ENERGOCHŁONNOŚĆ SKUMULOWANA UPRAWY MISKANTUSA

Transkrypt

1 Problemy Iżyierii Roliczej r 2/2010 Marek Hryiewicz, Aa Grzybek Istytut Techologiczo-Przyrodiczy w Faletach Oddział w Warszawie ENERGOCHŁONNOŚĆ SKUMULOWANA UPRAWY MISKANTUSA Streszczeie W pracy przeaalizowao akłady materiałowo-eergetycze, pooszoe w uprawie miskatusa. Obliczoo skumulowae akłady materiałowo-eergetycze zarówo w poszczególych etapach uprawy, jak i w całym cyklu użytkowaia platacji. Badaia przeprowadzoo a platacji o powierzchi 50 ha. Nakłady materiałowo-eergetycze zostały odiesioe do powierzchi 1 ha. Wyiki przedstawiają strukturę eergochłoości uprawy miskatusa w poszczególych latach i strukturę udziału poszczególych rodzajów eergochłoości skumulowaej w uprawie miskatusa. Uprawa miskatusa a cele eergetycze jest zaczie miej eergochłoa iż produkcja ziara kukurydzy, ziara jęczmieia, pszeicy ozimej i rzepaku ozimego.1 Słowa kluczowe: biomasa, miskatus, eergochłoość skumulowaa Wstęp Miskatus ależy do grupy rośli eergetyczych z cyklem fotosytezy C4, w którym uzyskuje się większe przyrosty dobowe i użytkowe ploy biomasy w porówaiu z rośliami z cyklem fotosytezy C3. Celem pracy jest określeie, jakie akłady materiałowo-eergetycze są pooszoe a uprawę miskatusa, a astępie określeie eergochłoości skumulowaej techologii uprawy miskatusa. Metoda eergochłoości skumulowaej polega a badaiu akładów materiałowo-eergetyczych w oderwaiu od ce środków produkcji i zbytu biomasy. Stosując tę metodę, moża porówać uprawy różego rodzaju rośli w długim okresie bez koieczości żmudej aktualizacji ciągle zmieiających się ce rykowych, a wyiki aaliz mogą być jedym z wielu kryteriów wyboru optymalej rośliy do uprawy a cele eergetycze. Badaia przeprowadzoo a platacji o powierzchi 50 ha. Praca została wykoaa w ramach projektu PL0073 Modelowaie eergetyczego wykorzystaia biomasy, który uzyskał dofiasowaie z Mechaizmu Norweskiego i Europejskiego Obszaru Gospodarczego, oraz współfiasowaa ze środków a aukę w latach jako projekt badawczy. 123

2 Metody badań i obliczeń Marek Hryiewicz, Aa Grzybek Podstawą do obliczeń akładów materiałowo-eergetyczych i eergochłoości skumulowaej jest karta techologicza czyości, wykoywaych w poszczególych latach uprawy platacji. Wyiki obliczeń będą odiesioe do jedego hektara. Dzięki temu łatwo obliczyć odpowiedie wskaźiki dla iych platacji, gdy zaa jest powierzchia uprawy z zastosowaiem tej samej techologii. Przyjęto, że uprawa zaczya się w roku posadzeia platacji (rok 0) i kończy po 17 latach jej likwidacją. Obliczeia wykoao a podstawie procedury, opisaej przez Muzalewskiego [2009a]. Zużycie paliwa przez maszyy w tej techologii pochodzi z obliczeń, wykoaych a podstawie coroczie uaktualiaego opracowaia Muzalewskiego [2009b]. Zając maszyy wykorzystywae w tej techologii, akłady pracy ludzkiej, zużycie oleju apędowego i materiałów pomociczych, moża obliczyć akłady eergetycze (w MJ) odiesioe do hektara w każdym roku uprawy platacji. Zależość tę wyrażoo rówaiem: e = e + e + e + e + e + e (1) ON pr chem sadz ziemi ciag.arz. gdzie: e suma skumulowaych akładów eergetyczych a hektar [MJ ha 1 ], e ON skumulowae akłady eergetycze oleju apędowego a hektar [MJ ha 1 ], e pr skumulowae akłady eergetycze pracy ludzkiej a hektar [MJ ha 1 ], e chem skumulowae akłady eergetycze materiałów pomociczych a hektar [MJ ha 1 ], e sadz skumulowae akłady eergetycze sadzoek a hektar [MJ ha 1 ], e ziemi skumulowae akłady eergetycze ziemi odiesioe do hektara [MJ ha 1 ], e ciag.arz. skumulowae akłady eergetycze ciągików i arzędzi a hektar [MJ ha 1 ], Dla każdego roku istieia życia platacji moża obliczyć akłady eergetycze odiesioe do jedego hektara, wyrażoe w MJ ha 1. Według Grzybek [2003], eergochłoość skumulowaą -tej maszyy (ciągika lub arzędzia) E [MJ] moża obliczyć jako: E = c m w (2) gdzie: c jedostkowy wskaźik eergochłoości skumulowaej dla -tej maszyy [MJ kg 1 ], m masa -tej maszyy [kg], w bezwymiarowy współczyik wykorzystaia -tej maszyy w ciągu roku. 124

