Wykład 2.5. Uprawa roślin energetycznych Cz. 5.
Temat 2.5. Wybrane elementy agrotechniki roślin uprawianych na cele energetyczne
Źródło: Kuś J., Matyka M. Wybrane elementy agrotechniki roślin uprawianych na cele energetyczne. [W:] Nowoczesne technologie pozyskiwania i energetycznego wykorzystywania biomasy. Monografia. Instytut Energetyki. Warszawa 2010: 101-120.
Spis treści
1. Wstęp
2. Metodyka badań
3. Wierzba krzewiasta
4. Miskant (Miscanthus)
5. Ślazowiec pensylwański
6. Skład chemiczny biomasy
7. Ekonomika produkcji biomasy na cele energetyczne
8. Podsumowanie
9. Literatura
1. Wstęp
W drugiej połowie XX wieku zaczęły przybierać na sile zjawiska zakłócające rozwój cywilizacyjny i jakość życia, wśród których podstawowe znaczenie ma: wyczerpywanie nieodnawialnych surowców, wzrost kosztów ich pozyskiwania oraz zagrożenie zmianami klimatycznymi [Meadows i in. 1973].
Zagrożenia te znalazły pełne odzwierciedlenie w Pakiecie Klimatyczno-Energetycznym UE z 17.12.2008, w którym założono, że do 2020 r. kraje członkowskie powinny osiągnąć 20% udział energii ze źródeł odnawialnych (OŹE) w zużyciu energii ogółem oraz 10% udział biopaliw płynnych. Dodatkowo o 20% powinno być ograniczone zapotrzebowanie na energię i o 20% zredukowana emisja gazów cieplarnianych.
W 2008 r. [GUS 2009] udział OŹE w bilansie energii pierwotnej wynosił w Polsce 7,1%, w UE (25 państw) 16,4%, zaś w Niemczech aż 20,8%. Udział biomasy w strukturze OŹE w 2008 r. w Polsce wynosił aż 91,6%, podczas gdy w UE średnio na biomasę przypadało poniżej 50%, a w Niemczech poniżej 40%. Należy zakładać, że wśród potencjalnych źródeł energii odnawialnej, przynajmniej w najbliższym okresie, dominującą pozycję będzie stanowić biomasa [Kuś, Faber 2007, Mc Kenzie i in. 2008].
W Polsce aktualnie biomasę stałą na cele energetyczne pozyskuje się głównie z drewna odpadowego i pozostałości przemysłu drzewnego oraz plonów ubocznych roślin rolniczych (słoma).
Realizacja założeń określonych w Pakiecie Klimatyczno-Energetycznym zwielokrotni zapotrzebowanie na biomasę przeznaczaną na cele energetyczne, która musi być pokrywana ze źródeł rolniczych i pozyskiwana ze specjalnych plantacji wieloletnich gatunków roślin.
W Europie oceniano wiele gatunków roślin jako potencjalne źródło biomasy na cele energetyczne. Analizy wskazują, że rośliny wieloletnie dające biomasę ligninocelulozową (wierzba, topola, miskant, ślazowiec, mozga) pozwalają osiągnąć dużo lepsze wyniki pod względem wartości energetycznej plonu niż typowe uprawy rolnicze [Kuś 2006, Kuś i Matyka 2009].
W naszych warunkach klimatycznych na plantacjach takich mogą być uprawiane wieloletnie rośliny krzewiaste i drzewiaste łatwo odrastające po ścięciu (wierzba, topola, robinia akacjowa), byliny wieloletnie (ślazowiec pensylwański i topi-nambur) oraz wieloletnie trawy.
Spośród traw największe zainteresowanie budzą gatunki o szlaku fotosyntezy C4 (miskant, proso rózgowate, palczatka Gerarda i spartina preriowa) oraz mozga trzcinowata o szlaku fotosyntezy C3. Rośliny o szlaku fotosyntezy C4 wykorzystują lepiej światło, wodę i składniki pokarmowe i z reguły wydają większe plony suchej masy z hektara, w porównaniu z roślinami C3 [De Witt i Faaij 2010, Kuś 2008, Szczukowski i in. 2006].
