Rośliny energetyczne - charakterystyka podstawowych gatunków i

Damian Artyszak
Rośliny energetyczne - charakterystyka
podstawowych gatunków i ich wykorzystanie w
polskiej energetyce
Koło Naukowe Energetyków
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska
Konferencja: Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Opiekun naukowy: dr inż. Karolina Błogowska
Abstrakt
W referacie przedstawiono rośliny energetyczne wykorzystywane do produkcji biopaliw
stałych używanych w procesach spalania bezpośredniego lub współspalania z węglem.
Opisano gatunki potencjalnie przydatne do produkcji biomasy w warunkach klimatu
umiarkowanego ze szczególnym uwzględnieniem roślin uprawianych obecnie na terenie
Polski. Dodatkowo przedstawiono rośliny mało znane w kraju, które mają szansę znaleźć
zastosowanie w rodzimej energetyce w ciągu najbliższych lat. Przy opisie zwrócono
szczególną uwagę na przedstawienie czynników predestynujących dane gatunki do
produkcji biopaliw stałych. Oprócz roślin traktowanych jako typowe rolnicze surowce
energetyczne przedstawiono przykłady zastosowania gatunków niekonwencjonalnych.
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
1. WSTĘP I CEL PRACY
W Polsce, podobnie jak na całym świecie, zasoby nieodnawialnych źródeł energii się
kurczą. Różne są szacunki dotyczące tempa zanikania zasobów kopalnych, jednak
oczywiste jest, że złoża węgla, ropy naftowej czy gazu z biegiem czasu się zmniejszają.
Należy również pamiętać o negatywnym wpływie energetyki konwencjonalnej na
środowisko naturalne. Sytuacja ta zmusza do poszukiwania innych, alternatywnych i
proekologicznych źródeł energii.
Jednym z celów polityki energetycznej Unii Europejskiej jest systematyczne wdrażanie
odnawialnych źródeł energii (OZE), aby zmniejszyć zużycie zasobów kopalnych. Polska,
jako członek Unii, musi w najbliższym czasie zmienić strukturę swojej energetyki i
zwiększyć udział energii odnawialnej do 20% w 2020 r. Ten cel można zrealizować jedynie
za pomocą biomasy, która jest praktycznie jedynym liczącym się reprezentantem OZE w
naszym kraju. W 2005 r. produkcja energii pierwotnej z OZE stanowiła 4,8% całkowitego
zużycia, przy czym aż 95,5% źródeł odnawialnych stanowiła biomasa.
W Polsce największy udział w bilansie energii pierwotnej pochodzącej z biomasy
stanowi drewno opałowe. Podaż drewna nie jest jednak nieograniczona ze względu na
politykę leśną kraju. Rozwiązaniem tej sytuacji są rośliny energetyczne. Plantacje
odpowiednich gatunków mogą stanowić stabilne źródła biomasy.
Celem pracy jest charakterystyka gatunków, które są już uprawiane w Polsce i tych,
które mogą być wkrótce wykorzystane w naszym kraju.
2. BIOPALIWA STAŁE
Biopaliwa są w gruncie rzeczy wynikiem działalności promieniowania słonecznego.
Energia słoneczna zostaje przetworzona na energię chemiczną w procesie fotosyntezy,
który polega na syntetyzowaniu związków organicznych (węglowodanów) z dwutlenku
węgla i wody, przy udziale energii słonecznej:
6 CO2 + 6 H2 O + energia świetlna → C6 H12 O6 + 6 O2
W praktyce wydajność fotosyntezy wyrażona jako stosunek energii chemicznej
związanej przez rośliny do energii zawartej w promieniowaniu słonecznym padającym na
rośliny jest niewielka (poniżej 1%). W przypadku roślin energetycznych można wyróżnić
dwa różne mechanizmy fotosyntezy: C3 i C4. Powszechniejszy jest mechanizm C3 (cykl
Calvina-Bensona), występuje u ok. 95% roślin. Mechanizm C4 (cykl Hatcha-Slacka) jest
zaś bardziej wydajny: wykorzystanie światła jest w nim o ok. 40% większe niż w
przypadku C3, co wynika z dwukrotnego procesu wiązania CO2. Ten typ fotosyntezy jest
typowy dla roślin przystosowanych do suchego i gorącego klimatu.
Głównymi składnikami energetycznymi w roślinach energetycznych są lignina (10–
25% zawartości), celuloza (40–60%) i hemiceluloza (20–40%). Biomasę uzyskaną z
plantacji roślin energetycznych, którą wykorzystuje się do bezpośredniego spalania, zalicza
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
się do grupy biopaliw pierwotnych (w przeciwieństwie do biopaliw wtórnych, takich jak
biogaz, bioetanol itd.). Ze względu na sposób wykorzystania można dalej dokonać
podziału na biomasę nieprzetworzoną, przetworzoną i kompaktową.
Biomasa nieprzetworzona występuje między innymi w postaci ziarna zbóż, na przykład
owsa (patrz: paragraf 3.5.3.). Ziarno może być z powodzeniem stosowane w celach
grzewczych, ale wymaga to wyposażenia kotła w specjalny palnik do spalania ziarna.
Do biomasy przetworzonej zalicza się:

zrębki drzewne – rozdrobnione drewno w postaci długich ścinków o
nieregularnych kształtach (rys. 1). Uzyskiwane na plantacjach wierzby czy
innych drzewiastych roślin energetycznych (patrz: podrozdział 3.2.). Wartość
opałowa zrębków wynosi przeciętnie 6–16 MJ/kg, wilgotność 20–60%
(optymalnie 25–45%), a zawartość popiołu stanowi od 0,6 do 1,5% suchej masy.
Zrębki są poszukiwanym paliwem dla kotłów, nadają się do zasilania palenisk
rusztowych i fluidalnych, ale ich współspalanie w kotłach pyłowych stwarza
duże problemy. Wadą zrębków jest wrażliwość na zmiany wilgotności
powietrza;
Rysunek 1. Zrębki drzewne. Źródło: http://www.allseasons.pl/wp-content/uploads/2013/08/zrebka-drzewna.jpg

wióry, trociny i korę – uboczne produkty obróbki mechanicznej drewna. Trociny
stanowią cenne paliwo i mogą być wykorzystane w kotłowniach. Wilgotność
trocin jest zróżnicowana i waha się od 6–10% do 45–65% (dla surowca ze
świeżo ściętego drzewa). Przy wilgotności 5–15% zawartość popiołu wynosi
mniej niż 0,5%. Wadami trocin są trudności związane z magazynowaniem i
podatność na zawilgocenia. Wióry z kolei mają niską wilgotność (5–15%) i
niewielką ilość zanieczyszczeń. Kora zaś stanowi ok. 10–15% masy
pozyskiwanego drzewa. Jej wartość opałowa wynosi 18,5–20 MJ/kg, wilgotność
55–65%, a zawartość popiołu, który ma tendencję do żużlowania, stanowi 1–3%
suchej masy;
3
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

pyły i mączki – mają małą średnicę cząstek (< 2 mm). Wartość opałowa wynosi
15–19 MJ/kg przy wilgotności 3,8–6,4%. Niewielkie rozmiary cząstek wpływają
na zwiększenie ich właściwości wybuchowych.
Do biomasy kompaktowej zalicza się:

pelety – produkowane z odpadów roślinnych prasowanych pod wysokim
ciśnieniem. Mają postać małych walców o długości 5–40 mm i średnicy 6–25
mm (rys. 2). Charakteryzują się niską zawartością wilgoci (8–12%), popiołów
(0,4–1%) oraz substancji szkodliwych oraz wysoką wartością opałową (ok. 18,5
MJ/kg). Te cechy sprawiają, że pelety są przyjazne dla środowiska naturalnego,
a jednocześnie łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji;
Rysunek 2. Pelety drzewne. Źródło: http://img.drewno.pl/z/187945_1.jpg

brykiet – otrzymywany z suchego, rozdrobnionego drewna, sprasowanego pod
wysokim ciśnieniem, bez dodatku substancji klejących. Ma formę
prostopadłościanu lub walca o długości 20–300 cm i średnicy 2–8 cm (rys. 3).
