Úvod / Informácie / Obnoviteľné zdroje energie / Biomasa

Aktuálny pohľad na produkciu a využitie biomasy na energetické účely

04-02-2019
RNDr. Š. Pollák 1; Ing. J. Daniel 2; Ing. Martin Lieskovský PhD. 3; Ing. Mariana Jančová, PhD. 1 | pollak@vutphp.sk
1NPPC – Výskumnýústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica; 2NPPC – Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica, Regionálne výskumné pracovisko Krivá; 3TU Zvolen – Katedra lesnej ťažby, logistiky a meliorácií

Dňa 12.decembra 2015 bola v Paríži podpísaná globálna dohoda o zmene klímy, ktorú politici väčšiny krajín sveta podpísali. Signatárom je aj Slovenská republika podpísaná prezidentom Slovenskej republiky 22. apríla 2016 v New Yorku. Massachusetts Institute of Technology (MIT) z USA spracoval vo svojej štúdií dôsledky záverov Parížskej dohody, ktorá zaväzuje krajiny dekarbonizovať ekonomiku. V prvom rade predovšetkým energetiku, ďalej potom dopravu a priemysel všeobecne s cieľom zaistiť, že priemerná teplota na Zemi na konci storočia nestúpne o viac ako 2 stupne Celzia oproti začiatku priemyselnej éry. Tento scenár stabilizácie klimatickej zmeny na Zemi však vyžaduje, aby priemerná uhlíková intenzita energetického sektoru, ktorá je v súčasnej dobe 500 g ekvivalentu CO2 na kWh elektrické energie, klesla v roku 2050 na 25 - 10 g CO2/kWh a po roku 2060 na menej ako 2 g CO2/kWh. Je pritom jasné, že vyspelé krajiny, medzi ktoré naša republika patrí (Slovenská republika je členom OECD od decembra 2000), musí ísť príkladom, inak je celá Parížska dohoda fraškou. Zo záverov štúdie MIT vychádza pre vyspelé krajiny pri dekarbonizácií energetiky na úroveň pod 2g CO2/kWh bez využití jadrovej energetiky cena elektrickej energie dvojnásobná oproti stavu, kedy jadrové elektrárne majú zastúpenie 50 - 60 % v energetickom mixe. Pre Čínu a ďalšie ázijské krajiny s výnimkou Japonska to platí už pri dekarbonizácií na úroveň 50 g CO2/kWh a pri dekarbonizácií na úroveň pod 2g CO2/kWh vychádza cena elektrickej energie bez využitia jadrovej energetiky dokonca štvornásobná.

Toto je dlhodobý výhľad a načrtnuté problémy, avšak Slovenská republika už v predvstupovom období do EÚ harmonizovala svoju politiku a právne prostredie. Už v tom období sme na seba začali brať záväzky, ktoré smerujú transformáciu výroby energie z fosílnych palív na obnoviteľné zdroje energie. Je to súčasť plnenia našich globálnych záväzkov, vlastnej vnútornej politiky a s tým súvisia záväzné ciele, ako napríklad zvýšenie podielu obnoviteľných zdrojov energie do roku 2030 najmenej do 27%. Biomasa je v súčasnosti najbežnejšie používaným typom obnoviteľného zdroja energie v EÚ, čo predstavuje 63,3% všetkých obnoviteľných zdrojov energie (OZE) vyrobených v roku 2015. Taktiež bola identifikovaná ako zdroj energie s potenciálom pokryť až 20% plánovaných energetických potrieb EÚ v roku 2030, pričom väčšina výroby biomasy musí pochádzať z dlhodobej poľnohospodárskej výroby. Biomasa je považovaná legislatívne za CO2 neutrálnu, čo znamená, že pri raste spotrebuje toľko CO2, koľko ho pri spaľovaní unikne do ovzdušia. Využívanie biomasy môže byť vnímané už v krátkodobom horizonte ako prvý krok smerom z znižovaniu emisií a uhlíkovej intenzity energetického sektoru pri zohľadnení cieľov štúdie MIT. Produkcia poľnohospodárskej biomasy, a to najmä pestovanie drevnej hmoty s krátkou rotáciou, je navyše vnímaná ako príležitosť na diverzifikáciu príjmov poľnohospodárskych podnikov, využívanie opustených poľnohospodárskych plôch, ako aj spôsob na dosiahnutie vyššej ekologickej hodnoty poľnohospodárskej krajiny spolu s jej všeobecne nižším environmentálnym vplyvom ako ročné pestovanie plodín.

