Polní energetické plodiny
© Fotolia.com
Z polních energetických plodin mají význam hlavně víceleté a vytrvalé druhy. Nejdůležitější je krmný šťovík pro suchou biomasu, výrobu bioplynu i kvalitní krmnou píci. Známá je ozdobnice čínská – pro teplejší oblasti, topinambur hlíznatý, nebo „energetické“ trávy: chrastice rákosovitá, sveřep bezbranný, ovsík vyvýšený, aj. Z jednoletých to jsou čiroky nebo světlice barvířská, hořčice sareptská aj. Konopí seté je významná plodina, z pazdeří se lisují brikety. Perspektivní jsou i další vytrvalé druhy: mužák prorostlý, vlákeň oboupohlavná, jestřabina východní aj., které je třeba ještě ověřit pro pěstování v provozu.
Úvod
Biomasa pro energetické účely je nepřímým produktem slunečné energie a také jedním z jejich nejdůležitějších alternativních zdrojů. Odpadní materiál a vedlejší produkty už nestačí pro zajištění potřeby energetické biomasy a proto je třeba biomasu zajišťovat přímo, záměrným pěstováním vhodných druhů rostlin. Vedle běžně známých dřevin jsou stejně vhodné polní plodiny popsané v tomto příspěvku. Za energetické využití biomasy je obvykle považováno přímé spalování, nově pak pro vývin bioplynu v bioplynové stanici (BPS). Sluneční energii využívají rostliny také k produkci krmných pícnin a při jejich následném krmení hospodářských zvířat to je vlastně další způsob nepřímého alternativního zdroje energie. Biomasa má vedle přímého zdroje alternativní energie také velmi důležitý význam nepřímý, neboť omezuje výskyt skleníkových plynů v atmosféře, což je v zájmu trvale udržitelného způsobu života na Zemi, požadavek stále naléhavější.
Polní energetické a technické plodiny (PEP) lze pro přehled rozdělit na jednoleté, víceleté až vytrvalé a na samostatnou skupinu tzv. energetických trav. Pro produkci biomasy jsou důležité hlavně víceleté a vytrvalé druhy, vysoce vzrůstné, které vytvářejí dostatečně vysoké výnosy. Jednoleté plodiny jsou významné hlavně pro možnost jejich zařazování do řádného osevního postupu, což přispívá k žádoucímu rozšíření sortimentu pěstovaných plodin na zemědělské půdě.
Jednoleté polní energetické plodiny
Tento typ plodin je vedle přímého energetického zdroje významný také jako relativně nový druh rostlin, což přispívá k širší biologické diversifikaci. V současné době se totiž pěstují v podstatě jen 3 druhy hlavních plodin (obilí, kukuřice, řepka), což je pro trvale udržitelný rozvoj nepřijatelné. Pro jejich zásadní rozšíření se ale v současném tržním hospodářství těžko argumentuje, neboť se zemědělci orientují na plodiny s jistým a stálým ziskem. To je sice pochopitelné, ale vzhledem ke zmíněným obecným potřebám by bylo žádoucí posílit i tento segment energetické biomasy. V dalším popise jsou uvedeny jako příklad jen nejdůležitější jednoleté plodiny.
Čiroky
Čiroky představují skupinu více druhů, z nichž je několik vhodných i pro energetické využití. Jedná se např. o čirok zrnový, cukrový či kombinovaný a také o súdánský, zvaný též súdánská tráva. Využívá se zpravidla celá jejich nadzemní hmota. V poslední době se jako alternativní energie uplatní spíš v bioplynových stanicích jako substrát k doplnění či nahrazení tradiční kukuřice. Nově se zkouší i některé druhy s genetickou modifikací – zatím pokusně. Zelená hmota se pro BPS zpravidla silážuje a v této formě se přidává do fermentoru. Lze k tomu použít všechny uvedené druhy čiroků, včetně súdánského. Pro vytápění budov se využívá rovněž celá nadzemní hmota, a to nejčastěji z čiroku súdánského. (viz Obr. 1). Čiroky jsou plodiny teplomilné, vyžadující pozdní setí a navíc mívají dlouhou vegetační dobu. To je příčinou pozdní sklizně, kdy bývá sušení často problematické, proto se v poslední době čiroky používají převážně silážované pro výrobu bioplynu.