Duże zagęszczenie materiału w stosunku do objętości sprawia, że proces
spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli. Brykiet charakteryzuje się
wysoką wartością energetyczną (19–21 MJ/kg), niską wilgotnością (<15%,
najczęściej 6–8%) i zawartością popiołu (0,5–1%). Podobnie jak pelety, nadaje
się do zasilania palenisk rusztowych i fluidalnych, może być współspalany w
kotłach pyłowych;
Rysunek 3. Brykiet z trocin bukowych. Źródło: http://www.pl.all.biz/img/pl/catalog/163809.png
4
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

baloty (bele) – pozyskiwane ze słomy prasowanej, można wyróżnić tzw. małe
baloty (prostopadłościenne) o wadze 8–12 kg, bele wielkowymiarowe o
wysokim stopniu sprasowania (o masie 200–600 kg) lub baloty o przekroju
okrągłym (o masie 150–450 kg) (rys. 4). Wartość opałowa suchej słomy wynosi
ok. 14–15 MJ/kg.
Rysunek 4. Bele ze słomy. Źródło: http://cedrus.org.pl/img/biomasa/b2duzy.jpg
Bardzo ważne znaczenie w przypadku biomasy ma jej wilgotność, która nie tylko
wpływa na wartość opałową i emisję zanieczyszczeń, ale jest również istotna z uwagi na
technologię spalania, transport i magazynowanie. Niekorzystną cechą biomasy jest wysoka
i zmienna zawartość wilgoci. Dla przykładu: wartość opałowa drewna zmniejsza się
liniowo wraz ze wzrostem wilgotności, surowiec świeży o wilgotności 50% ma przeciętnie
o połowę niższą wartość opałową niż drewno suche.
Zawartość popiołu w biomasie jest znacznie mniejsza od zawartości popiołu w
większości węgli (co jest znaczącą zaletą paliw biomasowych), a skład chemiczny i
mineralny popiołów znacząco się różni (tab. 1). Drewno zawiera więcej węgla niż
pozostałe rodzaje biomasy, między innymi dlatego charakteryzuje się większą wartością
opałową. Natomiast zawiera ono najmniej azotu, podczas gdy trawy i ziarna zbóż
charakteryzują się największym udziałem tego pierwiastka. Podobną zależność
zaobserwowano w przypadku powodującego korozję chloru. Popiół pochodzący z biopaliw
stałych zawiera duże ilości składników alkalicznych, które powodują znaczne obniżenie
temperatur topliwości, co może być jedną z przyczyn powstawania osadu.
5
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Tabela 1. Porównanie biomasy z węglem i gazem [26]
Parametry, składnik
Jednostka
Słoma
Słoma
żółta
szara
Drewno Węgiel
Gaz
Wilgotność
% wag.
15
15
30
12
0
Popiół
% wag.
4
3
1
12
0
Węgiel
% wag.
42
43
35
59
75
Tlen
% wag.
37
38
43
7,3
0,9
Wodór
% wag.
5
5,2
4
3,5
24
Chlor
% wag.
0,75
0,2
0,1
0,08
0
Azot
% wag.
0,35
0,41
0,1
1
0,9
Siarka
% wag.
0,16
0,13
0,1
0,8
0
Części lotne
% wag.
70
73
55
25
100
Wartość opałowa
MJ/kg
14,4
15,2
10,5
25
48
Ciepło spalania
MJ/kg
18,2
18,7
13
32
48
3. GATUNKI ROŚLIN ENERGETYCZNYCH
3.1. Cechy ogólne
Pod pojęciem roślin energetycznych rozumie się jednoroczne i wieloletnie gatunki
uprawiane na gruntach rolnych i przetwarzane na biopaliwa, biokomponenty, energię
cieplną lub elektryczną. Generalnie, rośliny energetyczne powinny się charakteryzować
pewnymi określonymi cechami. Najważniejszą z nich jest duży przyrost roczny biomasy,
który zapewnia obfite duże zbiory. Równie znacząca jest niska wilgotność surowca,
zarówno podczas zbioru jak i po wysuszeniu, co wpływa na wzrost wartości opałowej.
Kolejnymi ważnymi czynnikami są odporność na choroby i szkodniki oraz stosunkowo
niewielkie wymagania glebowe. Inna istotna kwestia to możliwość mechanizacji prac
agrotechnicznych związanych z zakładaniem plantacji oraz zbiorem.
3.2. Krzewy i drzewa szybko rosnące
3.2.1. Wierzba wiciowa (Salix viminalis)
Spośród roślin energetycznych to właśnie wierzba cieszy się największym
zainteresowaniem. Popularność tej rośliny wynika z kilku czynników: możliwości
uzyskania dopłat bezpośrednich, dużego przyrostu biomasy (nawet 14-krotnie szybszy niż
6
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
w przypadku lasu naturalnego), wysokiej wartości opałowej, łatwości uprawy oraz długiej
żywotności plantacji (przekraczającej nawet 30 lat).
Na cele energetyczne najczęściej wykorzystuje się szybko rosnącą wierzbę wiciową,
która dorasta w formie krzewiastej do 6 m (rys. 5). Wszystkie zarejestrowane w Polsce
odmiany charakteryzują się szybkim wzrostem i dają wysoki plon suchej masy drewna.
Odznaczają się one dużą odpornością na choroby, tolerancją na szkodniki i można je
uprawiać na wielu rodzajach gleb.
Rysunek 5. Wierzba energetyczna. Źródło: http://www.tbfruit.com/wp-content/uploads/2014/05/gardens-2.jpg
Najważniejsze dla prawidłowego rozwoju rośliny i optymalnego przyrostu biomasy jest
zapewnienie odpowiedniej ilości wody. Jest to szczególnie istotne w pierwszym roku
uprawy, gdy wierzba wiciowa dopiero wykształca system korzeniowy. Jeśli w tym okresie
wystąpi susza, to najprawdopodobniej roślina uschnie. W kolejnych latach susze przestają
być problemem, dzięki rozbudowanemu systemowi korzeniowemu. Duże zapotrzebowanie
wierzby na wodę stanowi jej największą wadę. Woda odprowadzana wraz ze zbiorami nie
tylko obniża wartość opałową pozyskanej biomasy, ale ma również wpływ na mikroklimat,
szczególnie na lokalną gospodarkę wodną. Obniżenie poziomu wód gruntowych prowadzi
do degradacji i wyjałowienia gruntów. Pomimo że wierzba jest rośliną wodolubną, nie
znosi terenów okresowo pozostających pod wodą. Tam, gdzie teren bywa zalewany i woda
pozostaje przez okres dłuższy niż 2–3 tygodnie, większość gatunków wierzb
energetycznych (rys. 6) wypada z plantacji.
7
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Rysunek 6. Wierzba energetyczna. Źródło własne
Aktualnie można wskazać dwa systemy produkcji biomasy wierzby: tradycyjny (z
przygotowaniem gleby i wysadzaniem zrzezów) oraz wdrażany (znany też pod nazwą EkoSalix). Drugą metodę stosuje się na gruntach, na których nie ma możliwości uprawy gleby
lub jest ona z różnych względów nieuzasadniona. Zamiast zrzezów (rys. 7) sadzi się długie
pędy (żywokoły).
