Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Vlasta PETŘÍKOVÁ

Využívání rostlinných materiálů jako zdroj energie

Mezinárodní konference "Úspory a alternativní energie" v Praze 6.-8. 10. 1998

Požadavky na spotřebu energie stále rostou a tím způsobují stále větší problémy. Výhradní a intenzivní využívání fosilních zdrojů je pro trvale udržitelný rozvoj ekologie již neúnosné. Tento problém nabývá celosvětových rozměrů, proto je nutné se jím vážně zabývat.

Zmobilizovat veškeré obnovitelné zdroje energie, např. jen v Evropě není snadné ani pro členské státy EU a tím hůře pro nečlenské státy, jako je např. Česká republika. Proto jsme uvítali vznik asociace evropských států s názvem AE Biom, která sdružuje nejen státy EU, ale rovněž státy střední a východní Evropy. Začlenění České asociace CZ Biom do této evropské Biom se nám podařilo již v r. 1995. Toto naše členství nám umožňuje získávat kontakty a informace o aktivitách ze států, kde mají s progamem fytoenergetiky již dlouholeté zkušenosti, které bychom rádi přebírali a uplatňovali u nás.

Prosazování energie z biomasy je velmi nesnadné, zváště při individuelním přístupu. Snahou AE Biom je proto postupovat koordinavaně a pokud možno společně ve všech státech sdružení. Významná činnost spočívá též ve vypracovávání materiálů k energetické politice Evropy. Příkladem z posledních týdnů je “Provolání” k tzv. Bílé knize. K zabezpečení náročných cílů obsažených v tomto známém energetickém programu Evropy je třeba zajistit řadu konkrétních podmínek. AE Biom je ve svém “Provolání” zformuloval do následujících bodů:

1. Vytvořit národní programy rozvoje obnovitelných energií v každém jednotlivém státě
2. Cenu za elektřinu z biomasy začlenit do trhu s energií
3. Do zemědělské politiky zahrnout program produkce technických
4. a energetických rostlin jako zdroj obnovitelných surovin.
5. Vytvořit nový finanční fond pro obnovitelné zdroje energie - do r. 2010 je třeba investovat 165 miliard ECU
6. Zavézt energetické daně - 260 ECU / t rop. ekvivalentu. Obnovitelné zdroje ponechat bez daní.
7. Výzkum , vývoj, demonstrační projekty maximálně podporovat
8. Propagace obnovitelných zdrojů energie, zajistit informovanost pro širokou
9. veřejnost.

Tento program je podle analýz AE Biom nutný začít realizovat do r. 2000, jinak nebude možné dodržet závazky v “Bílé knize”. Pro ČR je zabezpečení uvedených

zásad zvláště obtížné, neboť stávající podíl zdrojů energie z biomasy je u nás na jednom z nejnižších místech v Evropě. Vyplývá to i z posledního šetření AE Biom z r. 1997 na příkladu 12 sdružených států, jak je zřejmé z následujícího přehledu.

Podíl energie z biomasy v %:

Z přehledu je rovněž patrné, jak rozdílný podíl energie z biomasy je v jednotlivých státech. Nejvyšší podíl mají skandinávské státy a Rakousko, což je dáno rovněž tím , že jsou to státy s vysokým zastoupením lesů, z nichž se zpravidla využívá veškerý lesní odpad. V našich podmínkách je rovněž značný potenciál lesních a dřevních odpadů, avšak pro účely fytoenergetiky se využívá zpravidla pouze tradiční palivové dřevo. Jen sporadicky se dřevní odpad štěpkuje a spaluje v několika málo teplárenských zařízení.

Zdroje rostlinných materiálů pro využívání v energetice jsou rozmanité. Lze je členit v zásadě na 2 skupiny:

• odpadní materiály nebo vedlejší produkty
• cíleně pěstované rostliny či rychle rostoucí dřeviny

Je pochopitelné, že vedlejší či odpadní materiály jsou efektivnější, neboť náklady na jejich produkci jsou zahrnuty především v hlavním produktu. V zemědělství je takovýmto příkladem sláma obilovin a řepky, dále pak stvoly po sklizni kukuřice na zrno, lodyhyslunečniceposklizni vplné zralostia mnoho dalšíchodpadů z nejrůznějších plodin. Tyto slamnaté materiály se pro spalování zpracovávají lisováním do obřích balíků. Lesní a dřevní odpad se pro přímé spalování zpracovává zpravidla štěpkováním, nebo lisováním do briket, nebo pelet. Náklady na využívání odpadů či vedlejších produktů spočívají tudíž pouze v jejich příslušné úpravě a přepravě na místo využití.

