Rośliny energetyczne

Energię cieplną lub elektryczną uzyskuje się poprzez spalanie lub gazyfikację biomasy produkowanej na użytkach rolnych ze słomy lub specjalnych gatunków roślin wyróżniających się dużym plonem – wierzby krzewiastej, miskanta olbrzymiego, ślazowca pensylwańskiego lub innych gatunków roślin.

Słoma

Szacuje się, że rocznie w Polsce zbiera się około 28–29 mln ton słomy (łącznie: zbóż, rzepaku i roślin strączkowych). Po odliczeniu zapotrzebowania na ściółkę i paszę oraz niezbędnej ilości na przyoranie pozostają nadwyżki do alternatywnego zagospodarowania. Wyniki przeprowadzonych szacunków wskazują, że w skali kraju na cele energetyczne można przeznaczyć około 6–7 mln ton słomy rocznie. Przy czym nadwyżki te są bardzo zróżnicowane regionalnie. Wartość energetyczna słomy wynosi około 15 MJ/kg, czyli 1,5 kg słomy równoważy 1 kg węgla średniej, jakości.

Wierzba krzewiasta – wiklina (Salix viminalis)

Wiklina wyróżnia się bardzo dużymi przyrostami suchej masy drewna (12–19 t/ha/rok). Oznacza to, że produkcja biomasy wikliny jest 4–6-krotnie większa od rocznych przyrostów drewna w lasach. Na produkcję wikliny ponosi się również małe nakłady energetyczne (roślina wieloletnia – okres użytkowania plantacji 20–25 lat), której uprawa wymaga małego zużycia nawozów i chemicznych środków ochrony roślin, a także tanie są sadzonki (zrzezy). Drewno wikliny może być wykorzystywane do bezpośredniego spalania, zaś nowocześniejszym rozwiązaniem jest jego zgazowanie w termogeneratorach. Wytworzony w tym procesie gaz drzewny może być wykorzystywany do ogrzewania kotłów cieplnych lub energetycznych. W najnowszych propozycjach zakłada się również możliwość przerobu wikliny na alkohol metylowy (metanol), który w niedalekiej przyszłości może być wykorzystywany do zasilania ogniw paliwowych, które mogą zastąpić tradycyjne silniki wewnętrznego spalania. W 2001 r. utworzono w Polsce konsorcjum „Bioenergia na Rzecz Rozwoju Wsi”, którego celem jest promocja uprawy wikliny i wykorzystania biomasy na cele energetyczne. Założono w kraju także kilkanaście wdrożeniowych plantacji wikliny, a w niektórych uprawę jej połączono z zagospodarowaniem osadów ściekowych. Czynnikiem ograniczającym uprawę wikliny są duże jej potrzeby wodne, z tego powodu wysokie jej plony uzyskuje się na glebach dobrych lub okresowo nadmiernie uwilgotnionych, zaliczanych do kompleksów zbożowo-pastewnych.

Trawy olbrzymie z rodzaju Miscanthus

Gatunki traw należące do tego rodzaju pochodzą głównie z Japonii, Chin oraz dawnych Indochin. Są to trawy wieloletnie o stosunkowo małych wymaganiach glebowych i wyróżniające się bardzo dużą produkcją suchej masy, dochodzącą nawet do 30 t/ha. Wyniki doświadczeń prowadzonych w Austrii, Niemczech i Danii wskazują, że plony miskanta olbrzymiego nawet na lżejszych glebach, w warunkach okresowego deficytu wody, wynosiły od 8 do 25 t/ha suchej masy. W Polsce dotychczas brak jest pełniejszej oceny przydatności tego mieszańca do uprawy na cele energetyczne. Brak rozeznania jego zimotrwałości w naszych warunkach klimatycznych, a także możliwości uprawy na glebach słabych i bardzo słabych, które potencjalnie powinny być wykorzystywane do produkcji roślin na cele energetyczne.

Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby)

Plantacje mogą być zakładane poprzez wysiew otoczkowanych nasion lub pikowanie sadzonek. Wstępnie szacuje się, że okres użytkowania plantacji może wynosić około 20 lat. Plonem użytkowym uzyskiwanym corocznie są zdrewniałe i zaschnięte łodygi, które zbiera się w formie zrębków. Dotychczas brak jednak rozeznania odnośnie jego produkcyjności i wartości energetycznej plonu na glebach słabych i bardzo słabych (kompleksów 6 i 7).

Biopaliwa płynne

Spośród potencjalnych biopaliw płynnych obecnie praktyczne znaczenie może mieć produkcja biodiesla z olejów roślinnych oraz stosowanie dodatku alkoholu etylowego do benzyny.