Rysunek 7. Zrzezy wierzby energetycznej. Źródło: http://img.drewno.pl/z/165275_1.jpg
Pierwszy rok wegetacji w uprawie rośliny jest traktowany jako faza wstępna. Po
zakończeniu tego okresu pędy rośliny powinny być wycięte, co stymuluje rozwój silnych i
licznych pędów w drugim roku wegetacji. Optymalną zdolność produkcyjną uzyskuje się
po trzech, czterech latach. Pozyskiwanie biomasy prowadzi się w różnych cyklach
zbiorów: jednorocznych, dwu- lub trzyletnim. Powszechnie stosowaną praktyką w
wielkoobszarowych plantacjach jest stopniowe przechodzenie przez poszczególne cykle:
8
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
zbiór w cyklu jednorocznym przez pierwsze trzy lata, następnie przejście do cyklu
dwuletniego, aż ostatecznie w kolejnych latach do cyklu trzyletniego (tab. 2).
Tabela 2. Plon plantacji wierzby krzewiastej [1], [18]
Dane
Jednostka
Częstotliwość zbioru
coroczny
co 2 lata
co 3 lata
Plon suchej biomasy
t/(ha∙a)
14,81
16,07
21,47
Zawartość popiołu
% wag.
1,89
1,37
1,28
MJ/kg s. m.
18,55
19,25
19,56
GJ/ha
274,89
618,44
1261,69
Wartość opałowa suchej biomasy
Wartość energetyczna plonu
Najnowszym trendem jest stosowanie specjalnej odmiany grzybów, które wchodzą z
wierzbą w symbiozę (jest to zjawisko mikoryzy, czyli współżycie korzeni lub nasion roślin
naczyniowych z grzybami). W ten sposób uzyskuje się większy przyrost biomasy i dłuższy
czas życia rośliny. Produkcja na plantacji może przebiegać bez większych zakłóceń przez
20–25 lat. Po ścięciu pędów tuż przy powierzchni gleby, na wiosnę roślina wypuszcza
nowe łodygi i cały cykl zaczyna się od początku. Zbiór wierzby odbywa się od grudnia do
marca, kiedy na plantację może wjechać ciężki sprzęt, a wilgotność drewna jest najniższa.
Do zbioru roślin wykorzystuje się drogie i specjalistyczne kombajny (rys. 8), które
wycinają i rozdrabniają pędy w jednej operacji. Możliwy jest również zbiór całych pędów
za pomocą specjalnych kosiarek. Na małych plantacjach wierzba może być też
pozyskiwana ręcznie przy wykorzystaniu pił łańcuchowych itd.
Rysunek 8. Zbiór wierzby energetycznej za pomocą kombajnu.
announce/2011-12/2560_big.jpg
9
Źródło: http://www.agrofama.pl/uploads/
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Tuż po ścięciu wilgotność wierzby wynosi ok. 50% (tab. 3), po przesuszeniu spada do
ok. 15%. Biomasa uzyskana z plantacji wierzby energetycznej może być wykorzystana na
kilka sposobów. Najpowszechniejsze jest jej spalanie w kotłach. Spalać można biomasę
wstępnie przetworzoną (sieczka wierzbowa, zrębek drzewny (rys. 9)), bądź wysoko
przetworzoną (brykiet drzewny, pelet). Oprócz wykorzystania energetycznego wierzba
może posłużyć też jako surowiec do produkcji wyrobów wiklinowych, sklejek, płyt
pilśniowych, wyrobów papierniczych itd. Tak jak większość roślin energetycznych może
służyć również do rekultywacji terenów zdegradowanych (korzenie wierzby wychwytują
ponad 80% zanieczyszczeń), umacniania brzegów i skarp (jako faszyna) oraz
biologicznego oczyszczania ścieków.
Tabela 3. Skład elementarny, zawartość popiołu oraz wartość opałowa 4-letnich pędów wierzby [28]
Wyszczególnienie
Jednostki (sucha masa)
Węgiel
48,20%
Wodór
6,71%
Tlen
43,00%
Azot
0,29%
Siarka
0,03%
Chlor
0,02%
Popiół
1,92%
Ciepło spalania
19,4 MJ/kg
Wilgotność (podczas zbioru)
~50%
Wartość opałowa (przy wilgotności ~50%)
Rysunek 9. Zrębka wierzby wiciowej.
Wierzba_energetyczna_zrebka.JPG
~8,5 MJ/kg
Źródło:
10
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
3.2.2. Robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia L.)
Robinia pochodzi z obszarów USA. Do Europy sprowadzona została w 1601 r. przez
Jeana Robina, któremu zawdzięcza swoją nazwę. Samorzutnie rozprzestrzenia się w
środowisku naturalnym. Na jej korzeniach znajdują się brodawki zawierające bakterie z
rodzaju Rhizobium, które wiążą wolny azot z powietrza i dostarczają go roślinie w zamian
za węgiel pochodzący z fotosyntezy.
Robinia (rys 10.) posiada wiele cech biologicznych, które predestynują ją jako roślinę
energetyczną: szybki wzrost, małe wymagania co do siedliska, mała wrażliwość na
zanieczyszczenia oraz łatwość hodowli. To gatunek wybitnie pionierskim i z tego tytułu
jest wykorzystywany jest do zadrzewiania hałd, wysypisk, zboczy itd. Cechą niekorzystną
jest obecność cierni na pędach robinii, które mogą powodować uszkodzenia ogumienia w
maszynach wykorzystywanych na plantacji. Dodatkowo cała roślina jest silnie trująca, ale
zawartość trujących związków jest bardzo zmienna. Należy też pamiętać, że jest to drzewo
niebezpiecznie ekspansywne i trudne do wytępienia ze względu na rozległy i głęboki
system korzeniowy.
Rysunek 10. Robinia akacjowa. Źródło własne
11
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Drewno robinii w porównaniu z drewnem wierzby i topoli ma mniejszą wilgotność,
porównywalną wartość opałową (średnio ok. 19,4 MJ/kg s.m.) i większą gęstość. Przy tej
samej objętości dostarcza podczas spalania więcej energii niż drewno innych gatunków.
3.3. Byliny trwałe
3.3.1. Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphorodita)
Sprowadzony do Europy w latach 30. XX w. W Polsce jest znany od ok. 50 lat, kiedy to
rozpoczęto nad nim badania w Akademii Rolniczej w Lublinie. Wykazały one, że
ślazowiec (rys. 11.) jest stosunkowo odporny na suszę i przymrozki oraz może być
uprawiany we wszystkich rejonach kraju. Zaletami są możliwość uprawy na słabych
glebach oraz łatwość rozmnażania. W uprawie jest łatwiejszy od wierzby, ale w
przeciwieństwie do niej ma corocznie zamierające pędy, dlatego zbiór musi być
przeprowadzany każdego roku. Dorasta do 4 m wysokości.
Rysunek 11. Ślazowiec pensylwański. Źródło własne
Istnieją dwie formy tej rośliny: liściasta i łodygowa. Pierwszą z nich uprawia się na
paszę i na biogaz, druga na nasiona i pozyskanie biomasy do spalania. Spośród wszystkich
roślin energetycznych to właśnie ślazowiec najbardziej nadaje się do produkcji peletów z
uwagi na stosunkowo niską zawartość azotu, chloru, popiołu i metali ciężkich (jakość
uzyskanego surowca jest zbliżona do peletów drzewnych). Można z niego uzyskać również
brykiet. Wartości opałowe zrębków i brykietu szacuje się odpowiednio na 14 MJ/kg i 17
MJ/kg. Ślazowiec może też również spalany bezpośrednio, łodygi mają porównywalne
12
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
ciepło spalania z drewnem bukowym, przy czym te cieńsze charakteryzują się większym
ciepłem spalania niż te grubsze. Plantacja może być użytkowana przez 15–20 lat. Kolejną
zaletą rośliny jest niska wilgotność podczas zbioru (16–28%). Do samego zbioru nie jest
wymagany specjalistyczny sprzęt.