W praktyce dobór gatunków roślin uprawianych na cele energetyczne będzie uzależniony od:
· warunków glebowo-klimatycznych,
· wymagań zakładów energetycznych dotyczących jakości biomasy,
· uwarunkowań ekonomiczno-organizacyjnych (koszty założenia i prowadzenia plantacji, mechanizacja zbioru, przydatność pozyskiwanej biomasy do transportu itp.).
Polska postrzegana jest w UE jako kraj o dużych potencjalnych możliwościach produkcji biomasy na cele energetyczne, wynika to stąd, iż powierzchnia UR przypadająca na mieszkańca wynosi u nas 0,41 ha, a w „starej" Unii 0,19 ha. Wyniki analiz i szacunków dokonanych przez niektórych specjalistów zagranicznych wskazują, że w Polsce pod produkcję na cele energetyczne można przeznaczyć od 1,0 do 4,3 min ha UR [Van Yelthuizen 2003 i Wiesenthal 2006].
W niniejszym opracowaniu szczegółowiej będzie omówiona agrotechnika wierzby wiciowej, miskanta oraz ślazowca pensylwańskiego, które na podstawie dotychczasowych wyników badań rokują największe nadzieje na wprowadzenie do produkcji oraz opracowano ekonomiczne aspekty ich uprawy. W opracowaniu wykorzystano głównie wyniki badań prowadzonych w IUNG-PIB.
2. Metodyka badań
Doświadczenia polowe założono w 2003 r. na glebie ciężkiej w Stacji Doświadczalnej IUNG w Osinach (N: 51°28'16.37", E: 22°3'5.11") i na glebie średniej w Zakładzie Doświadczalnym IUNG w Grabowie (N: 51°21 '3.36", E: 21°39'45.77").
W Osinach w tym samym roku założono również doświadczenie na bardzo lekkiej glebie wytworzonej z piasków luźnych, a zaliczanej do kompleksu 7 - żytniego bardzo słabego (klasy VI). W siedlisku tym sadzonki miskanta wyschły, a utrzymał się znacznie przerzedzony łan ślazowca pensylwańskiego (sida) i doświadczenie zlikwidowano.
W tej sytuacji w 2004 r. również w Osinach założono następne doświadczenie na glebie o składzie granulometrycznym piasku gliniastego lekkiego przechodzącego na głębokości 90-110 cm w glinę lekką zaliczanej do kompleksu 5-żytniego dobrego (klasy IV b). Charakterystykę warunków glebowych, przebieg pogody oraz ważniejsze elementy agrotechniki podano w tabelach 1-3.
Doświadczenia założono metodą losowanych bloków, a powierzchnia bloku dla każdego klonu wynosiła na glebie ciężkiej 700 m2 , zaś na glebie średniej i lekkiej po 200 m2.
Eksperymenty zlokalizowano na glebach o opadowej gospodarce wodnej, w związku z tym wielkość plonów wyraźnie zależała od ilość i rozkładu opadów.
Warunki wilgotnościowe scharakteryzowano na podstawie kształtowania się klimatycznego bilansu wodnego (opad pomniejszony o ewapotranspirację) w miesiącach o najintensywniejszym wzroście roślin (IV-IX).
Deficyt wody był najgłębszy w obu miejscowościach w latach 2005 i 2006, a dodatkowo w Grabowie w 2007 r. (tab. 2). Najlepsze warunki wilgotnościowe wystąpiły natomiast w 2008 r., a szczególnie korzystny rozkład opadów odnotowano w Osinach.
Tabela 1. Charakterystyka warunków glebowych
Wyszczególnienie
Osiny 1
Osiny II
Grabów
Kompleks glebowo-rolniczy
zbożowo-pastewny mocny (8)
żytni dobry (5)
żytni bardzo dobry (4)
Klasa bonitacyjna gleby
III b
IV b
IV a
Typ gleby
czarna ziemia
płowa
płowa
Gatunek gleby
glina ciężka
piasek gliniasty lekki - od 100 cm glina lekka
piasek gliniasty mocny - od 60 cm glina lekka
Zawartość próchnicy
2,4
1,0
1,3
Źródło: Badania własne.
Tabela 2. Klimatyczny bilans wodny
Rok
Miesiąc
Suma
IV
V
VI
VII
...