Pro zásadní rozvoj fytoenergetiky je třeba počítat i s cíleným pěstováním specielních technických rostlin. Je to důležité nejen pro vlastní zajištění dostatečných palivových zdrojů, ale zejména pro účelné využívání přebytečné zemědělské půdy. V podmínkách ČR se odhaduje, že je přebytek zemědělské půdy cca 500.000 ha. Ta je v současné době nedostatečně obdělávána, což způsobuje značné problémy se zaplevelováním a se zachováním kulturní zemědělské krajiny. Využívání této půdy pro produkci energetických rostlin by bylo nesporně výhodné. Tato produkce nebude konkurovat na trhu s potravinami a hlavně, umožní celou řadu nových pracovních příležitostí ve venkovském regionu.

Z uvedených důvodů jsme se pěstováním netradičních energetických rostlin začali systematicky zabývat Začali jsme ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby -výzkumná stanice Chomutov již v r. 1990, s pěstováním Miscanthu, tzv. slonní trávy. Prvé sazenice jsme dovezli v Německa, kde byla tato plodina v tehdejší době velice doporučována pro energetické účely. Miscanthus je vysoce vzrůstná rostlina (až 4 m vysoká tráva), na stanovišti vydrží v průměru 20 let. Zhruba po 3 letech od výsadby poskytuje každoročně vysoké výnosy suché hmoty, cca 20 t z 1 ha. V oblasti Chomutovska se však neosvědčil, neboť vyžaduje dostatek vláhy v průběhu vegetace a mírnou zimu. Vysázené rostliny většinou vymrzly. I když v některých jiných oblastech ČR bylo pěstování Miscanthu úspěšnější, nelze jej jednoznačně doporučit a to rovněž pro jeho vysoké náklady na zakládání plantáže. To je rovněž příčinou toho, že ani v Německu nejsou dosud velké provozní plochy založeny, přestože na pokusných parcelách jsou vynikající porosty.

Pro naše podmínky je proto třeba hledat jiné vhodné rostliny. Pro přímé spalování jsou perspektivní vysoce vzrůstné robustní rostliny, vytvářející velký objem nadzemní hmoty.Mnohé z nich jsou, nebo dříve byly používány jako pícniny ke krmným účelům, řada z nich jsou však rostliny netradiční, u nás nepříliš známé. Jedná se o rostliny jednoleté i víceleté a vytrvalé, které jsou pro tyto účely efektivnější, než jednoleté, vyžadující opakovanou kultivaci na zakládání porostů.

Z jednoletých to jsou rostliny typu C4, jako je čirok cukrový, zrnový, sudanská tráva, Hyso, ale též konopí seté a jiné. V poslední době jsme začali testovat nové druhy vysokovzrůstných vytrvalých rostlin. Jeko velmi perspektivní se jeví např. krmný šťovík (kříženec šťovíku zahradního a tjanšanského), dále slézy, mužák a další, jak je uvedeno v tab. 1. Zde je uvedena i energetická výtěžnost ve formě spalného tepla.

Tabulka 1 Výnosy suché hmoty v t/ha a jejich spalné teplo (průměr z různých stanovišť)

Krmný sléz je v uvedené tabulce zařazen mezi rostliny vytrvalé, i když se jedná o plodinu jednoletou. Je to proto, že při plném dozrání se vždy část plodů vysemení a v příštím roce zpravidla vytvoří opět plně zapojený porost. Sléz je rovněž vysoce vzrůstný, dosahuje výšky 1,5 až 2 m. Lze jej využívat případně i na zelené krmení, či jako hmotu pro výrobu bioplynu. V tomto případě poskytuje 2 seče do roka.Pro fytoenergetiku je sléz perspektivní rostlinou, neboť dosahuje při dobré výživě 10 - 15 t suché hmoty z 1 ha. Význam slézu spočívá též v jeho velmi rychlém vzcházení a rychlém nástupu vegetace. Tím vytváří rychle souvislý plně zapojený porost, který potlačí růst plevelů. Bylo to prokázáno i v provozních podmínkách, kde působil výslovně jako biologický odplevelovací prostředek. Rychlý nástup vegetace slézu jej předurčuje též do erozivních stanovišť, kde je třeba půdu fixovat pomocí zakořeňování rostlin. Sléz lze tudíž využívat i jako protierozní opatření.