Obr. 1 Súdanská tráva před sklizní na zeleno
Obr. 2 Porost světlice barvířské před sklizní v plné zralosti na Žatecku
Světlice barvířská – saflor
Světlice barvířská je olejnatá plodina, která je tudíž energeticky velmi bohatá. U nás se ale využívá hlavně pro krmení drobného ptactva a pro výrobu speciálních olejů. Pro energetické potřeby je ve formě celkové nadzemní hmoty samozřejmě rovněž vhodná. Bylo to zjištěno při jejím spalováním přímo v provoze teplárny, kde byla potvrzena i její vysoká výhřevnost. Z ekonomického hlediska je to ale způsob méně efektivní. Lépe je proto využívat pro spalování jen slámu po vymlácení semene světice barvířské, které se výhodně prodá pro jiné účely. I v tomto případě je sláma pro vytápění vhodná, díky olejnatým semenům, která jsou v ní ještě ve zbytcích obsažena. Využívání slámy safloru pro vytápění pak záleží už jen na dostatečně vysokých výnosech, aby bylo efektivní slámu pro tyto účely sklízet.
Světlice barvířská se u nás úspěšně pěstuje hlavně v teplejších oblastech, snáší dobře i výsušné lokality. Dobré zkušenosti s ní mají např. na Žatecku (viz Obr. 2), nebo v některých oblastech na jižní Moravě.
Hořčice sareptská
Sareptská hořčice patří mezi plodiny brukvovité, u nás se pěstuje hlavně pro výrobu kremžské hořčice. Pro energetické účely byla ověřována v provozních podmínkách proto, že je to plodina nenáročná, pěstuje se snadno a také levně. Má poměrně krátkou vegetační dobu, takže se sklízí v létě zpravidla za suchého počasí. Využívat se může pro přímé spalování, a to jak ve formě celkové hmoty včetně semen, tak jako sláma po vymlácení. Je rovněž velmi vhodná pro zpestření sortimentu pěstovaných zemědělských plodin, což má nesporně značný význam ekologický.
Konopí seté
Tato vysoce vzrůstná mohutná rostlina má celou řadu významných vlastností, postupně zjišťovaných a využívaných, zvláště v poslední době u nás i ve světě. Pro energetické účely bylo technické konopí zkoušeno v provoze již před více než 15 lety, hlavně pro účely suché biomasy k vytápění. Dosažené výsledky byly při spalování příznivé, ale vyskytovaly se problémy se sklizní. Vlákna obsažená v této přadné rostlině způsobovala poruchy sklizňových strojů namotáváním na hřídele a další mechanické součástky. Postupně se tento problém sice vyřešil zajištěním speciální mechanizace, ale mezitím pokročil výzkum využívání této rostliny k jiným účelům natolik, že je v současné době podle názoru odborné veřejnosti konopí ke spalování škoda. Byla totiž zjištěna celá řada odvětví, včetně lékařství, kde lze technické konopí s velkým úspěchem zužitkovat. Pro energetické účely je proto úspěšné a efektivní využití např. pazdeří po zpracování vlákna, z kterého se lisují pelety nebo brikety (viz Obr. 3 a 4). Tato tvarovaná paliva se dobře uplatní zejména v domácnostech nebo jiných menších topeništích.
Obr. 3 Lisování briket z pazdeří v Kácově
Obr. 4 Brikety pro vytápění z konopného pazdeří
Víceleté a vytrvalé energetické plodiny
Ze skupiny těchto plodin jsou popsány hlavně druhy, které byly již ověřeny při pěstování v provozních podmínkách. To je totiž pro praktické využití rozhodující, protože výsledky z pokusů pro zemědělskou praxi nestačí. Předem je třeba vypracovat řádné a spolehlivé agrotechnické zásady, což vyžaduje víceleté zkušenosti. V závěru této kapitoly jsou pro úplnost stručně uvedeny i druhy, které jsou pro energetické využití potenciálně perspektivní, ale v provoze zatím ověřeny nebyly.
