Lisowski-Technologie zbioru roślin_K
advertisement
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego AGROINŻYNIERIA GOSPODARCE Ekspertyza Technologie zbioru roślin energetycznych Prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowski Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych Warszawa 2011 Publikacja dostępna w serwisie: www.agengpol.pl Spis treści 1. Wstęp............................................................................................................................. 3 2. Techniki zbioru roślin energetycznych ............................................................................ 4 3. Maszyny do zbioru wierzby ............................................................................................ 9 4. Zbiór traw i bylin ............................................................................................................17 5. Modelowe technologie zbioru wierzby krzewiastej.........................................................20 6. Koszty zbioru roślin energetycznych w świetle wyników badań .....................................23 7. Podsumowanie..............................................................................................................26 8. Literatura.......................................................................................................................27 2 1. Wstęp Rośliny energetyczne, bogate w związki celulozowe i ligninowe, mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej lub ciepła oraz do wytwarzania paliw zarówno stałych, ciekłych, jak i gazowych. Materiał roślinny można spalać w formie zrębków lub sieczki bądź po przetworzeniu w postaci brykietów lub peletów. Uprawy wykorzystywane na cele energetyczne pozwalają na zagospodarowanie nisko produktywnych bądź zdegradowanych terenów rolniczych, co ma duże znaczenie w naszym kraju, gdzie stężenie metali ciężkich w glebie na ponad 20% powierzchni użytkowanej rolniczo przekracza dopuszczalne normy. W związku z tym dużą uwagę należy kierować na wszelkie działania proekologiczne, w tym związane z uzasadnionymi ekonomicznie, nowymi technikami zbioru tych roślin. Zobowiązania Polski odnośnie redukcji zanieczyszczenia atmosfery gazami cieplarnianymi mogą być wypełnione przez wykorzystanie odpowiedniej ilości biomasy w energetyce. Będzie to możliwe przy znacznym zwiększeniu powierzchni wieloletnich plantacji roślin energetycznych, ale z uwzględnieniem zachowania zrównoważonego rozwoju kraju i bezpieczeństwa żywnościowego. Technologie zbioru roślin przeznaczonych na cele energetyczne przechodziły przez różne etapy ewolucyjnego rozwoju. W początkowym okresie do zbioru roślin energetycznych wykorzystywano techniki stosowane w rolnictwie lub leśnictwie, w zależności od rodzaju rośliny. Sukcesywnie z nabywanym doświadczeniem modyfikowano zespoły robocze lub całe maszyny, a w dojrzałym etapie rozwoju tego segmentu rynku są oferowane specjalistyczne maszyny z nowoczesnymi rozwiązaniami układów roboczych i jezdnych. Obecna oferta rynkowa maszyn nie wyczerpuje dalszych możliwości rozwoju oraz doskonalenia technik i technologii zbioru roślin energetycznych. Mimo że potencjalne możliwości stosowania nowoczesnych technologii zbioru są duże, to w praktyce. Nie jest to wyłącznie cecha naszego obszaru środkowo-europejskiego. Jeszcze gorsze warunki występują w krajach skandynawskich, Wielkiej Brytanii lub Kanadzie (Spinelli 2001). w dalszym ciągu wykorzystuje się bardzo zróżnicowane techniki koszenia i przetwarzania biomasy. Dotyczy to zwłaszcza warunków polskich, gdzie uprawa roślin energetycznych jest bardzo rozproszona, a powierzchnie pojedynczych plantacji są skrajnie zróżnicowane od kilku arów do kilkuset hektarów, z największą plantacją 600 ha. W zależności od przyjętej technologii zbioru stosuje się różne maszyny, wyposażone w zespoły z zainstalowanymi mechanizmami, o specyficznych cechach funkcjonalnych, dostosowanych do rodzaju rośliny i cyklu zbioru. Dobór rodzaju roślin do uprawy na plantacjach energetycznych zależy od warunków glebowo-klimatycznych i wyposażenia technicznego gospodarstwa oraz wymagań zakładów energetycznych odnośnie jakości biomasy (Faber i in. 2009). Dla energetyki zawodowej najbardziej przydatne jest drewno krzewów i drzew szybko rosnących, które po ścięciu łatwo odrastają, do których zalicza się wierzbę krzewiastą, topolę, robinię akacjową i róże wielokwiatową. Mniej przydatna jest biomasa bylin wieloletnich ślazowca pensylwańskiego i słonecznika bulwiastego (topinambura) oraz traw wieloletnich, wśród których rozważane są rośliny miskanta, prosa rózgowatego, palczatki Gerarda, spartiny preriowej, wydmurzycy wydłużonej i mozgi trzcinowatej. Osobną grupę stanowi rdestowiec sachaliński, należący do rodziny rdestowatych. Wymienione rośliny należą do grupy wieloletnich, co pozwala na zmniejszenie kosztów ponoszonych na zakładanie i prowadzenie plantacji. Z przedstawionej charakterystyki wybranych roślin można wskazać, że idealna roślina energetyczna powinna się cechować wieloletnim charakterem wzrostu i rozwoju, generatywnym sposobem rozmnażania, szybkim wzrostem na początku wegetacji oraz dużym udziałem łodyg w suchej substancji części nadziemnej (ze względu na ich większą wartość energetyczną niż liści), niskimi wymaganiami i tolerancją na suszę, szybkim wysychaniem roślin w czasie zimy, wysoką produkcją biomasy, dobrymi parametrami jakościowymi biomasy związanymi z jej spalaniem (Chołuj, Podlaski 2008). Jeżowski (2003) we wcześniejszych rozważaniach wskazał na wydajne zużycie składników mineralnych oraz odporność na choroby. Kowalczyk-Juśko (2009) w analizie przydatności wybranych rodzajów 3 roślin do energetycznego wykorzystania zaznacza, że przy zakładaniu plantacji należy uwzględnić, poza wartością energetyczną, także skład chemiczny biomasy oraz zawartość popiołu po jej spaleniu. Duża różnorodność uprawianych rodzajów roślin energetycznych daje szansę rolnikom wybrania odpowiedniej rośliny w zależności od posiadanych warunków glebowych i klimatycznych. Uprawa na cele energetyczne roślin wieloletnich: drzew, krzewów, traw, bylin wymaga nowego podejścia do ich zbioru. Zastosowanie różnych technik zbioru od leśnych do rolniczych wymaga poznania właściwości mechanicznych materiałów zbieranych roślin w całym zakresie wilgotności od fazy zbioru do momentu spalania. Ponieważ biomasa pozyskana z plantacji roślin wieloletnich jest przetwarzana w procesach cięcia, zginania, zgniatania, rozciągania i skręcania, którym często towarzyszy tarcie, przeto konieczna jest znajomość jej właściwości fizycznych (Shaw i Tabil 2007, Yiljep i Mohammed 2005). Molenda (2009) opracował ekspertyzę z zakresu właściwości mechanicznych sypkich agromateriałów i proszków spożywczych oraz metod wyznaczania i prognozy kierunków standaryzacji, która może być przydatna do oceny pociętego lub zmielonego materiału z roślin energetycznych. 2. Techniki zbioru roślin energetycznych Analizując zagrożenia dla środowiska naturalnego związane ze stosowanymi technologiami zbioru roślin na cele energetyczne pod kątem ograniczenia negatywnego wpływu na środowisko naturalne można wydzielić zagrożenia techniczne związane ze stosowaniem narzędzi i maszyn rolniczych oraz zagrożenia technologiczne związane ze stosowanym określonego systemu zbioru. Wybór elementów ścinających rośliny jest krytyczną decyzją w fazie projektowania maszyn do zbioru roślin energetycznych. Odnosi się to zwłaszcza do krzewów i drzew. Podczas ścinania pędów wierzby zespół roboczy ma za zadanie równoczesne ścięcie kilku pędów o różnej średnicy. Wszystkie pędy, wyrastające z karpy, dążą do pionowego ustawienia, również te, które są bocznymi odrostami. Ścięcie tych odrostów wymaga większej energii niż pędów pionowych, ponieważ mają one większą poziomą powierzchnię cięcia. Zróżnicowanie przekrojów poprzecznych pędów między rzędami roślin oraz wzdłuż rzędów również utrudnia zbiór. Mniejsze pędy są łatwiejsze do ścinania, ale istnieje możliwość ich przewijania się przez poruszające się części mechanizmu ścinającego. Wskazane byłoby zastosowanie elementu ściągającego pędy tuż nad płaszczyzną cięcia. Aby zmniejszyć negatywny wpływ na odrastanie nowych pędów ich ścinanie powinno być przeprowadzone, w pierwszym roku po posadzeniu, na wysokości około 5 cm nad powierzchnią gleby (Szczukowski i in. 2006), a w kolejnych latach na wysokości 100150 mm. W efekcie uzyskuje się lepszą separację pędów, minimalizuje uszkodzenia karp, zmniejsza propagację chorób i poprawia plonowanie (Stuart 1994, Wilkinson i in. 2007). Mechanizmy ścinające, jakie są instalowane w maszynach do zbioru roślin energetycznych można podzielić na bezpodporowe i podporowe. W zespołach ścinających krzewy i drzewa mogą znaleźć zastosowanie piły tarczowe i łańcuchowe, tarcze nożowe, noże listwowe i bijakowe oraz zęby frezów (w wirnikach młotkowych), które zalicza się do zespołów bezpodporowych. Do ścinania bylin i traw wieloletnich, prócz pił tarczowych i łańcuchowych, mogą być stosowane te same mechanizmy ścinające stosowane w czasie zbioru zielonek. Ścinanie podporowe wykorzystuje się w zespołach listowych i rotacyjnych nożach, które są najbardziej rozpowszechnione w przystawkach ciągnikowych sieczkarń polowych do zbioru kukurydzy na kiszonkę. Wybór technologii zbioru roślin energetycznych zależy od wielu czynników. Całe łodygi mogą być wykorzystane na małym, niszowym rynku i w szkółkach, gdzie materiał powinien być zawsze w doskonałej kondycji bez uszkodzeń kory. Całe rośliny mogą być również zbierane dwuetapowo. Pozwala to na zastosowanie jednostek napędowych o mniejszej mocy niż podczas zbioru jednoetapowego (Lechasseur i Savoie 2005, Savoie 4 2005). Jak sugerują Hilton i in. (2005) mniejsze maszyny powinny być bardziej użyteczne w technologiach wykorzystujących naturalne suszenie. Zbiór roślin w postaci rozdrobnionej jest zalecany na dużych plantacjach i tam gdzie jest dobrze rozwinięty rynek zbytu, z możliwością wykorzystania biomasy do współspalania w przemysłowym spalaniu węgla (Gera i in. 2002). Rozdrobniony materiał roślinny w zespole roboczym sieczkarni polowej może stanowić surowiec do dalszej przeróbki w produkcji brykietów lub peletów. Konieczne jest dodatkowe rozdrobnienie zrębków lub sieczki, jakie uzyskuje się z sieczkarni (Bitra i in. 2008). Są one zbyt duże, aby można było wyprodukować trwałe brykiety lub pelety. Zbiór roślin energetycznych odbywa się późną jesienią lub zimą w czasie uśpionej wegetacji bądź wczesną wiosną, przed rozpoczęciem nowej wegetacji. Niestety podczas tego okresu w większości regionów utrzymują się złe warunki pogodowe i duża wilgotność gleby czyni ją grząską. Śnieg pokrywający pola i zalęgający między kępami roślin lub pozostający na łodygach i liściach traw jest również czynnikiem wpływającym na decyzje o rozwiązaniach technicznych stosowanych w technologiach zbioru. W takich warunkach konieczne jest zastosowanie gąsienicowych układów jezdnych lub szerokich opon. Zależnie od zastosowanej technologii i mechanizmu tnącego, śnieg może być również zabierany przez biomasę i trafiać do zespołu rozdrabiającego, a dalej ze zrębkami na skrzynię środka transportowego (Pellerin i in. 1999, Boyd i in. 2000). Śnieg wymieszany ze zrębkami zwiększa ich wilgotność co w konsekwencji prowadzi do szybszych procesów gnilnych biomasy i jej strat (Boyd i in. 2000). Termin zbioru i jego cykliczność zależy w głównej mierze od rodzaju rośliny i sposobu wykorzystania zebranego surowca. Nie jest to wyłącznie cecha naszego obszaru środkowo-europejskiego. Jeszcze gorsze warunki występują w krajach skandynawskich, Wielkiej Brytanii lub Kanadzie (Spinelli 2001). Dobór technologii