Energetické využití biomasy a rekultivace

Využívání biomasy pro energii se začíná stále více uplatňovat, zatím ale zejména v zahraničí. Zavádění fytoenertegiky je program velmi perspektivní. Porovnáme-li biomasu s dalšími druhy obnovitelné energie, musíme konstatovat, že biomasa má největší potenciál. Z průběžného hodnocení situace, jak ji sleduje např. Evropské sdružení pro biomasu - AEBIOM vyplývá, že biomasa se může podílet cca ze 75% na celkových zdrojích obnovitelné energie (jako je sluneční, větrná a vodní energie).

Význam biomasy pro energetické využívání nespočívá přitom pouze a výhradně v získávání obnovitelné energie, i když to je rovněž důležité. Hlavní význam je ekologický. Jakákoliv vegetace totiž přispívá ke zlepšení bilance skleníkových plynů v ovzduší, jejichž nežádoucí nárůst je bezesporu v současné době největší hrozbou trvale udržitelné existence naší planety. Situace se celosvětově zhoršuje především souvislým kácením deštných pralesů i ostatní vegetace, takže se podíl pouští a polopouští na zeměkouli stále více zvětšuje. Tím, že ubývá vegetace, ubývá též možnost spotřebovávání CO₂, který je jinak nezbytnou podmínkou pro fotosyntézu rostlin. Mizí-li vegetace, CO₂ zůstává v ovzduší a přispívá tak k nežádoucímu hromadění tzv. skleníkových plynů, jejichž je hlavní součástí. Vysoká koncentrace skleníkových plynů v ovzduší při tom přímo souvisí s energetikou, jak je všeobecně známo. Přímým spalováním fosilních paliv je CO₂, nashromážděný fosiliemi rostlin z nichž se vytvořilo uhlí, uvolňován a stále více se hromadí v ovzduší. Požívá-li se ke spalování současná vegetace, CO₂ se sice rovněž uvolňuje, ale jeho bilance je fotosyntézou rostlin vyrovnávána. Z tohoto důvodu má vegetační pokryvnost na Zemi nezastupitelný význam.

Likvidace celosvětové vegetace a zvětšování rozlohy pouští lze v malém přirovnat se situací u nás při plošné devastaci krajiny a vegetace v pánevních oblastech , ta je všeobecně známá např. v severních Čechách. Zde je rovněž velmi důležité ozelenit co největší plochu složišť popelů a důlních výsypek. O tento program jsem usilovala již před řadou let, avšak vzhledem k nejrůznějším organizačně-technickým problémům se dosud nepodařilo ozeleňování těchto ploch zajišťovat navrhovanou, poměrně levnou a jednoduchou metodou. V dřívější době byla stále zdůrazňována možnost kontaminace pěstovaných rostlin, takže z těchto důvodů byly před zemědělskými plodinami upřednostňovány rekultivace lesní, kde není nebezpečí průniku škodlivých látek do potravin. Lesnické rekultivace jsou pro tyto plochy dobrým řešením, avšak vzrůst dospělého lesa je dlouhodobý a tento způsob rekultivace je značně nákladný. Uvedená situace je jednou z příčin, proč není dosud rychle a ve velkém rozsahu zajištěno ozeleňování výsypek a popelových složišť.

Pro zásadní zlepšení situace je nejdůležitější rozhodnout, jaké rostliny se na těchto plochách doporučí k pěstování. K tomu se přímo nabízí tzv. rostliny energetické. Tuto myšlenku jsem začala uplatňovat v rámci mého působení ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby (VÚRV)na výzkumné stanici v Chomutově již začátkem devadesátých let, hned jak jsem přivezla ze SRN prvé sazenice Miscantu - tzv. sloní tráva. V té době bylo zahájeno pokusné pěstování různých rostlin na výsypkách a složištích popele. K tomuto účelu byly vybírány především vysoko vzrůstné rostliny, které vytváří velký objem nadzemní hmoty.

Pěstování energetických rostlin začalo být postupně aktuelní i na zemědělské půdě, která dnes pro pěstování tradičních potravinářských komodit přebývá. U nás se odhaduje nejméně cca 500 tisíc hektarů, přičemž v poslední době se tyto odhady dále zvyšují. V současné situaci je tedy pěstování energetických rostlin aktuální nejen na pozemcích devastovaných důlní a energetickou činností, ale rovněž na tradiční zemědělské půdě. Tento program je pro zemědělce zatím zcela nový a bude se jen velmi pozvolna zavádět v širším měřítku, nicméně je to program reálný a velice perspektivní. Zde bude záležet především na prosazování správné legislativy a celostátní podpoře tohoto programu.