Od roku 2004 sledujeme produkčné parametre vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) dodané firmou Lantmannen Agroenergi zo Švédska. V poľnom pokuse NPPC - VÚTPHP Banská Bystrica na regionálnom pracovisku v Krivej na Orave sú štyri odrody Sven, Tora, Sherwood, Gudrun  a najprodukčnejšia odroda Ulv z pokusu  založeného v roku 1994. Pokusné miesto sa nachádza v severnej časti Slovenska v nadmorskej výške 550 m. Patrí do mierne chladnej klimatickej oblasti. Pôda je piesočnatohlinitá, typu kambizem s priemerným pH 6,5. Dlhodobý (1961-2010) priemer teplôt za celoročné obdobie v tejto oblasti je 6°C, a celoročný priemerný úhrn zrážok 895 mm (merania RVP Krivá). Pokus je hnojený dusíkom  v dávke 90 kg.ha-1 s delením 45 kg na jar, 45 kg koncom júna a jednorázovo fosforom v dávke 30 kg.ha-1 a draslíkom v dávke 30 kg.ha-1, ktoré sú aplikované s prvou dávkou dusíka.

Obr. 1

Obr. 1: Strojová výsadba vŕby košikárskej
foto: Ján Daniel

Obr. 2

Obr. 2: Porast vŕby košikárskej rubnej zrelosti
foto: Ján Daniel

Obr. 3

Obr. 3: Porast vŕby košikárskej rubnej zrelosti (detail)
foto: Ján Daniel

Produkcia dendromasy a sušiny na 1 ha pôdy sú najdôležitejšie ukazovatele pri pestovaní porastu na energetické využitie. Najvyššiu a najvyrovnanejšiu produkciu dendromasy v troch zberových cykloch dosiahla odroda Sherwood (tab. 1). Celková produkcia za 9 rokov dosiahla 325,1 t pri priemernej produkcii 108,37 t za trojročný cyklus. Odrody Sherwood, Gudrun, Tora dosiahli za 9 rokov produkciu dendromasy nad 300 t s priemerom 3 ročného cyklu nad 100 t. Odroda Sherwood (tab. 2) dosiahla najvyšší ročný prírastok 50,2 t sušiny za 9 ročné obdobie, pri priemernom ročnom prírastku za 3 ročné obdobie 16,73 t. Celkovo najnižšiu priemernú produkciu dendromasy (77,03 t.ha-1), a tiež najnižší priemerný prírastok sušiny (11,83 t.ha-1) dosiahla odroda Ulv z porastov založených v roku 1994. Viacerí zahraniční autori uvádzajú ako hranicu rentability pestovania vŕby 12 t priemerného ročného prírastku sušiny. Z výsledkov výskumu vyplýva, že z piatich sledovaných odrôd sú tri odrody - Sherwood, Gudrun Tora produkčnými parametrami vhodnou východiskovou základňou pre komerčné pestovanie dendromasy. Na obrázkoch 1 až 5 ilustrujeme pestovateľský cyklus vŕby košíkarskej.