zbioru roślin energetycznych zależy od ich rodzaju. Krzewy i drzewa szybo rosnące, do których zalicza się wierzbę krzewiastą (konopiankę), topolę i robinię akacjową, można zbierać jedno- lub dwuetapowo w cyklach jednorocznych lub częściej w wieloletnich (Lisowski 2006, Szczukowski i in. 2006, Faber i in. 2009). Krzewy takie jak róża wielokwiatowa i robinia akacjowa oraz byliny (ślazowiec pensylwański, słonecznik bulwiasty) i trawy wieloletnie (miskant, proso rózgowate, spartina preriowa, palczatka Gerarda, mozga trzcinowata) można również zbierać jedno- lub dwuetapowo, ale wyłącznie w cyklu jednorocznym (tab. 1). Zbiór jednoetapowy polega na jednoczesnym ścinaniu roślin i rozdrabnianiu, najczęściej przy zastosowaniu sieczkarni polowej, zarówno ciągnikowej, jak i samojezdnej. Logiczną konsekwencją jest więc, że jest to równocześnie zbiór roślin w postaci zrębków (wierzba, topola, krzewy) lub sieczki (trawy, byliny). Zbiór dwuetapowy obejmuje dwie niezależne fazy, które są realizowane przez oddzielne maszyny. W pierwszej fazie rośliny są ścinane, a w drugiej rozdrabniane. Wyróżnienie tych faz wynika z racji formy surowca lub produktu, jaki chcemy otrzymać. Między tymi fazami może występować kilka operacji, zależnie od rodzaju rośliny i formy ściętego materiału. W przypadku roślin krótkiej rotacji w zbiorze dwuetapowym dominuje zbiór w postaci całych roślin, a następnie po wysuszeniu materiału - jego rozdrabnianie w warunkach stacjonarnych. Rośliny trawiaste i byliny, po ich ścięciu, są zbierane prasami lub przyczepami zbierającymi. A zatem zbiór roślin trawiastych lub bylin można przeprowadzić za pomocą maszyn powszechnie stosowanych do zbioru zielonek, siana lub słomy. Wierzbę w polskich warunkach klimatycznych najlepiej zbierać od połowy listopada do połowy marca, ale nie zawsze warunki pogodowe pozwalają na zakończenie zbioru w tym okresie. W tym czasie wilgotność materiału roślinnego wynosi około 45-55%, w zależności od odmiany, regionu i warunków pogodowych. W dobrych warunkach klimatycznych, glebowych i przy dobrym nawożeniu niektóre odmiany jednorocznych roślin krótkiej rotacji osiągają plon 20 ts.m.·ha-1. Zazwyczaj plon tych roślin zawiera się w przedziale 8-12 ts.m.·ha-1. Zbiór wierzby w kolejnych latach może się odbywać różnymi technikami. Właściwe odcięcie już dojrzałego pędu od karpy jest bardzo ważną czynnością, decydującą o jej żywotności. Pędy powinny być ścinane na wysokość 50-100 mm nad powierzchnią gleby tak, aby miały widoczne dwa a w ostateczności jeden uśpiony pąk. Odcięcie powinno być 5 wykonane typowo ostrym narzędziem takim jak nożyce oraz szybkoobrotowa piła. Praca sekatorami nożycowymi jest jednak bardzo mało wydajna i ta technika zbioru może być stosowana na szczególnie małych plantacjach zbieranych w cyklu jednorocznym (Dubas, Tomczyk 2005). Przy bardzo rozłożystych pędach potrzebna jest niekiedy dodatkowa osoba, poza operatorem, do ich nachylania i odbierania ściętych łodyg. Na podstawie wyników badań Kwaśniewski i in. (2006, 2008) stwierdzili, że podczas ścinania piłą łańcuchową, lepszą wydajność (0,024 ha·h-1) osiąga się przy zatrudnieniu dwóch pomocników, niż jednego (0,016 ha·h-1). Osiągnięta w takich warunkach pracy wydajność była znacznie mniejsza od zbioru zmechanizowanego (0,7 ha·h-1), ale autorzy badań wskazują, że czas dysponowany do zbioru roślin jest dość długi. Należy jednak zwrócić uwagę na zagrożenia związane z tą techniką zbioru i ze względów bezpieczeństwa nie może być ona zalecana. Tabela 1. Technologie zbioru roślin energetycznych i maszyny robocze Sposób zbioru Cykl: 1–roczny Jedno– etapowo Cykl: 2–5–letni Drzewa krótkiej rotacji (topola, wierzba) i krzewy (róża wielokwiatowa, robinia akacjowa, wierzba) Wierzba, krzewy: sieczkarnie ciągnikowe zawieszane, przyczepiane lub samojezdne z przystawką do zbioru kukurydzy, najlepiej bezrzędową (Kemper, Krone). Wierzba: sieczkarnie ciągnikowe przyczepiane lub samojezdne ze specjalną przystawką. Trawy (miskant, proso rózgowate, spartina preriowa, mozga trzcinowata, palczatka Gerarda) i byliny (ślazowiec, słonecznik bulwiasty) Sieczkarnie ciągnikowe zawieszane, przyczepiane lub samojezdne z przystawką do zbioru kukurydzy, rzędową lub bezrzędową. Przyczepy objętościowe Przyczepy objętościowe ciągnikowe ciągnikowe lub samochody lub samochody ciężarowe ciężarowe Sekatory, Wykaszarki spalinowe, Kosiarki rotacyjne (z Ścinanie; cykl Kosiarki ciągnikowe z piłą tarczową, kondycjonerem), ciągnikowe lub 1–roczny Maszyny specjalne ścinające i samojezdne. wiążące lub pryzmujące, Maszyny ścinająco–prasujące. Transport Ścinanie; cykl Wierzba: jak dla cyklu 1-rocznego, 2–5–letni plus pilarki spalinowe. Topola: maszyny leśne; ścinacze Ścinanie; cykl grupujące (≤ Ø 150 mm), 5–30–letni harwestery (> Ø 150 mm). Dwu– etapowo Prasy zwijające, tłokowe wielkogabarytowe, Przyczepy zbierające. Prasowanie / zbiór Załadunek i rozładunek Transport Rozdrabnianie Ręczny, Ładowarki czołowe lub chwytakowe, Forwordery lub skidery chwytakowe. Przyczepy ciągnikowe lub samochody, Przyczepy leśne. Przyczepy ciągnikowe lub samochody, Przyczepy samozaładowcze. Rębaki do drewna, Urządzenia zrębkujące. Szarpacze do słomy, Rozdrabniacze nożowe. Źródło: Lisowski i in. 2010 6 Ładowarki czołowe lub chwytakowe do bel. Ponadto planując zbiór należy również uwzględnić możliwość wystąpienia niekorzystnych warunków pogodowych, np. jesienne i wiosenne roztopy, zalegająca okrywa śnieżna itp., które mogą mieć wpływ na wydajność zbioru ręcznego. Rzeczywisty czas dyspozycyjny do zbioru wierzby i innych roślin energetycznych może być znacznie krótszy niż teoretycznie dysponowany od połowy października do połowy marca. Przy zwiększających się kosztach pracy zbiór ręczny będzie wypierany przez zbiór mechaniczny. Zastosowanie kombajnów zielonkowych lub specjalnych maszyn, pozwala na uzyskanie wydajności 3-4 ha dziennie (Dreszer i in. 2003). Spośród roślin energetycznych wierzba krzewiasta może być zbierana z zastosowaniem najbardziej zróżnicowanych technologii (rys. 1). Wierzba jednoroczna może być zbierana z wykorzystaniem standardowych maszyn, które stosuje się do zbioru kukurydzy. Jeśli zbiór odbywa się w cyklach 1-, 2- lub 3-letnich to rośliny wierzby mogą być zbierane w postaci całych pędów lub rozdrabniane sieczkarniami polowymi, wyposażonymi w specjalną przystawkę. Przy dłuższych cyklach rotacji zbioru pędy roślin są grubsze i charakteryzują się bardziej jednorodną jakością drewna dzięki mniejszej zawartości młodej kory i cienkich części roślin. Zbiór roślin o większej średnicy pędów wymaga jednak zastosowania maszyn bardziej wytrzymałych i jednostek energetycznych o większej mocy. W przypadku zbioru całych roślin potrzebne jest również zastosowanie środków transportowych z dłuższymi skrzyniami ładunkowymi oraz zaplanowanie większych szerokości uwroci na plantacjach pól. Drzewa krótkiej rotacji Zbiór jednoetapowy Zbiór na zrębki do 50 mm Zbiór dwuetapowy Zbiór na kawałki 100–150 mm Wentylacja naturalna Ścinanie i pozostawienie na polu Luzem na Luzem w W W pokosie pryzmach wiązkach belach Wentylacja wymuszona w gospodarstwie Wentylacja wymuszona pryzmy w gospodarstwie Transport zrębków do zakładu Transport zrębków do zakładu Transport kawałków do zakładu Transport kawałków do zakładu Suszenie termiczne Przechowywanie Rozdrabnianie lub mielenie Rozdrabnianie lub mielenie Rozdrabnianie do zrębków Konwersja natychmiastowa Konwersja w ciągu 2 miesięcy Konwersja w ciągu 2– 5 miesięcy Konwersja po 6 miesiącach Konwersja po 6 miesiącach Załadunek i transport łodyg luzem, wiązek lub bel Wentylacja naturalna pryzmy Rys. 1. Technologie zbioru drzew w krótkiej rotacji o średnicy pędów poniżej 100 mm Źródło: Lisowski i in. 2010. Według skandynawskich doświadczeń zbiór wierzby w cyklach 3-5-letnich jest najbardziej uzasadniony ekonomicznie (Mola-Yudego, Pelkonen 2008), a topoli 5-7 lat, a nawet co 20-30 lat (Molas 2008). W trzecim roku pędy wierzby osiągają wysokość 6-8 m i średnicę do 80100 mm. Wierzba o średnicy powyżej 100 mm powinna być zbierana z wykorzystaniem 7 technik stosowanych w leśnictwie. W trzyletnim cyklu zbioru plon może być bardzo wysoki i zawierać się w zakresie 60–120 t·ha-1 wilgotnego materiału (przy średniej wilgotności około 46%). Pędy jednorocznej wierzby mogą być zbierane również w całości luzem lub wiązane w wiązki bądź belowane z wykorzystaniem specjalnej prasy zwijającej wyposażonej w tarczowy zespół ścinający i bijakowy zespół rozdrabniający (Lavoie i in. 2008) lub tylko w młotkowy zespół ścinająco-rozdrabniający (Schroeder i in. 2008). Ze zbiorem jednoetapowym związane są również wady, m.in. bardzo wysokie koszty początkowe i wynikające z ceny zakupu wysokie koszty odpisów amortyzacyjnych, konieczność zakładania i prowadzenia plantacji zgodnie z wymogami zbioru kombajnowego, konieczność zakładania dużych, zblokowanych plantacji, które mogą zmniejszyć koszty transportu kombajnu na duże odległości. Zrębkowanie wilgotnej masy wyklucza możliwość jej naturalnego przechowywania, stąd tak pozyskana biomasa musi być niezwłocznie spalona lub suszona, co znacznie podnosi cenę za jednostkę uzyskanej energii (Pasyniuk 2007). Stosowanie ciężkich maszyn stwarza zagrożenie znacznego ugniatania gleby, które przyczynią się do niszczenia struktury i późniejszej erozji gleby. Należy temu przeciwdziałać stosując gąsienicowe układy jezdne lub opony niskociśnieniowe bądź podwójne lub potrójne osie w układach jezdnych, zwłaszcza w przyczepach i maszynach przyczepianych. Dotychczasowe doświadczenia jak i specyfika polskiego rolnictwa wskazują, że powstają i będą powstawać rozproszone plantacje o powierzchni od kilku do 20 ha. Oznacza to konieczność wdrożenia maszyn, które będą dostępne dla właścicieli małych plantacji, pozwolą na terminowe i jakościowo właściwe wykonywanie wszystkich zabiegów agrotechnicznych a dość niski stopień ich wykorzystania nie wpłynie znacząco na koszty produkcji biopaliwa stałego. Wnioski wynikające z dotychczas przeprowadzonych badań są zróżnicowane i trudno jest jednoznacznie wskazać i zalecić do stosowania określoną technologię zbioru. Podobnie, jak w przypadku zbioru kukurydzy lub innych roślin zaleca się różne technologie w zależności od wielkości uprawy, istniejących maszyn w gospodarstwie, prowadzenia innej produkcji, dysponowanymi środkami transportowymi i innym zapleczem technicznym. Ogólnie można stwierdzić, że technologia jednoetapowa jest zalecana na dużych plantacjach, a dwuetapowa na małych. Doświadczenia krajów, w których uprawia się wierzbę energetyczną (Australia, Brazylia, Dania, Finlandia, Irlandia, Kanada, Niemcy, Norwegia, Szwecja, USA, Wielka Brytania, Włochy) są zróżnicowane a zalecenia w odniesieniu do sposobu zbioru roślin energetycznych są wypadkową wielu czynników, które powinny być uwzględnione również w polskich warunkach klimatycznych. Do zbioru roślin trawiastych i bylin można zaproponować te same techniki jak dla roślin zielonych nisko- i wysokołodygowych z pnia lub materiałów słomiastych z pokosów. (tab. 1). Zespoły ścinające maszyn zbierających powinny być ustawione na najmniejszej możliwej wysokości koszenia, aby uniknąć strat, ale nie za niskiej, aby nie zbierać kamieni lub ziemi, zanieczyszczającej materiał słomiasty. Niektóre maszyny firm Claas i Deutz-Fahr są specjalnie adaptowane do ścinania roślin i ich wiązania. Aby zwiększyć efekty ekonomiczne ścinanie roślin, prasowanie i logistyka muszą być jednak wciąż udoskonalane. Straty materiału podczas zbioru roślin mogą osiągnąć nawet 50-60% (mozga trzcinowata), ze względu na małą gęstość właściwą, zwłaszcza wówczas gdy materiał jest rozdrobniony na sieczkę. Z powodu małej gęstości nasypowej transport materiału z niektórych roślin jest ekonomicznie uzasadniony, tylko na małą odległość, mniejszą niż 80 km, a przy mniejszej ładowności środków transportowych nawet do 40 km. Słoma luzem ma bowiem gęstość nasypową 20-50 kg⋅m-3, a pocięta 40-60 kg⋅m-3, w zależności od wilgotności i rodzaju rośliny. Zbieranie materiału słomiastego za pomocą pras wysokiego stopnia zgniotu lub zwijających pozwala na dwukrotne zwiększenie jego gęstości w belach w zakresie 80-140 kg⋅m-3. Bele prostopadłościenne mają bardziej optymalny kształt niż okrągłe i ze względów ekonomicznych bardziej nadają się do transportu na większe odległości. Najlepszym rozwiązaniem byłoby zbieranie słomy i jednoczesne formowanie w brykiety, których gęstość może wynosić 800-1400 kg⋅m-3. Byłaby to technika i technologia na miarę zbioru zbóż za pomocą kombajnów samojezdnych. 