Energetické využití rostlinné biomasy

Od počátku 21. století se v celém světě zvyšuje zájem o využití rostlinné biomasy jako obnovitelného zdroje pro výrobu energie. Hlavním důvodem jsou klesající zásoby ve známých nalezištích fosilních paliv, rozložení rizika v zásobování energiemi ve světě, ochrana klimatu a životního prostředí na Zemi a využití stále rostoucího objemu biologických odpadů. Je to téma velmi aktuální a v mnoha směrech velmi zpolitizované.

Obr. 1: Lihovar v Dobrovici

Fytoenergetický význam cukrové řepy

Nejasné teze o přínosech a o negativních dopadech využití rostlinné biomasy jsou předmětem řady diskuzí, v nichž je poukazováno jen na ty argumenty, které jsou pro danou stranu vhodné. Hodně se argumentuje o celosvětových dopadech, přitom se ale často opomíjí, že žijeme v České republice a měli bychom se na tuto problematiku dívat z hlediska přínosů a negativních dopadů pro tuto zemi. Samozřejmě, že při tom nemůžeme škodit zbytku světa.

Pro zemědělce Evropské unie, která se stále potýká s nadvýrobou potravin, má tento trend ještě další významný přínos. Cílenou výrobou řady plodin pro nepotravinářské účely vznikají pro prvovýrobce nové trhy, které představují dostatečné a trvalé zdroje příjmů. Umožňují tak řádné využívání základního výrobního faktoru tohoto odvětví – půdy. Nové směry šlechtění, zaměřené na jinou užitnou hodnotu než dosavadní odrůdy, poskytují cílenou diferenciaci rostlinné výroby a zlepšují i využití přírodních a klimatických podmínek. Přínos je nejen pro zemědělce, ale i pro řadu navazujících odvětví.

Obr. 2: Rostliny cukrové řepy

Uvědomme si, že využití rostlin jako zdroje energie není nic nového, rostliny jsou využívány již od pravěku k produkci tepla. Jejich fytoenergetické využití neškodí životnímu prostředí, tomu škodí především pravidla, která upravují jejich neuvážené a nehospodárné využívání. Copak naše rostliny mohou za kácení pralesů v jižní Americe? Je třeba nastolit taková pravidla, která u nás umožní pěstovat a využívat rostliny na produkci energie především v době jejich nadbytku na trhu. A ostatním producentům potravin dá šanci prodat potraviny za ceny, odrážející výrobní náklady včetně přiměřeného zisku.

Plodiny vhodné pro energetické využití najdeme i mezi našimi tradičními významnými polními plodinami (dnes jsou to rozhodně řepka, kukuřice, cukrová řepa, některé trávy atd.). Samozřejmé je, že se hledají i nové (šťovík, ozdobnice a jiné).

Z našeho pohledu fytoenergeticky významnou plodinou je cukrová řepa. Využívá se nejen na bioetanol, ale v poslední době se především v Německu rozvíjí její využití pro produkci bioplynu. Cukrová řepa vyprodukuje na jednom hektaru 14 až 20 tun sušiny. Z jedné tuny sušiny lze získat 300 až 400 metrů krychlových (m³) bioplynu, což představuje produkci 4900 až 7000 m³ bioplynu z jednoho hektaru. U kukuřice při výnosu 15 až 22 tun sušiny z hektaru je uváděna produkce metanu 4000 až 5800 m³ z jeden hektar. V ČR jsou z cukrové řepy zatím využívány na produkci bioplynu především vyslazené řepné řízky.

Biosložky v motorových palivech

Plodin vhodných na produkci bioetanolu (obsahujících fermentovatelné sacharidy) je celá řada (například cukrová třtina, kukuřice, pšenice, tritikale, cukrová řepa, brambory, víno a další ovoce). Do budoucna, po nástupu biopaliv druhé generace, se tento sortiment rozšíří o biomasu s vysokým obsahem celulosy. Při jejich využití je rozhodují produkce sacharidů z jednotky plochy, energetický a ekonomický vklad na jejich dosažení, nebo-li energetická bilance. Z plodiny je nezbytné získat více energie, než bylo potřebné na její vypěstování a výrobu využitelného zdroje energie, například lihu. V České republice, kdy bylo rozhodnuto, že biodegradovatelná paliva mají být na trhu konkurenceschopná s fosilními bez jakýchkoliv dalších státních podpor, proto rozvoj jejich výroby úzce souvisí s jednotkovými náklady na výrobu zemědělské suroviny a s efektivností technologie převodu suroviny na biolíh. Dotace poskytovaná EU na pěstování rostlin pro energetické účely, která přispívala k jejich prosazení na trhu se již nevyplácí.

