Produkcja rolnicza na cele energetyczne

Transkrypt

1 SZKOLENIE CENTRALNE Zmiany klimatyczne a rolnictwo w Polsce ocena zagrożeń i sposoby adaptacji Gospodarowanie wodą w rolnictwie w obliczu ekstremalnych zjawisk pogodowych

2 Produkcja rolnicza na cele energetyczne

3 Produkcja surowców na cele energetyczne jest nowym wyzwaniem przed, którym stoi rolnictwo??? , Konie Ciągniki rolnicze

4 Podstawową funkcją rolnictwa jest produkowanie żywności, a dopiero w dalszej kolejności dostarczanie surowców na cele energetyczne!!!

5 Uprawa roślin energetycznych w warunkach Polski W tym: mln. UR 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 4,5 EEA (Capsim) 0,4 mln ha rzepak na biodiesla 0,5 mln ha ziemiopłody na bioetanol 0,6 mln ha na biomasę stałą 1,5 IUNG-PIB (prof. A. Faber i J. Kuś) Potencjalna pow. UR pod uprawami na cele energetyczne

6 Biomasa stała

7 Wierzba krzewiasta (wiklina) - Salix viminalis ZALETY: duże plony roczny przyrost suchej mas t/ha, w zależności od warunków siedliskowych odmiany i częstotliwości zbioru; użytkowanie lat; tanie sadzonki (zrzezy); WADY: wilgotność zbieranej biomasy około 50%; trudna mechanizacja zbioru; duże potrzeby wodne, wymaga raczej lepszych gleb; duże zagrożenie przez szkodniki i choroby.

8 Objawy żerowania pienika wierzbowca

9 Czynniki ograniczające plonowanie Warunki glebowe dostępność wody Częstotliwość zbioru Obsada roślin Choroby i szkodniki

10 Plon suchej masy drewna wierzby (t ha-1) zbieranej w cyklu corocznym na różnych glebach, średnio dla wszystkich uprawianych klonów

11 2,8 Masa rośliny (kg) w trakcie zbioru - kompleks 5 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0, Tora Gigantea Torhild Olof Sven Średnia Średnia±Błąd std Średnia±Odch.std

12 Plon wierzby w zależności od obsady roślin i częstotliwości zbioru (Stolarski 2009)

13 Mechaniczne sadzenie wierzby

14 Rozstawa rzędów wierzby

15 Zbiór wierzby BIOBALEREM

16 Plantacja wierzby i topoli z żywokołów SD Osiny

17 Plantacja topoli z żywokołów po pierwszym roku wegetacji

18 Trawy olbrzymie z rodzaju (Miscanthus) Pochodzenie - Japonia, Chiny oraz dawne Indochiny - typ fotosyntezy C4. Tworzy duże kępy, a plon stanowią grube, zaschnięte źdźbła ( cm). ZALETY: duży potencjał plonowania; okres użytkowania lat; możliwość wykorzystania tradycyjnego sprzętu; małe potrzeby nawozowe. WADY: sterylność mieszańców (triploid) rozmnażanie: podział karp lub produkcja sadzonek metodą in vitro; niebezpieczeństwo wymarzania, szczególnie w pierwszym roku po posadzeniu z kultur in vitro; wysoki koszt sadzonek (10-15 tys. zł/ha).

19

20

21 Plon miskanta (t/ha s. m.) na różnych glebach (zbiór jesień-zima) Gleba Średnio Kompleks 2 19,2 15,6 15,8 21,0 17,0 17,7 Kompleks 4 20,7 16,7 21,0 16,0 14,7 18,8 Średnio 20,0 16,2 18,4 18,5 15,8 - Wilgot. (%)

22

23 Plon suchej masy miskanta ( ) Genotyp Kompleks 8 Kompleks 4 t/ha % t/ha % Giganteus 19, ,0 107 M 7 Gofal 18, ,5 110 M 40 S.F. 16, ,1 85 M , ,6 93 M , ,0 112 Średnio 17, ,8 100 Wilgotność(%)

