vhodné provádět v podstatě každým rokem, vždy po hlavní sklizni a to hned v prvém užitkovém roce, tedy druhý rok vegetace. Termín tohoto provzdušnění je třeba volit co nejdříve po sklizni, kdy je ještě obrost minimální. Výnosy suché nadzemní hmoty se dosud značně liší podle pěstitelských podmínek. Jsou také velmi odlišné od výnosů, které byly získávány po řadu let v pokusných podmínkách. Vysvětlení spočívá v tom, že pokusné parcelky jsou pečlivě obdělávány a sklizeň se zpravidla provádí ručně, takže je pak zcela beze ztrát. Při provozní sklizni šťovíku dochází obvykle ke sklizňovým ztrátám, v závislosti na použité technice i na stavu porostu. V provozních podmínkách byly dosud získány výnosy kolem 8-9 t/ha, ale také jen 3-4 t/ha celkové suché hmoty. Příčiny odlišných výnosů jsou různé, ale vedle půdní úrodnosti a intenzity hnojení je nejvýznamnější především přístup jednotlivých pěstitelů k založení a ošetřování porostu Rumexu OK 2.

Krmný šťovík se vyznačuje intenzivním obrůstáním a to jak brzy na jaře, tak na podzim, po sklizni suché nadzemní hmoty. Šťovík lze proto v průběhu jednoho roku sklízet 2x, tedy také na zeleno po hlavní sklizni, pokud se tato zelená hmota efektivně využije. Při podzimním obrůstání se vytváří jen přízemní růžice listů, porost dosahuje výšky asi 50 - 70 cm. Tuto zelenou biomasu lze využít buďto ke zkrmování, nebo jako přídavek k výrobě bioplynu, pokud je bioplynová stanice v dosahu pěstitelské plochy. Způsob ošetřování a sklizeň porostů šťovíku v dalších produkčních letech je obdobný jako ve druhém roce vegetace, kdy se poprvé sklízí. Je ale třeba dbát zejména na to, aby se porost šťovíku minimálně zaplevelil. V tomto směru se v současné době zkouší speciální postupy, se kterými budou všichni zájemci průběžně seznamováni.

Biomasa šťovíku byla hodnocena též z hlediska paliva. Laboratorní testy zajištěné v Běchovicích v Ústavu pro využití paliv prokázaly, že jsou v podstatě všechny zjišťované parametry přibližně shodné s dřevní biomasou, včetně vysoké teploty tavitelnosti popelů (na rozdíl např. od slámy). Odpovídající výhřevnost a emisní hodnoty byly zjištěny i v několika typech provozních kotlů, jako např. v kotlích Verner ve Žluticích a v Bouzově. Spalovací zkoušky zajistila firma Shiestel dokonce i v rakouském Dobrsbergu, v kotli Kohlbach o výkonu 2,5 MW. Byly zjištěny následující výsledky:

• po dobu přibližně 10 hodin, kdy bylo spalováno celkem asi 12 tun šťovíkové biomasy, nedošlo k žádným potížím při podávání do kotle, ani při dávkování na rošt,
• při spalování se neprojevily žádné změny oproti spalování slámy obilní,
• na vyzdívce v kotli nebyly vidět žádné napečeniny,
• popel ve formě škváry se nelišil od popele ze slámy obilní,
• z emisí byly měřeny jen NOx a CO. Po celou dobu byly emise NOx platné pro ČR hluboko pod limitem. Emise CO byly mírně zvýšeny spalováním šťovíku, ale i při spalování obilní slámy. Příčina byla zřejmě v tom, že tento kotel je v provoze již 10 let a už dlouhou dobu nebyl seřizován. Podle předchozí dohody nesměl být kotel nijak seřizován, z obavy, aby se nenarušilo standardní spalování slámy. Podle techniků firmy Shiestel by při správném seřízení byl docílen zcela jistě pozitivní posun dosahovaných emisí CO.