Tabuľka 1: Produkcia dendromasy v zberových cykloch

Tab. 1

Tabuľka 2: Priemerný ročný prírastok sušiny

Tab. 2

Z pohľadu využitia tradičných poľnohospodárskych plodín a ich biomasy na energetické účely situácia na Slovensku reflektuje s miernym oneskorením trendy v okolitých krajinách. Súčasne sú podmienené legislatívou EÚ zameranou na podporu OZE. Ako bol v roku 2009 prijatý Zákon č. 309/2009 Z. z. O podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby došlo k masívnej výstavbe bioplynových staníc. Už v prvých rokoch účinnosti zákona sme zaznamenali značný nárast pestovania kukurice na siláž a poukázali sme na skutočnosť, že stále väčší podiel z nej je smerovaný práve do BPS. Z rozhovorov s prevádzkovateľmi BPS je badať isté vytriezvenie ohľadom optimistických očakávaní prevádzky. Viacerí nedocenili odhad veľkosti svojich prevádzkových jednotiek, a tiež dostupnosť a náklady na vstupné suroviny, čo je žiaľ vo väčšine prípadov práve kukurica na siláž. Situácia sa v nasledujúcich rokoch stabilizovala a predpokladáme, že daný segment kukurice je pestovaný na väčšine plôch kde je to ešte ekonomicky výhodné. Zaujímavá situácia však nastáva v živočíšnej výrobe kde zaznamenávame u producentov, ktorý si ju zachovali, stály tlak na zvyšovanie produkcie vo všetkých segmentoch. Aby sa kompenzoval výpadok kukurice na siláž zaznamenali sme za posledných 10 rokov veľmi masívny až 8 násobný nárast výmer sóje (tab. 4). Je to jediná plodina v SR s tak výrazným nárastom zo všetkých plodín sledovaných Štatistickým úradom SR.

Na druhej strane máme na Slovensku významné výmery krmovín, ktoré sú dlhodobo v útlme. Jedná sa o trvalé trávne porasty, ktorých využívanie sa zachovalo iba na produkčnejších parcelách. Súčasne vieme, že z pôvodných výmer TTP spred 30 rokov strácame 350 911 ha do nevyužívaných, zarastajúcich plôch, v rôznom stupni sukcesie, do tvz. bielych plôch. Čo však predstavuje cca 7,15 % výmery celej Slovenskej republiky! Úrody na TTP sú nízke nielen z dôvodu častejších klimatických výkyvov, ale aj z dôvodu zanedbávania pratotechniky a zlej ekonomiky. V tabuľke 4 porovnávame v desaťročnom horizonte úrodu krmovín získavanú z extenzívneho prístupu, čo reprezentujú TTP a intenzívneho prístupu, čo reprezentuje lucerna. Obe tieto krmoviny sú využiteľné ako potencionálny zdroj bioenergie, a napriek tomu pozorujeme ich stagnáciu a postupné klesanie produkcie. Tento typ zeleného krmiva sa pravdepodobne nestal významnejší pri výžive HD oproti predchádzajúcemu obdobiu. Aj keď má potenciál zvýšenia produkcie, prípadne plnohodnotné sanovanie kukurice pri výžive HD alebo ako surovinový zdroj do BPS. V súčasnosti sú vyšľachtené a otestované zmesi tráv pre potreby BPS aj do suchších klimatických podmienok.

Obr. 5

Obr. 5: Zber porastu vŕby košikárskej

Na Slovensku stále prebieha výskum a overovanie rôznych nových druhov a odrôd plodín. Niektoré si už našli uplatnenie, no stále disponujú značným potenciálom, hlavne z dôvodu klimatickej zmeny. Cirok sudánsky sa pestuje na viacerých plochách už v komerčnom rozsahu. Skúsenosti s rôznymi odrodami láskavca ako energetickej plodiny sú tiež značné. Na svoje väčšie rozšírenie však stále čaká. Donedávna využívané druhy tráv v príseve na zvýšenie produkcie ako stoklas bezosťový a preháňavý, psinček obrovský, chrastica trsteníkovitá a kostrava trsťovníkovitá preukázali svoju variabilitu a v posledných rokoch bolo ich šľachtenie zamerané na bioenergetické využitie (tab.5). Proso prútnaté by mohlo mať výhodu v nie neznámej pratotechnike. Jeho fytomasa je vhodná pre výrobu bioetanolu, resp. pre technológie druhej generácie biopalív. No veľký potenciál využitia majú aj rastliny pôvodne vnímané ako liečivé, napríklad ibiš ružový, pupalka dvojročná, či statné byliny ako ranostaj pestrý. Tiež medonosné rastliny ako komonica  biela, alebo netradičná zaujímavá listová zelenina ako slez praslenatý. Je všestranne využiteľný na kŕmne aj energetické účely. Z kŕmneho hľadiska poskytuje kvalitný bielkovinový krm. Požlt farbiarsky, ktorý sa pôvodne využíval ako zdroj kvalitného prírodného žltého a červeného farbiva našiel v posledných rokoch uplatnenie aj ako zdroj vysoko hodnotného saflorového oleja známejšieho pod názvom „bodliakový olej“.