24 Plon suchej masy miskantusa na glebie ciężkiej w zależności od terminu zbioru Zbiór jesienny (XII.2007) Zbiór wiosenny (III.2008) Genotyp plon s.m. t/ha wilgotność (%) plon s.m. t/ha wilgotność (%) Giganteus 19, ,1 28 M7 22, ,8 31 M40 17, ,5 30 M105 19, ,3 34 M115 25, ,6 30 Średnio 20, ,4 30

25 Miskant problemy ze zbiorem Osiny Osiny Elbląg

26 Pochodzenie - Ameryka Pn. Użytkowanie lat, plon - pędy (do roślinie) o wysokości 3-4 m i średnicy 5-30 mm. Zalety: mała zawartość popiołu i N; zbiór późna jesień zima (wilgotność 25-30%); możliwość uprawy na słabszych glebach. Wady: niska zdolność kiełkowania nasion konieczność produkcji rozsady lub sadzonek korzeniowych; Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby) duże zagrożenie przez choroby (zgnilizna twardzikowa i fuzariozy).

27

28

29

30

31

32 Plon (t/ha suchej masy) ślazowca w latach Gleba Obsada roślin szt./ha Średnio Średnia ,0 11,4 9,6 6,9 7,7 8,9 Ciężka ,0 10,3 9,3 6,8 12,6 9, ,8 20,4 17,1 13,8 18,5 18,1 Lekka ,5 12,9 11,1 21,1 13,8 15,0

33 Objawy porażenia plantacji ślazowca przez choroby grzybowe

34 Mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea)

35 Mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea) Wieloletnia trawa o dużym potencjale wzrostu ZALETY: mały koszt założenia plantacji (15 18 kg/ha nasion); wykorzystanie typowych maszyn rolniczych; długi okres użytkowania plantacji (do 15 lat). WADY: duża zawartość popiołu oraz azotu i chloru; aktualnie brak krajowych odmian.

36 Topinambur (Helianthus tuberosus)

37 Topinambur (Helianthus tuberosus) Roślina wieloletnia pochodząca z Ameryki Pn.- na cele energetyczne wykorzystuje się łodygi do spalania lub produkcji biogazu oraz bulwy (alkohol lub biogaz). ZALETY: stosunkowo duży plon (łodygi + bulwy); małe wymagania glebowe; łatwe rozmnażanie - wysadzanie bulw. WADY: inwazyjność; mała gęstość transportowa.

38 Rdestowiec Sachaliński (Reynoutria sachalinensis)

39 Przydatność robinii akacjowej do uprawy na glebach marginalnych

40 Robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia) I rok po posadzeniu

41 Robinia 2 - letnia

42 Topola - Populus ZALETY: duże plony roczny przyrost suchej mas t/ha, w zależności od warunków siedliskowych odmiany i częstotliwości zbioru; użytkowanie lat; tanie sadzonki (zrzezy); WADY: wilgotność zbieranej biomasy około 50-60%; trudna mechanizacja zbioru; duże potrzeby wodne i cieplne, wymaga raczej lepszych gleb; zagrożenie przez szkodniki i choroby?

43 Topola (Populus Sp.) I rok po posadzeniu

44

45 Wiosna 2010

46 Palczatka Gerarda (Andropogon gerardi) I rok po posadzeniu

47 Spartina preriowa (Spartina pectinata) I rok po posadzeniu

48 Proso rózgowate (Panicum virgatum) I rok po posadzeniu

49 Róża bezkolcowa roślina energetyczna???

50 Biogaz

51 Fazy fermentacji metanowej Hydroliza bakterie hydrolizujące przekształcają związki organiczne nierozpuszczalne w wodzie w monomery i dimery. Acydogeneza bakterie acydogenne przetwarzają rozpuszczone w wodzie substancje (w tym produkty hydrolizy) w krótko-łańcuchowe kwasy organiczne. Octanogeneza bakterie octanogenne przekształcają kwasy organiczne do kwasu octowego, dwutlenku węgla oraz wodoru. Faza ta decyduje o wydajności produkcji biogazu. Metanogeneza w ostatniej fazie bakterie metanogenne przekształcają produkty octanogenezy w metan. Produktami ubocznymi są: dwutlenek węgla, siarkowodór, amoniak. Źródło:

52 Produkty do biogazowania Surowce rolnicze Nawozy naturalne (gnojowica i obornik) Celowe uprawy rolnicze (np. kukurydza, żyto, buraki cukrowe, sorgo, kiszonki z traw) Pozostałe: Osady ściekowe Mączki pochodzenia zwierzęcego Odpady poubojowe Wycofane produkty żywnościowe Wywar Brzeczka Gliceryna i woda glicerynowa

53 Wybrane charakterystyki surowców do produkcji biogazu Surowiec Sucha masa [%] Sucha masa organiczna [%] Uzysk biogazu m 3 /kg t ś.m. m 3 /t s.m.o. Udział metanu CH 4 w biogazie [%] gnojowica bydła gnojowica świń ok obornik bydła ok obornik świń obornik kurzy ok Źródło: BIOGAZ Produkcja Wykorzystanie

54 Wybrane charakterystyki surowców do produkcji biogazu Surowiec Sucha masa [%] Sucha masa organiczna [%] Uzysk biogazu m 3 /kg t ś.m. m 3 /t s.m.o. Udział metanu CH 4 w biogazie [%] kiszonka z kukurydzy żyto (GPS) ok. 55 burak cukrowy (korzeń) burak pastewny (korzeń) liście buraka ok trawy Źródło: BIOGAZ Produkcja Wykorzystanie

55 Wydajność produkcji biogazu z wybranych substratów 25 gnojowica bydlęca 30 gnojowica świńska m3/t 45 obornik bydlęcy obornik świński 60 obornik kurzy Źródło: Biogaz Zeneris

56 Wydajność produkcji biogazu z wybranych substratów m3/t ziemniaki burak cukrowy kiszonki traw żyto (GPS) kiszonka z kukurydzy Źródło: Biogaz Zeneris

57 Źródło: KWS Polska Sp. z o.o. Czas zgazowania materii organicznej

58 Mechanizacja zbioru kukurydzy

59 Studium przypadku

60 Ogólna charakterystyka RZD Werbkowice Zasoby ziemi: 455 ha UR w tym: 177 GO i 278 TUZ Pogłowie bydła: 700 sztuk w tym 400 krów Zapotrzebowanie biogazowni (moc gen kw el): obornik i gnojowica od 700 szt. bydła (10 t/rok/szt. obornika lub 20 m 3 /rok/ szt. gnojowicy) kiszonka z 200 ha kukurydzy (gospodarstwo może przeznaczyć pod kukrydzę dla biogazowni max. 50 ha GO) kiszonka z 80 ha TUZ

61 ZAŁOŻENIA PROJEKTOWE BIOGAZOWNI w Werbkowicach (moc gen kw el) Zapotrzebowanie substratów: Roczne Dzienne - gnojowica bydlęca 5000 t 13,7 - obornik bydlęcy 5000 t 13,7 - kiszonka z traw 3000 t 8,2 - kiszonka z kukurydzy 8000 t 21,9 RAZEM ,5 Osad pofermentacyjny ,3

62 Biogazownie o różnej wielkości w Niemczech

63 Biopaliwa płynne

64 Rudolf Diesel do swojego nowego silnika, który przedstawił po raz pierwszy na wystawie światowej w Paryżu w 1900 r., jako samoistnego paliwa silnikowego użył oleju z orzeszków ziemnych. Rudolf Diesel, 1912 r. Zastosowanie olejów roślinnych jako paliw silnikowych może wydawać się mało znaczące dziś, jednak w miarę upływu czasu takie paliwa mogą stać się tak samo ważne, jak te produkowane z ropy naftowej i węgla obecnie.