Krmný šťovík – Rumex OK 2 (shavnat)
Krmný šťovík je dlouhodobě vytrvalá polní energetická plodina a také vynikající kvalitní pícnina. Ze všech víceletých a vytrvalých PEP se osvědčil nejlépe, a to jak pro energetické účely, tak později pro krmení. U nás se v provoze pěstuje už téměř 20 let, takže jsou již bohaté zkušenosti s jeho pěstováním i využívám. Původně byl pěstován téměř výhradně pro suchou biomasu k přímému spalování. To se osvědčilo zejména proto, že se sklízí už začátkem léta, v plné zralosti a není potřeba jej sušit. Pouze se nechá na poli doschnout tak jako sláma, pak se slisuje do balíků pro následnou přepravu buď přímo do kotelny, nebo se z něj vyrábějí tvarovaná paliva – brikety nebo pelety (viz Obr. 5, 6).
Obr. 5 Sklizeň krmného šťovíku, 8. rok vegetace
Obr. 6 Lisování suché šťovíkové biomasy
Krmný šťovík je výhodný i proto, že vydrží v plné vegetaci 10 i více let od zasetí, a také proto, že založení jeho porostu je relativně levné. Osivo stojí jen cca 4 000 Kč/ha, což je oproti rychle rostoucím dřevinám (RRD) několikanásobně nižší, a také kultivační práce jsou řádově levnější, protože se porost zakládá jednoduchým setím. Výnosově jej lze srovnat s výnosy z RRD (v přepočtu na rok) a také jeho výhřevnost se blíží dřevinám. Sklízí se každým rokem, a to již od 2. roku vegetace, což je další výhoda, protože není nutné čekat několik let, až vyroste do užitkové sklizně.
Nevýhodou šťovíkové biomasy pro vytápění je jeho nízká výkupní cena, která se v praxi odvíjí většinou od výkupní ceny slámy. To je ale vedlejší produkt zemědělství, kde náklady na pěstování se hradí sklizní zrna. Proto se v současné době šťovík na trhu s biomasou nemůže uplatnit, a tak se pěstuje jen pro vlastní spotřebu. U nás je teď několik pěstitelů, kteří jej úspěšně využívají pro vytápění svých provozních budov nebo rodinných domů.
Obr. 7 Krmný šťovík při sklizni – 3. r. vegetace
V poslední době se krmný šťovík osvědčil při získávání alternativní energie také při výrobě bioplynu v bioplynových stanicích (BSP). Lze jím úspěšně nahradit nebo doplnit běžně používanou kukuřici, což má několik výhod, a to nejen ekonomických, ale i ekologických. Daří se mu dobře i ve vyšších polohách, kde bývá chladno, což kukuřici příliš nesvědčí, a také jej lze pěstovat i na větších svazích, kde spolehlivě ochrání půdu proti erozi. To je výhoda zcela zásadní, neboť tím přispívá i k přímému udržení půdní úrodnosti. Sklízí se v červnu na začátku kvetení (Obr. 7), a pak se silážuje. Po této hlavní sklizni znovu obrůstá a během léta a podzimu vytvoří ještě 2 tzv. doplňkové seče, vhodné rovněž pro využití v BPS (nebo ke krmení). Oproti kukuřici je výhodný i proto, že jeho pěstování je výrazně levnější: náklady na pěstování 1 ha jsou méně než poloviční (Graf 1).
Graf 1 Náklady na pěstování 1 ha
V poslední době se zvyšují osevní plochy pro BPS a pro krmení, ale pro suchou biomasu se jeho pěstování naopak omezuje, důsledkem jeho nízké výkupní ceny (jak bylo již uvedeno). Vedle zmíněného přínosu šťovíku pro ekologii je třeba zvlášť zdůraznit jeho zásadní význam pro udržení a zlepšení půdní úrodnosti. Vytváří velké množství organických zbytků (zdroj humusu) a svými mohutnými hlubokými kořeny proniká až do spodních profilů půdy, tím ji prokypřuje a biologicky oživuje. Proto je třeba uvítat jeho pěstování pro jakýkoliv způsob jeho využití a osevní plochy co nejvíce rozšířit.