Pro širší uplatnění biomasy pro energii je užitečné využívat zkušenosti ze zahraničí - ze států, kde je rozvoj fytoenergetiky již na vysokém stupni. V tomto směru nám organizačně velmi pomáhá zapojení našeho českého sdružení pro biomasu CZ BIOM do Evropského sdružení AEBIOM, které zajišťujeme prostřednictvím mezinárodní sekce CZ BIOM. Příkladem nám je především blízké Rakousko, které má již nyní cca 12,7% energie z celkových primárních energetických zdrojů. Největší rozvoj využívání biomasy pro energii mají skandinávské státy, jako je Švédsko a Finsko s více než 18 % energie z biomasy. Rovněž v Dánsku a Irsku byl v posledních letech zaznamenán rychlý nárůst energie z biomasy. U nás jsme měli loni pouze cca 0,6 % a i když se za poslední rok tento podíl poněkud zvýšil díky moderním malým kotlům na spalování dřeva, máme hodně co dohánět. Nárůst energie z biomasy je především tam, kde je tento program celostátně podporován, včetně zvýhodnění obnovitelných zdrojů energie prostřednictvím energetických či uhlíkových daní a poplatků uplatňovaných pro fosilní paliva. Na obnovitelné energie se tyto daně nevztahují, takže jsou na trhu s energií konkurenceschopná. Tyto cenové relace jsou limitujícími faktory pro využívání obnovitelných zdrojů energie, včetně biomasy. U nás nebude zřejmě snadné takováto opatření prosadit, ale dříve nebo později k tomu rovněž musí dojít. Už jen proto, abychom se přibližovali legislativě EU, kde tyto trendy jsou obecně prosazovány.

Pro praktické využívání energie z biomasy je nezbytné připravit technické a organizační podmínky. Samozřejmě, že nejefektivnější využívání biomasy je ve formě vedlejších produktů, nebo odpadů. Jedná se především o slámu obilovin a řepky a odpadů z lesů a z dřevařského průmyslu. Teprve v další etapě nastoupí cílené pěstování energetických rostlin na zemědělské půdě, kde by tato energetická produkce měla být obdobou ostatních produktů zemědělské prvovýroby.

Celkový potenciál získávání energie z biomasy, to je jak z vedlejších či odpadních produktů, tak při cíleně pěstovaných energetických rostlinách na přebytečné zemědělské půdě je u nás dosti značný. Při velmi reálném nenadsazovaném výpočtu a posuzování produkce těchto hmot využitelných pro energii se u nás jeví možnost cca 12 až 19 % primární energie krýt z obnovitelné biomasy. K docílení těchto objemů bude však nutné zajistit ještě řadu důležitých opatření. Jedním nezbytných kroků je i vyzkoušení produkce jednotlivých druhů rostlin pro toto pěstování, včetně jeho ověření v provozních podmínkách. Tyto kroky je nutné zajišťovat v předstihu, aby tak byli zemědělci připraveni na možnost této produkce, jakmile budou vytvořeny vhodné legislativní podmínky pro tento perspektivní program.

Pěstování energetických rostlin jsme zahájili již začátkem devadesátých let. Začali jsme s pěstováním dovezeného Miscantu, který jsme vysadili jak na zemědělskou půdu, tak současně na složiště popele, v tehdejší době v rámci pokusných ploch na složišti Elektrárny Počerady. Přesto, že byl v té době Miscantus velice doporučován, především v Německu, ale v našich podmínkách se neosvědčil. Tato rostlina sice vydrží na stanovišti až 20 let, dosahuje výšky až 4 m a dává výnosy cca 20 tun suché hmoty z ha, vyžaduje ale mírné zimy a dostatek srážek během vegetace. Obě tyto podmínky v oblasti Chomutovska nelze spolehlivě zajistit, neboť tato oblast je ve srážkovém stínu a během zimy se často vyskytují holomrazy. V některých lokalitách ČR se Miscantu daří lépe, ale jeho perspektiva širšího pěstování bude zřejmě problematická, a to pro vysoké náklady na zakládání těchto plantáží, které se provádí výsadbou, což je nesporně vždy dražší, než prostým výsevem.

