Energetický potenciál a ekonomika odpadní zemědělské biomasy z obilovin a olejnin

Úvod

Obnovitelné zdroje energie hrají stále důležitější roli v energetické politice vyspělých států. Nahrazují klasické fosilní zdroje, pomáhají snižovat emise skleníkových plynů a zvyšují energetickou bezpečnost. Jedním z významných obnovitelných zdrojů energie je zemědělská odpadní a zbytková biomasa z obilovin a olejnin – především sláma. Celková produkce této biomasy se pohybuje v ČR okolo 6 až 6,5 mil tun ročně. Biomasa je z hlediska využitelného potenciálu pro ČR nejperspektivnější z obnovitelných zdrojů pro výrobu elektřiny. Její využití je již dobře technicky i technologicky zvládnuto, rovněž je charakteristická stabilitou zdrojů.

Sláma obilovin se v současné době již pro potřeby živočišné výroby využívá jen minimálně. Stav skotu za posledních 20 let poklesl na 37,9 % stavu v roce 1990. Na snížení potřeby slámy však mají vliv i další významné faktory. Vzhledem ke zvýšení intenzity živočišné výroby a nárůstu užitkovosti, se výrazně omezilo využívání slámy pro krmení. V chovu skotu se dále začaly uplatňovat nové technologie (roštové nebo bezstelivové stáje, pastevní chov apod.), které výrazně snížily i potřebu slámy pro podestýlání. Sláma se tedy v současné době z velké části zaorává. Častým argumentem je potřeba obohacení půdy humusem. Zaorání slámy sebou však přináší některé problémy. Ve slámě je velmi málo živin – např. dusíku je ve slámě méně než 1 % a bakterie, které slámu rozkládají, si berou dusík z půdy. Zaorání slámy tedy je třeba doplnit, např. hnojením kejdou nebo minerálním dusíkatým hnojivem.

Materiál a metody

Sláma obilovin a řepky se sklízí pro energetické účely v létě po sklizni zrna, a to převážně z řádků položených za sklízecí mlátičkou na relativně vysoké strniště, umožňující proschnutí stébelnin během několika dnů pěkného počasí. Určitým problémem zůstává energetické využití slámy z kukuřice, a to jak z důvodů vyšší vlhkosti v době sklizně, tak i nevhodnou návazností na, v současné době používané, technologie sklizně zrna. Základem pro stanovení produkce slámy byly údaje ČSÚ Praha zpracovávané pro statistické šetření Agrocenzus 2000 a Agrocenzus 2010 a doplněné o výsledku strukturálních šetření v zemědělství za roky 2003, 2005 a 2007.

Pro stanovení energetického potenciálu slámy obilovin a řepky byly opět využity statistické podklady ČSÚ Praha. Podle dosavadních zkušeností lze uvažovat, že cca 50 % slámy obilovin lze využívat pro surovinové a energetické účely bez negativního vlivu na úrodnost a kvalitu půdy. Při energetickém a surovinovém využívání slámy stále zůstává na pozemku k zapravení hmotnost strniště a kořenového systému, která podle některých výzkumných prací je srovnatelná nebo mírně vyšší než hmotnost slámy. U slámy řepky je předpoklad využití pro energetické účely ještě výraznější, v živočišné výrobě se nevyužívá a nehodí se dobře ani pro zaorávání.

Pro vyhodnocení ekonomiky tuhých biopaliv je významné stanovit cenu slámy. Vycházíme z úvahy, že cena slámy je dána 2 hlavními faktory:

• náklady na produkci slámy,
• náklady na sběr a odvoz slámy.

Pro kalkulaci těchto nákladů byly využívány soubory normativů řešených a prezentovaných na webové stránce VÚZT, v.v.i. Soubory normativů jsou zpracovávány a pravidelně aktualizovány s využitím databázového modelovacího programu AGROTEKIS. Pro řešení byly využity tyto části:

• ekonomika pěstování plodin (podrobnější variabilní a fixní náklady na plodiny, dotace, ekonomická rentabilita)
• provozní náklady souprav (výkonnost, spotřeba paliva, provozní náklady na jednotku operace)

Výsledky a diskuse

Podrobnější bilance produkce této biomasy a možností jejího využití jsou uvedeny v tabulce 1. Plocha, sklizeň a výnos hlavního produktu znázorněné v tabulce jsou převzaty z údajů ČSÚ Praha, produkce slámy je stanovena na základě průměrného výnosu vedlejšího produktu.

Celkem lze tedy uvažovat, že pro energetické a surovinové využití je v zemědělství k dispozici ročně více jak 4 miliony tun slámy obilovin a řepky.

Zemědělskou odpadní biomasu je možné využít pro různé formy energie: jak pro elektrickou energii nebo výrobu tepla, tak pro kombinovanou výrobu. Biomasu je možné snadno skladovat a je na rozdíl od větrné nebo solární energie také poměrně stálým zdrojem energie. Je však třeba pečlivě zvažovat i logistiku těchto biopaliv, ekonomicky výhodné je především jejích využívání v blízkosti zdrojů. Při náročnější logistice mohou náklady na dopravu a manipulaci zhoršit výrazněji ekonomiku těchto biopaliv.

