Mo liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych

Transkrypt

1 ¹karstwo w Polsce (Grassland Science in Poland), 1, Copyright by Polish Grassland Society, Poznañ, 27 PL ISSN ISBN Mo liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych W. HARKOT 1,M.WARDA 1,J.SAWICKI 1,H.LIPIÑSKA 1,T.WY UPEK 2, Z. CZARNECKI 1, M. KULIK 1 1 Katedra ¹karstwa i Kszta³towania Krajobrazu, 2 Katedra Biologii Roœlin, Wydzia³ Nauk Rolniczych w Zamoœciu, Akademia Rolnicza w Lublinie The possibility of meadow sward use for energy purposes Abstract. Recently, considerable areas of grassland have been receiving various direct farm subsidies. As a result of the implementation of the Agri-Environment Scheme, especially packages for extensive meadow and pasture utilization, the obtained biomass is low-quality fodder, which requires finding other uses for it. Using meadow sward for energy purposes is one of the possible options. Initial research in this respect was conducted in 26 and 27 on grasslands of south-eastern Poland and they indicated that meadow plants can be used for energy purposes. The added advantage of the plant material under study is that it is environment-friendly and renewable. Keywords:meadow sward, energy purposes 1. Wstêp W ostatnich latach znaczne powierzchnie u ytków zielonych zosta³y objête ró nymi dop³atami bezpoœrednimi. W nastêpstwie realizacji programu rolnoœrodowiskowego, a zw³aszcza pakietów dotycz¹cych ekstensywnej gospodarki ³¹kowo-pastwiskowej, pozyskiwana biomasa wykazuje nisk¹ wartoœæ paszow¹, dlatego jest konieczne inne jej zagospodarowanie (JE OWSKI, 23; MINISTERSTWO ROLNICTWA irozwoju WSI, 26; Agencja restrukturyzacji i modernizacji rolnictwa, 27). Równie na skutek ró - nych czynników, g³ównie takich jak brak melioracji oraz ma³a op³acalnoœæ produkcji zwierzêcej, spad³o zapotrzebowanie na paszê pastwiskow¹ i siano, co w konsekwencji przyczyni³o siê do zmniejszenia produkcji oraz pojawienia siê nieu ytkowanych ³¹k i pastwisk. Jedn¹ z mo liwoœci jest wykorzystanie roœlinnoœci zbiorowisk ³¹kowych do celów energetycznych (KOŒCIK i wsp., 23; SZCZUKOWSKI i wsp., 21; SZCZUKOWSKI itworkowski, 23). Przemys³owe wykorzystanie biomasy roœlin uprawnych wymaga wiedzy o mo liwych do uzyskania plonach w celu zapewnienia systematycznych dostaw surowca dla przemys³u (STOLARSKI i wsp., 26; SULIMA, 26). St¹d, ocena w³aœciwoœci energetycznych, g³ównie ciep³a spalania i wartoœci opa³owej, ale równie zawartoœci chloru i siarki jest niezmiernie wa na, bowiem czynniki te wywie-