Ślazowiec ma wszechstronne zastosowania. Może posłużyć jako roślina pastewne w
żywieniu zwierząt ze względu na dużą (sięgającą ponad 20%) zawartość związków
białkowych. Ślazowca można wykorzystać w przemyśle celulozowo-papierniczym i
farmaceutycznym, jest też rośliną miododajną. Wszystkie te walory sprawiają, że
obserwuje się wzrost zainteresowania uprawą tej rośliny.
Co ciekawe, ślazowiec pensylwański (rys. 12) został pod zmienioną nazwą, jako malwa
pensylwańska, opatentowany w Polsce jako odmiana energetyczna PETEMI. Od tego
momentu prawa do jego zastosowania są chronione międzynarodowym prawem
odmianowym i patentowym. Na Żuławach i na Powiślu znajduje się plantacja ślazowca
(ok. 20 tys. ha), gdzie produkuje się pelety na potrzeby bloku biomasowego
elektrociepłowni Elbląg.
Rysunek 12. Ślazowiec pensylwański. Źródło: http://www.ekotrasa.pl/ekofoto/energia/ener04.jpg
3.4. Topinambur (Helianthus tuberosus)
Bylina pochodząca z Ameryki Północnej, dorastająca do 4 m wysokości. Jej nazwa
wywodzi się od nazwy brazylijskiego plemienia Indian Tupinamba. Przedstawiciele
plemienia odwiedzili w 1613 r. Paryż, stając się w owym czasie sensacją. Ich popularność
była tak wielka, że nazwę plemienia użyto do określenia rośliny, która w tym samym
13
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
czasie także została dostarczona zza Atlantyku. Nie przeszkodziło w tym to, że pochodziła
z innego kontynentu. Do Polski topinambur (rys. 13) trafił w XIX w. jako roślina
dekoracyjna.
Rysunek 13. Topinambur. Źródło: http://www.imagines-plantarum.de/img/0510003.jpg
Topinambur wytwarza podziemne rozłogi zakończone bulwami jak u ziemniaka. Jest
blisko spokrewniony ze słonecznikiem, stąd inna jego nazwa – słonecznik bulwiasty. Ma
ogromną zdolność wiązania energii słonecznej i jest jedną z najbardziej uniwersalnych
roślin energetycznych (tab. 4): można go przetworzyć na biopaliwo stałe, ciekłe i gazowe.
Surowcami energetycznym są zarówno bulwy, które można przeznaczyć do produkcji
etanolu i biogazu, jak również części nadziemne zaschnięte (tab. 5) wykorzystywane do
bezpośredniego spalania lub do produkcji brykietów czy peletów.
Tabela 4. Skład elementarny, zawartość popiołu oraz wartość opałowa biomasy topinamburu [28]
Wyszczególnienie
% suchej masy
Węgiel
46,62
Wodór
5,64
Tlen
35,74
Azot
0,00
Siarka
0,04
Substancje lotne
69,24
Popiół
3,18
Wartość opałowa
14,54 MJ/kg
14
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Tabela 5. Charakterystyka wartości energetycznej części nadziemnej topinamburu [28]
Wartość
Ciepło
Zawartość
opałowa
spalania
popiołu [g/kg
[MJ/kg]
[MJ/kg]
s.m.]
Komorowicz i in. [2009]
14,558
16,128
2,52
8,11
Kowalczyk-Juśko [2006]
11,731
13,266
1,90
29,90
12,038
17,938
3,00
26,60
Źródło
Kołodziej, badania własne,
zbiór jesienny niepubl.
Wilgotność
[%]
Łatwość uprawy, niski koszt założenia plantacji oraz duże zdolności adaptacyjne do
warunków glebowych, przemawiają za uprawą tego gatunku w Polsce. Inną formą
wykorzystania jest rekultywacja gruntów zdewastowanych przez przemysł i gospodarkę
komunalną. Zaletą tego gatunku jest zdolność do samoodnawiania się, co eliminuje
konieczność corocznych nasadzeń. Wymagania klimatyczne rośliny są niewielkie, dobrze
znosi zmienne warunki i niską temperaturę, co zawdzięcza rozwiniętemu systemowi
korzeniowemu. Bulwy topinamburu (rys. 14), w przeciwieństwie do bulw ziemniaka,
wytrzymują niską temperaturę, nawet do -30°C.
Rysunek 14. Bulwy topinamburu. Źródło: http://www.wodr.poznan.pl/images/stories/zdpleszew/topinamburbio.jpg
W Polsce zarejestrowane są dwie odmiany: Albik, o białych, maczugowatych w
kształcie bulwach i Rubik, wytwarzający nieregularnie owalne bulwy barwy fioletowej.
Bulwy topinamburu miewają też kształt wrzecionowaty oraz barwę żółtą, czerwoną i
brązową. Od koloru bulw zależy ich zastosowanie. Do celów kulinarnych wykorzystuje się
te żółtawobiałe, podczas gdy czerwone służą prawie wyłącznie jako pasza dla bydła.
3.4.1. Rdestowiec sachaliński (Reynoutria sachalinensis)
Należy do rodziny rdestowatych bylin, a jego ojczyzną jest Azją Wschodnia. Do Europy
został sprowadzony w I połowie XIX w. jako roślina ozdobna i miododajna, po czym
15
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
samorzutnie rozprzestrzenił się w środowisku. Rdestowiec sachaliński bardzo szybko
rośnie, osiąga nawet do 6 m wysokości pod koniec wegetacji (czyli w przeciągu ok. 5
miesięcy). Szybko się rozprzestrzenia zarówno przez nasiona, jak i długie rozłogi (do 6 m).
Niepielęgnowany i niezbierany dziczeje i staje się uciążliwym oraz bardzo inwazyjnym
chwastem (rys. 15).
Rysunek 15. Dziki rdestowiec sachaliński. Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/10/
Fallopia-sachalinensis-0709.JPG
Uważany jest za gatunek niepożądany w środowisku naturalnym, gdyż wypiera rodzime
gatunki. Bezwzględnie powinien być usuwany z obszarów chronionej przyrody. Cechy,
które utrudniają jego wyeliminowanie ze środowiska naturalnego (szybki przyrost i łatwe
odnawianie się ścinanych pędów), na uprawach energetycznych są wielką zaletą. Wartość
opałowa wynosi ok. 18,4 MJ/kg s. m. Obecnie zakładanie plantacji energetycznych na
skalę przemysłową jest zakazane (dozwolone są jedynie plantacje do celów badawczych).
Możliwe jest też wykorzystanie tej rośliny do oczyszczania gleb silnie skażonych
(rdestowiec z łatwością akumuluje nawet metale ciężkie).
3.5. Trawy wieloletnie
3.5.1. Miskant olbrzymi (Miscanthus sinensis gigantea)
Okazała trawa kępowa (rys. 16) uprawiana w Europie od ok. 50 lat. Miskant olbrzymi
powstał w Danii w wyniku skrzyżowania miskanta chińskiego z miskantem cukrowym.
Początkowo był traktowany jako roślina ozdobna, dopiero od kilkunastu lat znalazł
uznanie jako roślina energetyczna.
16
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Rysunek 16. Miskant olbrzymi. Źródło: http://www.swiatkwiatow.pl/userfiles//image/miskant_olbrzymi3.jpg
Charakterystyczną cechą gatunku jest rozległy system korzeniowy (rys. 17), sięgający
do 2,5 m w głąb ziemi, co sprzyja efektywnemu pobieraniu składników pokarmowych i
wody. Duża zawartość ligniny i celulozy chroni go przed uszkodzeniami mechanicznymi.
Najlepiej rośnie na lekkich, zasobnych w składniki pokarmowe, umiarkowanie wilgotnych
glebach, najwyższe plony daje przy wysokiej temperaturze i wysokim nasłonecznieniu.
