Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Ekologické podmienky produkcie a využívania biomasy

Tibor Benčať

Anotácia

Málokto si uvedomuje, že s využívaním biomasy, dochádza aj k odčerpávaniu jednotlivých bioprvkov, t.j. dochádza k ochudobňovaniu stanovišťa. Biomasa, najmä z lesných ekosystémov, nie je do nekonečna obnoviteľná. Pred tým, ako vo väčšej miere začneme využívať tieto zdroje, je potrebné objasniť a zdôrazniť si niektoré negatívne (doteraz zaznávané) aspekty tohto problému a to najmä obsahu jednotlivých chemických prvkov v biomase.

Summary

No anybody understand that with the using of the biomass losing to remove of individual bioelements and to degradate of site. Biomass, especially from the forest ecosystems is not infinite recycling. Before that, like we in the biggest measure started using these resources, it is necessary to make clear and emphasise some negative (till now neglected) aspects of these problem with the aspect of individual nutrient content in biomass.

1 Úvod

Vo svojom príspevku by som sa rád zameral na ekologický, resp produkčno–ekologický a ekonomický aspekt problémov okolo pestovania, získavania a využívania biomasy rastlín (fytomasy). Je všeobecne známe, že v lesných ekosystémoch biomasa drevín predstavuje 95–98 % celkovej biomasy ekosystému. Vzhľadom na určité špecifiká vlastných len pre dreviny (ako je dlhovekosť, schopnosť plodiť semená po nekoľkých desiatkach rokov, následné časové problémy ich kríženia a overovania nových hybridov a pod.), sa mnohé problémy dajú riešiť len veľmi obtiažne a zložito.

Všeobecne, vychádzajúc z histórie a potrieb človeka a ľudstva samotného, doteraz nepomerne väčšia pozornosť sa venovala poľnohospodárskym plodinám (prípadne liečivým a ovocným druhom). Vzhľadom aj k týmto skutočnostiam, kolobeh živín a jednotlivých prvkov je v tejto oblasti preskúmaný lepšie ako u lesných drevín.

2 Biomasa ako obnoviteľný zdroj energie

V celosvetovom merítku sa do biomasy niektorých druhov rastlín vkladajú nemalé nádeje, ako jedného z ”čistých a obnoviteľných” zdrojov energie. Sú známe veľmi konkrétne aktivity a to v ráci Európskej únie resp. Európskej asociácie pre biomasu o najmä energetickom využití biomasy. V tomto zmysle, nazdávam sa, je potrebné predovšetkým pred tým ako vo väčšej miere začneme využívať tieto zdroje, objasniť a zdôrazniť si niektoré negatívne (doteraz zaznávané) aspekty tohto problému.

Z nášho pohľadu je prioritný záujem aj o energetické využívanie biomasy lesných drevín, poľnohospodárskej biomasy, ale aj využívanie biomasy z tzv. energetických plantáží. Málokto si však uvedomuje, že v prípade akéhokoľvek nadmerného odčerpávania biomasy, dochádza aj k odčerpávaniu jednotlivých bioprvkov, t.j. dochádza k ochudobňovaniu stanovišťa (Bublinec 1992, Bublinec, Ilavský 1990), čo zákonite vedie k tomu, že musíme zabezpečiť prísun dodatkovej energie – v tomto prípade najmä hnojenia, a tieto náklady sa musia premietnuť aj v prepočtoch o ekonomickej výhodnosti biomasy. Inými slovami, biomasa najmä z lesných ekosystémov z tohto pohľadu nie je do nekonečna obnoviteľná. Ak ju budeme odčerpávať vo väčšej miere, je nevyhnutne potrebné kalkulovať s takými nákladnými opatreniami ako je celoplošné prihnojovanie lesov, príp. ich zavlažovanie. Z tohto pohľadu sa vlastne dostávame k problému čo je myslené pod pojmom odpadová biomasa a následne pre zdroje pre energetické využívanie biomasy sa nám javí najjednoduchšie delenie jej potenciálnych zdrojov na tri základné skupiny: biomasa agroekosystémov, biomasa získavaná z energetických plantáží a biomasa lesných ekosystémov.