8 3. Maszyny do zbioru wierzby Wśród maszyn do zbioru wierzby można wyróżnić dwa podstawowe rodzaje rozwiązań: do ścinania biomasy wraz z jej rozdrabnianiem na zrębki oraz zbioru całych roślin (rys. 2). Jednoetapowy zbiór może być przeprowadzony za pomocą zmodyfikowanych maszyn, które pierwotnie były stosowane do zbioru innych roślin, np. do zbioru kukurydzy lub trzciny cukrowej. Modyfikacja dotyczy głównie przystawki ścinającej rośliny. Zbiór całych pędów w cyklach jednorocznych wykonujemy z użyciem takich maszyn jak: żniwiarki, wiązałki oraz specjalnie do tego celu skonstruowane maszyny zagregatowane z ciągnikiem. a b c d e f g h i Rys. 2. Maszyny do zbioru wierzby: a – kombajn Claas Jaguar z przystawką HS2, b – kombajn New Holland z przystawką firmy CRL, c – samojezdna sieczkarnia Big X firmy Krone z przystawką Woodcut 1500 firmy HTM, d – zawieszana sieczkarnia Bender 6WG z piłą łańcuchową firmy Salix Maskiner, e – prototyp wiązałki Bundler firmy Salix Maskiner, f – prototyp maszyny ścinająco-prasującej New Holland, g – prototyp przyczepianej kosiarki KWE-7 firmy Metaltech Sp. z o.o. (projekt PIMR), h, i – prototyp sieczkarni półzawieszanej firmy SIPMA SA (koncepcja autorska, realizacja w ramach projektu PBZ-MNiSW-1/3/2006) Źródło: Opracowanie na postawie: (Spinelli 1999, Lechasseur i Savoie 2005, Lavoie i in. 2007, Pasyniuk 2007, Lisowski i in. 2010) 9 W latach 90. XX wieku, gdy rozpoczęto uprawę roślin krótkiej rotacji na skalę komercyjną, nie było odpowiednich maszyn do ich zbioru. Po pierwszych próbach zastosowania ówczesnych maszyn, które były przeznaczone do zbioru innych roślin rozpoczęto prace nad modyfikacjami maszyn lub prototypami, które spełnią wymagania użytkowników. Pionierami były firmy skandynawskie oraz z Danii, Holandii, Wielkiej Brytanii, Włoch, Niemiec, Australii i Kanady (tab. 2). W 1993 roku szwedzka firma Salix Maskiner AB, będąca częścią Salixphere wykonała dwa prototypy maszyn. Jedną z nich była maszyna przyczepiana do ciągnika Bundler (rys. 2e), wyposażona w piłę łańcuchową i urządzenie wiążące. Na czas operacji odcinania wiązki piłą tarczową agregat ciągnik-maszyna musiała się zatrzymać, co zmniejszało wydajność zbioru. Drugą maszyną była sieczkarnia Bender 1 zawieszana na TUZ ciągnika, wyposażonego w układ rewersyjny (rys. 2d). Tabela 2. Charakterystyka maszyn do zbioru roślin energetycznych Model Kraj pochodzenia Rodzaj Funkcja Moc, kW Masa, kg Fröbbesta Szwecja przyczepiana, kosiarka ścinanie i zbiór 70 3000 Nicholson Irlandia przyczepiana, kosiarka ścinanie i wiązanie 65 3000 Dansalix Dania przyczepiana, kosiarka ścinanie i zbiór 65 2000 Berni Włochy przyczepiana, kosiarka ścinanie i zbiór 80 2000 Hvidsted Dania samojezdna, kosiarka ścinanie i zbiór 80 6000 120 1250 179 12500 230 9400 301 11700 ścinanie i zrębkowanie samojezdna, kombajn do ścinanie i Austoft Szwecja trzciny cukrowej zrębkowanie Claas samojezdna, kombajn ścinanie i Niemcy Jaguar zielonkowy zrębkowanie Wielka samojezdna, kombajn ścinanie i JD/Kemper Brytania zielonkowy zrębkowanie Źródło: Gumeniuk 2006, Lechasseur i Savoie 2005, Lisowski i in. 2010, Spinelli 1999. Bender Szwecja zawieszana, sieczkarnia Maszyna przechodziła kolejne modyfikacje i obecnie jest dostępna wersja Bender 6WG. Charakterystyczną cechą maszyn oferowanych przez tę firmę jest mechanizm ścinający pędy w postaci piły łańcuchowej, prowadzonej na czterech rolkach. Zastosowanie piły łańcuchowej pozwala na zmniejszenie masy maszyny i uproszczenie układu napędowego. Pozytywną cechą stosowania piły łańcuchowej jest również to, że podczas zbioru wierzby w warunkach zimowych, przy zalegającym śniegu, ilość jego wtrąceń do zbieranej biomasy, w porównaniu do innych mechanizmów ścinających, jest minimalna. Mimo kolejnych modyfikacji i udoskonaleń maszyna nie znajduje szerszego uznania wśród użytkowników. Krytyczne uwagi o maszynie Bender przedstawiono z doświadczeń amerykańskich (Abrahamson i in. 2008). Początkowo samodzielnie firma Nordnic Biomass z Danii, a następnie we współpracy z firmą Border Biofuels Ltd. z Wielkiej Brytanii wyprodukowała kilka generacji maszyn do zbioru wierzby w formie całych łodyg. Początkowo były to proste maszyny przyczepiane do ciągnika. Do drugiej i trzeciej generacji zakwalifikowano samojezdne maszyny, odpowiednio HE ALL – ROUNDER i Mantis. Najnowszą maszyną czwartej generacji, oferowaną przez Nordic Biomass, jest przyczepiana, model Stemster TR z 2006 roku. Zarówno samojezdna maszyna Mantis, jak i przyczepiana Stemster TR charakteryzują się większą wydajnością od podobnej pod względem technicznym i funkcjonalnym Empire 2000, zaprojektowanej przez Segerslätt’a. 10 W skali międzynarodowej najbardziej rozpowszechniły się polowe sieczkarnie samojezdne z przystawkami do zbioru wierzby. Na początku dekady lat 90. XX wieku niemiecka firma Claas zaoferowała pierwszą przystawkę HS1 z dwiema piłami tarczowymi do swojego kombajnu zielonkowego Claas Jaguar 695. W zależności od modelu sieczkarni moc silnika może wynosić od 254 do 333 kW. Najnowsza przystawka HS2 z 2006 roku współpracuje z kombajnem Claas Jaguar 900 (rys 1a). W 1998 roku firma Coppice Resources Ltd. (CRL) z Wielkiej Brytanii, we współpracy z firmą Claas, opracowała nieco inną przystawkę (rys. 2b). Najnowsze wersje przystawek CRL są dostosowane do sieczkarń samojezdnych firm Claas, Case New Holland, John Deere, Krone i są bardziej rozpowszechnione niż HS2, zwłaszcza na rynkach Ameryki Północnej. W ostatnim czasie firmy globalne oferują oryginalne rozwiązania konstrukcyjne przystawek ścinających, dostosowanych do własnych sieczkarń samojezdnych. Przystawka HS2 jest wyposażona w dwie piły tarczowe z zębami tnącymi z węglików spiekanych. Materiał jest rozdrabniany przez standardowy, bębnowy zespół tnący sieczkarni Jaguar na zrębki o wymaganej długości do 60 mm. Długość cięcia jest modyfikowana poprzez zmniejszenie liczby noży w bębnie. Przy maksymalnej liczbie noży długość cięcia wynosi od 4 do 17 mm, a po zmniejszeniu od 8 do 32 mm. Maksymalna średnica łodygi wierzby, która może być ścinana i rozdrabniana wynosi 70 mm. W zależności od warunków pracy, rodzaju pola i średnicy łodyg maksymalna wydajność maszyny wynosi 70 t·h-1. Przystawką HS2 można zbierać jednocześnie dwa bliźniacze rzędy roślin między którymi powinna być zachowana odległość 0,75 m, a między kolejnymi parami rzędów – 1,5 m. To właśnie te wymagania czasami uniemożliwiają bezpośrednie zastosowanie kombajnu Jaguar z przystawką HS2 do zbioru wierzby, której plantację założono bez uwzględnienia ograniczeń wynikających z konstrukcji maszyny przewidzianej do późniejszego zbioru roślin. Prace nad przystosowaniem sieczkarń lub kosiarek do zbioru wierzby prowadzą również inne firmy. Firma New Holland do sieczkarni samojezdnej model FR9000 oferuje przystawkę 130 FB SCR Woody Crop Header do zbioru zielonek i roślin energetycznych. Poszczególne modele serii FR9000 mogą dysponować silnikami o mocy od 312 do 606 kW. Dwurzędowa przystawka do zbioru drzewiastych roślin energetycznych o wysokości 5–6 m i ich średnicy pnia 70–80 mm jest wyposażona w dwie piły tarczowe napędzane hydraulicznie. Rozwiązania techniczne bębna rozdrabniającego pozwalają na uzyskanie zrębków o wymiarach 10-45 mm. Przy prędkości roboczej 6–7 km⋅h-1 wydajność zbioru wynosi 2 ha⋅h-1. W 2006 roku firma Krone do swojej kosiarki Krone BIG X V8 zaoferowała przystawkę Woodcut 750, wyposażoną w dwie piły tarczowe o średnicy 750 mm każda, a w 2007 roku Woodcut 1500 (rys. 2c) z jedną piłą tarczową o średnicy 1500 mm, pozwalającą na ścianie drzew (wierzba, topola, robinia akacjowa) o średnicy do 150 mm. Średnica cięcia tarczy ma duże znaczenie jeśli chcemy zbierać z plantacji topolę lub robinię akacjową, gdzie średnica tych drzew w części odziomkowej przekracza niekiedy 100 mm (Kraszkiewicz 2010). Przystawki opracowano w kooperacji z firmami Huttmann GmbH i HTM Häckseltechnik, które specjalizują się w projektowaniu i produkcji maszyn do zbioru i przetwarzania roślin energetycznych. Sieczkarnie BigX są wyposażone w silniki o mocy od 375 do 750 kW, co umożliwia dobór maszyny do różnych warunków polowych i uzyskanie dużych osiągów sieczkarni. W standardowej wersji bęben o szerokości 800 mm i średnicy 600 mm jest wyposażony w 20 noży ułożonych w kształt litery V, z możliwością ich zwiększenia do 28 lub 40. Piła tarczowa jest podzielona na segmenty i w przypadku uszkodzenia zębów wymienia się tylko element uszkodzony a nie całą tarczę, co zmniejsza koszty eksploatacji maszyny. Prędkość robocza sieczkarni wynosi 6-8 km⋅h-1, a wydajność uzależniona jest od plonu biomasy i osiąga 250 m3⋅h-1. Inną maszyną stosowaną do zbioru wierzby jest Austoft 7700 (Australia), która w podstawowej wersji jest projektowana do zbioru trzciny cukrowej. Jej modyfikacja polegała na zastosowaniu pił tarczowych o średnicy 600 mm, zamiast tarcz nożowych z 5 nożykami oraz usunięciu zespołu ścinającego zielone wierzchołki trzciny cukrowej i przeprojektowaniu kanału wyrzutowego, który w oryginalnym rozwiązaniu jest wyposażony w dmuchawę do usuwania liści trzciny cukrowej. Jest to maszyna samojezdna o masie około 12,5 t, 11 wyposażona w gąsienicowy układ jezdny, co zmniejsza ugniatanie gleby (Austoft A7700 ma kołowy układ jezdny). Wydajność zbioru wierzby z wykorzystaniem kombajnu Austoft 7700 jest podobna jak Claas Jaguar (Pellerin i in. 1999). W innych badaniach Spinelli i Kofman (1996) stwierdzili pewne problemy z blokowaniem ściętego materiału, nierównomierną wysokość ścinania, uszkodzenia karp i słabą jakość zrębków, która odnosiła się głównie do dużej nierównomierności rozkładu wymiarów cząstek. Dwuetapowy zbiór z możliwością naturalnego dosuszania można przeprowadzić z zastosowaniem specjalnej maszyny ścinająco-prasującej, która ścina, rozdrabnia i zwija materiał w bele w kształcie walca (Lavoie i in. 2007). Zmodyfikowana prasa (rys. 2f) może być również dostępna w technologii zbioru znacznie tańszej niż rozdrabnianie za pomocą sieczkarni zbierającej, dlatego może być bardziej dostępna na małych farmach lub przy wspólnym użytkowaniu w mniejszej skali. Maszyna może być stosowana do zbioru krzewów jednorocznych lub bylin i traw wieloletnich (Felker i in. 1999). W 2007 roku w maszynie ścinająco-prasującej wprowadzono kolejną modyfikację, która polegała na zdemontowaniu czterech pił tarczowych i zainstalowaniu nowego zespołu ścinającego z wirnikiem bijakowym (Schroeder i in. 2008). Z dotychczasowych doświadczeń wynika, że w przypadku zbioru wierzby krzewiastej zespołem młotkowym (wirnik ze sztywno zamocowanymi zębami) szybkość odrostów może być mniejsza (Stuart 1994). Prace badawczo-rozwojowe nad prototypem maszyny ścinająco-prasującej doprowadziły do opracowania i wykonania nowego modelu Biobaler WB-55. Maszyna waży 6070 kg i do jej napędu jest potrzebny ciągnik o mocy silnika