3 Eergochłoość skumulowaa uprawy miskatusa W badaej techologii uprawy miskatusa moża określić skumulowae akłady eergetycze dla daej maszyy i arzędzi a hektar (rówaie 3) oraz skumulowae akłady eergetycze arzędzi czy maszy a hektar dla daej czyości (rówaie 4): e = e m w (3) maszy( czy.) maszy( czy.) maszy( czy.) maszy( czy.) gdzie: e maszy(czy.) skumulowae akłady eergetycze maszy a hektar dla daej czyości [MJ ha 1 ], e maszy(czy.) jedostkowy wskaźik eergochłoości skumulowaej daej maszyy [MJ ha 1 ], m maszy(czy.) masa maszyy [kg], w maszy(czy.) bezwymiarowy współczyik wykorzystaia maszyy dla daej czyości, przypadający a hektar w stosuku do wykorzystaia w ciągu roku, obliczay wg rówaia (4): tmaszy / ha w maszy( czy.) = (4) tmaszy / rok gdzie: t maszy/ha czas pracy maszyy a hektar (z karty techologiczej) [ch ha 1 ], t maszy/rok przewidyway czas pracy maszyy w ciągu roku [Muzalewski, 2008] [ch rok 1 ]. Czas pracy maszy i arzędzi, używaych w aalizowaej techologii, został przedstawioy w tabeli 1. Tabela 1. Przewidyway czas pracy maszy i arzędzi w ciągu roku Table 1. Predicted operatio time of the machies ad implemets durig a year Maszya/arzędzie Machie/implemet Wykorzystaie w roku [ch rok 1 ] Usage i a year [hrs year 1 ] Maszya/arzędzie Machie/implemet Wykorzystaie w roku [ch rok 1 ] Usage i a year [hrs year 1 ] Ciągik 38 kw Tractor 38 kw 500 Kultywator 3 m Cultivator 3 m 70 Ciągik 60 kw Tractor 60 kw 500 Przyczepa objętościowa 20 m 3 20 m 3 capacity trailer 400 Ciągik 77 kw Tractor 77 kw 600 Przyczepa 4,5 t Trailer 4.5 t 400 Ciągik 80 kw Tractor 80 kw 600 Opryskiwacz 12 m Sprayer 12 m 60 Ciągik 129,3 kw Tractor kw 600 Pług 5-skibowy 5-furrow plough 60 Ciągik 140 kw Tractor 140 kw 600 Opryskiwacz 18 m Sprayer 18 m 80 Agregat uprawowy Rozsiewacz MX premium 70 Tillage aggregate MX premium spreader 60 Sadzarka 2-rzędowa STEP Broa ciężka 3,2 m 40 2-row plater STEP Heavy harrow 3.2 m 80 Kombaj Claas J860 Narzędzia ręcze 125 Claas J860 harvester Had tools 200 Żródło: Muzalewski [2008]. Source: Muzalewski [2008]. 125