Z vytrvalých krmných plodin docílil nejvyšší výnos krmný šťovík, který má též vysokou krmnou hodnotu. Vedle robustní lodyhy dosahující výšky až přes 2 m vytváří šťovík vydatné množství semen, která lze buďto zkrmovat jako jadrná krmiva, nebo použít jako osiva pro zakládání nových porostů. Sklízí se v plné zralosti cca v červenci až srpnu, tak, aby semena nebyla přezrálá a nevysemenila se. Po hlavní sklizni začne šťovík krmný obrůstat hustými přízemními listy, které mohou být na podzim využity v případě potřeby na zelené krmení. Není-li potřebné jej zkrmovat, zůstanou listy na stanovišti a šťovík na jaře opět rychle obroste.

Další vytrvalou rostlinou vhodnou pro fytoenergetiku je mužák prorostlý.Je to mohutná rostlina, dosahující výšky 1,6 až 1,8 m. Na stanovišti vydrží až 20 let v plné vegetaci. Má silnou lodyhu s poměrně širokými listy. Semena dozrávají zpravidla v září. Pro fytoenergetiku jej lze sklízet až po zaschnutí, ev. až po opadu listů, v zájmu získání co nejvyšší sušiny, t.j. cca v říjnu.

Rovněž bělotrn modrý je vytrvalý, roste do výšky 1 až 1,5 m. Jedná se o určitý typ okrasné rostliny, často zplaňuje. Má pevnou, dobře vysychavou lodyhu, takže jej lze s úspěchem využívat k energetickým účelům pro přímé spalování. Jeho pěstitelskou technologii bude třeba ověřit v provozních podmínkách, neboť dosavadní pěstování pro okrasné účely nemá charakter plošného provozního pěstování. V pokusných podmínkách se však dobře osvědčil, proto jeho provozní ověření by bylo užitečné.

Z planě rostoucích druhů rostlin je co do tvorby výnosů a tím i energetické výtěžnosti bezkonkurenční křídlatka. Je to však rostlina expanzivní, takže její šíření není žádoucí. Její uměle založený porost jsme proto pečlivě sledovali z hlediska její expanze do okolního prostoru. V průběhu dosavadní vegetace -více než 5 let - jsme “únik” nových rostlin z vyčleněného prostoru nezaznamenali. Je to zřejmě i tím, že se křídlatka šíří především vegetativně, podzemními oddenky, kdežto šíření semeny je velmi omezené. Nástup kvetení je zpravidla pozdní a semena většinou nedozrávají. Je zajímavé, že např. v Německu se expanze křídlatky zřejmě příliš neobávají, neboť ji používají jako hyperakumulátor pro odstraňování těžkých kovů z kontaminované půdy a prodávají 1 sazenici za 5 DEM. Je pochopitelné, že je třeba přírodu ochraňovat před expanzivními druhy. Planě rostoucí křídlatka je však v některých lokalitách rozšířena již tak, že vytváří téměř souvislé porosty. Pokud jsou tato stanoviště přístupná mechanizované sklizni, bylo by nesporně užitečné takovéto porosty sklízet pro fytoenergetické účely. Pravidelnou sklizní by se tyto porosty postupně zeslabovaly, neboť živiny z odumřelých rostlin by byly ze stanoviště odstraňovány. Tento způsob využívání křídlatky by tak dokonce pomáhal s její žádoucí likvidací.

V tab. 1 jsou též údaje o tvorbě hmoty a energetické výtěžnosti dřeviny - pajasanu žláznatém. Do pokusné plochy jsme jej zařadili pro jeho velmi rychlé obrůstání a naprosto minimální požadavky na stanoviště. Pajasan lze zakládat ze semen, což je rovněž velmi zajímavé z ekonomického hlediska. Je nesporně značný rozdíl v nákladech na výsadbu plantáže např. rychle rostoucích dřevin. I když se jedná převážně o výsadbu z řízků, jsou náklady řádově vyšší, než prostým vysetím osiva. Z hlediska fytoenergetiky je pajasan výhodný též svým velmi rychlým nárůstem hmoty, takže jej lze sklízet dokonce i každoročně. Stejně jako křídlatka, je však i pajasan expanzivní druh, takže v případě jeho záměrného pěstování je nutné dbát příslušných zásad z ochrany přírody.