co najmniej 133 kW, z czteroma wyjściami zaworów przyłączeniowych hydrauliki zewnętrznej, a prędkość kątowa wału odbioru mocy ciągnika powinna wynosić 105 s-1. Maszyna opcjonalnie może być wyposażona w dwie piły tarczowe o średnicy 750 mm każda. Maszyna jest wyposażona w wirnik młotkowy o szerokości roboczej 2,2 m – ze sztywnie zainstalowanymi elementami roboczymi, który można również nazwać frezem walcowym, chociaż najlepiej jego funkcje oddaje angielska nazwa – mulching header. Maszyną można zbierać różne rośliny, ale jej zasadniczym zastosowaniem jest ścinanie drzew lub krzewów o średnicy łodygi do 100 mm i wysokości do 8 m. Szerokość formowanej beli wynosi 1,2 m i średnica przy stałej komorze prasującej wynosi również 1,2 m. Komora prasująca jest wyposażona w walce zagęszczające i przenośniki łańcuchowe do rolowania materiału rozdrobnionego. Owijanie beli odbywa się w taki sam sposób jak w typowych prasach zwijających, najczęściej z wykorzystaniem siatki. Proces owijania jest realizowany na postoju, co wpływa na zmniejszenie wydajności operacyjnej zbioru. Ponieważ wirnik młotkowy frezuje łodygę, to uwzględniając jej włóknistą budowę, podczas ścinania dochodzi do rozrywania i rozszarpywania karpy, zwłaszcza w obszarze kory. Pozostawiona karpa w takim stanie będzie ulegać szybkim procesom gnilnym i dlatego maszyna z tego typu zespołem ścinającym nie może być zalecana na plantacje uprawowe. Nadaje się ona natomiast do ścinania nieużytków lub dziko rosnących krzewów i drzew, gdyż jest specjalnie zaprojektowana do zbioru biomasy roślinnej i leśnej rosnącej w trudnych warunkach terenowych. Pozostałe modele maszyn, specjalnie projektowanych do zbioru wierzby lub modyfikacje wykonane często przez samych użytkowników albo kończyły funkcjonowanie na próbach prototypu albo są wykorzystywane w ograniczonym zakresie, bez ich upowszechnienia. Podobne działania można zaobserwować na polskim rynku maszyn do zbioru wierzby. Występuje zatem charakterystyczna, początkowa faza rozwoju tych maszyn. Poza wcześniej wymienionymi narzędziami ręcznymi, do zbioru wierzby są stosowane maszyny adaptowane, przystosowane przez użytkowników, konstrukcje własne, a także są dostępne maszyny proste wykonane przez małe firmy. Takie maszyny są tanie, cechują się bardzo prostą konstrukcją, ale nie spełniają nawet najmniejszych wymagań bezpieczeństwa i z tego względu nie mogą być polecane. Wręcz przeciwnie, nie powinny znaleźć się w ofercie rynkowej. Do profesjonalnie wykonanych prototypów maszyn do zbioru wierzby można obecnie zaliczyć trzy modele. W 2008 roku pracownicy PIMR w Poznaniu opracowali i skonstruowali maszynę do koszenia i automatycznego wiązania wikliny plecionkarskiej oraz kosiarkę przyczepianą KWE-7 (rys. 2g), pracującą na tej samej zasadzie jak model Stemster TR firmy 12 Nordic Biomass. W 2009 roku, na podstawie koncepcji pracowników Katedry Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie, firma SIPMA SA opracowała dokumentację techniczną i wykonała prototyp sieczkarni półzawieszanej (rys. 2h, i). Kosiarka wierzby energetycznej KWE-7, wykonana przez Zakład Mechaniczny „Metaltech” Sp. z o.o. w Mirosławcu, jest przeznaczona do ścinania całych pędów wierzby energetycznej i układania odciętych łodyg na skrzyni maszyny. Do ścinania pędów roślin na wysokości około 0,15 m nad podłożem są stosowane dwie piły tarczowe. Odcięte łodygi są zabierane dwoma przenośnikami ustawionymi w kształcie litery V, które pełnią również rolę rozdzielaczy. Zgromadzone w środkowym obszarze rozdzielacza łodygi są transportowane kolejną parą przenośników zabierakowych na skrzynię ładunkową, wyposażoną w specjalny układ przenośników łańcuchowych. Przenośniki łańcuchowe, przesuwające się prostopadle do kierunku ruchu maszyny, zagęszczają ścięte łodygi w obszarze lewego boku skrzyni. Po napełnieniu skrzyni, jej zawartość może być rozładowana w dowolnym miejscu pola lub na podstawioną przyczepę. Następuje to po odchyleniu lewej ściany skrzyni siłownikami hydraulicznymi oraz uruchomieniu przenośnika łańcuchowego z zabierakami w kształcie trójkątów. Maszyna o masie 8430 kg ma wytrzymałą konstrukcję, wspartą na układzie tandem. Zespoły robocze maszyny są sterowane przez autonomiczny układu hydrauliczny. Funkcjonowanie mechanizmów i zespołów roboczych jest kontrolowane przez układ elektroniczny, a sterowanie odbywa się z kabiny operatora ciągnika o mocy silnika co najmniej 105 kW. Maksymalna średnica zbieranych pędów wierzby może wynosić 70 mm, a wysokość 7 m. Długość skrzyni wynosi 4,5 m, pojemność 18 m3, a ładowność około 7 t. Sieczkarnia ciągnikowa (rys. 2h, i), wykonana w ramach projektu badawczego zamawianego PBZ-MNiSW-1/3/2006 została zaprojektowana po przeprowadzeniu szczegółowej analizy maszyn specjalnie skonstruowanych do zbioru roślin energetycznych lub maszyn zmodyfikowanych, których pierwotnym przeznaczeniem był zbiór roślin wysokołodygowych. Wnioski z tej analizy oraz założenia przyjęte przez autorów (Nowakowski i in. 2008) stanowiły podstawę do zaprojektowania własnej konstrukcji maszyny, na którą złożono zastrzeżenie patentowe P 385 536 (Lisowski i in. 2008). Do położenia transportowego maszyna jest składana za ciągnik, aby zmniejszyć szerokość i spełnić wymagania przepisów ruchu drogowego. W tym położeniu maszyna jest zawieszana na TUZ ciągnika (rys. 2i). W położeniu roboczym część maszyny spoczywa na zewnętrznym kole jezdnym, a drugie z kół jest podniesione, aby uniknąć przesztywnienia układu. Na części ramy zamocowanej do ciągnika umieszczono zbiornik z olejem hydraulicznym, przekładnię kątową przekazującą napęd z WOM ciągnika na bęben z nożami i na pompę hydrauliczną zasilającą przez rozdzielacz elektrohydrauliczny silniki i siłowniki hydrauliczne. W drugiej części ramy, wspartej na kołach, znajduje się bębnowy zespół tnący. Pocięte łodygi są kierowane przez kanał wyrzutowy do skrzyni środka transportowego. Kierunek wyrzutu materiału ustala się przez obrót kanału wyrzutowego za pomocą silnika hydraulicznego, a jego zasięg - przez odpowiednie pochylenie kierownicy zainstalowanej na końcu kanału. Podawany do cięcia materiał jest zagęszczany i utrzymywany podczas cięcia przez zębate walce wciągająco-zgniatające. Siłę docisku reguluje się przez zmianę napięcia wstępnego sprężyn. Do korpusu zespołu walców są przegubowo zawieszone wymienne przystawki ścinające. Przystawki są odciążane sprężynami śrubowymi o regulowanym napięciu wstępnym. Wysokość ścinania roślin jest regulowana bezstopniowo dwoma symetrycznie rozmieszczonymi pod zespołem, siłownikami nurnikowymi. Przystawkę ścinającą z zespołami zabierającym i podnosząco-podającym zaprojektowano w dwóch wersjach (rys. 3). W jednym z rozwiązań w zespole podającym zastosowano obrotowe zabieraki palcowe (rys. 3a), a w drugim - pionowe walce ślimakowe (rys. 3b). W obu przypadkach do napędu pił tarczowych i walców z zabierakami palcowymi lub zwojami ślimaków zastosowano silniki hydrauliczne. Wały pił tarczowych są napędzane szybkoobrotowymi silnikami hydraulicznymi o maksymalnej prędkości obrotowej około 4000 obr.·min-1, co przy średnicy tarczy 0,5 m (opcjonalnie średnica pił może wynosić 650 mm) pozwala na uzyskanie prędkości obwodowej cięcia 100 m·s-1. Taka wartość prędkości wynika z konieczności uzyskania gładkiej powierzchni cięcia oraz zmniejsza 13 ryzyko rozerwania łyka pod korą, co mogłoby przyczyniać się do procesów gnilnych karp. Dlatego w maszynach do zbioru wierzby krzewiastej stosowane są prędkości obwodowe pił tarczowych 63-118 m·s-1 (Lechasseur i Savoie 2005, Lisowski 2009). Walce z elementami zabierakowymi są napędzane wolnoobrotowymi silnikami hydraulicznymi przez przekładnie zębate zmniejszające prędkość obrotową do 38 obr.·min-1. Przy średnicy zewnętrznej zabieraków 0,5 m, końcówki palców osiągają prędkość obwodową 1 m·s-1. Stosunek prędkości obwodowych zabierania materiału do ścinania roślin jest bardzo duży i wynosi 1:100. Takie parametry prędkości obwodowych można uzyskać przy nominalnych prędkościach obrotowych silników hydraulicznych. Ponieważ prędkość jazdy agregatu ciągnik-maszyna może być zmieniana w zależności od warunków polowych, przeto zastosowanie silnika hydraulicznego, sterowanego rozdzielaczem elektrohydraulicznym, pozwala na dobranie optymalnej prędkości obrotowej tak, aby prędkość obwodowa była co najmniej większa od prędkości ruchu ciągnika. Nadwyżka tej prędkości w zakresie 10-30%, określana współczynnikiem kinematycznym, zapewnia prawidłowe zabieranie ściętych pędów roślin. Zastosowanie elementu nachylającego, sterowanego hydraulicznie, pozwala na ścinanie roślin przez piły tarczowe w chwili, gdy są one zgięte. Nagromadzona energia w nachylonej łodydze jest wykorzystana po jej ścięciu do skierowania części odziomkowej pędu do kolejnego zespołu walców wciągająco-zagęszczających. Pozostałe zespoły robocze maszyny są podobne do tych, jakie spotyka się w sieczkarniach do zbioru roślin nisko- i wysokołodygowych na kiszonkę. Zgodnie z założeniami maszyna jest wyposażona w zespół bezrzędowy, z możliwością regulacji rozstawu rozdzielaczy tak, aby możliwe było ścinanie pojedynczych rzędów o spotykanej w Polsce szerokości międzyrzędzi 0,7-0,8 m (Nowakowski i in. 2008) lub rzędów bliźniaczych o rozstawie 0,75 m. Prędkość ruchu agregatu ciągnik-maszyna jest uzależniona od warunków polowych, ale maksymalna nie przekracza zalecanej 8 km·h-1 (Lechasseur, Savoie 2005). Wysokość cięcia roślin 100 mm nad powierzchnią gruntu odpowiada zakresowi spotykanemu w dotychczasowych rozwiązaniach (50-100 mm, Szczukowski i in. 2006). Maszyna bazowa jest wyposażona w bębnowy zespół rozdrabniający, pozwalający na cięcie łodyg o średnicy do 70 mm na zrębki o wymiarze 20-60 mm (wg normy PN-91/D95009). b a Rys. 3. Przystawki ścinające: a) z zabierakami palcami, b) z walcami spiralnymi Źródło: Lisowski i in. 2010. 14 Wstępne badania maszyny pozwoliły na wyznaczenie całkowitej mocy pobieranej z WOM ciągnika przez maszynę na biegu jałowym, która wynosiła około 19 kW. Największe zapotrzebowanie na moc mają piły tarczowe (10 kW) i pompa hydrauliczna (4,5 kW), co stanowi 3/4 całkowitej mocy biegu jałowego. Pobór mocy przez każdy z pozostałych zespołów (rozdzielacze aktywne, zabieraki palcowe, zespół walców, bęben rozdrabniający) wynosił od 1,0 do 1,5 kW. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów wyznaczono moc silników ciągników, które mogą być zastosowane do współpracy z sieczkarniami polowymi do zbioru roślin energetycznych. Przy natężeniu strumienia materiału roślinnego 2,5 kg·s-1 sieczkarnia polowa z piłami tarczowymi wymaga zastosowania ciągnika z silnikiem o mocy co najmniej 127 kW podczas zbioru ślazowca pensylwańskiego o wilgotności 21%, 116 kW – miskanta olbrzymiego (33%), 107 kW – słonecznika bulwiastego (topinamburu, 16%), 101 kW – spartiny preriowej (37%), 98 kW – wierzby wiciowej (47%), 94 kW – rdestowca pensylwańskiego (66%),90 kW – róży wielokwiatowej (41%). Podczas zbioru wierzby stosuje się dość małe prędkości jazdy, które wpływają na wydajność oraz z uwagi na dyspozycyjny czas w sezonie docelowo decydują o możliwościach doboru maszyn i technologii do powierzchni plantacji. Na podstawie uzyskanych wyników badań Spinelli (2001) oszacował prędkości jazdy stosowane podczas zbioru wierzby o gęstości łanu 3,9 kg·m–1. Kombajn Claas z przystawką CRL pracował ze średnią prędkością 1,16 m·s–1, a z przystawką HS1 – 1,51 m·s–1, przy dość znacznym rozrzucie 0,83-2,22 m·s–1. Kombajny Austoft i Bender MkIII pracowały przy podobnych prędkościami jazdy, odpowiednio 1,02 i 1,03 m·s–1. Na podstawie przeprowadzonej analizy rozwiązań technicznych maszyn i technologii zestawiono parametry robocze i wskazano minimalną powierzchnię do zbioru wierzby energetycznej w cyklu 3-5 letnim lub innych roślin krótkiej rotacji o podobnych wymiarach (tab. 3). W tabeli 4 zestawiono parametry techniczne maszyn do zbioru roślin wierzby wraz z ich rozdrabnianiem, a w tabeli 5 parametry techniczne do zbioru całych pędów wierzby. Tabela 3. Minimalna powierzchnia wykorzystania maszyn i narzędzi do zbioru drzew w krótkiej rotacji, np. wierzby wiciowej Maszyny i urządzenia do uprawy, zbioru i obróbki roślin energetycznych Wykaszarki spalinowe, pilarki łańcuchowe Parametry robocze (liczba rzędów, wydajność) - 2–3 1 0,1–0,15 ha·h 25–40 1 1–rzędowe 40–50 3 2–rzędowe 90 5 –1 250 70 –1 350 100 90 35 120 50 –1 Kosiarki z piłą tarczową Minimalna Moc powierzchnia ciągnika / silnika, wykorzystania w –1 kW roku, ha·a Sieczkarnie do kukurydzy, ciągnikowe 0,35–0,60 ha·h Sieczkarnie samojezdne z przystawkami do wierzby 0,45–0,75 ha·h Maszyny ciągnikowe do zbioru wierzby Przyczepy objętościowe do transportu zrębków 5 Źródło: Opracowanie własne na podstawie Muzalewskiego (2008). 