4 Marek Hryiewicz, Aa Grzybek Podobie jak dla maszy, określa się skumulowae akłady eergetycze arzędzi a hektar dla daej czyości. Poszczególe jedostkowe wskaźiki eergochłoości skumulowaej podao w tabeli 2. Tabela 2. Jedostkowe wskaźiki eergochłoości skumulowaej dla poszczególych materiałów i środków produkcji w techologii uprawy miskatusa Table 2. Specific idices of cumulated eergy iputs for particular materials ad productio meas i techology of miscathus croppig Materiał/środek produkcji Material/productio mea Jedostka Uit Wartość Value Olej apędowy Diesel oil MJ kg 1 50 Olej apędowy Diesel oil MJ l 1 41,5 Praca ludzka Huma labour MJ rbh 1 80 Sadzoka 1) Seedlig 1) MJ szt 1 0,0204 Środki ochroy Plat protectio meas MJ l 1 351,6 Polifoska Polifoska MJ kg 1 12,16 Saletra amoowa Ammoium itrate MJ kg 1 26,18 Ciągiki Tractors MJ kg Narzędzia ciągikowe Tractor implemets MJ kg Ziemia rolicza Agricultural soil MJ kg Narzędzia ręcze Had tools MJ kg ) Podao wartość szacukową. 1) Give estimated value. Źródło: Wójcicki [2000]. Source: Wójcicki [2000]. Wyiki badań i obliczeń Wyiki obliczeń jedostkowych akładów eergochłoości skumulowaej uprawy miskatusa, odiesioe do hektara, zestawioo w tabeli 3. Strukturę rodzajów eergochłoości uprawy miskatusa w poszczególych latach całego cyklu istieia platacji przedstawioo graficzie (rys. 1). Według Wójcickiego [2005], średia eergochłoość produkcji roliczej wyosi 76,80 GJ ha 1, atomiast Roszkowski [1980] wykazuje, że eergochłoość produkcji ziara kukurydzy mieści się w zakresie od 37,85 do 74,25 GJ ha 1, w zależości od zastosowaej techologii, bez uwzględiaia eergochłoości ziemi. Eergochłoość produkcji ziara jęczmieia bez uwzględiaia eergochłoości ziemi mieści się w zakresie od 34,95 do 39,97 GJ ha 1 [Roszkowski 1980], w zależości od zastosowaej techologii, ziara pszeicy ozimej wyosi 37,05 GJ ha 1, a ziara rzepaku ozimego 29,40 GJ ha 1 [Dobek 2007]. Uprawa miskatusa bez uwzględiaia eergochłoości ziemi wymaga ok. 6,44 GJ ha 1 eergii w trzecim i astępych latach zbiorów. Jedostkowe akłady eergochłoości produkcji zbóż i miskatusa zestawioo w tabeli

5 Eergochłoość skumulowaa uprawy miskatusa Tabela 3. Jedostkowe rodzajowe akłady eergochłoości skumulowaej uprawy miskatusa a hektar [MJ ha 1 ] Table 3. Specific gere iputs of cumulated eergy per 1 ha [MJ ha 1 ] i miscathus cultivatio Skumulowae akłady eergochłoości Cumulated iputs of eergy Rok Year ciągików tractors arzędzi implemets zestawu maszy 1) machie set 1) pracy ludzkiej huma labour paliwa fuel sadzoek seedligs środków chemiczych chemicals suma total udział [%] percetage , , , , ,915 Suma za lata 0 17 Sum for years ,000 1) Suma skumulowaych akładów eergochłoości ciągików i arzędzi. 1) Sum of cumulated iputs of eergy cosumed by tractors ad implemets. Źródło: wyiki włase. Source: ow study. Środki chemicze Chemicals 45,15% Zestaw maszy Machie set 7,93% Praca ludzka Huma labour 7,59% Sadzoki Seedligs 1,86% Paliwo Fuel 37,48% Źródło: wyiki włase. Source: ow study. Rys. 1. Struktura eergochłoości uprawy miskatusa w poszczególych rodzajach eergochłoości skumulowaych Fig. 1. The structure of eergy cosumptio at miscathus cultivatio i particular kids of cumulated eergy 127