Biomasa agroekosystémov. Ide o najstaršie známe antropogénne ekosystémy, ktoré vytvoril svojou činnosťou človek. Ekologicky sú prepojené klimaticky, edaficky, topograficky a bioticky. Dôležité je však aj socio–ekonomické postavenie, pretože sú bezprostredne závislé aj na miestnej ekonomike, poľnohospodárskych tradíciách, poľnohospodárskej technike a spôsobe stravovania obyvateľstva. Ich existenciu resp. stabilitu oddávna musí zabezpečovať človek prísunom dodatkovej energie.

Energetické plantáže. Ich vznik sa datuje do r. 1967, keď Daniel K. Ludvig kúpil 16 000 km² pôdy pri rieke Rio Jari na pestovanie rýchlorastúcich drevín. V. Smil (1983) definuje intenzívne plantáže s krátkou rubnou dobou (short-rotation intensive cultures – SRIC) ako agronomické systémy, vyžadujúce si mechanickú prípravu pôdy, aplikáciu hnojív, závlahy a systematickú kontrolu voči plevelom a hmyzím škodcom. Zároveň sa predpokladá komplexná mechanizácia týchto operácii. Zdá sa, že tento spôsob využívania biomasy drevín je aj v našich podmienkach veľmi perspektívny a rozhodne si zasluhuje väčšiu pozornosť (Soják,1992).

Biomasa lesných ekosystémov. Na významný energetický potenciál biomasy lesných ekosystémov upozorňujú mnohí autori (Kodrík, 1988, Ilavský, Oravec, 1992, Lukáč, 1994, Víglaský 1994, Konôpková, Tokár, 1997, Apalovič 1998). Z hľadiska doterajšieho ”klasického lesníckeho” chápania produkcie drevnej hmoty, najviac človekom bol po zrúbaní stromu využívaný kmeň. Z hľadiska produkčno–ekologického, na základe našich výskumov, sme však dospeli k výsledkom, ktoré svedčia o tom, že kmeň, ktorý predstavuje v lesných podmienkach cca 50 % biomasy, predstavuje zároveň aj cca 50 % jednotlivých chemických prvkov, o ktoré po odstránení stromu v poraste sa stanovište ochudobní. Ak teda uvažujeme o klasickej lesnej ťažbe, cca 50 % živín (pri priemernej rubnej dobe 100 rokov) od čias intenzívneho hospodárenia človeka v lesoch permanentne odstraňujeme. Tu sa nám natíska otázka: Čo je vlastne v tomto prípade odpad?

Víglaský (1994) zistil, že využiteľnosť obnoviteľných zdrojov síce prekračuje naše požiadavky niekoľkokrát, ale je závislá aj na technických, ekonomických a prípadne ekologických možnostiach využitia týchto zdrojov. Apalovič (1998) uvádza že lesníctvo SR produkuje ročne 400 tis. ton palivového dreva a 360–400 tis. ton ”disponabilných odpadov” z ťažby dreva.

Z hľadiska ekologického, nazdávam sa, nie je správne hovoriť len o odpade pri ťažbe, ale správnejšie by sa malo hovoriť o správnom využívaní jednotlivých komponentov biomasy. Z tohto pohľadu aj palivové drevo aj napr. peň či listy, sú len jednotlivé komponenty s určitým daným obsahom jednotlivých bioprvkov. O odpadoch by sa dalo hovoriť na miestach, kde sa vyťažené stromy sústreďujú (napr. odvozné miesta v lese, manipulačné sklady, a v širšom ponímaní aj drevospracujúce podniky) t.j. tam, kde sa pracuje už s vyťaženým drevom a odpad pri jeho spracovávaní (piliny, odrezky, a pod.), by sme v tomto prípade museli do príslušného ekosystému odviezť späť.