15 Tabela 4. Dane techniczne maszyn do zbioru wierzby w postaci zrębków 1-rzędowa 2-rzędowa HS-2 Woodcut 750 Mähhacker 7700 Bezrzędowa Mähhacker Claas KG HTM GmbH Uni Göttingen Schmidt mbH Austoft SIPMA SA Soltau ATB Potsdam Gehölzmähh Harsewinkel äcksler mała seria prototyp prototyp prototyp seryjny prototyp Typ przystawki Producent Rozwój Masa, kg Baza maszyny Moc, kW Masa bazy, kg 1300 ClaasHäcksler Jaguar 245 2000 KroneHäcksler BIG X 360 1200 2300 - 2230 ciągnik ciągnik samojez dna ciągnik 80 133 176-250 118 10800 13500 4000 12500 5000 2 2 1 2 2 2 650 560 560 500 500/650 105 105 Liczba pił Średnica piły, mm 500 Prędkość kątowa -1 piły, s Rozstaw rzędów, m 0,75 + ≥1,5 Średnica łodygi, <70 mm Średni wymiar 5-40 zrębków (x50), mm Wydajność -1 ≤35 efektywna, t·h Wydajność -1 0,4-2,2 efektywna, ha·h Cena, € 100 000 400 0,75 + ≥1,5 ≥0,9 - <70 <120 <120 0,75 + ≥1,4 <70 5-30 50-100 50-100 20-60 20-60 ≤35 ≤15 - ≤35 0,4-2,2 0,2-1,0 - - 30 000 - 10-25 0,250,62 175 000 0,75 <70 0,2-0,4 - Źródło: Lisowski i in. 2010. Tabela 5. Dane techniczne i eksploatacyjne maszyn do zbioru całych pędów wierzby KosiarkoSeegerslätt KWE-7 TJ 720 Empire 2000 wiązałka Zakłady Zakład Sten Bo Franzen, Tommy Mechaniczny Mechaniczne Timberjack Seegerslätt, Producent Kolsa/ Ericsson, Wikoma w „METALTECH /Finlandia Szwecja Heby/Szwecja Billeberga/ Zbąszyniu/ ” Sp. z o.o./ Szwecja Polska Polska Masa, kg 3100 7300 9800 1450 8430 340 harvester Baza maszyny ciągnik samojezdna samojezdna ciągnik ciągnik grupujący Moc, kW 80 74 140 35 105 61 Ładowność, kg 7000 nożycowoLiczba pił 2 2 2 2 palcowy Średnica piły, mm 650 600 750 1,2 m – szer. Rozstaw rzędów, m 0,75 + ≥1,5 0,75 + ≥1,25 0,75 + ≥1,25 0,75-1,0 rob. Średnica łodygi, mm <80 <80 <80 <70 <200 -1 Plon, t·ha 44,2 59,9 46 -1 Prędkość, km·h 2,8 2,5 8,9 3-5 Wydajność -1 20 31,5 26 3-4 efektywna, t·h Wydajność -1 0,45 0,35 0,77 0,5 0,3 0,07-0,1 efektywna, ha·h Fröbbesta 92 Typ -1 Koszt zbioru, €·t 7 Cena, € 50 000 Źródło: Lisowski i in. 2010. ESM 901 10 21 000 134 000 16 - 100 000 27 000 4. Zbiór traw i bylin Trawy i byliny można zbierać tymi samymi technikami co rośliny zielone, z wykorzystaniem standardowych maszyn (rys. 4). Zbiór roślin może być przeprowadzony kosiarkami rotacyjnymi lub sieczkarniami polowymi (ciągnikowymi lub samojezdnymi). Sieczkarnie polowe, zwłaszcza te z zespołami bezrzędowymi Kemper lub Krone są stosowane obecnie najczęściej. Rośliny te można również zbierać co roku kombajnami do zbioru kukurydzy. Ścięte rośliny kosiarkami rotacyjnymi, dolnonapędowymi, po zgrabieniu w wały mogą być zbierane prasami zwijającymi lub tłokowymi wielkogabarytowymi. Zespoły ścinające maszyn zbierających powinny być ustawione na najmniejszej możliwej wysokości koszenia, aby uniknąć strat. Niektóre maszyny firm Claas i Deutz–Fahr są specjalnie adaptowane do ścinania roślin i ich wiązania. Aby zwiększyć efekty ekonomiczne ścinanie roślin, prasowanie i logistyka muszą być jednak wciąż udoskonalane. Straty materiału podczas zbioru roślin mogą osiągnąć 50–60% (mozga trzcinowata), ze względu na małą gęstość właściwą, zwłaszcza wówczas, gdy materiał jest rozdrobniony na sieczkę. Z powodu małej gęstości właściwej transport materiału z niektórych roślin jest ekonomicznie uzasadniony tylko na małą odległość, mniejszą niż 4080 km, w zależności od rodzaju środka transportowego. Bele prostopadłościenne mają bardziej optymalny kształt niż okrągłe i bardziej nadają się do transportu na większe odległości. Trawy lub byliny Koszenie kosiarką rotacyjną Zbiór sieczkarnią polową Przetrząsanie Zgrabianie Prasowanie Załadunek i transport bel Transport sieczki Składowanie bel Składowanie w silosie i fermentacja anaerobowa Odwadnianie Załadunek i transport Rozdrabnianie słomy Dodatkowe suszenie Przetwarzanie Rys. 4. Technologie zbioru traw (proso rózgowate, spartina preriowa, mozga trzcinowata, palczatka Gerarda) lub bylin (ślazowiec pensylwański, słonecznik bulwiasty) Źródło: Lisowski i in. 2010. Uwzględniając wymagania odbiorów ze strony energetyki lokalnej i zawodowej do zbioru roślin trawiastych o małej zawartości wilgoci, np. miskanta zaproponowano innowacyjne rozwiązania polegające na ścinaniu roślin z pnia i od razu prasowaniu materiału za pomocą prasy wielkogabarytowej. Rośliny mogą być ścinane zawieszoną na przednim TUZ ciągnika kosiarką z zespołem Kemper, układne na pokosie między kołami kół ciągnika i podbierane zespołem prasy wielkogabarytowej (rys. 5a). Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest ścinanie roślin zawieszaną na przednim TUZ ciągnika sieczkarnią z zespołem Kemper i skierowanie sieczki nad ciągnikiem do zasobnika zmodyfikowanej prasy wielkogabarytowej (rys. 5b). 17 Rys. 5. Ścinanie roślin miskanta z jednoczesnym prasowaniem: a – ścinanie roślin kosiarką Kemper na pokos i jego podbieranie prasą wielkogabarytową firmy Krone, b – ścinanie i rozdrabnianie roślin sieczkarnią z zespołem Kemper i prasowanie sieczki zmodyfikowaną prasą wielkogabarytową firmy Claas Źródło: Lisowski i in. 2010. Na podstawie dotychczasowych doświadczeń opracowano technologie zbioru roślin miskanta, z wykorzystaniem głównych maszyn do ich ścinania i zbioru ściętego materiału (rys. 6). Miskant Koszenie kosiarką rotacyjną Koszenie kosiarką i prasowanie Koszenie sieczkarnią i prasowanie Zbiór sieczkarnią polową Suszenie na polu Zbiór sieczkarnią polową Zbiór prasą zwijającą lub wielkogabarytową Transport sieczki Załadunek i transport bel Załadunek i transport bel Transport sieczki Składowanie sieczki Składowanie bel Składowanie bel Składowanie (z wentylacją wymuszoną) Zagęszczanie stacjonarne Załadunek i transport bel do zakładu Załadunek i transport bel do zakładu Rozdrabnianie stacjonarne Załadunek i transport bel do zakładu Załadunek i transport sieczki do zakładu Przetwarzanie Rys. 6. Technologie zbioru miskanta (mogą być zastosowane do zbioru innych roślin trawiastych) Źródło: Lisowski i in. 2010. Wszystkie techniki zbioru miskanta mogą być stosowane wiosną, przy mniejszej wilgotności, około 20%, ale jesienią nie zaleca się stosowania zbioru bezpośredniego i jednoczesnego prasowania, ze względu na wilgotność materiału dochodzącą do 50-60% (Kristensen 2003). Jesienią można zbierać rośliny dwufazowo, z wykorzystaniem kosiarek, najlepiej wyposażonych w zgniatacz pokosu, gdyż zniszczona struktura twardych łodyg miskanta łatwiej poddaje się deformacjom podczas późniejszego zbioru podbieraczem prasy 18 lub sieczkarni. Wydajność koszenia miskanta jest mniejsza niż trawy lub innych roślin niskołodygowych, a prędkość robocza nie przekracza 9 km·h-1. Zastosowanie sieczkarni samojezdnej lub przyczepianej do bezpośredniego zbioru pozwala na zwiększenie wydajności zbioru, z uwagi na mniejszą liczbę operacji, ale o wydajności decyduje również wilgotność i stopień rozdrobnienia (tab. 6). Przy drobniejszej sieczce uzyskuje się mniejszą wydajność i zwiększają się nakłady energetyczne na zbiór, dlatego stopień rozdrobnienia powinien być podporządkowany docelowym wymaganiom surowca. Wilgotniejszy materiał poddaje się łatwiej deformacjom i osiągana wydajność podczas zbioru w okresie jesiennym jest większa niż wiosną, ale taki materiał wymaga dodatkowego suszenia lub, co najmniej wymuszonego przewietrzania zimnym powietrzem, co zwiększa koszty całkowite produkcji surowca. Tabela 6. Zbiór miskanta sieczkarniami dokładnego cięcia Kverneland Claas Jaguar Parametry Ten-X z 690 z 1) 2) podbieraczem podbieraczem Czas zbioru wiosna (zbiór opóźniony) Kverneland Ten-X 1) z podbieraczem Wilgotność roślin, % 15,0 12,2 51,2 50,7 56,0 -1 10,5 14,9 31,2 23,3 16,3 14 12 14 34 4 9,7 12,1 20,2 29,8 21,9 Wydajność, ts.m.·h 8,2 1) Sieczkarnia przyczepiana 2) Sieczkarnia samojezdna. Źródło: Kristensen 2003. 10,6 9,9 14,7 9,6 Plon, t·ha Długość cięcia, mm -1 Wydajność, t·h -1 Claas Jaguar 820 z zespołem 2 do kukurydzy zima (grudzień) Jedną z korzyści zbioru miskanta za pomocą sieczkarń dokładnego cięcia jest uzyskanie materiału gotowego do dalszego przetwarzania, ale z uwagi na małą jego gęstość (80 kgs.m.·m-3) transport sieczki powinien się odbywać na krótkich dystansach. Jeśli przewiduje się transportować surowy materiał na duże odległości (powyżej 80 km), to do zbioru lepiej zastosować prasy wielkogabarytowe, które mogą być wykorzystane jako samodzielne maszyny lub w połączeniu z sieczkarniami. Przy średniej masie beli około 600 kg gęstość materiału zawiera się w zakresie 140-170 kg·m-3. Zbiór miskanta za pomocą prasy wielkogabarytowej pozwala również na osiągnięcie nieco większych (tab. 7) wydajności niż sieczkarnią. Podobnie, jak dla drzew i krzewów krótkiej rotacji, zestawiono parametry robocze maszyn i wyznaczono minimalne powierzchnie do zbioru traw i bylin (tab. 8). Z przeprowadzonej analizy stanu wiedzy o technologiach i maszynach wykorzystywanych do zbioru roślin energetycznych wynika, że są stosowane różne rozwiązania i zapoczątkowany w latach 90. XX wieku boom uprawy roślin energetycznych w krajach skandynawskich, objął również Polskę. Ponadto, mimo wielu opracowań i analiz ciągle nierozstrzygnięte są wątpliwości dotyczące ekonomicznej opłacalności uprawy roślin energetycznych i brak jest wskazań optymalnych warunków ich uprawy, zbioru oraz przetwarzania biomasy. Najczęściej przytaczane są wyniki przykładowych eksperymentów naturalnych, a brak jest zwłaszcza opracowań modelowych. Jako przykład podejścia modelowego do analizy zbioru roślin energetycznych można podać doświadczenia Sokhansanj i Fenton (2006). Do obliczenia kosztów zbioru i transportu biomasy zastosowali oni model matematyczny IBSAL – Integrated Biomass Supply Analysis and Logistics opracowany przez Sokhansanj (2006). Model IBSAL zawiera różne algorytmy obejmujące zbiór, przetwarzanie, mielenie, przechowywanie i transport. Dane wejściowe modelu zawierają: informacje o lokalnej pogodzie, średnim plonie netto biomasy, terminie zbioru, stratach suchej substancji, wilgotności roślin, czasie zbioru, parametrach eksploatacyjnych wyposażenia, jednostkowych kosztach użytkowania maszyn odniesionych do czasu pracy. 19 Tabela 7. Zbiór miskanta wiosną za pomocą różnych pras wielkogabarytowych Parametry Hesston 4800 New Holland 4990 Wilgotność roślin, % -1 Plon, t·ha Masa beli, kg Zapotrzebowanie na moc na WOM, kW -1 Wydajność, t·h -1 Wydajność, ts.m.·h Źródło: Kristensen 2003. 