6 Marek Hryiewicz, Aa Grzybek Tabela 4. Jedostkowe akłady eergochłoości skumulowaej produkcji zbóż i miskatusa (bez uwzględiaia eergochłoości skumulowaej ziemi) Table 4. Specific iputs of cumulated eergy cosumed i productio of miscathus ad the cereals (excludig cumulated eergy of the soil) Rodzaj produkcji Kid of productio Średia eergochłoość produkcji roliczej Average eergy cosumptio i agricultural productio Eergochłoość jedostkowa Eergy cosumptio per uit [GJ ha 1 ] Źródło Source 76,80 Wójcicki [2005] Ziaro kukurydzy Maize grai 37,85 74,25 Roszkowski [1980] Ziaro jęczmieia Barley grai 34,95 39,97 Roszkowski [1980] Ziaro pszeicy ozimej Witer wheat grai 37,05 Dobek [2007] Ziaro rzepaku Rape seeds 29,40 Dobek [2007] Miskatus Miscathus 2,11 9,20 Wioski wyiki włase ow study Uprawa miskatusa a cele eergetycze jest zaczie miej eergochłoa w porówaiu z eergochłoością produkcji ziara kukurydzy (83,88 91,78%), ziara jęczmieia (82,55 84,74%), pszeicy ozimej (83,54%) i rzepaku ozimego (79,25%). Jeżeli jako kryterium zostaie wybray wskaźik eergochłoości skumulowaej w uprawie różych rośli, moża stwierdzić, że warto uprawiać miskatusa. Wskazae są dalsze badaia w zakresie eergochłoości skumulowaej produkcji i akładów materiałowo-eergetyczych. Bibliografia Dobek T Ocea efektywości ekoomiczej i eergetyczej produkcji pszeicy ozimej i rzepaku ozimego wykorzystywaych do produkcji biopaliw. Iżyieria Rolicza. Nr 6(94), s Grzybek A Wpływ wybraych techologii a środowisko i eergochłoość przetwórstwa owocowo-warzywego. Rozprawy Habilitacyje. Nr 12. Iżyieria Rolicza. Nr 2(44), ss. 172 Muzalewski A Koszty eksploatacji maszy. Z. 23. IBMER. Warszawa, ss. 47 Muzalewski A. 2009a. Opracowaie modelowych platacji miskatusa o powierzchi 5 i 20 ha. W: Modelowaie eergetyczego wykorzystaia biomasy. Sprawozdaie z działalości prowadzoej w projekcie badawczym PL0073 (Mechaizm Norweski i Europejski Obszar Gospodarczy) II kwartał 2009, pkt. 2. IBMER. Warszawa, ss

7 Eergochłoość skumulowaa uprawy miskatusa Muzalewski A. 2009b. Koszty eksploatacji maszy. Z. 24. IBMER Warszawa ss. 52 Roszkowski A Ocea efektywości eergetyczej i ekoomiczej produkcji kukurydzy i jęczmieia. IBMER. Warszawa, ss. 145 Wójcicki Z Wyposażeie techicze i akłady materiałowo-eergetycze w rozwojowych gospodarstwach roliczych. IBMER. Warszawa, ss. 139 Wójcicki Z Efektywość eergetycza produkcji roliczej w Polsce. Problemy Iżyierii Roliczej. Nr 4(50), s CUMULATED ENERGY CONSUMPTION IN MISCANTHUS CULTIVATION Summary Paper aalyzed material ad eergy iputs bor at miscathus croppig for eergy purposes. Cumulated material ad eergy iputs were calculated both, for successive cultivatio stages ad for the whole cycle of platatio usage. Ivestigatios were coducted o platatio of the area 50 ha. The iputs of material ad eergy were related to the surface of 1 ha. The results preset the structure of eergy cosumptio at miscathus growig i particular years, as well as a share of particular kids of these eergy iputs i miscathus croppig. Cultivatio of miscathus for eergy purposes is much less eergy cosumig tha productio of the maize, barley ad witer wheat grais ad witer rape seeds. Key words: biomass, miscathus, cultivatio, cumulated eergy cosumptio Recezeci: prof. dr hab. Ja Pawlak prof. dr hab. Jausz Piechocki Praca wpłyęła do Redakcji r. Adres do korespodecji: mgr iż. Marek Hryiewicz Istytut Techologiczo-Przyrodiczy Oddział w Warszawie Warszawa, ul. Rakowiecka 32 tel , m.hryiewicz@itep.edu.pl 129

8