Existuje i druhová selektívna schopnosť akumulácie, takže na tom istom biotope niektoré druhy hromadia viacej živín ako iné. Tiež v rôznych orgánoch toho istého druhu sa ukladá rôzne množstvo živín. Dalšia variabilita sa prejavuje počas ontogenického vývinu pletiva alebo orgánu. U drevín sa napr. líši obsah popolovín v listoch alebo ihličí výhonkov od listov alebo ihličia starších konárov. U jednoročných i trvácich bylín väčšinou klesá obsah živín v živom pletive s ontogenetickým sezónnym vývinom. To platí najmä pre dusík, fosfor a draslík. Vápnik väčšinou v starých pletivách pribúda. Tiež celkový obsah popolovín v starnúcom pletive s narastajúcou biomasou klesá, iba pri rastlinách akumulujúcich vápnik alebo kremík môže celkový obsah popolovín s vekom stúpať (Benčať, Bitušík 1996).

V rastlinách, príp. ich jednotlivých častiach je možné stanoviť obsah jednotlivých chemických prvkov a tento interpretovať v podstate dvoma spôsobmi ako:

- relatívny obsah

- absolútny obsah

Pri relatívnom stanovení určitého skúmaného prvku vieme jeho relatívne množstvo resp. koncentráciu a vyjadrujeme ju v gramoch, ppm, alebo percentách v jednom grame sušiny biomasy. Vzájomne môžeme údaje porovnávať z hľadiska priestoru a času. Zistíme tým, či sa stav zlepšuje alebo zhoršuje, aké sú koncentrácie napr. v jednotlivých oblastiach a pod.

Absolútny obsah resp. jeho stanovenie je jednoznačne podmienené stanovením biomasy a následne cez jej hmotnosť v sušine je možné vyjadriť obsah daného prvku v jednotkách hmotnosti na určitú plochu (kg.ha^–1, g.m^–2). V skutočnosti sa jedná o nie zanedbateľné množstvá od niekoľko sto až po tisíce kilogramov. Ako príklad uvádzame namerané hodnoty v celkovej biomase štyroch porastov agáta bieleho v Tab. 1.

4 Absolútny obsah vybraných prvkov na príklade agáta.

Agát biely (Robinia pseudoacacia L.) je severoamerická drevina introdukovaná do Európy r. 1600 a je známy a rozšírený prakticky po celom svete. Je to dokonca drevina rýchlorastúca, spĺňa teda aj podmienky pre pestovanie pre energetické účely. Touto modelovou drevinou sme sa z hľadiska produkcie biomasy a analýzy vybraných chemických prvkov podrobne zaoberali v 80–tych rokoch. (Benčať 1989, 1992)

Pre stanovenie celkovej biomasy a porovnanie absolútneho obsahu vybraných chemických prvkov (Ca, K, Mg, Pb, Na, Zn, Fe) sme si vybrali 4 trvalé výskumné plochy (TVP) na lokalitách Ipeľský Sokolec (označené v Tab. 1 ako IS01, IS02 a IS03) a Arborétum Mlyňany (AM05) vo veku 8, 27, 49 a 38 r.

TVP – IS01: porast sa nachádza 170 m n.m. Priem. hrúbka 4,24 cm a výška 7,7 m. Index listovej plochy (LAI) 1,78. Počet stromkov na 1 ha 6 900 ks.ha^–1

TVP – IS02: porast sa nachádza 200 m n.m. Na ploche je 275 jedincov t.j. v prepočte 1100 ks.ha^–1. Priemerné údaje pre hrúbku d_1,3 sú 16,18 cm, výšku 16,5 m a LAI 4,22.

TVP – IS03: porast vo výške 200 m n.m. Na ploche, ale i v celom poraste je 100 % zastúpenie agáta. Na TVP je 62 ks stromov t.j. v prepočte 248 ks.ha^–1. Priemerné údaje pre hrúbku d_1,3 sú 29,66 m, výšku 29,7 m a LAI 2,24

TVP – AM05. Počet stromov 920 ks.ha^–1, zastúpenie drevín – agát 100%. Priemerná hrúbka d_1,3, dosahovala hodnotu 17,7 cm, priemerná výška 19,1 m, LAI 7,36

Jednotlivé chemické rozbory sa robili na atómovom absorbčnom spektrofotometri IL VIDEO 12 a to podľa jednotlivých komponentov biomasy, čím zároveň bol zaručený aj dostatočný počet meraní. Každá TVP bola zastúpená 6 vzorníkmi (Benčať 1988), pričom z každého vzorníka bolo v priemere analyzovaných cca 100 vzoriek s trojnásobným opakovaním, t.j. cca 300 rozborov na jeden vzorníkový strom. Tieto počty, pravdaže, platia pre každý zo sledovaných modelových prvkov, čo náramne zvyšovalo nielen pracnosť, ale aj financovanie celého projektu.