Ozdobnice čínská – Miscanthus sinensis
Tato vysoká statná tráva je u nás již poměrně známá, začala se pěstovat hlavně pro její dlouhodobou vytrvalost i poměrně vysoké výnosy suché hmoty. V našich podmínkách dorůstá obvykle do výšky nejméně 2 až 3 m, jak je zřejmé z Obr. 8. Porost na fotografii je z druhého roku vegetace. Pěstuje se v klimaticky vhodné lokalitě nedaleko Prahy, proto se založení porostu podařilo a splňuje tak i očekávané výsledky s dostatečným nárůstem biomasy.
Obr. 8 Ozdobnice čínská během zimy
Obr. 9 Pole koncem května s výsadbou ozdobnice po prvním přezimování
Nevýhodou ozdobnice čínské je dlouhá vegetační doba, takže je ke konci roku její biomasa málo vysušená, a proto se nechává přes zimu vymrznout. Sklizeň se pak provádí až na jaře, což bývá mnohdy nesnadné, pokud je jaro „mokré“, s častými srážkami, což ale v poslední době nehrozí, naopak bývá jaro suché, pak tento problém odpadá. Sklízí se zpravidla pojízdnou řezačkou a z řezanky se lisují tvarovaná paliva, obvykle pelety pro možnost jejich automatického přikládání.
Ozdobnice čínská je teplomilná rostlina, proto je nutné zakládat její porosty jen v oblastech, kde není nebezpečí jejího vymrzání. Zakládá se zpravidla výsadbou oddenků, protože u nás nedozrává a není proto možné získat osivo. Cena 1 oddenku se pohybuje od cca 3 až po 7 Kč a když je jich třeba 10 tis./ha, tak se cena jen za sadbu pohybuje od cca 30 až do 70 tis. ha. Nebezpečí vymrznutí výsadby není jen teoretické, ale zcela reálné, jak se stalo nedávno při výsadbě rozsáhlých plantáží – přes 170 ha a kde tak jen za nákup oddenků vznikla škoda přes cca 12 mil. Kč. Během první zimy po výsadbě zmrzla v podstatě celá výsadba. Rostliny ozdobnice čínské se na jaře následujícího roku vyskytly pouze ojediněle a na poli převládal plevel – viz Obr. 9. Proto je velmi důležité zvolit pro její pěstování jen takovou lokalitu, kde vymrznutí nehrozí, a zbytečně tak neriskovat případné škody. V současné době není ještě dostatek praktických zkušeností se stanovením takové spolehlivé lokality, proto lze pro ozdobnici čínskou doporučit zodpovědně jen teplejší oblasti, především na jižní Moravě nebo v okolí Prahy či v Polabí apod.
Topinambur hlíznatý
Topinambur je další z víceletých až vytrvalých polních plodin pro energetické využití, který je vhodný i pro jiné technické účely. Jedná se o nenáročnou plodinu, která snáší i chladnější oblasti. Její vytrvalost je dána bohatě se tvořícími podzemními hlízami, které i po sklizni zůstávají v určitém množství v půdě a tak zajistí obrůstání porostu v následujícím roce. Sklizené hlízy obsahují inulin, a proto jsou vhodné v potravinářství i pro výživu zvířat (včetně lesních).
Pro energetické účely jej lze využívat k vytápění budov, ve formě suché nadzemní hmoty (Obr. 10). Sklízí se běžnou mechanizací, nechá se na zemi doschnout a pak se lisuje do balíků, nebo se rozřeže na řezanku a může se dále zpracovat, nebo spálit přímo ve vetší kotelně jako šťepka.