Energetické parametre vybraných netradičných plodín sa testovali na TU Zvolen na Katedra lesnej ťažby, logistiky a meliorácií. Použitý bol kalorimeter IKA C200, ktorým boli stanovené základné charakteristiky:  relatívna vlhkosť [%], spaľovacie teplo [MJ.kg-1], výhrevnosť [MJ.kg-1] podľa ÖNORM M 7132 pri vlhkosti 0 %, výhrevnosť [MJ.kg-1] podľa ÖNORM M 7132 v dodanom stave, výhrevnosť [MJ.kg-1] podľa STN ISO 1928 v dodanom stave, obsah popola v hmotnostných %. Z testovaných plodín dosiahli pre ďalšie prípadné spracovanie dostatočne nízku vlhkosť cirok sudánsky 6,80 % a ovsík obyčajný 6,90 %. Z energetických ukazovateľov spalného tepla dosiahla najvyšší ukazovateľ (19,90 MJ.kg-1) vzorka požltu farbiarskeho z dôvodu prirodzeného obsahu oleja (obr.6). Rovnako v ukazovateli výhrevnosti podľa ÖNORM M 7132 pri vlhkosti 0 % dosiahol požlt najvyššiu hodnotu (18,56 MJ.kg-1) pri súčasne najnižšej hodnote obsahu popola (3,79 hm %). Z tráv dosiahli veľmi dobré výsledky stoklas bezosťový, stoklas preháňavý a tiež proso prútnaté v parametroch spalné teplo (18,35 resp. 18,87 MJ.kg-1) a výhrevnosti podľa ÖNORM M 7132 v dodanom stave (15,52 resp. 16,07 MJ.kg-1). Z bylín dosiahli uspokojivé výsledky ranostaj pestrý v parametroch spalné teplo (18,60 MJ.kg-1) a výhrevnosti podľa ÖNORM M 7132 v dodanom stave a výhrevnosti podľa STN ISO 1928 v dodanom stave (15,69 resp. 15,79 MJ.kg-1).

Obr. 6

Obr. 6: Protokol o meraní - Priebeh stanovenia spaľovacieho tepla na kalorimetri IKA C200

Môžeme konštatovať, že na Slovensku je veľký nevyužitý potenciál vo využívaní prírodných zdrojov. Máme dostatočné plochy, ktoré sa dajú širokospektrálne využívať. Stále častejšie sa dostáva do popredia akcent zhodnotenia prírodných produktov, napríklad vody na produkty s vyššou pridanou hodnotou. Je možné získavať biologicky cenné, farmakologicky upotrebiteľné, alebo liečivé látky a produkty. Súčasne druhotný produkt po spracovaní ešte náležite využiť vo forme bioenergie. Je pravda, že to nemôže byť upotrebiteľné vo veľkom meradle, ale v mikroregiónoch a komunitách vo vidieckych oblastiach by to mohol byť významný zdroj príjmov aj zabezpečenie časti energetickej sebestačnosti na prírodne blízkych základoch. Súčasne by sa tým podporila miestna obehová ekonomika a poľnohospodárstvo by mohlo byť tým správnym motorom tohto procesu.

Tabuľka 3: Úroda vybraných poľnohospodárskych plodín

Tab. 3

Tabuľka 4: Porovnanie úrod krmovín – extenzívnych (trvalé trávne porasty) a intenzívnych (lucerna)

Tab. 4

Tabuľka 5: Energetické parametre vybraných netradičných plodín

Tab. 5