22,3 13,2 630 14,1 10,7 560 Hesston 4800 z rozdrabniaczem F200 Ferri 13,3 10,0 590 20,6 - 53,7 16,8 13,1 15,9 13,7 14,7 12,7 Tabela 8. Minimalna powierzchnia wykorzystania maszyn do zbioru traw lub bylin Maszyny i urządzenia do uprawy, zbioru i obróbki roślin energetycznych Parametry robocze (liczba rzędów, wydajność) Kosiarki rotacyjne ze spulchniaczem pokosu Prasy zwijające Prasy tłokowe wielkogabarytowe 1–rzędowe 2–rzędowe Sieczkarnie do kukurydzy, ciągnikowe Sieczkarnie samojezdne Przyczepy objętościowe Źródło: Opracowanie własne na podstawie Muzalewskiego (2008). Moc ciągnika / silnika, kW 45–50 40–50 75–90 40–50 90 150 250 300 Minimalna powierzchnia wykorzystania N –1 W R , ha·a 2 20 40 5 10 50 90 100 5 Strużyk w monografii pod redakcją Lisowskiego (2010) opisał własny model matematyczny i przedstawił kompleksowe wyniki symulacyjne i analizy, które pozwalają na dobór najkorzystniejszej technologii zbioru roślin energetycznych. 5. Modelowe technologie zbioru wierzby krzewiastej Przy doborze maszyn występujących w technologii produkcji roślinnej należy kierować się określonymi wymaganiami, które uwzględniają między innymi kwestie dotyczące ugniatania gleby, oporów maszyn oraz występujących poślizgów. Urzeczywistnienie przedstawionych wymagań spowoduje, że na wykonanie określonej pracy zużyjemy mniej paliwa, a do atmosfery przedostanie się mniej spalin. Wybór technologii poza uwzględnieniem jedno- jak i dwuetapowego zbioru jest też często uwarunkowany posiadanym w gospodarstwie parkiem maszynowym, w celu ograniczenia nakładów inwestycyjnych. Wynika również z innych wymagań stawianych maszynom do zbioru roślin jedno-, dwu- i trzyletnich. Zaproponowano model symulacyjny uwzględniający zarówno obecnie stosowane, jak i nowoczesne technologie zbioru wierzby krzewiastej, a mianowicie (rys. 6): - zbiór roślin rozdrobnionych sieczkarnią ciągnikową, technologia Z1, - zbiór roślin rozdrobnionych sieczkarnią samojezdną, technologia Z1a, - zbiór roślin maszyną ścinająco-prasującą, technologia Z2, - zbiór całych pędów maszyną ścinającą, technologia Z3, - zbiór całych pędów maszyną ścinająco-pryzmującą, technologia Z3a, - zbiór w wiązkach (pakietach), maszyną ścinająco-pakietującą, technologia Z4. 20 Technologie zbioru roślin energetycznych Rośliny: - jednoroczne - dwuletnie - trzyletnie zbiór jednoetapowy zbiór zbiór dwuetapowy dwuetapowy ścięcie i pozostawienie na polu: - luzem - luzem w pryzmach - w wiązkach - w belach ścięcie i rozdrobnienie na zrębki Zbiór ciągnik + sieczkarnia przyczepiana sieczkarnia samojezdna ciągnik + maszyna ścinająca ciągnik + maszyna ścinająco-pryzmująca ciągnik + maszyna ścinająco-wiążąca ciągnik + maszyna ścinająco-prasująca załadunek ręczny urządzenie własne środka transportu ciągnik + ładowacz chwytakowy urządzenie własne środka transportu ciągnik + przyczepa ciągnik + przyczepa ciągnik + przyczepa samozaładowcza ciągnik + przyczepa ciągnik + wózek samozaładowczy przenośnik pneumatyczny rozładunek ręczny urządzenie własne środka transportu ciągnik + ładowacz chwytakowy urządzenie własne środka transportu Załadunek Transport Rozładunek Przechowywanie pryzma pryzma + wentylacja naturalna ciągnik + ładowacz chwytakowy podawanie ręczne Przygotowanie produktu ciągnik + ładowacz chwytakowy wentylacja wymuszona ciągnik + rozdrabniacz rozdrabniacz stacjonarny Rys. 6. Schemat technologii zbioru wierzby krzewiastej na cele energetyczne Źródło: Opracowanie Strużyka (Lisowski i in. 2010). W każdej z tych technologii zbioru, uznanych jako podstawowe, występują warianty, w których uwzględniono różne rozwiązania odbioru, transportu i rozdrabniania roślin. W celu ułatwienia porównania metod przyjęto, że w każdej technologii produktem końcowym jest materiał rozdrobniony (zrębki). W technologii Z1 do zbioru i bezpośredniego rozdrabniania roślin przewidziano sieczkarnię przyczepianą, a załadunek sieczki odbywa się na jadącą z boku przyczepę. Zrębki są składowana na pryzmie w gospodarstwie i dosuszane wentylacją wymuszoną. W wariancie Z1a do zbioru zastosowano sieczkarnię samojezdną. W technologii Z2 maszyną wiodącą jest maszyna ścinająco–prasującą, która ścina rośliny, wstępnie rozdrabnia materiał i formuje bele cylindryczne. Transport bel do gospodarstwa odbywa się za pomocą wózka samozaładowczego, który pobiera bele z pola urządzeniem dźwignicowym. Po przywiezieniu do miejsca składowania bele są ustawiane w pryzmie przez hydrauliczne wychylenie platformy wózka. Bele są przechowywane dla naturalnego wysychania materiału roślinnego. Po wyschnięciu bele są podawane ładowaczem chwytakowym do stacjonarnego rozdrabniacza i rozdrabniane na zrębki. W technologii Z3 maszyną wiodącą jest ciągnikowa maszyna ścinająca całe pędy. W podstawowym wariancie Z3 pędy są zbierane ręcznie luzem i transportowane z pola do 21 gospodarstwa przyczepami uniwersalnymi, gdzie są rozładowywane również ręcznie i składowane w pryzmie. Po wyschnięciu materiału w warunkach naturalnych pędy są podawane ręcznie do zasobnika maszyny i zrębkowane w rozdrabniaczu napędzanym od WOM ciągnika. W wariancie Z3a maszyna ścinająca zbiera pędy w swojej przestrzeni ładunkowej a po jej napełnieniu, pędy są układane w pryzmach na polu. Transport pędów wykonywany jest przyczepą leśną z własnym chwytakowym żurawiem załadowczym. Po przewiezieniu do gospodarstwa to samo urządzenie służy do rozładunku i układania pryzmy. Po dosuszeniu pędy są podawane żurawiem do rozdrabniacza ciągnikowego. Do operacji załadunku wykorzystano ten sam żuraw, który stanowi wyposażenie przyczepy leśnej, bowiem istnieje możliwość jego zdemontowania i zawieszenia na TUZ ciągnika. W technologii Z4 maszyna wiodąca ścina całe pędy roślin, obwiązuje i w wiązkach (pakietach) pozostawia na polu. Następnie są one pobierane ładowaczem chwytakowym i układane na przyczepie, która transportuje je do gospodarstwa. Po przewiezieniu kolejny ładowacz chwytakowy rozładowuje przyczepę i układa pryzmę. Po wyschnięciu wiązki są podawane ładowaczem chwytakowym i rozdrabniane w rozdrabniaczu stacjonarnym. Opracowano algorytm matematyczny pozwalający na przeprowadzenie symulacji nakładów ponoszonych w technologiach zbioru wierzby. Do obliczeń przyjęto następujące założenia wstępne: powierzchnia plantacji 10 ha, plon roślin jednorocznych 25 t·ha-1, wilgotność roślin podczas zbioru 53%, odległość transportowa 1,0 km, czas zmiany roboczej 8 h, czas dyspozycyjny zbioru 30 dni. Założenia wstępne mogą być zmieniane zależnie od plantacji. Założono również, iż w rozpatrywanych technologiach maszyny zbierające (podstawowe) będą rozpatrywane jako pojedyncze zestawy z ciągnikiem. Zależnie do parametrów plantacji będą do nich dobierane zestawy maszyn towarzyszących, które zapewnią proces potokowy zbioru. Następnie przyjęto pozostałe zestawy maszyn zastosowane w technologiach zbioru. Parametry robocze, ceny maszyn i ciągników zostały opisane zależnościami. Prowadzone obliczenia pozwoliły na uzyskanie wydajności agregatów. Do określenia wskaźników kryterialnych wykorzystano opracowania metodyczne (Muzalewski 2006, Muzalewski, Olszewski 2000), jak również materiały informacyjne (Gromadzki 2009). Jednostkowe koszty wytwarzania biomasy na cele energetyczne może charakteryzować wiele czynników, między innymi zużycie paliwa i pracochłonność. Zużycie paliwa odniesione do 1 t suchej substancji, pozyskiwanej w omawianych technologiach jest zróżnicowane. Najmniejsze zużycie paliwa stwierdzono w technologii Z2, a największe w Z1, które wynosiło odpowiednio 3,9 i 8,4 kg·t-1s.m.. Zużycie paliwa w innych technologiach jest o 9,4-48,4% mniejsze od zużycia paliwa w technologii Z1. Zużycie paliwa ciągnika w agregacie do zbioru w odniesieniu do zużycia w całej technologii wynosiło 25,4–43,9%. Rozdrabnianie roślin po zbiorze powoduje wzrost zużycia paliwa w o 18,6–33,6%. Dosuszanie rozdrobnionych roślin w technologiach Z1 i Z1a zwiększa zużycie paliwa o 35,4–44,3%. Pracochłonność w poszczególnych technologiach wykazuje podobny trend jak paliwochłonność. Najmniejsze nakłady robocizny 0,72 rbh·ts.m.–1 występują w technologii Z2 ze względu na mniejszą liczbę operacji w technologii. Największe zaś w technologii Z3 (5,5 rbh·ts.m.–1) ze względu na operacje wykonywane ręcznie, które powodują obniżenie wydajności. Pracochłonność w innych technologiach jest o 68,4–84,3% mniejsza. Pracochłonność zbioru roślin w odniesieniu do całkowitej pracochłonności technologii stanowiła 10,8–20,9% i jest zależna od wydajności maszyn do zbioru. We wszystkich technologiach transport stanowi 20,2–37,5%, a przeładunek 9,8–46,2% nakładów pracy. Duża pracochłonność w technologii Z3 wynika z małej wydajności ręcznych prac przeładunkowych. Rozdrabnianie pędów po wysuszeniu powoduje zwiększenie pracochłonności o 13,1–25,3%, a dosuszanie zrębków w technologiach Z1 i Z1a wzrost o około 55%. Najmniejszymi jednostkowymi kosztami charakteryzuje się technologia Z1a (98 zł·ts.m.–1 czyli 5,3 zł·GJ–1), a największymi Z3 (224 zł·ts.m.–1 – 12,1 zł·GJ–1). Koszty w pozostałych technologiach są o 24,1–49,6% (6,1–9,2 zł·GJ–1) mniejsze od ponoszonych w technologii Z3. Wysokie koszty zbioru (57,4 i 54,7%) w technologiach Z2 i Z3a wynikają z zastosowania drogich maszyn do zbyt małej powierzchni plantacji. W technologii Z3 zbiór stanowi 13,5% 22 kosztów całkowitych, natomiast operacje transportu i przeładunku aż 38,6 i 23,6% co wynika z małej wydajności prac ręcznych. Rozdrabnianie pędów po wysuszeniu zwiększa koszty o 12,9–24,4%, a dosuszanie sieczki w technologiach Z1 i Z1a o 25,4–29,8%. Celowe jest więc właściwe dobranie technologii zbioru uwzględniającej wielkość plantacji, zasoby ludzkie oraz materialne, obejmujące już dysponowany zestaw maszyn w gospodarstwie, a także sposób dalszego przetwarzania pozyskanej biomasy. 6. Koszty zbioru roślin energetycznych w świetle wyników badań W dostępnej literaturze wyników badań dotyczących kosztów zbioru roślin energetycznych jest niewiele. Są to dane rozproszone i fragmentaryczne. Dane te mogą być jednak przydatne do porównania i oceny proponowanych rozwiązań technologicznych. Dubas (2003) obliczył, że koszty zbioru, zrębkowania i transportu wewnętrznego wierzby wynoszą 1400 zł·ha-1, ale nie podał rodzaju maszyn w tej technologii. Pasyniuk (2007) zakładając plon wierzby wiciowej 30 t·ha-1, o wilgotności 50%, obliczył koszty zbioru dla trzech technologii. Stosując kombajn Claas o wydajności 0,4 ha·h-1, przy zatrudnieniu 2 pracowników i pracochłonności 10 rbh koszt zbioru wynosił 800 zł·ha-1. Zastosowanie podcinacza o wydajności 0,3 ha·h-1 i rębarki przewoźnej o wydajności 0,1 ha·h-1, przy zatrudnieniu 3 pracowników i pracochłonności 32 rbh koszty zmniejszyły się do 320 zł·ha-1. Zbiór ręczny z wydajnością 0,05 ha·h-1 i rozdrabnianie z wykorzystaniem rębarki przewoźnej o wydajności 0,1 ha·h-1, przy zatrudnieniu 5 pracowników i pracochłonności 200 rbh zwiększył koszty do 1800 zł·ha-1. Z badań przeprowadzonych przez Pasyniuka (2008) wynika, że podczas zbioru wierzby 2 i 3 letniej z plantacji o powierzchni powyżej 5 ha, efektywne wykorzystanie czasu pracy kombajnu Bender nie przekraczało 62% czasu nominalnego. Wpływało to na ostateczne wysokie koszty jednostkowe zbioru. Na małe wykorzystanie czasu pracy miały wpływ przerwy, których udział wynosił 6%, a wynikały one z przyczyn logistycznych. Zaliczono do nich oczekiwanie na dostarczenie paliwa, materiałów eksploatacyjnych i części wymiennych. Duży udział w stratach czasu pracy miały naprawy bieżące (8%). Znaczące utrudnienia sprawiało niedostosowanie systemu nasadzeń do zbioru mechanicznego, co w konsekwencji wymuszało dodatkowe przejazdy kombajnu (15%), a także brak synchronizacji ruchu środków transportowych, które skutkowały przestojami kombajnu (10%). Z tego powodu, przy nominalnej wydajności kombajnu 2,4 ha·h-1 osiągnięto wydajność operacyjną 0,4 ha·h-1. Ostatecznie koszty zbioru, w stosunku do nominalnych, możliwych do osiągnięcia zwiększyły się dwukrotnie. Całkowity koszt jednostkowy zbioru kombajnem wierzby na zrębki wynosił 900 zł·ha-1. Koszt kombajnowego zbioru wierzby zwiększa i tak wysoką cenę „zielonej energii”. Przy średnim zbiorze wierzby w cyklu trzyletnim 40 t·ha-1 surowego materiału, koszt zbioru powiększył koszt produkcji zrębów o ponad 20 zł·t-1, przy rynkowej cenie zrębów surowych 100 zł·t-1. Pasyniuk (2008) stwierdził jednak, że zbiór kombajnowy jest bardzo konkurencyjny wobec zbioru ręcznego dwuetapowego, którego koszt przekracza 6000 zł·ha 1. Szczukowski i in. (2006) zwrócili uwagę, że wartość energetyczna oraz skład chemiczny drewna wierzby zmienia się w zależności od cyklu zbioru i przy obliczaniu kosztów należałoby ten fakt wziąć pod uwagę. Przy jednorocznym, dwu- i trzyletnim cyklu zbioru wartość kaloryczna drewna wynosiła odpowiednio 18,56, 19,25 i 19,56 MJ·kgs.m.