2 6 W. Harkot, M. Warda, J. Sawicki, H. Lipiñska, T. Wy³upek, Z. Czarnecki, M. Kulik raj¹ du y wp³yw na warunki technologiczne procesu przerobu i jakoœæ uzyskanego produktu. Celem pracy jest przedstawienie mo liwoœci wykorzystania roœlinnoœci zbiorowisk ³¹kowych do celów energetycznych. 2. Materia³ i metody Badania prowadzono w latach na u ytkach zielonych po³udniowo- -wschodniej Polski. W 26 roku pobrano próbki runi ³¹kowej z wybranych siedlisk Pado³u Zamojskiego, Roztocza i Pojezierza êczyñsko-w³odawskiego (tab. 1). Sk³ad gatunkowy szuwaru z Carex gracilis oraz runi z ³¹ki 1- i 3-koœnej okreœlono na podstawie analiz botaniczno-wagowych siana. Ponadto z runi ³¹ki w Sosnowicy pobrano próbki nastêpuj¹cych gatunków traw (w fazie pe³ni k³oszenia): Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius, Calamagrostis epigejos i Phragmites australis, natomiast z szuwaru próbki Carex gracilis. Tabela 1. Pochodzenie i sk³ad gatunkowy runi ³¹kowej Table 1. Origin and species composition of meadow sward Region Region Padó³ Zamojski Zamoœæ Depression Roztocze Roztochia Pojezierze êczyñsko-w³odawskie Sosnowica êczyñsko- -W³odawskie Lake District Sosnowica Obiekt Object 1 Roœlinnoœæ Vegetation szuwar z Carex gracilis rush with Carex gracilis Sk³ad gatunkowy Species composition Scirpus silvaticus 34,1; Carex gracilis 25,6; Glyceria maxima 12,4, pozosta³e other 27,9 4 Carex gracilis 1 2 siano z ³¹ki 1-koœnej hay of 1-cut meadow 3 siano z ³¹ki 3-koœnej hay of 3-cut meadow Phalaris arundinacea 33,2; Poa pratensis 19,2; Bromus inermis 15,2; pozosta³e other 32,4 Poa pratensis 59,8; Alopecurus pratensis 19,2; pozosta³e other 21, 5 Dactylis glomerata 1 6 Phalaris arundinacea 1 7 Festuca arundinacea 1 8 Bromus inermis 1 9 Arrhenatherum elatius 1 1 Calamagrostis epigejos 1 11 Phragmites australis 1 Materia³ roœlinny poddano analizom w Laboratorium TL Elektrociep³owni Elbl¹g, gdzie oznaczono œredni¹ wartoœæ z 4 powtórzeñ: ciep³o spalania (MJ kg 1 ) PN 81/G 4513 wartoœæ opa³ow¹ (MJ kg 1 ) substancjê paln¹ () PT, ¹karstwo w Polsce, 1, 27

3 Mo liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych 61 zawartoœæ popio³u () PN ISO 1171 zawartoœæ siarki ca³kowitej () PN G 4584 zawartoœæ chloru () PN ISO 587 pkt zawartoœæ wêgla () PN G Wyniki i dyskusja Ciep³o spalania badanego materia³u roœlinnego waha³o siê w granicach od 17,8 (szuwar z Carex gracilis) do 19,11 MJ kg 1 s.m. (Phalaris arundinacea) (ryc. 1), zatem by³o wy sze od ciep³a spalania Sida hermaphrodita (SZCZUKOWSKI i wsp., 26) wynosz¹cego 11,91-14,46 MJ kg 1 s.m., zaœ zbli one do ciep³a spalania Salix ssp. 18,6-19,6 MJ kg 1 s.m. (MACPHERSON, 1995). MJ kg ,8 17,3 18,7 Ciep³o spalania Heat of combustion 17,7 18,7 19,1 17,9 17,5 18,7 18,4 17, Objaœnienia Explanations: 1. szuwar z Carex gracilis rush with Carex gracilis; 2.sianoz³¹ki 1-koœnej hay of 1-cut meadow; 3. siano z ³¹ki 3-koœnej hay of 3-cut meadow; 4. Carex gracilis; 5.Dactylis glomerata; 6. Phalaris arundinacea; 7.Festuca arundinacea; 8.Bromus inermis; 9. Arrhenatherum elatius; 1. Calamagrostis epigejos; 11.Phragmites australis Ryc. 1. Ciep³o spalania badanej roœlinnoœci (MJ kg 1 ) Fig. 1. Heat of combustion of tested vegetation (MJ kg 1 ) Wartoœæ opa³owa badanego materia³u roœlinnego kszta³towa³a siê w zakresie od 16, MJ kg 1 (szuwar z Carex gracilis) do 18, MJ kg 1 (Phalaris arundinacea) (ryc. 2). Wy sz¹ wartoœci¹ opa³ow¹ (17,3-18, MJ kg 1 ) charakteryzowa³o siê siano z ³¹ki 3-koœnej, Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Arrhenatherum elatius i Calamagrostis epigejos, zaœ ni sz¹ (16,-16,5 MJ kg 1 ) Carex gracilis, siano z ³¹ki 1-koœnej, Bromus inermis i Phragmites australis. Zatem wartoœæ opa³owa badanego materia³u roœlinnego by³a zbli ona do wartoœci opa³owej obcych gatunków traw, takich jak: Miscanthus sacchariflorus (19, MJ kg 1 ), Spartina pectinata (16,8 MJ kg 1 ), Andropogon gerardi (17,1 MJ kg 1 ), wykorzystywanych do celów energetycznych (SAWICKI ikoœcik, 23). PT, Grassland Science in Poland, 1, 27