V podmínkách Chomutovska jsme se proto zaměřili na rostliny u nás dostupnější a více známé. Program jsme zahájili jednoletými velkoobjemovými druhy, jako jsou rostliny čirokovité, dále i konopí, proso a další. Tyto druhy rostlin jsme pěstovali jednak na tradiční zemědělské půdě a současně na složištích popele a důlních výsypkách. V té době jsme měli v rámci VÚRV poměrně důmyslné rekultivační pokusy na důlní výsypce, při různých variantách ošetření povrchu výsypkových zemin. Vedle tradičního překrývání povrchu výsypek zeminou jsme měli i variantu se zapraveným popelem a to za účelem vylehčení těchto extrémně těžkých jílovitých zemin. Tato varianta se obecně dobře osvědčila i pro pěstování nejrůznějších zemědělských plodin.

Stručný výtah výnosových parametrů těchto rostlin v průměru za 4 roky je uveden v následující Tabulce.

Tab. 1. Výnosy suché hmoty technických plodin v t/ha

plodina	půda
	zemědělská	antropogenní
		složiště popele	důlní výsypka		průměr
			převrstvení zeminou	zapravený elekt. popel
proso	7,10	7,65	11,32	8,43	9,87
konopí seté	8,06	16,60	8,06	7,51	7,78
hyso	10,33	10,66	10,57	14,04	12,29
čirok zrnový	8,89	8,22	10,39	11,50	10,94
čirok cukrový	10,51	12,49	20,55	17,35	18,95
sudanská tráva	8,70	10,80	10,62	14,02	12,32

Z uvedených příkladů je zřejmé, že důlní výsypky a složiště popelů jsou stejně vhodné pro pěstování energetických rostlin jako tradiční zemědělská půda. Některé druhy rostlin vykázaly v tomto sledovaném období dokonce vyšší výnosy, než na půdě. Jedná se zejména o rostliny čirokovité.

Přes tyto poměrně úspěšné výsledky s pěstováním jednoletých rostlin, jsme se později zaměřili na rostliny víceleté a vytrvalé. Jejich výhoda je zcela jednoznačná v úspoře nákladů při každoročním zakládání porostů, tak jak je to nezbytné v případě rostlin jednoletých. Zabývali jsme se rostlinami netradičními, které jsou u nás dosud málo známé. Jako příklad uvádím v Tab. 2 výnosy některých těchto druhů, včetně spalného tepla a celkové energetické výtěžnosti z 1 ha.

Tab. 2 Výnosy suché hmoty vytrvalých energetických rostlin a jejich spalné teplo (průměr z různých stanovišť).

rostlina	výnos	spalné teplo MG/kg	energet. výtěžnost-GJ/ha
šťovík krmný	23,0	17,75	217,62
sléz krmný	13,4	17,58	235,58
mužák prorostlý	11,2	17,94	200,94
bělotrn modrý	16,5	19,61	323,56
pajasan žláznatý	17, 0	17,48	296,60

Z uvedených výsledků se jeví jako velmi perspektivní především šťovík krmný, což je vyšlechtěný druh vzniklý křížením šťovíku zahradního a tjanšanského. Vyznačuje se vysokým vzrůstem a ranným nástupem vegetace na jaře. V prvém roce po zasetí teprve zakořeňuje a začíná vytvářet souvislý porost. V 1. roce jsou tudíž jeho výnosy nevýznamné. Od 2. vegetačního roku již vytváří poměrně vysoké výnosy a v dalších letech produkuje již spolehlivé vysoké výnosy až kolem 20 t/ha (v některých případech i více). Další významnou rostlinou je krmný sléz. Tato rostlina patří sice do jednoletých, ale při sklizni se zpravidla částečně vysemení a obrůstá pak v dalších letech z tohoto samovýsevu. Sléz krmný má přednost ve velmi rychlém vzcházení, což jej předurčuje též do erozivních a zaplevelených pozemků. Rychlým zakořeněním tak fixuje půdu na svém stanovišti, čímž ji chrání proti erozi a rychlým vytvořením souvislého porostu spolehlivě konkuruje plevelům, které tak likviduje. Z dalších rostlin vytvářející vysoké výnosy je např.mužák prorostlý, který vydrží na stanovišti až 20 let a dále pak bělotrn modrý a j.