Miskant olbrzymi jest jedną z nielicznych roślin o mechanizmie fotosyntezy typu C4, które
można uprawiać w warunkach klimatycznych Europy Środkowej. Ma większe możliwości
przyrostu masy, ponieważ wykorzystanie światła jest o 40% większe niż w przypadku
roślin typu C3.
Rysunek 17. Miskant z widocznym systemem korzeniowym. Źródło: http://www.miskantolbrzymi.net/
photo/Zdjecie0830.jpg
17
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Trawa ta nie ma dużych wymagań co do jakości gleby. Krytycznym momentem podczas
prowadzenia uprawy jest pierwsza zima – rośliny wykazują wtedy dużą wrażliwość na
ujemne temperatury, powinny więc zostać odpowiednio zabezpieczone. Po drugim roku
uprawy miskant olbrzymi znosi bardzo dobrze temperatury zimowe poniżej –20ºC, nawet
bez okrywy śnieżnej. Optymalną produkcję biomasy uzyskuje się w trzecim roku.
W warunkach europejskich miskant olbrzymi wykazuje bardzo wysoką odporność na
większość patogenów roślinnych, co wydatnie przyczynia się do niskich kosztów
utrzymania plantacji. W polskich warunkach nie tworzy nasion i rozmnażany jest w
kulturach in vitro. Brak nasion może być również postrzegany jako cecha pożądana, która
zabezpiecza przed możliwością niekontrolowanego rozprzestrzeniania się miskanta, czy
też przypadkowego krzyżowania z roślinami pokrewnymi. Wegetacja roślin na plantacji
może trwać nawet do 30 lat.
Z plantacji miskanta olbrzymiego pozyskuje się grube, sztywne, wypełnione
gąbczystym rdzeniem źdźbła o wysokości 2–3,5 m. Można też ciąć roślinę na sieczkę (rys.
18). Zebrany i sprasowany materiał roślinny jest formowany w postaci dużych bel
cylindrycznych, przypominających bele słomy. Innym sposobem zbioru miskanta jest
prasowanie w bele prostopadłościenne (małe lub duże kostki).
Rysunek 18. Zbiór miskanta olbrzymiego. Źródło: http://www.miskantolbrzymi.net/photo/IMG_3344_s.jpg
3.5.2. Spartina preriowa (Spartina pectinata)
Wywodzi się z Ameryki Północnej. Charakterystyczne są duże możliwości adaptacyjne:
spartina (rys. 19) występuje zarówno w bardzo suchym jak i bardzo wilgotnym środowisku
(w warunkach naturalnych można ją spotkać od Nowej Funlandii i Quebecu, po Teksas i
Nowy Meksyk). Toleruje zasolenie, odczyn zasadowy i wysoki poziom wód gruntowych,
18
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
ale jest wrażliwa na długotrwałe zalewy i zacienienie. W Polsce nie znalazła dotychczas
szerszego zastosowania, najczęściej wykorzystywano ją jako roślinę ozdobną.
Rysunek 19. Spartina preriowa. Źródło własne
Podobnie jak inne gatunki typu C4 spartina jest okazałą trawą wyrastającą do
wysokości 2 m, tworzącą obszerne, luźne kępy (rys. 21). Jej silne ostro zakończone
korzenie przerastają podłoże niezależnie od jego zwięzłości, dlatego może ona rosnąć na
piaszczystych wałach, groblach, rowach i innych nieużytkach. Spartina preriowa
intensywnie rozrasta się w pierwszym, a jeszcze bardziej w drugim i trzecim roku
wegetacji w wyniku krzewienia. W kolejnych latach zwiększa się liczba pędów i ich
wysokość, co warunkuje zwiększenie plonu biomasy. Wilgotność biomasy spartiny
preriowej zbieranej w okresie zimy jest relatywnie duża i wynosi ponad 25%.
Rysunek 20. Spartina preriowa. Źródło: https://c1.staticflickr.com/3/2624/3918534892_1623a313dd_b.jpg
19
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Zaletą rośliny jest jej długowieczność, która pozwala na użytkowanie plantacji przez
kilkanaście lat. Inne zalety to duża trwałość, znaczący rozmiar masy korzeniowej i
wydajność plonu biomasy. Spartina ma szerokie zastosowania energetyczne, jej biomasa
może służyć do produkcji m.in. biogazu, bioetanolu, czy gazu syntezowego.
3.5.3. Mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea L.)
Rodzima trawa wieloletnia typu C3, występująca pospolicie na terenach typowo
bagiennych oraz torfowiskach w Europie, Azji oraz Ameryce Północnej. Należy do
trwałych, wysokich traw (rys. 22), o krótkim okresie wegetacji.
Rysunek 21. Mozga trzcinowata.
Źródło:
http://www.malag.aes.oregonstate.edu/wildflowers/images/
10_BurnsOR24June_08Reed_canarygrass_Phalaris_arundinacea%20.JPG
Mozga, jako gatunek rodzimy, jest dobrze przystosowana do polskich warunków
klimatycznych, a jej uprawa ma długą tradycję. W stanie naturalnym jest spotykana na
szerokich terasach dolin rzecznych, rzecznych zakolach i starorzeczach. Mozga dobrze
znosi podtopienia oraz susze. Wszystko dzięki głębokiemu systemowi korzeniowemu
(sięgający nawet do 3 m w głąb gruntu). Cechuje się wolnym wzrostem po siewie i osiąga
pełny rozwój dopiero w 2–3 roku po założeniu plantacji. Daje duże plony, wahające się w
granicach 15–20 t s. m./ha. Może być również wykorzystywana w procesie oczyszczania
gleb z metali ciężkich, w rekultywacji poprzemysłowej i w oczyszczaniu ścieków z
pierwiastków biogennych.
Plantację mozgi można użytkować przez ok. 12 lat. Po tym czasie uzyskiwane plony
stopniowo maleją i jest zalecana uprawy. Zbiory przeprowadzane są najczęściej wiosną,
kiedy wilgotność rośliny jest najmniejsza (ok. 10–15%). Można wtedy przerobić mozgę na
brykiety lub pelety (tab. 6, tab. 7). Biomasa może być wykorzystywana do bezpośredniego
spalania, produkcji bioetanolu lub gazyfikacji i pirolizy.
20
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Tabela 6. Charakterystyka wartości energetycznej mozgi trzcinowatej [28]
Wartość
Ciepło
Zawartość
opałowa
spalania
popiołu
[MJ/kg s. m.]
[MJ/kg s. m.]
[g/kg s. m.]
Grzelak [2009]
18,20
19,40
6,90
7,7
Gumeniuk [2007]
17,60
-
5,50
10-25
Burvall [1997]
17,90
-
6,40
-
Heinsoo i in. [2011]
16,69
-
4,51
-
16,22
17,53
5,40
37,4
Źródło
Wilgotność
[%]
Kołodziej, badania
własne, zbiór jesienny,
niepubl.
Tabela 7. Skład elementarny, zawartość popiołu oraz wartość opałowa biomasy mozgi trzcinowatej [28]
Wyszczególnienie
% suchej masy
Węgiel
46,00
Wodór
5,70
Tlen
37,00
Azot
1,33
Siarka
0,17
Chlor
0,56
Krzem
1,20
Substancje lotne
71,00
Popiół
6,40
Wartość opałowa
17,90 MJ/kg
3.5.4. Palczatka Gerarda (Andropogon gerardi)
Trawa preriowa pochodząca z Ameryki Północnej. Rośnie w gęstych kępkach o
okazałych, sztywnych, wypełnionych rdzeniem źdźbłach długości 1–2,5 m (rys. 22).
Dobrze znosi zasolenie, suszę, może być uprawiana na glebach umiarkowanie wilgotnych.
W przypadku palczatki plon bardzo silnie zależy od rodzaju gleby i może się wahać od 6
do 24 t s. m./ha. W USA uważana jest za wartościową roślinę pastewną. Stosowana
również jako roślina osłonowa i dekoracyjna na poboczach autostrad, roślina
przeciwerozyjna oraz używana do rekultywacji terenów poprzemysłowych.