5 Záver

Napriek tomu, že tento príspevok je zameraný viac biologicky resp zdôrazňuje viac prístup produkčno-ekologický, myslíme si, že je nielen možné ale aj potrebné, biomasu na energetické účely v primeranej miere využívať. Jediným sporným bodom z tohto pohľadu sa stáva slovíčko ”primerane”. Snáď najjednoduchším kompromisom k tomuto cieľu je zmeniť prístup k využiteľnosti obnoviteľných zdrojov, ktoré sú závislé na ekologických, ekonomických a aj technických možnostiach spoločnosti.

Tab. 1. Absolútny obsah vybraných prvkov v biomase agátových porastov [ kg. ha^-1]

6 Literatúra

Apalovič, R., 1998: Biomasa – obnoviteľný zdroj energie a surovín pre Slovensko. In: Kolektív: Obnoviteľné zdroje energie – možnosti regiónu. Vyd. ADAPT, Bratislava, s. 19–27.

Benčať, t., 1988: Matematičesko-statističeskij metod vybora modeľnych derevjev dľa opredelenija biomasy na primere Robinia pseudacacia L. In: Kochno, N., (ed.): Introdukcija drevesnych rastenij i zelenoe stroiteľstvo. Kijev, Nauk. dumka, s. 9–13.

Benčať, T., 1989: Black Locust Biomass Production in Southern Slovakia. Acta dendrobiologica, Bratislava, VEDA, 192 s.

Benčať, T., Bitušík, P.,1996: Produkčná ekológia (Skriptá) Vyd. TU Zvolen 94 s.

Benčať, t., (ed.), 1993: Ecological Analysis of Underground Biomass and Wood Characteristics of Black Locust in Southrn Slovakia. Vedecké a pedagogické aktuality, 6/1992, TU Zvolen, 90 s.

Bublinec, e., 1992: The content of biogenic elements in forest tree species. Lesnícky časopis – Forestry Journal, 38: 365–375.

Bublinec, e., Ilavský, j., 1990: Harvesting of aboveground biomass of trees and its effect on site conditions in forests. Lesníctví, 36(11): 887–894.

Ilavský, J., Oravec, M., 1994: Lesná biomasa ako zdroj energie. In: Zborník referátov zo seminára ”Produkcia a využitie poľnohospodárskej a lesnej biomasy na energiu”. Zvolen, s. 112–123.

Kodrík, m., 1988: Výskum podzemnej biomasy na TVP 238. Záv. správa štátnej úlohy A12–531–803–01, E 02 Výskum foriem hospodárenia z hľadiska funkcií lesa na TVP 238, VÚLH Zvolen, 9 s.

Konôpková, j., Tokár, f., 1997: Energy potential of various stand types of european chestnut (Castanea sativa Mill.) in Slovakia. Ekológia (Bratislava), 16(2): 117–128.

Lukáč, T., 1994: Problematika využívania energetického potenciálu biomasy lesa. In: Zborník referátov zo seminára ”Produkcia a využitie poľnohospodárskej a lesnej biomasy na energiu”. Zvolen, s. 124–132.

Soják, D.,1992 : Zisťovanie biomasy vybraných drevín pre priemyselné plantáže. Zborník zo seminára Metodológia v produkčnej ekológii. Vieska nad Žitavou, 20.5.1992.p.75 - 82.

Smil, V. 1983: Biomass energies. New York and London, Plenum press, 453 s.

Víglaský, J., 1994: Potenciál dreva a slamy na výrobu energie na Slovensku. In: Kolektív: Medzinárodný workshop – Pokrokové využitie biomasy pre energiu, Dom techniky ZSVTS Bratislava, s. 8–15