Využití travní fytomasy pro výrobu elektrické energie a tepla

V současné době se v celém světě zvyšuje zájem o využití rostlinné biomasy jako obnovitelného energetického zdroje, a to především z důvodu omezování produkce skleníkových plynů a snižování produkce biologických odpadů. Využití fotomasy je možné suchou nebo mokrou cestou. Suchá cesta zahrnuje spalování a zplynování rostlinné hmoty o sušině 50-80%, mokrá cesta pak především anaerobní fermentaci mokré hmoty o sušině 4-12%, eventuálně 25-35%. Anaerobní fermentací je rozklad biomasy pomocí speciálních bakterií bez přístupu vzduchu, přičemž je uvolňován metan jako zplodina metabolismu, který je využíván pro sdruženou výrobu elektrické energie a tepla (kogenerace).

Bioplyn lze vyrobit také z travní fytomasy lučních porostů a podobné fytomasy jako je šťovík Uetuša, trávy z údržby veřejných trávníků, sportovních hřišť apod. Produkce bioplynu z fytomasy je efektivnější než ze zvířecích exkrementů (mrva, kejda, trus drůbeží apod.) o cca 50-70%.

Spolu s výrobou bioplynu vzniká jako odpad stabilizované organické hnojivo, které se vrací do zemědělského procesu. Zvláště důležité je, že významný podíl uhlíku zůstává v tuhém zbytku a neprochází atmosférou jako při spalování. Tím snižuje množství CO₂ v plynné biosféře.

Travní porosty, též drnový fond, představují nejrozsáhlejší skupinu pícnin. Jsou to složitá, smíšená a botanicky pestrá společenstva trav jetelovin a jiných dvouděložných druhů (bylin), jež vznikla samovolným nebo umělým zatravněním na specifických stanovištích a udržují se pravidelným využíváním.

Rozsáhlé zorňování v České republice zredukovalo podíl trvalých travních porostů ze zemědělské půdy (z.p.) z 24% v roce 1950 na cca 21%.

Kultura	Roky
	1950	1980	1992	1993	1994	1995	1996
Louky	710	500	540	546	590	618	658
Pastviny	316	221	229	229	247	270	292
TTP celkem	1026	721	769	775	837	888	950
%	100,0	70,3	75,0	75,5	81,6	86,5	92,6

V České republice se výnosy trvalých travních porostů v současné době ustálily na 3,5 – 4,5 t/ha. U pastvin jsou výnosy suché píce nižší a pohybují se okolo 1,5 t/ha. Výnosy trvalých travních porostů, jejich stabilita a efektivnost aplikace průmyslových hnojiv závisejí na půdní úrodnosti, ve které má významnou funkci půdní organická hmota.

Prostřednictvím polygastrických zvířat je organická hmota ze zkrmené píce transformována, zčásti se v procesu trávení rozkládá. Zbývající část přijaté organické hmoty (35 až 40 %) je vylučováno výkaly. Organická hmota ve formě statkových hnojiv se uplatňuje především na orné půdě a je významným faktorem její úrodnosti, jak vyplývá ze starého zemědělského přísloví "louka je matkou polí".

Počet sečí, při němž se dosáhne maximálního výnosu, závisí na stanovištních podmínkách (zejména na délce vegetačního období, vodním režimu a úrodnosti půdy), na druhovém složení porostu a na úrovni dusíkatého hnojení. U nehnojených luk na méně úrodných stanovištích s méně hodnotným porostem dosáhneme nejvyšších výnosů píce bez ohledu na kvalitu při jednosečném využití, u polokulturních až kulturních luk na úrodnějších stanovištích s dostatečným hnojením při dvousečném a na velmi úrodných stanovištích s příznivým vodním režimem a při intenzivním hnojení porostů s převahou vzrůstných trav při třísečném využití. Při větším počtu sečí se výnos píce snižuje, a to tím více, čím je úrodnost stanoviště a úroveň hnojení nižší, avšak zvyšuje se její kvalita a výnos stravitelných živin, což je rozhodující. S vyšším počtem sečí se zvětšuje zastoupení nízkých trav a tím i hustota drnu, kdežto vzrůstnější, zejména dvouděložné druhy jsou potlačovány.