21
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Rysunek
22.
Palczatka
Gerarda.
Źródło:
Andropogon_gerardii_%283904160434%29.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/
Jest gatunkiem ciepłolubnym, o typie fotosyntezy C4, daje największe przyrosty
biomasy w lipcu-sierpniu. Palczatkę można spalać bezpośrednio lub przetwarzać ją do
postaci brykietów i peletów. Uzyskana biomasa nadaje się również do produkcji biogazu.
Badania przeprowadzone w USA wykazały, że jakość biomasy zwiększa się wraz
„wiekiem” rośliny – im później przeprowadzano zbiór palczatki, tym niższa była jej
wilgotność oraz zawartość popiołu. W przeciągu 24 tygodni wilgotność spadła z 50% do
ok. 8%, co znacząco wpływa na poprawę wartości opałowej.
3.6. Inne
3.6.1. Konopie włókniste (Cannabis sativa L.)
Obecnie najpoważniejszą rośliną w Polsce jest wierzba. Jej największymi wadami są
duże wymagania w zakresie zaopatrzenia w wodę (patrz: podrozdział 3.2.1.). Plantacje
innych roślin egzotycznych (miskant, ślazowiec i inne) nie wymagają obfitego
nawadniania, jednak ich oddziaływanie na roślinność rodzimą i środowisko Polski nie jest
obojętne. Dotychczas wszelkie próby aklimatyzacji egzotycznych gatunków zazwyczaj
kończyły się klęską dla rodzimej fauny i flory.
Tych wszystkich wad pozbawione są konopie (rys. 23), znane są w Polsce już od tysiąca
lat. Ich włókno służyło niegdyś do wyrobu sznurów, lin oraz ubrań, a nasiona
wykorzystywano do tłoczenia oleju. Roślina ta nie ma specjalnych wymagań
klimatycznych, rośnie prawie na każdej glebie, dzięki czemu nie wymaga nawożenia.
Konopie mają bardzo dużą odporność na chwasty i pasożyty, przez co zbędne staje się
stosowanie środków ochrony roślin i pestycydów.
22
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Rysunek 23. Konopie włókniste. Źródło własne
Konopie są bardzo łatwe w uprawie i jednocześnie mają bardzo wiele różnorodnych
zastosowań:

Nasiona odpowiednich odmian są źródłem oleju wykorzystywanego w celach
zarówno przemysłowych, jak i spożywczych, gdyż nie zawierają związków
psychoaktywnych, lecz substancje zmniejszające poziom cholesterolu we krwi.
Z uzyskanego oleju można też produkować biodiesel.

Włókno można wykorzystać do produkcji mat budowlanych (izolacyjnych i
tłumiących hałas), bardzo mocnych tkanin (żagle, jeansy) oraz odpornego na
zużycie wytrzymałego papieru (papiery wartościowe, banknoty). Tkaniny z
włókna konopnego są prawie 10 razy bardziej wytrzymałe na rozrywanie niż
bawełniane, a ponadto nie przecierają się przez wiele lat używania i można je
prać ponad sto razy.

Paździerze dzięki dużej wartości opałowej (ok. 18,9 MJ/kg) mogą być, w
postaci peletów lub brykietów (rys. 24), świetnym paliwem. Dotychczas służyły
do wyrobu twardych i mocnych płyt meblarskich.
23
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Rysunek 24. Brykiety z konopi. Źródło: http://konopie.com.pl/images/brykiet.jpg
Zainteresowanie konopiami jako surowiec energetyczny, a nie włókienniczy, ponownie
wzrasta. Konopie charakteryzują się dużym i szybkim wzrostem biomasy, w ciągu
niespełna półrocznego cyklu swojego życia osiągają wysokość do 5 m (rys. 25). Warto
nadmienić, że plantacja konopi dostarcza cztery razy więcej celulozy niż las o tej samej
powierzchni. Uprawa konopi korzystnie wpływa na środowisko - 1 ha konopi wiąże około
2,5 t CO2, co przyczynia się do ograniczenia efektu cieplarnianego. Ponadto rośliny te
absorbują metale ciężkie, co prowadzi do częściowej rekultywacji skażonych terenów.
Zdjęcie 25. Konopie włókniste. Źródło własne
Prowadzone są prace genetyczno-hodowlane nad uzyskaniem nowych odmian o
dużym przyroście biomasy i ze śladowymi ilościami tetrahydrokannabinolu (THC), czyli
głównej substancji psychoaktywnej zawartej w konopiach. Polskie normy są w tym
wypadku bardzo rygorystyczne i do uprawy dopuszczają jedynie odmiany o zawartości
24
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
THC poniżej 0,2%. Produkcja haszyszu i marihuany z takich odmian jest nieopłacalna,
tym bardziej że występuje w nich kanabidiol (CBD) - związek o dość nieprzyjemnym,
otępiającym i usypiającym działaniu. Aktualnie, w krajowym rejestrze COBORU znajduje
się sześć odmian konopi włóknistych, które są przystosowane do polskich warunków
klimatycznych, a przy właściwej agrotechnice gwarantują uzyskanie wysokich i stabilnych
plonów o wartości opałowej 18–19 MJ/kg s. m. Zawartość THC w tych odmianach nie
przekracza 0,15%.
3.6.2. Sorgo (Sorghum)
Zboże z gatunku prosowatych, występujące naturalnie w strefie klimatycznej gorącej i
tropikalnej. Gatunek ten odgrywa ogromną rolę wśród zbóż uprawnych na świecie,
zajmując pod względem areału piąte miejsce (po kukurydzy, ryżu, pszenicy i jęczmieniu).
Na największą skalę hoduje się sorgo dwukolorowe (Sorghum bicolor) (rys. 26).
Zdjęcie 26. Sorgo
SorghumField3.jpg
dwukolorowe.
Źródło:
http://www.mississippi-crops.com/wp-content/uploads/2013/05/
Ma mniejsze wymagania glebowe niż kukurydza i dłużej wytrzymuje brak wody. Sorgo
bardzo oszczędnie gospodaruje wodą ze względu na głęboki system korzeniowy oraz typ
fotosyntezy C4. W przypadku suszy przechodzi w stan głębokiego uśpienia, po czym wraz
ze wzrostem wilgotności gleby wznawia wegetację. Kolejnymi przydatnymi w uprawie
cechami są tolerancja na krótkie okresy zalania, odporność na zasolenie oraz znaczne
zdolności adaptacyjne. Jako roślina tropikalna ma bardzo wysokie wymagania termiczne,
więc w Polsce sieje się ją bardzo późno, po 15 maja.
W warunkach polskich sorgo nie owocuje, co w przypadku produkcji biomasy nie ma
większego znaczenia, a z punktu widzenia inwazyjności rośliny jest wręcz zaletą. Dorasta
do 4 m wysokości i rośnie aż do pierwszych przymrozków, co oznacza, że w październiku
25
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
jest jeszcze zielona. W uprawie jest ok. 30% tańsza od kukurydzy i nie ma jeszcze w
naszym kraju naturalnych. Sorgo można wykorzystać jednocześnie do produkcji
bioetanolu oraz do bezpośredniego spalania. Wartość opałową sorga szacuje się na 17,7
MJ/kg s.m.
3.6.3. Owies zwyczajny (Avena sativa L.)
Gatunek zbóż (rys. 27) powszechnie uprawiany w umiarkowanej strefie klimatycznej
Eurazji oraz Ameryki Północnej. Znajduje zastosowanie głównie jako pasza, poza tym
służy jako surowiec dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego itd. Ziarno owsa nie
ma tak dużego znaczenia w żywieniu zwierząt, ponieważ zawiera dużo włókna surowego
(około 10%) i aż 4–5% tłuszczu surowego. Największe zastosowanie ma w żywieniu koni,
jednak w Polsce liczba tych zwierząt drastycznie spadła, co pociągnęło za sobą spadek
produkcji ziarna owsa.