Vyhodnocení energetického potenciálu slámy je tedy provedeno podle struktury produkce obilovin a řepky podle jednotlivých krajů – viz. tab 2. Energetický potenciál slámy je stanoven pro tyto podmínky:

• u obilovin i řepky se uvažuje využití 50 % slámy pro energetické účely
• výhřevnost slámy závisí především na její vlhkosti, v tabulce se uvažuje výhřevnost 15 GJ.t^-1

Energetický potenciál v jednotlivých krajích výrazně kolísá, závisí především na velikost kraje, na podílu orné půdy v kraji a na struktuře pěstovaných plodin. S výjimkou hl.m. Prahy se pohybuje od 893 tis. GJ (kraj Karlovarský) do 12 822 tis. GJ (kraj Středočeský). Celkový energetický potenciál je pak více jak 64 023 tis. GJ. Stanovení ceny slámy je obtížné a zpravidla se nahrazuje vyčíslením podílu nákladů na produkci (pěstování), a dále nákladů na sklizeň a odvoz slámy.

Náklady na produkci slámy

Vzhledem k tomu, že neexistuje objektivně sledovaná nákupní cena slámy, tak pro kalkulaci nákladů na produkci slámy se nejčastěji používají rozčítací metody. Nejčastější metodou je využívání rozčítacích koeficientů, stanovených na základě krmné hodnoty zrna a slámy, vyjádřené ve škrobových jednotkách a stravitelných bílkovinách. VÚZE Praha rozpracoval podrobněji tuto metodu v polovině 90. let minulého století a doporučil uvažovat náklady na produkci slámy:

• u ozimých obilovin 12 % celkových nákladů
• u jarních obilovin 15 % celkových nákladů.

Na základě tehdejších cenových relací hlavních produktů tedy doporučil uvažovat cenu slámy stelivové ve výši 240 Kč.t^-1 a slámy krmné ve výši 300 Kč.t^-1. Pro současné nákladové relace hlavních produktů pak s využitím této metody je třeba uvažovat náklady na 1 t slámy bez započtení dotací okolo 500 Kč.t^-1, při plném využití dotací SAPS a TOP UP cca 400 Kč/t. Přehled nákladových relací podle jednotlivých plodin je uveden v tabulce 3.

Náklady na sběr a odvoz slámy

Pro sběr a odvoz slámy se používají tyto hlavní technologie:

• sběr a odvoz sběracími vozy (doporučuje se použití řezacího ústrojí) s ukládkou sklizené slámy většinou do polních stohů nebo do krytých skladů s mechanickým manipulačním zařízením. Doprava z pole je výhodná cca do 2 km. Nevýhodou technologie jsou vyšší nároky na dopravu, manipulaci a skladování fytomasy.
• sběr s využitím řezačky závěsné nebo samojízdné a odvoz velkoobjemovými vozy do polních stohů nebo krytých skladů (doprava do 2 km). Sběr slámy řezačkou je energeticky náročný, technologie vykazuje opět vyšší nároky na dopravu, manipulaci a skladování fytomasy. Tato technologie se již používá jen zřídka.
• sběr slámy sběracími lisy na standardní malé balíky o hmotnosti cca 10 kg s nakládáním balíků na vedle jedoucí dopravní prostředek a odvoz balíků do skladu. Tato technologie je v současné době na ústupu z důvodů vyšších nároků na ruční manipulaci s balíky a rovněž proto, že nejsou vyvinuté vhodné kotle pro jejich přijatelné spalování.
• sběr slámy sběracími lisy na obří válcové nebo hranolovité balíky s hmotností od 250 do 400 kg, odvoz balíků a jejich uskladnění pod střechou nebo ve stohu s překrytím řezankou ze slámy nebo fólií. Tato technologie v současné době převládá, výrazně snižuje náklady na dopravu, snižuje požadavky na skladovací prostory a balíky vyhovují i pro spalování ve větších zařízeních kotelen.

Náklady na sběr stébelnin se pohybují:

• u sběracích vozů se pohybují okolo 450 Kč.ha^-1, tj. cca 100 až 120 Kč.t^-1 - u lisů na válcové balíky okolo 650 Kč.ha^-1, tj. cca 150 až 180 Kč.t^-1
• u lisů na velké hranolovité balíky okolo 850 Kč.ha^-1, tj. cca 200 až 250 Kč.t^-1
• u sklízecích řezaček kolem 1500 Kč.ha^-1, tj. cca 400 až 450 Kč.t^-1