4 62 W. Harkot, M. Warda, J. Sawicki, H. Lipiñska, T. Wy³upek, Z. Czarnecki, M. Kulik MJ kg 1 Wartoœæ opa³owa Net calorific value ,3 17,6 17, ,2 16,6 16,8 16,4 17,6 17,3 16,5 5 Ryc. 2. Wartoœæ opa³owa badanej roœlinnoœci (MJ kg 1 ) Fig. 2. Net calorific value of tested vegetation (MJ kg 1 ) Zawartoœæ popio³u w materiale roœlinnym by³a bardziej zró nicowana ni ciep³o spalania i jego wartoœæ opa³owa. Mniejsz¹ zawartoœci¹ popio³u (4,1-5,5) wyró nia³o siê siano z ³¹ki 3-koœnej oraz Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius i Calamagrostis epigejos. Z kolei wysok¹ zawartoœæ popio³u (8,9-11,3) stwierdzono w: Carex gracilis, Phragmites australis, szuwarze z Carex gracilis i sianie z ³¹ki 1-koœnej (ryc. 3). W badaniach przeprowadzonych przez SAMSON i in. (2), zawartoœæ popio³u, pozostaj¹cego po spaleniu siana z Phalaris arundinacea wynosi³a 6,3, a z Phragmites australis 7,5. Zawartoœci te by³y nawet kilkakrotnie wy sze ni w s³omie gatunków pochodz¹cych z siedlisk kserotermicznych, takich jak Spartina pectinata (1,6), Panicum virgatum (1,7), Andropogon gerardi (1,8) i Miscanthus sinensis (2,). Pod wzglêdem zawartoœci popio³u s³oma z gatunków 14 11, ,3 4,1 9,8 5,5 Popió³ Ash 5,5 5,4 5,3 Ryc. 3. Zawartoœæ popio³u w badanej roœlinnoœci () Fig. 3. Ash content in tested vegetation () 5,3 5,5 8,9 PT, ¹karstwo w Polsce, 1, 27

5 Mo liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych ,8 88,7 9,2 Substancja palna Combustible substance 95,9 94,5 94,5 94,6 94,7 94,7 94,5 91, Ryc. 4. Zawartoœæ substancji palnej w badanej roœlinnoœci () Fig. 4. Content of combustible substance in tested vegetation () kserotermicznych jest porównywalna do biomasy uzyskanej z plantacji szybko rosn¹cych drzew i Sida hermafrodita (BORKOWSKA i STYK, 26; DENISIUK, 26). Najni sz¹ zawartoœæ substancji palnej odnotowano w sianie z ³¹ki 1-koœnej (88,7) oraz w roœlinnoœci szuwarowej (88,8), natomiast najwy sz¹ zawartoœci¹ odznacza³o siê siano z ³¹ki 3-koœnej (95,9) oraz gatunki traw (94,5-94,7): Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius i Calamagrostis epigejos (ryc. 4). Najni sz¹ zawartoœci¹ siarki (,14-,19) wyró nia³y siê Phragmites australis, Calamagrostis epigejos, Arrhenatherum elatius i Dactylis glomerata (ryc. 5). Natomiast w pozosta³ych próbach roœlinnych zawartoœæ siarki by³a wy sza (,2-,27). Zdaniem,4 Siarka ogólna Sulfur total,3,2,23,22,2,23,19,27,22,2,18,16,14,1 Ryc. 5. Zawartoœæ siarki ogólnej w badanej roœlinnoœci () Fig. 5. Content of sulfur total in tested vegetation () PT, Grassland Science in Poland, 1, 27