Rysunek 27. Owies.
Źródło: http://czuwaj.eu/wp-content/uploads/2013/04/%C5%82an-owsa.jpeg
W ostatnich latach coraz częściej mówi się o wykorzystaniu owsa do celów
energetycznych. Jest łatwy w spalaniu, cechuje się stabilną wartością opałową (ok. 18,3
MJ/kg s. m.) i wilgotnością przy zbiorze (10–13%). Podczas spalania owsa powstają
minimalne ilości popiołu (ok. 0,6%), który jest doskonałym nawozem. Wykorzystywanie
popiołu w charakterze nawozu ogranicza konieczność stosowania nawozów sztucznych.
W związku z dotychczasowym wykorzystaniem owsa jego uprawa nie nastręcza
większych trudności, które pojawiają się niekiedy w związku z hodowlą nowych gatunków
roślin energetycznych. Wymagania glebowe owsa są niewielkie, pod uprawę można
wykorzystać też ubogie gleby niskiej jakości (pod warunkiem, że zostaną odpowiednio
nawodnione). Owies uprawiany na ziemiach skażonych oczyszcza glebę z metali ciężkich
– wyklucza to jego wykorzystanie w celach spożywczych, ale nadal nadaje się do celów
26
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
energetycznych. Warto dodać, że transport i magazynowanie owsa jest łatwiejsze niż w
przypadku innych rodzajów biomasy, np. drewna czy słomy.
3.7. Podsumowanie
Z rodzimych gatunków najpowszechniejsza jest obecnie wierzba energetyczna, ale jej
potencjał nadal nie został w pełni wykorzystany. Jest to między innymi spowodowane
odmienną agrotechniką niż w przypadku roślin przeznaczonych na cele żywnościowe. Ten
problem dotyczy większości roślin energetycznych. Pozostałe gatunki, zwłaszcza
egzotyczne, są w chwili obecnej intensywnie badane (między innymi w ośrodku IUNG–
PIB w Puławach, czy w Instytucie Nauk Rolniczych w Zamościu), a ich znaczenie w
energetyce, w porównaniu z wierzbą, jest na razie marginalne. Cieszy jednak coraz
większa popularność miskanta i ślazowca.
Uprawy roślin energetycznych powinny obejmować jak najwięcej gatunków roślin
dostosowanych do zróżnicowanych warunków klimatyczno-glebowych. Zróżnicowanie to
wpłynie na wzrost bioróżnorodności i przyczyni się do zachowania równowagi
ekologicznej, a przez to do ograniczenia rozprzestrzeniania się chorób i szkodników, które
są plagą monokultur rolniczych i leśnych.
Przy zakładaniu plantacji należy pamiętać, że podstawową funkcją rolnictwa jest
zapewnienie potrzeb gospodarczych kraju, czyli wyprodukowanie odpowiedniej ilości i
asortymentu surowców. Wszystkie inne zadania w ramach wielofunkcyjnego modelu
rolnictwa powinny być również rozwijane, jednakże dopiero występujące wolne
powierzchnie użytków rolnych mogą być wykorzystywane pod uprawę roślin na inne cele,
w tym również energetyczne.
Jakość użytków rolnych jakimi dysponujemy stwarza dodatkowe. W celu
zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego kraju grunty orne bardzo dobre i dobre (ok. 8
mln ha) nie powinny być przeznaczane pod trwałe plantacje roślin energetycznych. W tej
sytuacji plantacje powinny być lokalizowane głównie na glebach o ograniczonej
przydatności rolniczej (ok. 5 mln ha) oraz na zbędnych użytkach zielonych. Z
powodzeniem można większość gatunków zaadaptować na gruntach skażonych przez
przemysł. Nie można zapomnieć, że dobór gatunków roślin energetycznych zależy również
w dużym stopniu od warunków pogodowo-klimatycznych.
Są i inne czynniki ograniczające rozwój plantacji: od przyczyn czysto prawnych
(bardzo restrykcyjne przepisy dotyczące konopi włóknistych, czy Ustawa o ochronie
przyrody dotycząca gatunków inwazyjnych), po przyczyny społeczne (wielu rolników nie
wyobraża sobie, aby przeznaczyć ziarna owsa do spalenia, zamiast do celów
spożywczych). Istotna jest też kwestia inwazyjności. Nieustannie trwają badania
genetyczno-hodowlane, których celem jest stworzenie „kontrolowanych” gatunków i
należy mieć jedynie nadzieję, że zakończą się one powodzeniem.
27
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Na końcu tego rozdziału, dla wygody Czytelnika, zamieszczono tabele pochodzące
z różnych źródeł, w których porównano omówione wcześniej gatunki.
Tabela 8. Zestawienie parametrów biopaliw pozyskanych z plantacji energetycznych w 2006 roku w
Stacji Doświadczalnej Wydziału Nauk Rolniczych w Zamościu [18]
Wyszczególnienie
Wilgotność Popiół
Ciepło
Wartość
Wartość
spalania
opałowa energetyczna plonu
[MJ/kg]
[MJ/kg]
[GJ/ha]
1
10,9
9,3
274,89
3,1
1,7
18,7
17,6
-
16,3
4
14,9
13,6
217,6
6,7
4,7
17,9
16,7
-
20,2
3,4
14,7
13,3
331,6
6,4
4,3
17,3
17,3
-
Ślazowiec
14,3
2
15,8
14,4
273,6
pensylwański
6,1
2,3
18,4
17,3
-
Topinambur
17,7
3,3
14,9
13,5
168,8+38,2*
*bulwy
7,4
4
18
16,9
-
18,6
4,3
15,3
13,9
41,7
7,6
5,3
18,8
17,7
-
15,5
2,6
16,6
15,3
51,6
7,4
3,1
19,7
18,5
-
[%]
[%]
41,6
Wierzba wiciowa
Miskant olbrzymi
Spartina preriowa
Owies – słoma
Owies – ziarniak
28
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Tabela 9. Plony wieloletnich roślin energetycznych [28]
Plon
Plon uzyskiwany w
reprezentatywny
praktyce [t s.
[t s. m./(ha∙a)]*
m./(ha∙a)]
Wierzba
8
7-20
Ślazowiec pensylwański
9
8-16
Miskant olbrzymi
10
8-20
Topinambur
8
4-12
Spartina preriowa
8
7-16
Mozga trzcinowata
8
4-10
Rdestowiec sachaliński
20
10-22
Robinia akacjowa
7
5-9
Gatunek rośliny
*Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 16 lutego 2009 r.