-1, zawartości wody oraz popiołu wyraźnie się zmniejszały i wynosiły odpowiednio 53,15, 50,14 i 45,98% oraz 1,89, 1,37 i 1,28%. Zmieniała się również zawartość składników wpływających na dalszy proces przetwarzania surowca. Wraz z cyklem okresu zbioru w największym stopniu zwiększała się zawartość celulozy, która wynosiła odpowiednio 45,58, 48,02 i 55,94% s.m. Zawartość ligniny i hemicelulozy była dość stabilna i wynosiła odpowiednio 13,24 i 13,63% s.m. W obu przypadkach odnotowano zmniejszenie zawartości tych składników w pędach dwuletnich. Zwiększenie zawartości celulozy w pędach starszych oznacza, że materiał taki podczas mechanicznego zagęszczania, np. podczas produkcji peletu, będzie wymagał zwiększenia energii, gdyż temperatura rozkładu celulozy wynosi 240-350 oC. Temperatura rozkładu hemicelulozy jest najmniejsza (200-260 oC), a ligniny największa (280-500 oC). 23 Efektywność energetyczna uprawy wierzby zależy również od cyklu zbioru (Szczukowski i in. 2006). W cyklu jednorocznym, dwu- i trzyletnim, przy zwiększających się plonach suchej substancji, odpowiednio do 14,8, 32,1 i 64,4 ts.m.·ha-1 nakłady energetyczne na uprawę roślin wierzby były proporcjonalne i wynosiły 12,2, 18,4 i 30,1 GJ·ha-1, a energochłonność produkcji zrębków zmniejszała się, odpowiednio do 0,83, 0,57 i 0,47 GJ·ts.m.-1, co przy wartości energetycznej plonu, wynoszącym 275, 618 i 1262 GJ·ha-1 pozwoliło na zwiększenie efektywności energetycznej, odpowiednio do 22,5, 33,6 i 41,9. Efektywność energetyczną określono jako stosunek wartości energetycznej plonu do nakładów energetycznych poniesionych na uprawę roślin. Zbiór wierzby w trzyletnich cyklach rotacji charakteryzował się najmniejszą energochłonnością produkcji jednostki suchej substancji zrębków oraz największym wskaźnikiem efektywności energetycznej. Porównując efektywność energetyczną innych roślin można stwierdzić, że uprawa wierzby na cele energetyczne jest korzystna. Przykładowo efektywność energetyczna uprawy rzepaku ozimego w doświadczeniach polowych wynosiła 3,5-6, pszenicy ozimej 3,6-4,9, jęczmienia jarego 3,5, a buraka cukrowego 3,6. Szczukowski i in. (2006) stwierdzili, że zwrot kosztów inwestycji w uprawie wierzby na cele energetyczne nie jest możliwy po pierwszym roku, gdyż koszt samych sadzonek wynosił 4800 zł·ha-1, który stanowił 69% kosztów całkowitych założenia plantacji. W analizie kosztów autorzy założyli, że plantacja będzie użytkowana przez 24 lata, co pozwoliło na obciążenie jej rocznymi kosztami w wysokości 290 zł·ha-1. Opłacalność produkcji końcowego surowca w postaci zrębków zależała również od cyklu zbioru roślin. W cyklu jednorocznym, dwu- i trzyletnim zbioru, przy zwiększających się plonach, odpowiednio do 29, 56 i 91 t·ha-1, koszt produkcji zwiększał się również i wynosił odpowiednio 1355, 1974 i 3011 zł·ha-1. W konsekwencji koszt produkcji świeżych zrębków zmniejszał się i wynosił odpowiednio 47, 35 i 33 zł·t-1. Przyjmując cenę świeżych zrębków 80 zł·t-1, autorzy obliczyli zysk w przeliczeniu na jednostkę masy, powierzchni i rok. Zwiększał się on wraz z cyklem zbioru i wynosił odpowiednio 33, 45 i 47 zł·t-1 oraz 965, 2506 i 4269 zł·ha-1, a w przeliczeniu na jeden rok był nieco mniejszy i wynosił 965, 1253 i 1423 zł·ha-1. Z tego wynika, że opłacalność produkcji zrębków jest największa przy zbiorze roślin wierzby w cyklu trzyletnim. Autorzy podkreślili, że jednoroczne pędy wierzby wiciowej mogą być zbierane sieczkarnią przyczepianą połączoną z ciągnikiem, a zbiór roślin w cyklu dwu- i trzyletnim wymaga zastosowania specjalistycznego sprzętu, np. kombajnu Claas Jaguar. Nie podano dla jakiego zestawu maszyn przeprowadzono przykładowe obliczenia. Autorzy dla kontrastu podali, że zysk z uprawy jęczmienia jarego przy plonie 50 dt·ha-1 w badaniach IUNG wynosił 605 zł·ha-1. Koszt ręcznego zbioru i stacjonarnego zrębkowania wierzby o wilgotności 60,81% i wartości kalorycznej 5,82 MJ·kg-1 o wartości 155,75 zł·t-1 są zdecydowanie za wysokie. Według szwedzkich doświadczeń (Nordh 2005) koszty zbioru kombajnem z bezpośrednim rozdrabnianiem zmieniały się w zakresie 1890-3100 zł·ha-1, w zależności od średniej wydajności rzeczywistej, odpowiednio 0,5 i 0,3 ha·h-1, którą osiągano na plantacjach o powierzchni, odpowiednio 300 i 100 ha. W przeliczeniu na jednostkę uzyskiwanej energii z wierzby o plonie 48 ts.m.·ha-1 koszty te zawierają się w zakresie 8,8-14,4 zł·(MWh)-1. Przy zbiorze dwufazowym, zalecanym na mniejszych powierzchniach, koszty bezpośredniego zbioru wynosiły 400-650 zł·ha-1. Uwzględniając jednak konieczność załadunku i rozdrabniania, całkowite koszty zwiększyły się do 18,0-18,8 zł·(MWh)-1. Szczukowski i in. (2006) wskazali, że pędy wierzby zbierane zimą w zależności od cyklu zbioru i warunków pogodowych mają wilgotność 46-53%. Składowanie zrębków wymaga zapewnienia warunków, w których będą ograniczone straty suchej substancji i rozwój patogenów. Surowiec krótko przechowywany może być składowany na wyrównanej, utwardzonej powierzchni. Zrębki świeże, składowane w naturalnych warunkach w pryzmie wysychają nierównomiernie i chłoną wodę z opadów atmosferycznych, co przyczynia się do wydłużenia czasu do osiągnięcia wymaganej wilgotności końcowej przed dalszą obróbką surowca. Konsekwencją wydłużonego czasu przechowywania jest zwiększenie start suchej substancji, wzrost temperatury wewnątrz pryzmy i rozwój niepożądanych patogenów. Z tego powodu przy dłuższym przechowywaniu zaleca się składowanie surowca pod wiatą. Z badań wynika, że przechowywanie zrębków wierzby w takich warunkach przez 4 do 6 miesięcy 24 pozwoliło na zmniejszenie jej wilgotności z 45 do 30%. W literaturze wskazuje się również, że lepszym sposobem przechowywania byłoby zastosowanie wymuszonego przepływu powietrza atmosferycznego przez pryzmę zrębków, ale taka technologia zwiększa koszty, przyczyniając się do zmniejszenia zysków. Mniejsze problemy przechowywania stwarzają całe pędy wierzby. Mogą być one przechowywane aż do jesieni kolejnego roku w stogach, w naturalnych warunkach, na otwartym, utwardzonym podłożu. W ciągu takiego okresu ich wilgotność może się zmniejszyć z 50 do 20%. Pędy wierzby zebrane maszynami formującymi wiązki mogą być przechowywane w podobnych warunkach, jak pędy luzem, lecz w tym przypadku lepiej takie wiązki zestawić w stożki. Przepływ powietrza i działanie słońca pozwala na zmniejszenie wilgotności materiału z 50 (w grudniu) do 16% (w maju). Wiązki mogą być również układane przemiennie (w sztaplach) w warstwach poziomych i przechowywane w prostopadłościennych stogach nawet przez okres dwóch lat. Sterty mogą być lokalizowane u plantatorów, a surowiec sukcesywnie dowożony w ciągu roku do odbiorcy. W zależności od ustalonych warunków dostawy może się to odbywać w formie całych pędów lub zrębków. W pracach Sokhansanj (2006) oraz Sokhansanj i Fenton (2006) przedstawiono wyniki analizy różnych sposoby zbioru prosa rózgowatego, w których wykorzystano prasę wielkogabarytową do formowania bel prostopadłościennych o wymiarach 1,2x1,2x2,4 m, zbieracz pokosów, sieczkarnię do rozdrabniania materiału suchego lub wilgotnego. Najbardziej efektywnym sposobem zbioru, ze względów ekonomicznych, było zastosowanie zbieracza pokosów. Koszty zbioru wynosiły 19 $·t-1. Nieco większy koszty poniesiono podczas zbioru prasą wielkogabarytową (23 $·t-1). Mniejsze koszty przy zastosowaniu zbieracza pokosów wynikają ze zmniejszenia liczby operacji i dużej pojemności skrzyni ładunkowej 45,3 m3. Koszty rozdrabniania, a następnie stogowania i zakiszania biomasy wynosiły 35 $·t-1, ale autorzy wskazują, iż ta technika zbioru ma duży potencjał w przyszłości. Koszty te wynikały głównie z wysokiej ceny sieczkarni 83,37 $·h-1 oraz nakładów inwestycyjnych na zbudowanie silosu przejazdowego lub maszyny silosującej, tworzącej rękaw z folii. Nakłady energetyczne na zbiór prosa rózgowatego zmieniały się od 0,319 GJ·ts.m.-1 dla operacji ze zbieraczem pokosów do 0,590 GJ·ts.m.-1 dla technologii rozdrabniania materiału suchego. Nakłady energetyczne zależą od mocy silników zainstalowanych w urządzeniach technicznych, a zastosowana sieczkarnia polowa była wyposażona w silnik o mocy powyżej 200 kW. Uwzględniając wartość opałową prosa rózgowatego 16 GJ·ts.m.-1, nakłady energetyczne na zbiór zawierają się od 2% dla zbieracza pokosów do poniżej 4% dla sieczkarni polowej. Nakłady energetyczne na zakiszanie biomasy były nieco mniejsze niż na rozdrabnianie materiału suchego. Podobne wnioski sformułowali Conrado i in. (2005), którzy stwierdzili, że zbiór prosa rózgowatego za pomocą zbieracza pokosów jest najbardziej efektywny pod względem ekonomicznym. Koszty zbioru słomy łodyg kukurydzy po zbiorze na ziarno były podobne do kosztów zbioru prosa rózgowatego. Niewielkie różnice (1-2 $·t-1) mogły być związane z gęstością objętościową zbieranego materiału roślinnego lub z kosztami rozdrabniania łodyg kukurydzy, w porównaniu z kosztami koszenia prosa rózgowatego. Model IBSAL (Sokhansanj i Fenton 2006) zastosowano również do obliczenia kosztów transportu biomasy ze stogów formowanych przy farmie lub na polu do biorafinerii. Koszty obejmowały załadunek, transport, rozładunek, stogowanie i mielenie w biorafinerii. Koszty transportu samochodami ciężarowymi zależały od całkowitej odległości oraz od tego, czy była to stała odległość, czy łączona z kilku odcinków, od minimum do maksimum. Dla stałej odległości, o maksymalnej wartości 100 km, koszty transportu wynosiły około 25 $·t-1, a dla łączonej, w zakresie 20-100 km 19 $·t-1. Koszty transportu kolejowego zależały głównie od ilości ładunku i zmniejszały się wraz z odległością transportową. Całkowite koszty dostarczania biomasy zależą od wielu czynników, ale najważniejszymi są gęstość objętościowa biomasy, jej wilgotność i odległość transportowa. Zagęszczanie biomasy jest łatwe i bezpieczne, zwłaszcza przy wykorzystaniu istniejącego sprzętu, wykorzystywanego do obróbki ziarna. Koszty dostarczania granulowanej biomasy mogą zmieniać się w zakresie 46-73 $·t-1. Koszty te nie zawierają wynagrodzenia, które można 25 oszacować o wartości 10 $·t-1. Całkowite nakłady energetyczne technologii zbioru i przetwarzania biomasy na pelety zawierają się w granicach 1,0-1,5 GJ·t-1. Oznacza to, że poniesione nakłady energii wynoszą 6-10% energii zawartej w biomasie, którą szacuje się o wartości 16 GJ·t-1. Sokhansanj i Fenton (2006) sformułowali następujące spostrzeżenia, których zastosowanie może prowadzić do zmniejszenia kosztów: – zmniejszenie liczby operacji podczas zbioru przez ich łączenie, – zwiększenie gęstości objętościowej biomasy, – nakłady związane ze zmniejszeniem wilgotności, – granulacja / peletyzacja jest technologią dostępną, ale jest kosztowną, – transport samochodowy dominuje w transporcie biomasy, ale na duże odległości można rozważyć transport koleją i innymi środkami. Koszty zbioru roślin energetycznych są bardzo zróżnicowane i trudno jest je bezpośrednio ze sobą porównywać, z uwagi na odmienne warunki polowe, klimatyczne, a także doświadczenie zespołów wykonujących badania i pomiary. Ceny maszyn, paliwa, robocizny i ich relacje mogą w znaczący sposób wpływać na końcowy wyniki kosztów oraz prowadzić do odmiennych wniosków. 