Výzkum využití trav pro energetické účely

Alternativou pro hospodaření na půdě v horských a podhorských oblastech České republiky je cílené pěstování a využití trav pro energetické účely. Na výzkumu energetických trav se podílela Oseva Pro, s. r. o., Výzkumná stanice travinářská v Zubří ve spolupráci s Výzkumným ústavem zemědělské techniky Praha a Vysokou školou báňskou v Ostravě.

Obr. 1: Originalita výzkumu je v komplexním přístupu ke zpracování rostlinné fytomasy z venkovských regionů

Do výzkumu byly vybrány trávy pěstované na semeno, které jsou podle výsledků dosavadních výzkumů v podmínkách České republiky nejvhodnější pro energetické využití: psineček veliký, kostřava rákosovitá, ovsík vyvýšený a lesknice rákosovitá. U nich byl stanoven termín pro sklizeň na semeno, s využitím vymlácené slámy pro energetické účely. Současně proběhlo ověřování spalování travní hmoty v technických zařízeních. Na tuto práci navazuje výzkum využití fytomasy z trvalých travních porostů a z údržby krajiny. Význam využívání travních porostů pro energetické účely nabývá na důležitosti zejména z hlediska využití ladem ležící půdy pro cílené pěstování energetických rostlin a dále v souvislosti s biomasou produkovanou trvalými travními porosty v naši české krajině. Využití této travní biomasy pro energetické účely se jeví jako perspektivní řešení. Dosavadní poznatky ukazují dvě cesty využití této biomasy: spalování suché hmoty, nebo zpracování vlhké hmoty anaerobní digescí na bioplyn a hnojivý substrát.

Hlavní cíle výzkumu

V případě spalování je cílem probíhajícího výzkumu najit vhodné směsi pro výrobu komprimovaných směsných paliv ve formě briket či pelet, které bude možné spalovat na stávajících spalovacích zařízeních, určených pro spalování dřevních pelet.

Obr. 2: Polní pokusy energetických trav (stav ve 3. dekádě listopadu 2010)

Dosavadní zkoušky ukázaly, že samotné traviny mohou být nejlépe spalovány jen ve velkých zařízeních s výkonem řádově stovky kW. Pro malá zařízení je nutné připravit komprimovaná směsná paliva, která se budou blížit svými spalnými vlastnostmi dřevním peletkám. Dřevní peletky jsou ideálním biopalivem, avšak již nyní se začíná projevovat jejich nedostatek a jejich výrobu již nelze zvyšovat, protože zdroje dřevní hmoty jsou již rozebrány. Protože předpokládáme radikální vzestup zájmu o používání biopaliv, je třeba najít vhodnou náhradu dřevních peletek. Poslední výsledky výzkumu jak u nás, tak v zahraničí ukazují, že je možné vhodným složením směsi při výrobě peletek významně zlepšit emisní parametry a hlavně snížit náchylnost popela stébelnin ke spékání.

Při využití rostlinné biomasy pomocí anaerobní digesce je nutné vyřešit vhodné složení vsázky. Bioplynové stanice fungují bez problému, je-li k dispozici dostatek kejdy skotu či prasat. Vzhledem k radikálnímu poklesu stavů skotu i prasat jsou však často hospodářství bez živočišné výroby. Pro tato stanoviště je třeba nalézt vhodné celoroční složení vsázky bez nutnosti přídavku kejdy.

Ve výzkumu budou rovněž řešeny vhodné způsoby konzervace rostlinné hmoty pro zabezpečení celoročního provozu, protože bioplynové stanice pracují nejúčinněji při vsázce s co nejmenším kolísáním poměru vstupních substrátů. Bude zjištěna ekonomika tohoto procesu.