Posílení soběstačnosti a orientace na využití biopaliv příznivě ovlivnilo české řepařství. Zavádění bioetanolu v ČR prošlo poměrně složitým vývojem (neúspěšné tendry, odklady, atd.). ČR se zavázala ve střednědobém a dlouhodobém výhledu vyrábět směsi biopaliv a motorových paliv. Evropská legislativa předepisuje povinnost přidávat do motorových paliv 5,75 procenta biopaliv v roce 2010 a od roku 2020 již deset procent.

Od 1. ledna 2008 je povinné přimíchávání biosložky lihu či metylesterů do motorových paliv. V druhé etapě jsou postupně zaváděny vysokoprocentní směsi biopaliv s motorovými palivy a samotná čistá biopaliva.

Třetí etapa představuje komerční zavedení biopaliv druhé generace po roce 2013. Evropská unie jde cestou relativně povolnou. Například výrobci motorových paliv v USA musí zvýšit podíl biosložky v benzínu na 8,25 procenta, to je o 1,25 procenta více, než v roce 2009. Podíl biosložky v naftě se zvyšuje z deseti na 15 procent. V ČR vláda rozhodla, že na bioetanol nebude poskytovat přímou podporu.

Graf 1: Výnos bulev řepy cukrové přepočítaný na 16procentní cukernatost na provozních plochách v ČR a v maloparcelkových pokusech garantovaných

Bioetanol, další šance pro cukrovou řepu

Využití energie ze zemědělských plodin poskytuje nové možnosti i cukrové řepě. Podle úrovně výnosů lze z jednoho hektaru cukrovky získat pět až sedm tun bioetanolu. Výroba a užití etanolu představuje významnou možnost stabilizace tuzemského pěstování cukrovky, zatím přibližně deseti tisících hektarech. Rámcově se kalkuluje, že by mohlo být perspektivně pro produkci bioetanolu v ČR využito 15 až 18 tisíc hektarů produkčních ploch cukrovky, což se projeví jako kladný aspekt v optimalizaci struktury plodin, kde okopaniny (cukrovka) působí příznivě na výnosy obilnin, využití živin a omezení plevelů.

Při porovnání různých zemědělských plodin z hlediska produkce energie se jeví řepa cukrová jako velmi efektivní. Ukazuje se, že ve srovnání brambor, pšenice, tritikale a žita cukrovka poskytuje nejlepší výsledek energie a zároveň vykazuje nejvyšší emisní ekvivalent oxidu uhličitého (CO₂) - pohltí nejvíce emisního CO₂ z ovzduší během vegetačního období na jednotku plochy.

Ve třicátých letech minulého století byla u nás cukrová řepa dominující plodinou, královnou polí, dnes je její perspektiva stále předmětem mnoha diskusí. Stále však zůstává v našich podmínkách fotosynteticky nejvýkonnější pěstovanou rostlinou, jejíž produkční potenciál přesahuje 240 gigajoulů (GJ) na hektar a v pokusech i dvojnásobek. Vedle produkce cukru a energetického využití je významný i ekologický efekt a příznivé dopady na zemědělskou soustavu. Kyslík, který se uvolní z jednoho hektaru této plodiny, stačí k dýchání 62 lidí po dobu jednoho roku. Rovná-li se relativní produkce kyslíku z porostů cukrovky ve srovnatelném období sto procent, pak pšenice produkuje jen 72 procent, brambory 57 procent, louky a pastviny 43 procent a les 28 procent. Řepa cukrová trvale patří mezi 15 nejvýznamnějších pěstovaných plodin na světě. Dosahuje dnes více než desetinásobku výnosu cukru oproti počátku svého pěstování před více než 200 lety.