7. Podsumowanie Technologie bezpośredniego zbioru wierzby na zrębki, przy zastosowaniu obecnych maszyn na odpowiednio dużych plantacjach, są tańsze niż techniki dwuetapowe w postaci całych łodyg (Styles i in. 2008). Technologie zbioru całych łodyg są natomiast bardziej elastyczne, ze względu na mniejsze ograniczenia warunków zbioru i mogą przynieść korzyści (Kofman 2005), które wynikają z mniejszych kosztów, możliwości naturalnego suszenia, pozwalając na pozyskanie lepszego paliwa (Harders 2002). W Wielkiej Brytanii rośliny przechowywane w takich warunkach w ciągu siedmiu miesięcy zmniejszyły wilgotność z 53-55% do 19% (Hilton 2000). Do wad tego sposobu zbioru wierzby można zaliczyć również większą liczbę przejazdów środków transportowych, konieczność zastosowania specjalnych przyczep do transportu długich łodyg (do 8 m) i ładowaczy do ich załadunku, przeznaczenie większych szerokości na uwrocia i powierzchni na przechowywanie dużych objętości surowca. W sumie w tej technologii zbioru jest więcej operacji do wykonania i jest ona bardziej pracochłonna niż technologia zbioru jednoetapowego. Na podstawie dotychczasowych wyników badań (Lechasseur, Savoie 2005) można stwierdzić, że zastosowanie maszyn do zbioru całych pędów wierzby pozwala na znaczne zmniejszenie jednostkowego zużycia paliwa w przeliczeniu na tonę świeżych roślin. Stwierdzono, że podczas pracy maszyn Empire 2000, Frobbesta i Hyd-Mech zbierających wierzbę w całości jednostkowe zużycie paliwa wynosiło 0,50-1,00 l·t-1, a maszyn Claas Jaguar 695, Bender i Austoft 7700, które jednocześnie ścinają i rozdrabniają łodygi – 0,951,20 l·t-1. Mniejsze wartości tego wskaźnika dla maszyn zbierających całe pędy roślin wynikają z faktu, iż podczas tego zabiegu rośliny są tylko ścinane i transportowane w całości do przestrzeni ładunkowej maszyny lub przyczepy. Dopiero po okresie przechowywania następuje rozdrabnianie łodyg na zrębki. Dlatego bezpośrednie porównanie zapotrzebowania na moc lub innych wskaźników energetycznych maszyn zbierających wykonujących różne funkcje jest uproszczeniem. Brak jest również jednoznacznych kryteriów wartościowania - miar ekonomicznych, którymi można byłoby mierzyć korzyści ekologiczne, związane ze stosowaniem określonych technik zbioru. Ekspertyzę opracowano na podstawie pracy naukowej finansowanej ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w latach 2007-2010 jako projekt badawczy zamawiany PBZ-MNiSW-1/3/2006 26 8. Literatura Abrahamson L.P., Volk T.A., Priepke E., Posselius J., Aneshansley D.J., Smart L.B. 2008: Development of a willow biomass crop harvesting system in New York. Minneapolis, ss. 21. Bitra V.S., Womac A.R., Chevanan N., Sokhansanj S. 2008: Comminution properties of biomass in hammer mill and its particle size characterization. Published by the American Society of Agricultural and Biological Engineers, St. Joseph, Michigan, http://www.asabe.org/, ,ss. 28. Boyd J., Christersson L., Dinkelback L. 2000: Energy from willows. SAC, http://www1.sac.ac.uk/envsci/external/willowpower/willow_s.pdf, ss. 36. Chołuj D., Podlaski S. 2008: Kompleksowa ocena biologicznej przydatności 7 gatunków roślin wykorzystywanych w uprawach energetycznych. [W:] Energia odnawialna, red. Gradzik P., MODR, Płońsk: 61-76. Conrado R., Linden K., Martin R., Pinge A. 2005: Switchgrass feedstock logistics systems. ENGS 190/290 Final Report, Winter 2005, Report number – 27, Thayer School of Engineering at Darthmouth College, 8000 Cummings Hall, Hanover, NH 03755-8000 Dreszer K., Michałek R., Roszkowski A. 2003: Energia odnawialna – możliwości jej pozyskiwania i wykorzystania w rolnictwie. Wydawnictwo PTIR, Kraków-LublinWarszawa, ss. 256. Dubas J. 2003: Wierzba. [W:] Rośliny energetyczne, red. Kościk B. Wydawnictwo AR w Lublinie: 56-78. Dubas J.W., Tomczyk A. 2005: Zakładanie, pielęgnacja i ochrona plantacji wierzb energetycznych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa: 29-30. Faber A., Kuś J. (red.), Matyka M. 2009: Uprawa roślin na potrzeby energetyki. W&B Wiesław Krzewiński, ss. 30. Felker P., Mclauchlan R., Conkey A., Brown S. 1999: Case study: development of a swath harvester for small diameter (< 10 cm) woody vegetation. Biomass and Bioenergy 17: 1-17. Gera D., Mathur M.P., Freeman M.C., Robinson A. 2002: Effect of large aspect ratio of biomass particles on carbon burnout in a utility boiler. Energy & Fuels 16: 1523-1532. Gromadzki J. 2009. Katalog cennik ciągników i maszyn rolniczych. PIMR, Poznań., ss. 160. Harders G. 2002: Harvest, loading and transporting of willow chips from agricultural land – a system analysis. JTI Institut för Jordbruks – och miljö teknik. Raport JTI, ss. 294. Hilton B. Arbre 2000: Harvesting experience and future requirements, http://test.netgates.co.uk/nre/pdf/BarbaraHiltonPaper.doc , Hilton B., Garstang J., Groves S., King J., Metcalfe P., Pepper T., Mcrae I. 2005: ARBRE Monitoring The Fuel Supply Chain., DTI, UK http://www.dti.gov.uk/renewables/publications _pdfs/bu1006260000.pdf. Jeżowski S. 2003: Rośliny energetyczne – produktywność oraz aspekt ekonomiczny, środowiskowy i socjalny ich wykorzystania jako ekopaliwa. Postępy Nauk Rolniczych 3: 61-73. Kofman P.D. 2005: Establishment and harvesting of willow SRF in Denmark. http://www.coford.ie/iopen24/pub/pub/Seminar/2005/Kofman.pdf . Kowalczyk–Juśko A. 2009: Przydatność wybranych gatunków roślin do energetycznego wykorzystania. [W:] Biomasa jako źródło energii, red. Jackowska I., Wydawnictwo Wieś Jutra, Warszawa, 39-50. Kraszkiewicz A. 2010: Mechaniczny zbiór dendromasy roślin energetycznych uprawianych w krótkiej rotacji. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 5: 5-7. Kristensen E.F. 2003: Harvesting and handling of miscanthus – Danish experience 2003. Proc. 1st meeting of IEA-Bioenergy Task 30, Denmark, September 22-25, 2001. [W:] Jørgensen U., Verwijst T. (red.), DIAS report – Plant Production 86: 41-46 www.shortrotationcrops.org . Kwaśniewski D., Mudryk K., Wróbel M. 2006: Zbiór wierzby energetycznej z użyciem piły łańcuchowej. Inżynieria Rolnicza 13: 271-277. 27 Kwaśniewski D., Mudryk K., Wróbel M. 2008: Ocena zbioru wierzby energetycznej z użyciem kosy spalinowej. Inżynieria Rolnicza 10: 159-165. Lavoie F., D’Amours L., Savoie P. 2007: Development and field performance of a willow cutter–shredder–baler. VDI BERICHTE, VOL 2001: 311-316. Lavoie F., Savoie P., D’Amours L., Joannis H. 2008: Development and field performance of a willow cutter–shredder–baler. Applied Engineering in Agriculture 24(2): 165-172. Lechasseur G., Savoie P. 2005: Cutting, bundling and chipping short rotation willow. The Canadian society for engineering in agricultural, food, and biological systems. Paper 05-080, ss. 12. Lisowski A. (red.), Chlebowski J., Klonowski J., Nowakowski T., Strużyk A., Sypuła M. 2010. Technologie zbioru roślin energetycznych. Wydawnictwo SGGW, ss. 146. Lisowski A. 2006: Ścinanie i rozdrabnianie wierzby energetycznej. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 4: 8-11. Lisowski A. 2009. Sieczkarnia do zbioru roślin energetycznych. Agrotechnika, 11, 38-39. Lisowski A., Sar Ł., Świątek K., Kostyra K. 2008: Separator sitowy do analizy rozkładu długości sieczki. Technika Rolnicza, Ogrodnicza, Leśna 2: 17-19 Molas R. 2008: Topola czy ślazowiec – rośliny energetyczne. www.instalator.pl , ss. 4. Mola–Yudego B., Pelkonen P. 2008: The effects of policy incentives in the adoption of willow short rotation coppice for bioenergy in Sweden. Energy Police 36(8): 3062-3068. Molenda M. 2009. Właściwości mechaniczne sypkich agromateriałów i proszków spożywczych. Metody wyznaczania i prognoza kierunków standaryzacji. Ekspertyza, 16 ss. Publikacja dostępna w serwisie: www.agengpol.pl Muzalewski A. 2006: Koszty eksploatacji maszyn. Wskaźniki eksploatacyjno–ekonomiczne maszyn i ciągników stosowanych w gospodarstwach indywidualnych. Wydawnictwo IBMER, Warszawa, ss. 32. Muzalewski A. 2008: Zasady doboru maszyn rolniczych. www.arimr.gov.pl/pliki/70/0/0/Zas_dob_masz_rol_300309.pdf , ss. 92. Muzalewski A., Olszewski T. 2000. Ekonomiczno-organizacyjne aspekty zespołowego użytkowania maszyn rolniczych. Warszawa. IBMER, ss. 94. Nordh N.E. 2005: Long Term Changes in Stand Structure and Biomass Production in Short Rotation Willow Coppice. Praca doktorska. Swedish University of Agricultural Science. www.diss-epsilon.slu.se/archive/00001001/01/2005120.pdf, ss. 26. Nowakowski T., Lisowski A., Strużyk A., Dołżycki A., Smaga M. 2008: Koncepcja maszyny do zbioru wierzby krzewiastej. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna 3: 2-4. Pasyniuk P. 2007: Problemy mechanizacji uprawy i zbioru wierzby krzewiastej Salix viminalis, Problemy Inżynierii Rolniczej 1 (55): 145-154. Pasyniuk P. 2008: Problemy organizacyjne zbioru wierzby krzewiastej na cele energetyczne. Międzynarodowa Konferencja Naukowo–Techniczna „Rola infrastruktury i techniki w zrównoważonym rolnictwie”. Kielce, 13-14 marca 2008, poster, ss. 6. Pellerin R.A., Aneshansley D.J., Phelps A., Abrahamson L.P. 1999: Evaluation of tree harvesters and delivery systems for short rotation willow crop. ASAE/CSAE–SCGR, Paper 995055. Savoie P. 2005. Cutting, bundling and chipping short rotation willow. CSAE/SCGR Meeting, Winnipeg, Manitoba, 25-29 June, no. 05-080, ss. 11. Schroeder B., Savoie P., Lavoie F., D’Amours L., Kort J. 2008. Woody Biomass Harvest from Willow Rings. Short Rotation International Crops Conference Bloomington, Minnesota, August 18-22, 2008. Shaw M.D., Tabil L.G. 2007: Compression, relaxation, and adhesion properties of select biomass grinds. Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. Manuscript PM 07 006, Vol. IX, ss. 16. Sokhansanj S. 2006: Overview of the Integrated Biomass Supply Analysis and Logistic (IBSAL). A special publication Oak Ridge National Laboratory, ORNL/TM, ss. 38. Sokhansanj S., Fenton J. 2006: Cost benefit of biomass supply and pre–processing. BIOCAP, Kanada, ss. 32. Spinelli R. 1999: A review of short–rotation forestry harvesting in Europe, 28 http://www.woodycrops.org/paducah/spinelli.html . Spinelli R. 2001: Report on the CRL Mk II SRC harvester, www.treepower.org/harvesting/crl.pdf ,ss. 7. Spinelli R., Kofman P. 1996: A Review of Short–Rotation Forestry Harvesting in Europe, First Conference of the Short Rotation Woody Crops Operations Working Group, Paducah, KY, September 23–25. Stuart W.B. 1994: Mechanization of short rotation, intensive culture wood crops, http://www.woodycrops.orga/mechconf/stuart.html , ss. 131. Styles D., Thorne F., Jones M.B. 2008: Energy crops in Ireland: An economic comparison of willow and Miscanthus production with conventional farming systems. Biomass and Bioenergy 32(5): 407-421. Szczukowski S., Tworkowski J., Stolarski M. 2006: Wierzba energetyczna. Wydawnictwo Plantpress, Kraków, ss. 46. Wilkinson J.M., Evans E.J., Bilsborrow P.E., Wright C., Hewison W.O., Pilbeam D.J. 2007: Yield of willow cultivars at different planting densities in a commercial short rotation coppice in the north of England. Biomass and Bioenergy 31(7): 469-474. Yiljep Y., Mohammed U. 2005: Effect of knife velocity on cutting energy and efficiency during impact cutting of sorghum stalk. Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. Manuscript PM 05 004, Vol. VII. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego AGROINŻYNIERIA GOSPODARCE 29