Při sklizni na zeleno lze topinambur využít i jako doplněk substrátu pro BPS k výrobě bioplynu, ale to je potřeba předem náležitě ověřit v provozních podmínkách.
Obr. 10 Porost topinamburu – po doschnutí vhodný ke sklizni na suchou biomasu
Obr. 11 Zralý porost chrastice rákosovité před sklizní
Energetické trávy
Pro energetické účely jsou samostatnou kapitolou i tzv. energetické trávy. Lze je používat jak tradičně pro krmení, tak pro suchou biomasu, nebo pro vývin bioplynu v BPS. K tomu se hodí hlavně trávy vysokého vzrůstu, které poskytují dostatečně vysoké výnosy, např. chrastice (lesknice) rákosovitá, sveřep bezbranný, ovsík vyvýšený, psineček veliký, kostřava rákosovitá aj. Z ekonomických důvodů je vhodné pěstovat trávy na semeno a pro energii využít pouze vymlácenou slámu (např. pro vytápění budov).
V poslední době se pro vytápění používá často travní seno, zejména proto, že je běžně k dispozici, neboť pěstování trav je u nás tradičně dobře známé. Využívají se hlavně porosty trav starších, které nemají zpravidla vysokou krmnou hodnotu. Takové seno se drtí a lisují se z něj pelety (i brikety). Vyrábějí se ze sena hlavně proto, že je relativně snadno dostupné, ale kvalita pelet bývá horší, ne vždy se správně slisují (mohou se dříve rozpadat) a také výhřevnost bývá nižší. Pro snadnou dostupnost tohoto materiálu je ale u nás jejich výroba dost rozšířená, a to i pro častý nedostatek jiného kvalitnějšího materiálu, např. dřevní hmoty. Příkladem vhodné trávy, účelově pěstované pro energetické využití suché biomasy k vytápění budov je chrastice (lesknice) rákosovitá – viz Obr. 11.
V poslední době se tráva využívá k energetickým účelům i při výrobě bioplynu, ve formě zelené hmoty či nejčastěji jako travní siláž. Tento způsob je rovněž značně rozšířený, proto se jím u nás podrobně zabývají specializované instituce, a to jak při jejich pěstování (např. Oseva pro, Zubří), tak při různých technologických způsobech využívání v BPS (např. VÚZT Praha aj.), aby se tak zajistil co největší efekt. Bližší podrobnosti je proto možné získat na těchto či podobných specializovaným pracovištích.
Energetické plodiny potenciálně vhodné, zatím v provozu neověřené
Výše uvedené energetické rostliny jsou popsány výhradně podle zkušeností z provozu a proto je lze pro jejich plošné pěstování již spolehlivě doporučit (v rámci stanovených parametrů). Perspektivní jsou i další druhy vytrvalých rostlin, které je ale nutné napřed ověřit v provozních podmínkách.
Mužák prorostlý
Obr. 12 Mužák prorostlý na pokusné parcele
Mužák je mohutná vytrvalá rostlina, dorůstá výšky 2 až 3 m. Je u nás zatím méně známý, ale svými vlastnostmi si v poslední době zasloužil pozornosti pro energetické využívání. Vytváří velké množství zelené hmoty, proto by bylo vhodné jej používat především pro výrobu bioplynu v BPS. Je to plodina velmi ranná a vydrží na stanovišti 20 až 25 let. Z tohoto hlediska je považován za velmi perspektivní plodinu. Vyplývá to z výsledků dlouhodobých pokusů, kde jsou porosty dostatečně narostlé, plně zapojené – viz Obr. 12.
Pro plošné praktické pěstování je ale třeba jej u nás ještě ověřit v provoze. Jeho perspektivu lze doložit mimo jiné i tím, že se jím už podrobně zabývají v Německu, v různých lokalitách, a to i v provoze.