65 Wartość energetyczna biopaliw Benzyna 100 % Olej napędowy 100 % Etanol 67 % biodiesel 86 %

66 Światowa produkcja (Bikert 2008) 1.Ropa naftowa mln ton. 2.Benzyna mln ton. 3.Olej napędowy mln ton. Przetwarzając całą światową produkcję zbóż i cukru można potencjalnie uzyskać mln ton bioetanolu, czyli 44% światowej produkcji benzyny. Jest to roczne zużycie benzyny w USA. Przetwarzając całą światową produkcję olejów roślinnych można wyprodukować 155 mln ton biodiesla, co stanowi 23% światowego zużycia oleju napędowego.

67 Światowa produkcji biopaliw w 2008 r.. 38,04 2,8 5,85 8,06 8,29 1,1 0,66 8,29 27,99 1,9 5 Międzynarodowa Agencja ds. Energii stwierdziła, iż biopaliwa są ważne dla możliwości pełnego światowego zaspokajania popytu na paliwa Ester w mln ton Bioetanol w mln m3 Produkcja biopaliw płynnych potencjał surowcowy 12 luty 2010, Poznań, MPT

68 Bioetanol produkcja w 2008 r i zapotrzebowanie na surowiec 1. Ameryka Północna: Produkcja : 40,8 mln m3 Surowiec: kukurydza Zapotrzebowanie: ok. 107mln ton ziarna 2. Ameryka Południowa: Produkcja : 28 mln m3 Surowiec: trzcina cukrowa 3. Europa: Produkcja: ok. 6 mln m3 Surowiec: pszenica, kukurydza, melasa i cukier, buraki cukr. Zapotrzebowanie: pszenica: 3,9 mln ton - kukurydza: 2,2 mln ton ziarna Produkcja biopaliw płynnych potencjał surowcowy 12 luty 2010, Poznań, MPT

69 Ester produkcja w 2008 r i zapotrzebowanie na surowiec 1. Unia Europejska: Produkcja : 8,1 mln ton Surowiec i zapotrzebowanie: - olej rzepakowy - 5,5 mln ton - olej sojowy - 1,0 mln ton - olej palmowy - 0,4 mln ton - o. słonecznikowy - 0,4 mln ton - tłuszcze zwierzęce- 0,2 mln ton - oleje zużyte - 0,3 mln ton 2. Ameryka Pół. i Połud. Produkcja : 4,7 mln ton Surowiec: olej sojowy 3. Azja: Produkcji : 1,1 mln ton Surowiec: olej palmowy Produkcja biopaliw płynnych potencjał surowcowy 12 luty 2010, Poznań, MPT

70 Zapotrzebowanie na rzepak Dodatek estrów (%) 7,1 8,0 10,0 Estry (mln ton) 0,53 0,64 0,70 Rzepak na estry (mln ton) 1,3 1,6 1,8 Rzepak na konsumpcję (mln ton) 1,1 1,2 1,3 Rzepak - razem (mln ton) 2,4 2,8 3,1 Plon rzepaku (t/ha) 2,9 3,0 3,2 Rzepak (mln ha) 0,83 0,93 1,00

71 ŚRUTA (MAKUCH) Produkty uboczne Z 1 tony rzepaku uzyskuje się 650 kg makuchu (przy tłoczeniu oleju na zimno) lub 600 kg śruty (przy tłoczeniu i ekstrakcji oleju). Z ulepszonych odmian rzepaku (zawierających śladowe ilości glukozylanów), śruta jest wartościową paszą białkową. 1kg śruty zawiera około 300 g białka strawnego, czyli 20% mniej niż śruta sojowa, a jej cena wynosi około 550 zł/tonę, czyli jest przynajmniej 2-krotnie mniejsza od ceny śruty sojowej.

72 Zapotrzebowanie na surowce do produkcji bioetanolu Dodatek bioetanolu (%) Bioetanol (mln ton) Zboża na bioetanol (mln ton) Zboża (mln ha*) */ plon zbóż 4 t. ha -1 7,10 8,0 10,0 0,57 0,65 0,81 1,72 1,95 2,42 0,43 0,49 0,60

73 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ

74 Szkolenia są realizowane ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w ramach projektu Klimat a rolnictwo