Tabela 10. Wartość opałowa różnych rodzajów biomasy oznaczona dla absolutnie suchej masy oraz
wilgotność [28]
Wartość opałowa suchej
Przeciętna wilgotność
masy [MJ/kg s.m.]
surowca [%]
17,6 – 18,4
50 – 55
Miskant olbrzymi
17,70
6 – 16
Spartina preriowa
17,3 – 17,8
6 – 20
Ślazowiec pensylwański
17,20
8–9
Topinambur
16,90
7 – 17
17,8 – 19,6
5–9
Drewno liściaste (np. buk)
18,40
25 – 50
Drewno iglaste (np. świerk)
18,80
25 – 50
Brykiety drzewne
16,90 – 20,4
5 – 14
Brykiety ze słomy
17,10
8 – 12
Zrębki wierzby
Pelety z biomasy
29
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
Tabela 11. Wymagania uprawowe roślin pod kątem ich przydatności do zakładania plantacji energetycznych [26]
Wymagania glebowe
Gleby
Gleby uprawowe
Gatunek
Zróżnicowane wymagania
wierzba
z preferencją gleb żyznych
mozga
Tolerancja na
ślazowiec
trzcinowata
dewastację i
pensylwański
i lekkich
wierzba
ślazowiec
chemiczne
pensylwański
spartina preriowa
zanieczyszczenie
konopie włókniste
gleby
Przeciętne wymagania,
Gatunek
zdewastowane
topinambur
palczatka Gerarda
gleby średniozwięzłe i
miskant
lekkie
topinambur
olbrzymi
Małe wymagania z
rdestowiec
Gerarda
sachaliński
rdestowiec
Tolerancja na
sachaliński
chemiczne
miskant olbrzymi
spartina preriowa zanieczyszczenie
gleby
konopie
tolerancją lekkich i bardzo
lekkich oraz nawożenia
palczatka
mozga trzcinowata
włókniste
robinia akacjowa
robinia akacjowa
sorgo
sorgo
owies
owies
Wymagania wodne
Uwilgotnienie
Gatunek
Wierzba
rdestowiec sachaliński
Preferencja dobrego nawodnienia
miskant olbrzymi
owies
spartina preriowa
Tolerancja zmiennego nawodnienia
mozga trzcinowata
ślazowiec pensylwański
30
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
robinia akacjowa
topinambur
palczatka Gerarda
Tolerancja niedoboru wilgoci
konopie włókniste
sorgo
Wymagania klimatyczne
Opadowo-termiczne
Gatunek
rdestowiec sachaliński
Wrażliwość na niedobór opadów i niską
miskant olbrzymi
temperaturę
konopie włókniste
wierzba
Wrażliwość na niedobór opadów i odporność
spartina preriowa
na niską temperaturę
mozga trzcinowata
owies
Odporność na brak opadów i wrażliwość na
palczatka Gerarda
niską temperaturę
sorgo
ślazowiec pensylwański
Odporność na niedobór opadów i niską
topinambur
temperaturę
robinia akacjowa
Wymagania lokalizacyjne
Ekspansywność
Gatunek
konopie włókniste
wierzba
Dopuszczalne na obszarach chronionych
mozga trzcinowata
owies
sorgo
miskant olbrzymi
Kontrolowana uprawa na obszarach
ślazowiec pensylwański
chronionych
topinambur
rdestowiec sachaliński
Niewskazana uprawa na obszarach
chronionych
spartina preriowa
palczatka Gerarda
31
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
robinia akacjowa
Tabela 12. Właściwości energetyczne wybranych roślin energetycznych wyhodowanych w województwie
pomorskim [26]
Wilgotność
Wyszczególnienie
[%]
Wartość
opałowa
[MJ/kg]
Miskant olbrzymi
53,64
16,22
Rdest sachaliński
55,43
17,44
Wierzba wiciowa
24,05
17,84
Topinambur – liście
32,53
16,25
Topinambur – łodygi
55,41
17,88
Ślazowiec pensylwański
37,22
16,69
Technologie
bioenergetyczne,
BIBLIOGRAFIA
[1]
Buczkowski
R.,
Cichosz
M.,
Igliński
B.:
Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2009.
[2]
Burczyk H., Grabowska L., Kołodziej J.: Zastosowanie energetyczne konopi
włóknistych, „Problemy Inżynierii Rolniczej” 2007, nr 2, s. 19-25.
[3]
Burvall J.: Influence of harvest time and soil type on fuel quality in reed canary
grass (Phalaris arundinacea L.), „Biomass Bioenergy” 1997, n. 12, s. 149-154.
[4]
Dubas J.W., Grzybek A., Kotowski W., Tomczyk A.: Wierzba energetyczna –
uprawa i technologie przetwarzania, Wyższa Szkoła Ekonomii i Administracji w
Bytomiu, 2004.
[5]
http://www.biomasa.org/ (wejście 29.07.2015)
[6]
http://www.biomax.com.pl/ (wejście 29.07.2015)
[7]
http://www.coboru.pl (wejście 30.07.2015)
[8]
http://www.dsvpoznan.eu/index.php/sorgo (wejście 30.07.2015)
[9]
http://faostat3.fao.org/home/E (wejście 30.07.2015)
[10] http://mykoflor.pl/wp/wierzba-topola (wejście 28.07.2015)
[11] http://www.ze.strefa.pl/index.php
(wejście 28.07.2015)
32
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
[12] Grzelak
M.: Planowanie szuwaru mozgowego oraz skład chemiczny i wartość
energetyczna mozgi trzcinowatej, „Agron” 2009, n. 4, s.38-25.
[13] Gumeniuk
A.: Phalaris arundinacea – mozga trzcinowata, „Wokół Energetyki”
2007, n. 4, s. 46-48.
[14] Heinsoo
K., Hein K., Holm B, Ivask M., Melts I.: Reed canary Grass yield and fuel
quality in Estonian farmer`s fields, „Biomass Bionergy” 2011, n. 35, s. 617-625.
[15] Kachel-Jakubowska
M., Kraszkiewicz A., Niedziółka I., Szpryngiel M.: Ocena
właściwości fizycznych dendromasy robinii akacjowej, „Inżynieria Rolnicza” 2006,
nr 6, s. 109-115.
[16] Kacorzyk
P., Kasperczyk M., Szkutnik J.: Wartość energetyczna wybranych
gatunków roślin [W:] Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie
środowiska. Tom 3, pod red. Teodory M. Traczewskiej, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013.
[17] Kieć
J.: Wady i zalety roślin energetycznych [W:] Energetyka alternatywna, pod
red.
Jana
Popczyka,
Wydawnictwo
Dolnośląskiej
Wyższej
Szkoły
Przedsiębiorczości i Techniki w Polkowicach, 2011.
[18] Kościk
B.: Surowce energetyczne pochodzenia rolniczego, Wydawnictwo Naukowe
Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Jarosławiu, 2007.
[19] Komorowicz
M., Pawłowski J., Wróblewska H.: Skład chemiczny i właściwości
energetyczne biomasy z wybranych surowców odnawialnych, „Ochrona Środowiska
i Zasobów Naturalnych” 2009, nr 40, s. 402-410.
[20] Kowalczyk-Juśko
A.: Biometryczne i energetyczne parametry spartiny preriowej
(Spartina pectinata L.) w trzech pierwszych latach wegetacji, „Problemy Inżynierii
Rolniczej” 2013, nr 2, s. 69-77.
[21] Kowalczyk-Juśko
A.: Słonecznik bulwiasty (topinambur), „Wokół Energetyki”
2006, nr 8, s. 49-54.
[22] Kowalczyk-Juśko A.:
Topinambur na paszę i do pieca, „Agrotechnika” 2013, nr 12,
s. 13-16.
[23] Kozłowski
S., Lutyński A., Zielewicz W.: Określanie wartości energetycznej
Sorghum saccharatum (L.) Moench, Zea mays L. i Malva verticillata L.,
„Łąkarstwo w Polsce” 2007, nr 10, s. 131-140.
[24] Krawczyk
A.: Biomasa pochodzenia rolniczego, uprawa i wykorzystanie,
Seminarium „Odnawialne źródła energii”, Piechowice 20-21.09.2011.
33
Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015
[25] Lewandowski
W.M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwo
Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007.
[26] Lewandowski
W.M, Ryms M.: Biopaliwa. Proekologiczne odnawialne źródła
energii, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2013.
[27] Łapczyńska-Kordon
B., Mółka J.: Właściwości energetyczne wybranych gatunków
biomasy, „Inżynieria Rolnicza” 2011, nr 6, s. 141-147.
[28] Odnawialne
źródła energii. Rolnicze surowce energetyczne, pod red. Barbary
Kołodziej i Mariusza Matyki, Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne Sp.
z.o.o., Poznań 2012.
[29] Piskier
T., Potencjał energetyczny topinamburu, „Problemy Inżynierii Rolniczej”
2009, nr 1, s. 133-136.
34