Sida vytrvalá – vlákeň oboupohlavná
Jedná se rovněž o perspektivní dlouhodobě vytrvalou rostlinu, podobnou bavlníku, neboť obsahuje také textilní vlákna – proto i název vlákeň. V pokusech s pěstováním sidy (vlákně) jsou u nás dobré výsledky, a tak je jí věnována potřebná pozornost. Dorůstá do výšky kolem 2 m, což je dostačující pro její výhodné využívání i pro energetické účely. Zatím se ale jedná jen o výsledky z pokusů, kde vytváří pěkný porost – viz Obr. 13. Sida je v jarním období šťavnatá a poskytuje kvalitní píci i pro krmení dobytka. Proto by byla k energetickým účelům vhodná především v BPS pro výrobu bioplynu.
Obr. 13 Sida vytrvalá v polním pokuse
Obr. 14 Sida vytrvalá v provozních podmínkách
K plošnému pěstování je ale nutné sidu v provoze náležitě ověřit, neboť výsledky z pokusů se mohou diametrálně lišit od výsledků z drsného zemědělského provozu, jak to bylo bohužel již v reálu potvrzeno. V prvním roce po zasetí vzešla sida na poli jen ojediněle a rostliny dosáhly výšky jen cca 10–20 cm. Podobně tomu bylo i ve druhém vegetačním roce, jak je zřejmé z Obr. 14. Příčinou byla zřejmě nevhodná poměrně chladná lokalita pro její pěstování a také nedostatek výživy rostlin, způsobený zřejmě neznalostí potřebné intenzity hnojení. Proto není možné bez provozního ověření tuto plodinu zodpovědně doporučit k pěstování v provozních podmínkách (ostatně tak jako jiné, nepříliš známé rostliny), ale je nutné předem získat praktické zkušenosti s produkcí této biomasy i s jejím využíváním.
Jestřabina východní
Za stručnou zmínku ze skupiny perspektivních, ale ještě v provoze neověřených rostlin stojí také jestřabina východní. Je to relativně skromná plodina, daří se jí dobře i na méně úrodných půdách a na sušších stanovištích. Určitou pěstitelskou výhodou je i její schopnost poutat vzdušný dusík, neboť se jedná o rostlinu bobovitou. Podobá se částečně vojtěšce, ale je mnohem mohutnější a vzrůstnější a je také dlouhodoběji vytrvalá. Z tohoto důvodu by se hodila hlavně pro využívání ve formě zelené hmoty nebo siláže pro výrobu bioplynu. Pro praktické využití v provoze je ale rovněž nutné ji předem ověřit.
Závěr
Biomasa z polních energetických plodin (PEP) je důležitou složkou pro obnovitelné zdroje energie. Suchá se využívá pro vytápění budov, podobně jako biomasa dřevní. Oproti pěstování dřevin je pěstování polních plodin levnější a navíc se biomasa získá dříve, již od 2. roku vegetace. Přesto se na trhu s biomasou PEP těžko uplatňují, pro nízkou výkupní cenu, odvozenou zpravidla od ceny slámy. Proto se vyplatí hlavně pro vlastní potřebu k vytápění podnikových budov nebo rodinných domů. Lze ji používat také jako zelenou či silážovanou hmotu k výrobě bioplynu. Z polních energetických plodin jsou důležité hlavně víceleté a vytrvalé druhy, včetně lučních porostů. Nejvýznamnější je krmný šťovík – Rumex OK 2 (shavnat). V BPS jím lze nahradit nebo doplnit kukuřici. To je výhodné i pro ekologii, protože šťovík omezuje erozi půdy a zlepšuje úrodnost. Jednoleté energetické plodiny mají význam i pro rozšíření sortimentu pěstovaných plodin. Novější méně známé druhy rostlin musí být před jejich zavedením do praxe ověřeny v provozních podmínkách a pro pěstitele musí být k dispozici spolehlivě vypracovaná agrotechnika. Podrobné informace o jednotlivých druzích rostlin jsou uvedeny v nové publikaci s názvem: „Pěstování rostlin pro energetické a technické využití“ – autor: Petříková, Weger – ProfiPress Praha 2015.
Biomass energy utilization is usually considered as direct combustion, newly for the biogas production in the biogas plant (BPS). In addition to commonly known tree species, the field crops described in this paper can be used as well.