V České republice je v současné době vysoké zornění zemědělské půdy. Vzhledem k tomu, že pro výrobu potravin je nynější plocha orné půdy nadbytečná, řeší se otázka, jak tuto půdu využít. Jedním z nejperspektivnějších způsobů obdělávání v současnosti nevyužité orné půdy je cílené pěstování plodin pro nepotravinářské využití, konkrétně pro produkci energetické biomasy.

Pomineme-li odpadní dřevo a plantáže rychle rostoucích dřevin, jsou pro produkci energetické biomasy nejperspektivnější vytrvalé byliny. Jednoleté byliny jsou nevhodné, protože každoročním zakládáním porostů se produkce biomasy zdražuje a poměr mezi vstupem energie a jejím výstupem se zvyšuje.

Kromě výnosu je dalším důležitým parametrem sklízené biomasy obsah sušiny. Ideální je co nejvyšší podíl sušiny v době sklizně, aby nebylo nutné sklízenou biomasu dosoušet, případně aby dosoušení proběhlo co nejrychleji a bez nutnosti dalšího vstupu energie. Pro využití v bioplynových stanicích je naopak vhodné sklízet ještě zelenou travní hmotu s optimálním obsahem sušiny 25-40%. Při jedné seči na konci vegetace byl u sledovaných druhů obsah sušiny 66-71%, při první seči u dvousečných variant to bylo 39-48% a při druhé seči průměrně 45%.

Z energetického a ekonomického hlediska je také důležité, v kterém termínu plodiny sklízet. Zda v době největšího nárůstu fytomasy, pozdě na podzim nebo brzy na jaře. Obecně největší nárůst fytomasy je u většiny plodin v době kvetení nebo těsně po odkvětu. Potom dochází k postupné ztrátě fytomasy. V prvním termínu sklizně má obsah vody ve fytomase rozmezí 60-80%/sušina 40-20%. Takto vlhká fytomasa se dá přímo využít pouze na výrobu bioplynu.

Výše uvedené informace ukazují, že je výhodné používat fytomasu pro kofermentaci v bioplynových stanicích a naznačují stádia vývinu rostlin, kdy je vhodné provádět sklizeň, aby výnosy organické sušiny, které odpovídají za produkci metanu, byly pokud možno co nejvyšší. Vzhledem k vyšší měrné tvorbě metanu z rostlin dochází při kofermentaci k výraznějšímu zvýšení výkonu bioplynové stanice při zachování stejné velikosti fermentoru. Rozklad travní fytomasy je v současné době jednou z nejlepších dostupných technologií, neboť využívá odpadní nebo nadbytečnou biomasu, kterou není výhodné spalovat. Proces rozkladu pomocí anaerobních bakterií (digesce) je výhodný zejména pro proces snižující množství vypouštěného CO₂ do atmosféry na stejné množství vyrobené energie než pouhé spalování. Část uhlíku se při digesci vrací do půdy nikoliv přes atmosféru jako při spalování, ale ve formě zbytkového substrátu, který je výborným přírodním hnojivem a zvyšuje kromě živin i množství humusových látek. Ideální je využít tento proces, který je přátelský k přírodním systémům v maximální míře všude tam, kde je dostatek vlhké biomasy a jsou vhodné prostorové podmínky.

Použité prameny

1. D.Kocourková, J.Mrkvička, 2003, Alternativní využití travní biomasy, EKO 1/2004
2. Velich, Praktické lukařství, Sborník přednášek, 1996
3. Zd.Strašil, Petr Hutca, 2003, Chrastice rákosovitá – pěstování a možnosti využití
4. M.Skála, J.Mrkvička, Produkční funkce travních porostů, 1999, EKO 4/1999

Vznik tohoto článku umožnil grant Nadace Sluníčko číslo 5/03.

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