Odnawialne źródła energii w rolnictwie - biomasa stała

Świat na przełomie wieków stanął przed problemem rosnącego zapotrzebowania na energię w obliczu zmniejszających się zapasów paliw kopalne. Spowodowało to wzrost zainteresowania różnych środowisk począwszy od polityków poprzez naukowców, przedsiębiorców, urzędników do przeciętnych obywateli poszukiwaniem rozwiązań alternatywnych w postaci odnawialnych źródeł energii (OŹE).

Jednym z nich jest zastosowanie biomasy do produkcji energii elektrycznej i cieplnej. Taki sposób pozyskiwania energii znany był przez ludzkość od czasów pradawnych i opierał się na wykorzystaniu naturalnie dostępnych zasobów np. drewno, chrust, torf, odchody zwierzęce, inne pozostałości. W chwili obecnej biomasa ma również duże znaczenie w strukturze pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych. W Polsce stanowi ona główne źródło OŹE, a jej udział w strukturze w ostatnich latach wynosił ok. 90%(1). Aktualnie biomasę do spalania pozyskuje się głównie w postaci mało wartościowego drewna leśnego, pozostałości przemysłu drzewnego oraz plonów ubocznych roślin rolniczych (słoma) i pozostałości przemysłu rolno-spożywczego. Jednak konieczność realizacji założeń realizacji pakietu klimatycznego i implikowane zmiany w prawodawstwie powodują zwiększone zapotrzebowanie na biomasę ze źródeł rolniczych.

Pozyskiwanie biomasy z terenów wiejskich poza zapewnieniem bazy surowcowej paliw odnawialnych dla dużej i lokalnej energetyki ma również w założeniu nieść korzyści dla ich mieszkańców, do których można zaliczyć:

  • wzrost dochodowości i stabilizacja cen produkcji rolniczej,
  • zmniejszenie bezrobocia i aktywizacja obszarów wiejskich,
  • ograniczenie wydatków na zakup energii.

Jednym z podstawowych produktów, który obecnie jest pozyskiwany z rolnictwa i wykorzystywany jako paliwo, stanowi słoma. Według szacunków IUNG-PIB w Puławach(2) z corocznej nadwyżki słomy wynoszącej około 9 mln ton przynajmniej 30-40% można wykorzystać na cele energetyczne, co stanowi około 3-4 mln ton.

Mniejsze znaczenie mają celowo zakładane na użytkach rolniczych plantacje roślin wieloletnich z przeznaczeniem do produkcji biomasy. Należy jednak zakładać, że ich powierzchnia w najbliższych latach ulegnie znacznemu zwiększeniu. Plantacje te mają jednak ograniczone możliwości rozwoju, co wynika głównie z dostępności ziemi. Należy bowiem pamiętać, że podstawową funkcją rolnictwa jest produkcja żywności, a uprawa roślin na cele energetyczne stanowi ważny ale mniej znaczący komponent.

Obecnie zarówno w badaniach jak i w warunkach produkcyjnych znajduje zastosowanie wiele roślin, te o większym znaczeniu zasadniczo można podzielić na następujące grupy:

  • drzewa i krzewy: wierzba krzewiasta, topola, robinia akacjowa;
  • trawy szybko rosnące: miskant, mozga trzcinowata, spartina preriowa;
  • byliny: ślazowiec pensylwański, topinambur.

Ponadto we wstępnych badaniach pod kątem przydatności na cele energetyczne znajduje się jeszcze kilka gatunków np.: klon srebrzysty, palczatka Gerarda, proso rózgowate, róża bezkolcowa. Należy jednak podkreślić, że wprowadzanie do uprawy nowych gatunków na większą skalę musi być poprzedzone badaniami biorącymi pod uwagę zarówno aspekty produkcyjne (plonowanie) jak i środowiskowe np. inwazyjność. Przykładem rośliny, która mogłaby być potencjalnie przydatna na cele energetyczne, ale nie powinna być wprowadzana do produkcji ze względu na dużą inwazyjność jest rdestowiec sachaliński.

Dość duża grupa roślin potencjalnie przydatnych do uprawy na cele energetyczne znajdująca się w doborze jest warunkowana znacznym zróżnicowaniem warunków glebowych i klimatycznych produkcji rolniczej w Polsce. Dlatego o sukcesie uprawy w zasadniczy sposób decyduje dobór rośliny do istniejących warunków siedliska.

Należy również podkreślić, ze każda z roślin posiada swoje wady i zalety np.:

Wierzba (3)
Zalety:

  • duże plony – roczny przyrost może wynosić od 7 do 15 t/ha suchej masy drewna;
  • długi okres użytkowania plantacji (15 – 20 lat);
  • tanie sadzonki – zrzezy (sztobry).

Wady:

  • wilgotność zbieranej biomasy późną jesienią i zimą wynosi około 45-50%. Zwiększa to koszty transportu i zmniejsza jej  wartość opałową , gdyż dużo ciepła trzeba zużyć na odparowanie wody;
  • utrudniona mechanizacja zbioru, przy 3-letnim cyklu zbioru konieczne jest stosowanie specjalnych maszyn;
  • duże potrzeby wodne – wymaga gleb o wysokim (około 200cm) poziomie wody gruntowej, ale nie zabagnionych;
  • duże zagrożenie przez choroby i szkodniki.

 

Miskant (3)
Zalety:

  • duży potencjał plonowania (nawet do 20-25 ton), jako roślina o szlaku fotosyntezy C4 efektywniej wykorzystuje promieniowanie słoneczne, wodę
  • i składniki nawozowe, niż nasze rośliny uprawne, z wyjątkiem kukurydzy;
  • okres użytkowania plantacji wynosi 15-20 lat;
  • możliwość wykorzystania do mechanizacji zbioru typowego sprzętu rolniczego;
  • dotychczas nie stwierdzono występowania na tej roślinie chorób ani szkodników;
  • małe potrzeby nawozowe.

Wady:

  • w naszych warunkach nie wytwarza płodnych nasion – konieczna produkcja sadzonek;
  • konieczność zabezpieczenia plantacji przed wymarzaniem w pierwszym roku po posadzeniu poprzez ściółkowanie pola słomą, liśćmi lub agrowłókniną;
  • drogie sadzonki, nawet 12-16 tys. zł/ha.

Należy podkreślić, że rozwój produkcji biomasy na cele energetyczne jest nowym wyzwaniem, przed którym stanął ten sektor. W związku z tym konieczne jest wypracowanie jeszcze wielu rozwiązań w sektorze „know-how”, produkcji, logistyki i przetwarzania biomasy, aby proces ten usprawnić i uczynić go maksymalnie efektywnym.

Przypisy:
(1) Energia ze źródeł odnawialnych w 2009 r. GUS Warszawa, 2010.
(2) Kuś J., Madej A., Kopiński J.: Bilans słomy w ujęciu regionalnym. Raporty PIB. IUNG – PIB Puławy, 2006, 3: 211-226.
(3) Kuś J., Matyka M.: Uprawa roślin na cele energetyczne. Instrukcja upowszechnieniowa nr 179. IUNG-PIB Puławy, 2010