6 64 W. Harkot, M. Warda, J. Sawicki, H. Lipiñska, T. Wy³upek, Z. Czarnecki, M. Kulik 1,8,6,4,2,57,38,79,48 Chlor Chlorine,28,46,42,41,38,23, Ryc. 6. Zawartoœæ chloru w badanej roœlinnoœci () Fig. 6. Chlorine content in tested vegetation () Wêgiel Carbon 52,3 52,1 5,5 5,8 51,6 51,7 52, , , Ryc. 7. Zawartoœæ wêgla w badanej roœlinnoœci () Fig. 7. Carbon content in tested vegetation () FALKOWSKIEGO i wsp. (199) zawartoœæ siarki w trawach mieœci siê najczêœciej w granicach od,2 do,8. Wa nym parametrem przy ocenie wartoœci energetycznej biomasy jest zawartoœæ chloru, którego obecnoœæ wp³ywa na eksploatacjê systemów grzewczych, gdy przyspiesza korozjê pieców. Zawartoœæ chloru w badanym materiale roœlinnym by³a bardzo zró nicowana. Najni sz¹ zawartoœci¹ chloru wyró nia³y siê Calamagrostis epigejos (,23), Phragmites australis (,25) i Dactylis glomerata (,28), a tak e stosunkowo nisk¹ siano z ³¹ki 1-koœnej i Arrhenatherum elatius (,38). Uwagê zwraca wysoka zawartoœæ chloru w sianie z ³¹ki 3-koœnej (,79). Z literatury wynika bowiem, e w wyniku opóÿnienia zbioru biomasy spada w niej zawartoœæ chloru (KRISTENSEN, 23). PT, ¹karstwo w Polsce, 1, 27

7 Mo liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych 65 Zawartoœæ wêgla w badanym materiale roœlinnym, podobnie jak w przypadku wartoœci opa³owej i ciep³a spalania by³a ma³o zró nicowana. Ni sz¹ zawartoœæ tego sk³adnika (46,- 48,) zawiera³ szuwar z Carex gracilis, a tak e Carex gracilis, siano z ³¹ki 1-koœnej i Phragmites australis, zaœ na pozosta³ych obiektach zawartoœæ wêgla by³a wy sza i kszta³towa³a siê w zakresie 5,5-52,3 (ryc. 7). 4. Wnioski Badana roœlinnoœæ ³¹kowa by³a bardziej zró nicowana pod wzglêdem zawartoœci popio³u, siarki i chloru ni wartoœci opa³owej, ciep³a spalania i zawartoœci wêgla. Ciep³o spalania badanego materia³u roœlinnego kszta³towa³o siê w granicach od 17,8 (szuwar z Carex gracilis) do 19,11 MJ kg 1 (Phalaris arundinacea) i by³o zbli one do ciep³a spalania Salix spp. (18,6-19,6 MJ kg 1 ), zaœ wy sze od ciep³a spalania Sida hermaphrodita (11,91-14,46 MJ kg 1 ). Najlepszymi w³aœciwoœciami energetycznymi (ciep³o spalania i wartoœæ opa³owa) odznacza³a siê Phalaris arundinacea. Nisk¹ zawartoœci¹ chloru wyró nia³y siê Dactylis glomerata, Calamagrostis epigejos i Phragmites australis. Literatura AGENCJA RESTRUKTURYZACJI I MODERNIZACJI ROLNICTWA, 27. P³atnoœci do upraw roœlin energetycznych w 27 roku, ss. 1. BORKOWSKA H., STYK B., 26. Œlazowiec pensylwañski (Sida hermaphrodita Rusby). Uprawa i wykorzystanie. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, ss. 69. DENISIUK, 26. Energia roœlinna jako Ÿród³o surowców energetycznych. In ynieria Rolnicza, 5 (8), FALKOWSKI M., KUKU KA I., KOZ OWSKI S., 199. W³aœciwoœci chemiczne roœlin ³¹kowych. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Poznaniu, ss JE OWSKI S., 23. Roœliny energetyczne produktywnoœæ oraz aspekt ekonomiczny, œrodowiskowy i socjalny ich wykorzystania jako ekobiopaliwa. Postêpy Nauk Rolniczych, 3, MACPHERSON G., Home-Grown energy from short rotation coppice. Farming Press North America, 214. MINISTERSTWO ROLNICTWA I ROZWOJU WSI, 26. Chroñmy mokrad³a. Pakiety Przyrodnicze Programu Rolnoœrodowiskowego , czyli jak rolnik mo e chroniæ przyrodê i zarabiaæ pieni¹dze, ss. 12. KOŒCIK B. (red.), 23. Roœliny energetyczne. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, ss PT, Grassland Science in Poland, 1, 27