Biodiesel – olej napędowy stanowiący lub zawierający biologiczny komponent w postaci estrów olejów roślinnych. W Europie będzie to głównie metylowy ester rzepakowy (MER), który może być stosowany jako paliwo w czystej postaci w wybranych pojazdach lub mieszany z konwencjonalnym olejem napędowym. Czysty ester rzepakowy najczęściej stosuje się do napędu silników pracujących na zbiornikach wodnych lub w ich bezpośrednim otoczeniu, gdyż łatwo ulega biodegradacji i nie stanowi zagrożenia dla czystości wód. Może być również stosowany do napędu autobusów miejskich lub sprzętu rolniczego w specjalnie chronionych rejonach kraju. Rozwiązania takie najczęściej są stosowane w Niemczech i Austrii. Najłatwiejsze jest natomiast wprowadzenie 5–8% dodatku MER do oleju napędowego, będącego w powszechnej sprzedaży, ponieważ nie wymaga to tworzenia specjalnej sieci dystrybucji takiego paliwa. Dodatkowo ester ten poprawia właściwości smarne oleju napędowego i może zastępować niektóre komponenty syntetyczne dodawane do tego paliwa. Ester rzepakowy może być także stosowany zamiast oleju opałowego lub jako dodatek do tego paliwa, czego przykładem jest ogrzewanie nowej siedziby Parlamentu Niemiec.

Potencjalne możliwości produkcji biodiesla

Można oczekiwać, że we wstępnym okresie, obejmującym około 2–3 lat przy zwiększeniu powierzchni uprawy rzepaku o 100 tys. ha i niskich plonach (na poziomie średniej z ostatniego 20-lecia), możliwe jest przeznaczenie około 250 tys. ton rzepaku na produkcję biopaliwa. Wyprodukowany z tej ilości rzepaku ester metylowy (MER) stanowiłby wówczas około 1,3–1,4% krajowego zużycia oleju napędowego. Docelowo, zakładając zwiększenie powierzchni uprawy do około 1 mln ha oraz wzrost plonów do 2,5–3,0 t/ha (poziom plonów zbliżony do uzyskiwanego obecnie w UE), można produkcję rzepaku na cele energetyczne szacować na około 2,0 mln ton. Biopaliwo uzyskane z takiej ilości rzepaku pokryłoby ponad 10% obecnego zużycia oleju napędowego w Polsce. Wariant docelowy możliwy jest do zrealizowania w okresie kilkunastu lat.

Bioetanol – odwodniony alkohol etylowy otrzymywany z produktów roślinnych (zboża, ziemniak, burak cukrowy itp.), a w klimacie ciepłym produkowany głównie z trzciny cukrowej. Bioetanol może być stosowany jako paliwo samochodowe samo w sobie w specjalnie przystosowanych silnikach lub mieszany z benzyną. Dodatkowy tlen występujący w alkoholu zwiększa liczbę oktanową paliwa oraz obniża (o 20–30%) stężenie tlenku węgla i węglowodorów (do 10%) w gazach spalinowych, w stosunku do składu spalin z benzyn nie zawierających etanolu. Alkohol etylowy może być również przetwarzany na ETEB (eter etylo-ter-butylowy), który stanowi dodatek do benzyny. W Polsce w 1997 r. wprowadzono niższy podatek akcyzowy na benzynę z dodatkiem etanolu i wówczas zużyto na cele energetyczne około 100 mln litrów spirytusu, co stanowiło ponad 50% krajowej jego produkcji. W następnych latach jednak, wskutek niższej opłacalności tego rozwiązania dla przemysłu petrochemicznego, zużycie alkoholu na cel paliwowe było już znacznie mniejsze. Z ziarna podstawowych gatunków zbóż zebranego z 1 ha, z uwagi na małe ich plony, można uzyskać jedynie od około 800 (żyto) do 1 400 l/ha etanolu (pszenica). W przypadku ziemniaka lub kukurydzy ilość ta wynosi 2,0–2,5 tys. litrów, a buraka cukrowego przekracza 3,5 tys. litrów. Należy również podkreślić, że do produkcji bioetanolu mogą być również wykorzystane ziemiopłody o gorszej jakości, które nie spełniają norm dla żywności lub pasz. Kolejnym czynnikiem umożliwiającym szybkie zwiększenie produkcji alkoholu na cele energetyczne jest liczna sieć gorzelni rolniczych (około 1 000) i niski stopień ich wykorzystania, z powodu bardzo ograniczonych możliwości zbytu alkoholu.

Janusz Wiśniewski  
Kujawsko-Pomorski Ośrodek Doradztwa Rolniczego,
fot. internet