U sklizně slámy s využitím sběracích vozů je v uvedeném normativu zahrnut jak vlastní sběr slámy, tak i odvoz na vzdálenost do 2 km. U sklizně slámy sklízecí řezačkou a lisy je třeba ještě kalkulovat s náklady na odvoz produkce. Náklady na odvoz produkce se pohybují u lisované slámy okolo 40 - 50 Kč.t^-1, u řezané slámy okolo 80 – 100 Kč.t^-1. Sláma, u které se nepředpokládá využití pro energetické účely, se v současné době zpravidla nesklízí, ale provádí se její drcení a rozhoz po pozemku nejčastěji s adaptérem za sklízecí mlátičkou. Při stanovení výsledné celkové ceny slámy je třeba vzít v úvahu, že tato operace odpadá, a to znamená snížení nákladů o cca 50 Kč.t^-1. Tato úspora nákladů je však přibližně ve stejné výši vykompenzována zvýšením nákladů na skladování slámy. Výsledná průměrná cena slámy pro energetické využití je tedy pro jednotlivé technologie sklizně odlišná a pro další ekonomické úvahy ji lze kalkulovat v následující celkové výši (náklady jsou uvedeny bez využití dotací):

• sběrací vozy - 600 Kč.t^-1
• lisy na válcové balíky - 700 Kč.^t-1
• lisy na hranolovité balíky - 750 Kč.t^-1
• sklízecí řezačky - 950 Kč.t^-1.

Výsledkem výše uvedených nákladových kalkulací je sláma sypká nebo lisovaná do formy válcových či hranolovitých balíků. Produkce v této formě je vhodná jako palivo do větších kotelen a tepláren. Hlavním konkurentem pro tuto oblast využití jsou nejlevnější varianty hnědého uhlí (energetické uhlí, prachové uhlí). Cena tohoto energetického uhlí s výhřevností srovnatelnou s tuhými biopalivy se pohybuje mezi 1000 až 1100 Kč.t^-1 včetně ekologické daně (cena u výrobce, bez DPH a bez dopravy). Porovnání výsledných nákladů jednotlivých variant s cenou konkurenčního uhlí je uvedeno na obr. 1.

Závěry

Biopaliva ze slámy obilovin a řepky jsou z hlediska energetického potenciálu i z hlediska ekonomiky vhodný obnovitelný zdroj energie. Představují vhodné alternativní palivo ke stávajícím fosilní zdrojům. Jedná se o biopaliva skladovatelná, u kterých je zajištěn stálý zdroj. Využívání těchto biopaliv nijak negativně neovlivňuje potravinovou bezpečnost, nemá ani nepříznivý vliv na kvalitativní vlastnosti půdy. Z uvedených výsledků vyplývá, že náklady na produkci slámy pro energetické využití jsou pro všechny technologie nižší než ceny konkurenčního uhlí. V praxi se nejvíce využívají technologie sklizně slámy s využitím lisů. U těchto technologií jsou náklady na úrovni cca 65 až 70 % ceny energetického uhlí. Energetické využití odpadní zemědělské biomasy představuje pro zemědělský podnik nejen možnost zajištění energetických potřeb podniku z vlastních zdrojů, ale může být vhodným směrem diversifikace podnikatelských aktivit do oblasti komerční energetiky. Kromě tohoto vlastního pohledu na ekonomiku energetického využití slámy lze tedy spatřit další přínosy a význam i v následujících oblastech, např.:

• využití vedlejší produkce, která nemá uplatnění v krmivové základně
• příznivý vliv na tvorbu krajiny a na životní prostředí
• vytvoření nových pracovních příležitostí
• zvýšení ekonomické a energetické stability zemědělských podniků.

Poznámka

Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu TAČR č. TA01020275 „Vývoj nové technologie a strojního vybavení pro velkoformátové topné brikety ze zemědělské fytomasy“.

Literatura

• ABRHAM, Z., ANDERT, D., SLADKÝ, V.: Energetické využití pevné biomasy. Praha : VÚZT, 2006, č. 7, s. 59, ISBN 80-86884-19-8
• ABRHAM, Z. Provozní a investiční náklady na stroje. In KAVKA, M. a kol. Výběr z normativů pro zemědělskou výrobu ČR pro rok 2008/2009. Praha : ÚZPI, 2008, s. 224-252. ISBN 978-80-7271-198-7
• GONDA, Ľ., ABRHAM, Z., ANDERT, D., GADUŠ, J., GUŠTAFÍKOVÁ, T., KANIANSKA, R., KIZEKOVÁ, M., KUNSKY, M., MOKOVNÍKOVÁ, J., MALIŠ, J., OBRCIANOVÁ, D., PEPICH, Š. Poľnohospodárska biomasa – obnoviteľný prírodný zdroj. 1. vydanie. Banská Bystrica : Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany – Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica. Slovenská agentúra životného prostredia Banská Bystrica, 2010, 126 s. ISBN 978-80-89417-21-6
• RUSŇÁK, P., PEPICH, Š., GADUŠ, J., GONDA, Ľ., ABRHAM, Z., ŠOOŠ, Ľ., PISZCALKA, J., HUTLA, P., KÁRA. J., JEVIČ, P., KODADA, M. Energia verzus poľnohospodárska biomasa – možnosti a príklady. Bratislava : GaRT, 2010. 104 s. ISBN 978-80-968507-7-8
• www.biom.cz
• www.czso.cz
• www.mze.cz
• www.mus.cz
• www.suas.cz
• www.szif.cz
• www.vuzt.cz

 

Tento článek byl převzat v rámci spolupráce s magazínem Agritech Science.

Tweet

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

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?