8 66 W. Harkot, M. Warda, J. Sawicki, H. Lipiñska, T. Wy³upek, Z. Czarnecki, M. Kulik KRISTENNSEN E.F., 23. Harvesting and handling of miscanthus Danish experiences. Procedings of the 1 st Meeting of IEA-Bioenergy Task 3, Denmark, September 22-25, 21. In: Jørgensen U & T. Verwijst (eds.), DIAS report Plant production, 86, SAMSON R., DUXBURY P., MULKINS L., 2. Research and development of fibre crops in cool season regions of Canada. Procedings of the final conference COST Action 814 Crop development for the cool and wet regions of Europe, Pordenone, Italy, SAWICKI B., KOŒCIK K., 23. Trawy i zbiorowiska trawiaste. W: KOŒCIK B. (red.) Roœliny energetyczne. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, STOLARSKI M., WRÓBLEWSKA H., SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J., KWIATKOWSKI J., CICHY W., Charakterystyka biomasy wierzby i œlazowca pensylwañskiego jako potencjalnego surowca przemys³owego. Fragmenta Agronomica, 3, SULIMA P., PRZYBOROWSKI J.A., STOLARSKI M., 26. Ocena przydatnoœci wybranych gatunków wierzby do celów energetycznych. Fragmenta Agronomica, 3, SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J., PIECHOCKI J., 21. Nowe trendy wykorzystania biomasy pozyskiwanej na gruntach rolniczych do wytwarzania energii. Postêpy Nauk Rolniczych, 6, SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J., 23. Produkcja wieloletnich roœlin energetycznych w regionie Warmii i Mazur Stan aktualny i perspektywy. Postêpy Nauk Rolniczych, 3, SZCZUKOWSKI S., KOŒCIK B., KOWALCZYK-JUŒKO A., TWORKOWSKI J., 26. Uprawa i wykorzystanie roœlin alternatywnych na cele energetyczne. Fragmenta Agronomica, 3, The possibility of meadow sward use for energy purposes W. HARKOT 1,M.WARDA 1,J.SAWICKI 1,H.LIPIÑSKA 1,T.WY UPEK 2,Z.CZARNECKI 1, M. KULIK 1 1 Department of Grassland and Landscape Forming, 2 Department of Plant Biology, Faculty of Agricultural Sciences in Zamosc, Agricultural University of Lublin Summary The aim of this study is to present the possibility of meadow sward use to energy purposes. Initial research in this respect was conducted in 26 and 27 on grasslands of south-eastern Poland (the Zamoœæ Depression, Roztochia and the êczyñsko-w³odawskie Lake District Sosnowica). In 26 samples of rush with Carex gracilis, hay of 1-cut and 3-cut meadow as well as samples of Carex gracilis and selected grass species (Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius, Calamagrostis epigejos, Phragmites australis) were collected and analysed at the TL Laboratory of a power and heat-generating plant, Elektrociep³ownia Elbl¹g. The content of ash, combustible substance, total sulphur, chlorine and carbon as well as the heat of combustion and calorific value were determined in the plant material. The initial researches indicated that meadow plants can be used for energy purposes. The heat of combustion of the plant material under study ranged from 17.8 to MJ kg 1, PT, ¹karstwo w Polsce, 1, 27

9 Mo liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych 67 exceeding the heat of combustion of Sida hermaphrodita that amounted to 11. MJ kg 1 and approximating the heat of combustion of Salix ssp. Recenzent Reviewer: Stanis³aw Koz³owski Adres do korespondencji Address for correspondence: Prof. dr hab. Wanda Harkot Katedra ¹karstwa i Kszta³towania Krajobrazu, Akademia Rolnicza w Lublinie ul. Akademicka 15, 2 95 Lublin tel. (81) e mail: wanda.harkot@ar.lublin.pl PT, Grassland Science in Poland, 1, 27