Pro účely získávání biomasy pro energii se všeobecně doporučuje zakládání plantáží rychle rostoucích dřevin, zejména topolů a vrb, jak již bylo uvedeno. Bohaté zkušenosti s pěstováním těchto dřevin mají např. ve Skandinívi a v Rakousku, ale i v řadě dalších států. Rovněž u nás se začínají tyto porosty zakládat a to již v provozních podmínkách. Vzhledem k nemalým nákladům na založení takovéto plantáže není však jejich rozsah dosud dostatečný.

Pěstování energetických rostlin umožňuje zcela nový, netradiční způsob využívání přebytečné zemědělské půdy. Vedle tradiční zemědělské půdy jsou u nás k dispozici ještě další rozsáhlé plochy. Jedná se o prostory po rekultivacích pozemků devastovaných průmyslem, zejména důlní a energetickou činností. Využití těchto pozemků je pro pěstování těchto energetických rostlin velice výhodné. Dnes již není třeba za každou cenu rekultivovat tyto pozemky na řádnou zemědělskou půdu jak tomu bylo v minulosti. Pěstování technických nepotravinářských plodin na těchto pozemcích je výhodné též proto, že se jedná o oblast zpravidla zasaženou imisními vlivy, takže není účelné zaměřit se zde výhradně na potravinářskou produkci. Z uvedených důvodů jsme se plně zaměřili na pěstování energetických rostlin na těchto pozemcích, t.j. na důlních výsypkách a složištích elektrárenských popelů. Získané výsledky jsou velice dobré, jak vyplývá též z výnosů suché hmoty uvedených v tab. 2.

Vedle produkce získané na těchto “antropogenních” půdách jsou zde uvedeny též výnosy získané na tradiční zemědělské půdě, ve stejném časovém období, v průměru za 4 roky.

Tabulka 2. Výnosy suché hmoty technických plodin v t/ha

Z uvedených příkladů vybraných rostlin vyplývá, že antropogenní půdy jsou pro jejich úspěšné pěstování stejně vhodné jako půda zemědělská. Výnosy se však poněkud liší podle druhů rostlin : na zemědělské půdě byla získána nejvyšší produkce suché hmoty plodinou Hyso a čiroku cukrového a příliš se nelišila od průměrných hodnot z půd antropogenních. Na důlní výsypce byly nejvyšší výnosy získány pěstováním čiroku cukrového a na složišti popele pěstováním konopí. Tyto výsledky se pochopitelně mohou lišit v jednotlivých letech, podle průběhu počasí.Rozhodující včak je, že se tyto vysokovzrůstné plodiny mohou pěstovat na rekultivovaných plochách stejně dobře jako na půdě zemědělské a sloužit tak jako zdroj obnovitelné energie.

Souhrn a závěry

Pěstováním rostlin pro nepotravinářské - energetické účely se naskýtá nová možnost tržní produkce, která nekonkuruje na trhu potravin. Tento nový program - fytoenergetika - je interdisciplinární a má význam nejen pro vlastní zemědělství při využívání přebytečné půdy a nově rekultivovaných ploch, ale rovněž pro další obory

• energetika - zdroj pro obnovitelné energie
• životní prostředí - omezením spalování fosilních paliv a pěstováním intenzivních kultur se přispěje k redukci skleníkových plynů a nežádoucích imisí
• sociální oblast - rozvoj fytoenergetiky vytvoří řadu nových pracovních příležitostí, zejména v odlehlých venkovských regionech, kde je zpravidla největší nezaměstnanost.

Zavedení fytoenergetiky vyžaduje nezbytně koordinovaný přístup všech zmíněných oborů a vzájemnou provázanost svých činností. Je to náročná dlouhodobá práce avšak vzhledem k jejímu významu je nutné již nyní hledat všechny možnosti, jak tento program u nás nastartovat. V tomto směru se snažíme využívat spolupráci s Evropskou asociací - AE Biom, / prostřednictvím CZ Biom/ a zkušeností vyspělých evropských států, kde je již rozvoj fytoenergetiky na vysokém stupni.