Obr. 3: Sklizené bulvy cukrové řepy

O tom, které plodiny budou v ČR a v EU především využívány k produkci biolihu, rozhodne ekonomika produkce suroviny a poptávka zpracovatelů. V ČR je jasná poptávka po cukrové řepě společností Agroetanol TTD a.s. Z hlediska teoretických poznatků se ukazuje, že více energie se v naších podmínkách získá z cukrové řepy než z obilnin. Díky dlouhé době vegetace za příznivých růstových podmínek dociluje cukrovka vysokého výnosu sušiny a netto energie. Energetické náklady pro většinu polních plodin se pohybují mezi 15 až 20 GJ na hektar a rok. Zisk netto-energie je proto u cukrovky přibližně dvojnásobně tak vysoký jako u ječmene.

Příspěvek k stabilizaci ploch

Výroba a využití bioetanolu představuje významnou možnost stabilizace tuzemského zemědělství, tedy i ploch cukrové řepy. Příznivým aspektem je využití určité nadprodukce v sektoru cukrovka – cukr i nadprodukce obilnin. Do jisté míry tak mohou být řešeny i otázky optimální struktury plodin, kde okopaniny (cukrovka) či olejniny (řepka) působí příznivě na výnosy obilnin, využití živin a omezení plevelů.

Nevýhodou je nejasná legislativa a s tím spojená cena suroviny, za kterou cukrovar – lihovar bulvy cukrovky vykoupí. To platí nejen pro cukrovou řepu, ale i pro obilniny vykupované lihovary. Svaz pěstitelů cukrovky Čech se domnívá, že minimální cena by neměla klesnou pod 750 korun za tunu bulev cukrovky při 16procentní cukernatosti a při přiznání dalších dotačních podpor vyplácených farmářům jednotnou platbou na plochu.

Při současné odbytové krizi je i z ekonomického hlediska řepa přínosná. V případě kalkulace výroby lihu kolem 25 centů za litr etanolu je přijatelná cena řepy kolem 28 eur za tunu. To je více než minimální cena řepy na cukr pro hospodářský rok 2009/2010. Výroba bioetanolu propojená s výrobou cukru je ekonomicky úspěšná a produkce řepy může být označena jako její produkt s přidanou hodnotou.

Jsme přesvědčeni o tom, že bioetanol je životaschopná alternativa ke klasickým fosilním palivům. Pro udržení evropského bioetanolového sektoru je ovšem naprosto nezbytné zvýšit úsilí v propagaci a marketingu. Naše úsilí v rozvoji bioetanolu ospravedlňují dva hlavní faktory. Bylo jasně prokázáno, že biopaliva nemají žádný negativní dopad na cenu potravin a potravinovou bezpečnost ve světě. Zároveň si nemůžeme dovolit čekat, až někdo zastaví dodávky životně nezbytné ropy tak, jako se tomu stalo v roce 2009 s dodávkami zemního plynu. Navíc biopaliva představují smysluplné řešení pro zpracování zemědělské nadprodukce. Pro udržitelný rozvoj biopaliv je nezbytné pokračovat v rozvoji jejich podpory v rámci celé EU. Je rovněž nezbytné harmonizovat především v české legislativě jednotlivé typy obnovitelných zdrojů energie (biopaliva, biomasa pro výrobu elektrické energie, atd.) a sladit naši legislativu s legislativou okolních zemí tak, aby podmínky byly pro všechny výrobce stejné.

Společnost Agroetanol TTD, a.s. provozuje v Dobrovici „řepný“ lihovar o roční kapacitě až jeden milion hektolitrů lihu. V době zpracovaní cukrové řepy je zdrojem pro výrobu lihu surová šťáva, po ukončení řepné kampaně pro výrobu cukru pak černý sirob. České řepařství, cukrovarnictví i lihovarnictví patřilo v historii vždy k těm nejvýznamnějším a nejúspěšnějším oborům hospodářství, věřme, že to bude platit i v budoucnosti.

Celosvětová produkce bioetanolu se odhaduje na letošní rok 86 milionů m³ (roční zvýšení o 16,2 procenta). Hlavním světovým producentem i spotřebitelem biopaliv jsou USA pro rok 2010 se odhaduje produkce 45 milionů m³, za kterými těsně následuje Brazílie a další jihoamerické státy (odhadovaná produkce 30 milionů m³). V Evropské unii by mohlo být v letošním roce vyrobeno okolo čtyř milionů m³ bioetanolu (růst proti roku 2009 asi o 14 procent).