V tabulce jsou uvedeny též údaje o tvorbě dřevní hmoty pajasanu žláznatého. Tuto „plevelnou“ dřevinu jsme zařadili do pokusných ploch pro jeho velmi rychlé každoroční obrůstání a naprosto minimální požadavky na stanoviště. Je rovněž důležité, že plantáž pajasanu lze zakládat ze semene, což je nesporně méně nákladné oproti jiným rychle rostoucím dřevinám (např. topolům), které se zakládají výsadbou. Pro jeho případné cílené pěstování je však třeba vypracovat ověřenou pěstitelskou technologii a to i vzhledem k ochraně přírody, neboť se jedná o expanzivní druh.

Pro získávání energie z biomasy se všeobecně doporučují plantáže rychle rostoucích dřevin - topolů, vrb apod. Bohaté zkušenosti mají např. v Rakousku nebo ve Skandinávii, kde jsou často zaměřeni na energetické vrby (zvl.Švédsko). Rovněž u nás se tyto porosty začínají zakládat, ale vzhledem k značným finančním nákladům není dosud jejich rozsah dostačující.

Cílené pěstování energetických rostlin je jednou z možností zajišťování biopaliva, vedle dnes zatím více využívaných vedlejších a odpadních materiálů. Oba způsoby jsou důležité, neboť je nutné tento program i u nás systematicky prosazovat. Je třeba, abychom směřovali ke stejným cílům jako v Evropě. Zde byla zpracován tak zvaná Bílá kniha, ve které je zakotven rozvoj získávání energetických zdrojů z obnovitelných zdrojů. Je zde stanoveno, že nárůst biomasy pro energii se má ze současných průměrných 6 % zvýšit do r. 2010 až na 12 %. Intenzita využívání biomasy pro energii při tom přímo souvisí s omezováním skleníkového efektu, jak bylo již zmíněno v úvodu. Tento závažný problém je součástí závěrů z Kyoto, z prosince 1997. Na tomto celosvětovém foru bylo stanoveno snížení produkce skleníkových plynů o 8 % do období let 2008 až 2012. Tento závazek je velmi náročný, ale nezbytný. K jeho realizaci je nutné zmobilizovat veškeré prostředky, včetně zásadního zvýšení obnovitelných energetických zdrojů a omezení zdrojů fosilních.

Zavádění biomasy do energetiky spočívá především ve výše uvedeném celosvětovém závazku, ale má rovněž celou řadu dalších výhod, které lze stručně charaterizovat takto:

• biomasa přispívá k primárním energetickým zdrojům,
• využívání vedlejších a odpadních materiálů usnadňuje recyklaci hmot a energie, což má význam z ekologického hlediska,
• cílené pěstování energetických rostlin na přebytečné půdě přispívá k žádoucí údržbě krajiny v kulturním stavu,
• důsledné využívání půdy pro pěstování „zelené energie“ umožní rozšířit sortiment zemědělských produktů, a tím přispět k lepší stabilizaci současného neutěšeného stavu v zemědělství,
• pěstování, sběr a úprava biomasy poskytuje nové pracovní příležitosti, což je významné zejména v odlehlých venkovských regionech, kde je zpravidla vysoká nezaměstnanost,
• pěstování energetických rostlin na plochách zdevastovaných např.důlní činností umožní rovněž rozšířit pracovní příležitosti pro redukující se počty horníků, které by se tak mohli uplatnit místo dobývání uhlí, při pěstování „zelené energie“ na rozsáhlých výsypkách a haldách odtěžených zemin, vyžadujících rekultivaci,
• ozelenění krajiny devastované důlní, energetickou či jinou průmyslovou činností zlepší přímo ekologické parametry dané oblasti,
• získávání energie z domácích zdrojů umožní stabilizaci regionů, neboť výtěžek z této činnosti zůstane doma a
• navýšení energie z obnovitelných domácích zdrojů přispěje významně k omezení dovozu fosilních paliv ze zahraničí, čímž se ušetří na nákladech za jejich dovozy.

Využívání biomasy pro energii má tudíž řadu nesporných výhod. Žádoucí plný rozvoj tohoto nového oboru - fytoenergetiky bude však vyžadovat ještě mnoho úsilí v různých oborech lidské činnosti. Pro jeho realizaci je ale nezbytné systematicky zajišťovat veškeré kroky směřující k tomuto cíli, neboť jsou to cíle spojené bezprostředně s trvale udržitelnou existencí naší planety.

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