Tab. 1 – Výsledky výzkumu stanovení spalného tepla a výhřevnosti ve 100% sušině u 12 travních druhů ( průměr za tři užitkové roky)

Komplexní přístup

Originalita výzkumného projektu spočívá zejména v komplexním přístupu ke zpracování rostlinné fytomasy z venkovských regionů pro výrobu tepelné energie respektive i elektrické energie a hnojivových prostředků. Současně navrhované řešení umožní ekonomicky obhospodařovat pozemky i v marginálních oblastech, pomůže při řešení místní zaměstnanosti, pomůže při ochraně přírodních zdrojů, půdy, vody agroekosystémů a uchování vzhledu venkovské krajiny šetrnými způsoby hospodaření. V současnosti je velice aktuální i otázka využití travní hmoty z technických ploch a technických trávníků. Zejména se jedná o travní biomasu z městských a obecních aglomerací. Perspektivní se jeví využití této hmoty zejména pro výrobu bioplynu. Bude určen maximální možný podíl těchto parkových směsí na vsázce do bioplynové stanice.

Obr. 3: Pokusný kompostér Jumbo 800

Součástí projektu je i využití travní biomasy pro kompostování. Vstupní materiál s podílem travní složky pro kompostování bude rozborován na mikro a makroprvky. Výsledný kompost bude analyzován na kvalitativní parametry.

Založení polních pokusů

V prvním roce řešení výzkumu 2010 byl na stanici v Zubří založen polní pokus pro výzkum využití trav pro produkci bioplynu. Na základě dosavadních zkušeností výzkumného týmu řešitelů projektu byly zařazeny tyto druhy trav: psineček veliký Rožnovský, kostřava rákosovitá Kora, ovsík vyvýšený Rožnovský, lesknice rákosovitá Chrastava, sveřep horský Tacit. Do portfolia trav byla zařazena pro srovnání jedna jetelotravní směs, která se jeví jako nejvhodnější pro konzervaci půdy dočasně vyřazené z intenzivní zemědělské produkce. Z jednoletých plodin byla zařazena do pokusu kukuřice setá, čirok sudánský a slunečnice roční.

Pokus s travami a jetelotravní směs byl založen na parcelkách o velikosti 10 m2, každá varianta je čtyřikrát opakována. Vybrané trávy a jetelotravní směs byly založeny v maloparcelkovém pokusu s předpokladem dvou úrovní výživy bez hnojení dusíkem a minimální dávkou dusíku 50 kg ročně pro zkoušení výnosu zelené hmoty, suché hmoty a sušiny.

Obr. 4: Minikompost v polních podmínkách dne 12.1.2011

Travní senáž

Jako perspektivní surovina pro BPS se jeví i travní senáž, takže i ta byla předmětem výzkumu. Sledování bylo prováděno na tzv. minisenážích a tato technologie bude registrována jako užitný vzor. Měrná hustota vzorků byla 405–514 kg/m3 (minimální požadovaná je 200 kg/m3 ). Standardní doba fermentace byla 90 dní při teplotě 25 °C (mimo vzorků sklizených 15.10.2010).

Sledování prokázalo (viz tab. 2), že všechny materiály měly poměrně malé ztráty 2 - 5 %. U mladých porostů nemá vlhkost na ztráty statistický významný vliv, ztráty jsou vyšší pouze u vzorků se sušinou více než 50 %.

Tab. 2 – Vliv vstupní vlhkosti senáže /v závislosti na datu sklizně) na fermentační ztráty

Tab. 3 – Obsah živin v travní senáže v závislosti na termínu (den) jejího dalšího využití (sklizeň travní hmoty byla 21.6.2010)

Komentář k tabulce:

• Sušina zabalených vzorků siláže postupně klesá, jedná se o přirozený proces fermentace
• Ostatní organické rozbory - zde nebyly předpokládané změny v základních ukazatelích, proto se dělal tento rozbor každý třetí měsíc, kolísání ukazatelů je v rámci variability.
• Rozpustné cukry - jejich obsah v průběhu fermentace klesl, cukry jsou postupně fermentovány.
• Ukazatel pH výluhu - kolísání v rámci variability, zjištěné hodnoty odpovídají typu fermentované hmoty.
• Amoniak - jeho obsah postupně mírně vzrostl, tato skutečnost byla pravděpodobně způsobena proteolýzou.
• Formolová titrace - hodnoty jsou v rámci variability.
• Stupeň proteolýzy - s časem mírně vzrostl, podle normy 2004 je hraniční hodnotou 11 %, tato hodnota nebyla dosažena.
• Ethanol - vykazuje nízké hodnoty, hodnocený vzorek ze září je i vzhledem k ostatním parametrům nestandardní.
• 1-propanol - jeho obsah se začíná od říjnového vzorku zvyšovat, zatím nelze hodnotit další průběh.
• Celkem TMK (těkavé mastné kyseliny) - jejich obsah je v rámci variability (mimo vzorek září).
• Kyselina máselná - její úroveň nedosáhla hodnoty 1,0 g/kg, která je již považována za limitní hodnotu z hlediska kvality.

Kompostování trav

V současnosti je produkce travní hmoty zejména z trávníků a jiných technických ploch těžce řešitelný biologický odpad. Také v zemědělské výrobě můžeme charakterizovat jako bioodpad travní hmotu z půdy konzervované zatravněním a z půdy oseté travami na semeno, která nemá využití v živočišné výrobě. Určitým směrem vhodným pro využití travního biodpadu se jeví jeho kompostování a tím další ekonomické zhodnocení. Ve výzkumné stanici travinářské probíhá mnoho pokusů, které produkují biomasu. Jedná se zejména o hmotu z pokusů z oblasti pěstitelské technologie trav na semeno, ochrany travních porostů proti plevelům, chorobám a škůdcům, využití trav pro energetické účely, biodiverzity travních porostů, revitalizace krajiny, květnatých luk a z oblasti genových zdrojů trav,trávnikářství a pokusy s travami pro pícní účely a jetelovinami. Veškerá produkce z těchto pokusů je v podstatě bioodpadem a je otázkou vyřešit vhodné zužitkování tohoto materiálu.

Tab. 4 – Vlhkost vstupních materiálů pro kompostování a datum založení jednotlivých druhů kompostů v roce 2010

Obr. 5: Výroba minisenáže (vzorek o hmotnosti asi 1 kg)

V roce 2010 bylo sedm druhů tohoto materiálu bylo vybráno pro zkoušky kompostování. Z šesti druhů tohoto biomaterálu byly založeny komposty v kompostéru Jumbo 800. Jeden druh bioodpadu produkce z pokusu s jetelem plazivým byl založen jako minikompost v polních podmínkách výzkumné stanice travinářské. Zkušební komposty byly založeny jednak z trávníků, biomasa pro kompostování byla pořezána na délku 4,6 mm. Komposty byly založeny i z produkce pícních trav, květnatých luk, energetických trav a jetelovin. U těchto komponentů nebyl materiál pořezán. Bylo využito travní a jetelové hmoty přímo po sklizni těchto plodin. Všechny komposty v kompostérech byly založeny ve složení hmotnosti 60 % rostlinné složky, 20 % dřevních pilin a 10 % zeminy. Komposty v kompostérech byly jedenkrát přeházeny a provzdušněny před zimou 2010-2011. Ze všech druhů komponentů u všech kompostů před založením byly odebrány vzorky a usušeny pro analýzu vstupního materiálu.

Poděkování

Publikace je realizována na základě podpory projektu NAZV ČR. Č. QI101C246 Využití fytomasy z trvalých travních porostů a z údržby krajiny.

Literatura

• FRYDRYCH, J., ANDERT, D., JUHELKOVÁ, D.: Využití trav pro energetické účely. Agromanuál, roč. 5, č. 7, s. 62-64, 2010. ISSN 1801-7673
• KALINA, M.: Kompostovani a peče o půdu (2., upravene vydani Praha 2004), Grada Publishing a.s. 2004. 116 s. ISBN 80-247-0907-4.

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

Biometan se vyplatí a má budoucnost