Pro množství dva miliony tun automobilového benzínu vyráběného v ČR je třeba při 3,5 procenta podílu biosložky 700 tisíc hektolitrů bioetanolu. Při navýšení podílu biosložky na 4,1 procenta bude třeba 820 tisíc hektolitrů biolihu. Pokrytí této potřeby představuje využití produkce přibližně z 12 tisíc hektarů řepy cukrové a z 50 tisíc hektarů obilnin. Výtěžnost palivového lihu vyrobeného ze zemědělských plodin uvádí tabulka 1.

Tab. 1.: Výtěžnost palivového lihu vyrobeného ze zemědělských plodin

Až doposud zazněla pozitiva pro využívání a rozvoj produkce bioetanolu. Ale jsou i rizika, která vycházejí z výrobní ceny bioetanolu v některých velkých producentských státech, jako je například Brazílie nebo USA. Několik států dokáže líh vyrobit levněji než evropští producenti. Výhodami Brazílie a dalších států jižní Ameriky a Asie je levná vstupní surovina, levná pracovní síla i menší ohledy na životní prostředí. Musíme věřit, že EU si své investice a trhy uhájí. Domníváme se, že pěstování plodin pro energetické využití bude po několik let přínosem i pro české zemědělce. Měla by se proto uplatnit i cukrová řepa, která byla kdysi královnou našich polí. Věřme, že královnou zůstane, i když nám trochu zchudne.

Přínos pro naše pole

1. Cukrovka je intenzivní zemědělská plodina s ekologickým efektem v zemědělské soustavě a vykazuje celou řadu pozitivních vlastností. Cukrová řepa je plodina přátelská k životnímu prostředí.
2. Cukrovka je v přeneseném pojetí výkonnou sluneční elektrárnou, díky fotosyntéze poskytuje nejvyšší energetický výkon ve formě cukru, krmiv a průmyslových surovin, tomu odpovídá větší produkce kyslíku a větší odběr CO₂ ze vzduchu než poskytují ostatní plodiny.
3. V soustavě rostlinné produkce je cukrovka jednou z nejvýznamnějších plodin, hlubokým a intenzivním prokořeněním zasahuje spodní vrstvy ornice a ovlivňuje tak pozitivně úrodnost půdy, zanechává kyprou půdu, používáním dvoumontáží či flotačních pneumatik je omezováno nežádoucí zhutňování, snižuje infekční tlak choroboplodných zárodků v obilních osevních postupech, obohacuje půdu humusotvorným materiálem ze zbytků kořenů a listů zanechaných na poli.
4. Cukrovka je plodina dobře využívající hnojení, aplikované nízké dávky dusíku a široce rozšířené přizpůsobení dávek minerálního hnojení pro řepu rozborům půd, dlouhá vegetační doba, vysoká schopnost řepy využít nitráty chrání spodní vodu.
5. Optimální ochranou cukrovky se daří minimalizovat negativní vliv pesticidů, šlechtěním se zvyšuje tolerance a rezistence odrůd proti chorobám a škůdcům, trvale vzrůstá agronomická úroveň uživatelů pesticidních látek, u nových přípravků se díky jejich vyšší účinnosti snižuje celková spotřeba.

Podmínkou dalšího rozvoje odvětví jsou příznivé náklady na základní surovinu – bulvy s vysokou cukernatostí, intenzifikace produkce a výnosy na úrovni 60 až 70 tun řepy přepočítané na 16procentní cukernatost. Inovace pěstitelské technologie je trvalou záležitostí. V současné době jsou to především tolerantní odrůdy s osivem upraveným pro rychlý počáteční růst řepy. Druhým faktorem je modernizace mechanizačního vybavení a dalším délka vegetace, daná především termínem výsevu. O výnosu cukrovky rozhoduje prakticky celá soustava agrotechniky od předplodiny, podzimní a jarní přípravy, hnojení a ochrany rostlin.

Předpoklad: obstát v konkurenci

Cukrová řepa je v ČR plodinou s dlouholetou tradicí s relativně dobrými výnosy polarizačního cukru a perspektivou jejich dalšího růstu. To jí dává dobré předpoklady obstát v konkurenci s ostatními surovinami využívanými na produkci bioetanolu. Vysoká produkce energie z hektaru je pro ni další významnou konkurenční výhodou. Aktivní a ekonomicky silný zpracovatel dává záruky prodeje vyrobeného bioetanolu.

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