I když se jedná zatím jen o výsledky orientační, byl vysloven názor, že by zřejmě bylo možné bez problémů spalovat šťovík v kotlích určených pro spalování balíků obilní slámy.

Podobné výsledky byly získány při spalování šťovíkové řezanky rovněž v kotli Kohlbach o výkonu 6 MW v Pelhřimově. Zde bylo spáleno celkem 28 tun šťovíkové biomasy. Během celé doby spalování nebyly pozorovány žádné změny oproti spalování tradičního dřeva.

Uvedené výsledky nasvědčují tomu, že energetický šťovík je vhodné fytopalivo, které lze spalovat i v kombinaci se slámou, nebo i dřevní štěpkou. Bude ale třeba tyto výsledky prokázat i při dlouhodobějším spalování, až bude šťovíkové biomasy dostatek.

Souhrnně lze konstatovat, že šťovík - Rumex OK 2 je jedna z nejvýznamnějších energetických rostlin. V provoze je sledován již šestým rokem, ale přesto je třeba stále ještě jeho pěstitelkou technologii doplňovat a upřesňovat. Cílem dalšího zdokonalování agrotechnických zásad je získat spolehlivě výnosy alespoň 8 až 10 t/ha. K tomu lze přispět některými již naznačenými zásahy, jako je zvýšený výsev, podzimní setí a dalšími opatřeními, které budou poskytovány všem pěstitelům této perspektivní energetické plodiny.

Závěr

Je potěšitelné, že již i u nás začal být zájem o produkci energetické biomasy. Bohužel, je paradoxní, že na tento program nejsme nyní ještě dostatečně připraveni, protože většina potenciálně vhodných druhů energetických rostlin není zatím dostatečně ověřena pro pěstování v provoze a chybí proto i zásady agrotechniky. O to je důležitější, že MZe začalo letos podporovat ověřování těchto rostlin a bude velmi důležité v tomto programu pokračovat a podle možnosti jej dále rozšiřovat. Pro naléhavou potřebu biomasy bude ale nutné vystačit s tím, co zatím známe a co můžeme našim zemědělcům okamžitě nabídnout. Lze k tomu využít především zkušenosti s pěstováním šťovíku - Rumexu OK 2, který se zatím jeví jako nejdůležitější a který je současně nejvíce propracován. Rovněž lze využít výsledy letošního ověřování 3 výše uvedených rostlin (a dále je doplňovat) a tento sortiment dále rozšiřovat. Bude důležité zaměřit se také na některé druhy energetických trav, jejichž pěstování je zemědělské praxi celkem dobře známé. Lze k tomu využít zkušenosti s pěstováním semenářských kultur, ale bude třeba odzkoušet jejich pěstování v hustém porostu, za účelem získání co nejvíce biomasy. Vedle již započatého ověřování sveřepu bezbranného by bylo vhodné do ověřování zařadit např. kostřavu rákosovitou, psineček veliký, ovsík vyvýšený, nebo chrastici rákosovitou. Samozřejmě pomůže i důsledné využívání vedlejších produktů jako je sláma, nebo i nejrůznější rostlinné zbytky, např. plevy apod.

V zájmu získání zemědělců pro tento perspektivní, ale zatím nedostatečně pochopený program, je rovněž důležité zaměřit tímto směrem i poradenskou činnost. Zde je nezbytné, aby byly dodržovány vyzkoušené a ověřené postupy, ale tak, aby se vždy přihlíželo ke konkrétním půdně-klimatickým podmínkám a aby se zemědělci naučili tyto netradiční plodiny pěstovat. Pro propagaci tohoto programu - produkce biomasy pro energii - je třeba rovněž zapojit důležité zemědělské instituce, jako je např. Agrární komora, která se v poslední době o tyto programy již začala živě zajímat. Významné je rovněž zajištění spolupráce s odběrateli biomasy, tedy s energetiky. Proto je třeba zapojit fytoenergetiku nejen do programů v zemědělství, ale současně do programu rozvoje venkova a komunální sféry.

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

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