MoŜliwości uprawy roślin energetycznych na terenie zanieczyszczonym metalami cięŝkimi

Transkrypt

1 SEMINARIA MoŜliwości uprawy roślin energetycznych na terenie zanieczyszczonym metalami cięŝkimi IETU d r M a r t a P o g r z e b a Z e s p ó ł F i t o r e m e d i a c j i / Z a k ł a d B i o t e c h n o l o g i i Ś r o d o w i s k o w y c h

2 Plan seminarium Prawne aspekty wykorzystania biomasy w Polsce Źródła biomasy roślinnej Charakterystyka róŝnych gatunków roślin energetycznych Badania własne dotyczące uprawy roślin energetycznych na terenach niezanieczyszczonych i zanieczyszczonych metalami cięŝkimi Problemy środowiskowe związane z uprawą ww. gatunków na terenach zanieczyszczonych metalami cięŝkimi Metoda chemostabilizacji metali w glebie jako narzędzie do uzyskania bezpiecznego plonu energetycznego

3 Polityka energetyczna Polski w zakresie OZE wzrost wykorzystania odnawialnych źródeł energii w bilansie energii finalnej do 15% w roku 2020 i 20% w roku 2030 osiągnięcie w 2020 roku 10% udziału biopaliw w rynku paliw transportowych oraz utrzymanie tego poziomu w latach następnych ochrona lasów przed nadmiernym eksploatowaniem w celu pozyskiwania biomasy oraz zrównowaŝone wykorzystanie obszarów rolniczych na cele OZE, w tym biopaliw, tak aby nie doprowadzić do konkurencji pomiędzy energetyką odnawialną i rolnictwem (Ministerstwo Gospodarki, 2009)

4 Wzrost zapotrzebowania na biomasę w UE Ŝywność czy energia?

5 Biomasa w polskim prawie biomasa stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a takŝe przemysłu przetwarzającego ich produkty, a takŝe części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji oraz ziarna zbóŝ niespełniające wymagań jakościowych (...) (Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 23 luty 2010, Dz.U. Nr 34, poz.182)

6 Źródła biomasy roślinnej w Polsce odpady rolnicze (słoma, resztki warzyw, wytłoki) odpady z działalności leśnej (trociny, zrębki) plantacje roślin energetycznych

7 Zalety dla środowiska z wykorzystania biomasy zmniejszenie wykorzystania paliw kopalnych (biomasa jest odnawialnym źródłem energii) redukcja emisji dwutlenku węgla (CO 2 ) redukcja emisji dwutlenku siarki (SO 2 ) zmniejszenie erozji wietrznej i wodnej redukcja wypłukiwania składników odŝywczych zwiększenie Ŝyzności gleb rekultywacja zdegradowanych terenów i wzrost bioróŝnorodności niska zawartość popiołu (1-2%) po spaleniu biomasy

8 Idealna roślina energetyczna wysokie plonowanie (wydajność suchej masy z hektara) niskie koszty produkcji niewielki pobór zanieczyszczeń z gleby / niska wraŝliwość na zanieczyszczenia duŝa odporność na choroby i szkodniki niewielkie wymagania nawozowe

9 Gatunki roślin energetycznych gatunki zdrewniałe - wierzba (Salix sp.), topola (Populus sp.) byliny dwuliścienne ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita), sylfium przerosłe (Silphium perfoliatum) wieloletnie trawy palczatka gerarda (Andropogon gerardi), miskant (Miscanthus giganteus, M. sacchariflorus, M. sinensis), proso rózgowate (Panicum virgatum), spartina preriowa (Spartina pectinata)

10 wierzba (Salix sp.) forma drzewiasta i krzewiasta wymaga gleb zasobnych w wodę szybki przyrost pędów, zbiór co 3 lata biomasa dostępna przez cały rok duŝa (70%) zawartość wody w świeŝej masie plantacja moŝe zachowywać Ŝywotność od 25 do 30 lat plon 7-15 t suchej masy/hektar/rok

11 miskant olbrzymi (Miscanthus x giganteus) pochodzi z Azji Wschodniej naturalna, triploidalna hybryda pomiędzy M. sacchariflorus i M. sinensis łatwy w uprawie i zbiorze rozmnaŝany przez ryzomy ( roślin/ha) daje wysoki plon suchej masy (25 30 t s.m./ha/rok) toleruje róŝne odczyny gleby jednoroczne sadzonki bardzo wraŝliwe na niskie temperatury plantacja moŝe być wykorzystywana przez lat moŝe być uprawiany na róŝnych rodzajach gleby

12 miskant cukrowy (Miscanthus sacchariflorus) pochodzi z Azji południowowschodniej silny system korzeniowy preferuje gleby lekkie, stanowiska zarówno suche jak i wilgotne prosty w uprawie okres uŝytkowania plantacji lat bardziej odporny na zimno i suszę niŝ miskant olbrzymi małe potrzeby nawozowe odporność na choroby i szkodniki plony o 25% niŝsze w porównaniu z miskantem olbrzymim

13 ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita) pochodzi z Ameryki Południowej niskie wymagania glebowe i klimatyczne głęboki system korzeniowy znaczna tolerancja na wahania temperatury uprawa na róŝnych typach gleb wraŝliwość na niedobory wody, choroby, szkodniki, zachwaszczenie uŝytkowanie plantacji lat

14 palczatka Gerarda (Andropogon gerardi) pochodzi z Ameryki Północnej moŝe być uprawiany na glebach o ph 5-8 późny okres wegetacji (zaczyna się od maja) wymaga corocznego odchwaszczania plon: gleba nie nawoŝona 6 t s.m./ha, nawoŝona 24 t s.m./ha

15 proso rózgowate (Panicum virgatum) pochodzi z Ameryki Północnej wytwarza okazałe, zielone lub szarozielone kępy, osiągające najczęściej 1-2 m wartość kaloryczna porównywalna do drewna o mniejszej zawartości wody dobra tolerancja na gleby umiarkowanie zasolone i alkaliczne 1 rok upraw t s.m./ha 2 rok upraw t s.m./ha 3 rok upraw t s.m./ha

16 topinambur (Helianthus tuberosus) pochodzi z Ameryki Północnej blisko spokrewniony ze słonecznikiem zwyczajnym (Helianthus annous L.) roślina jadalna, pastewna, ozdobna dorasta od 2 do 4 m rozmnaŝa się wyłącznie wegetatywnie przez podziemne rozłogi, na końcach bulwy o wypukłych oczkach szeroka tolerancja względem gleby gatunek inwazyjny

17 spartina preriowa (Spartina pectinata) pochodzi z Ameryki Północnej dorasta do ok. 2 m, tworząc obszerne, luźne kępy mocny system korzeniowy umoŝliwia wykorzystanie przeciwerozyjne od drugiego sezonu wegetacyjnego korzystne jest zasilanie roślin nawozami mineralnymi

18 wydmuchrzyca wydłuŝona (Elymus elongatus) naturalne stanowiska pd-wsch Europa i Azja Mniejsza moŝe być uprawiana na piaszczystych glebach dobrze znosi warunki klimatu suchego plon t s.m./ha/rok wysiew z nasion obniŝa koszty produkcji biomasy

19 Historyczne oraz prognozowane przez FAO plony roślin energetycznych ( t s.m./ha) Roślina pszenica (A) kukurydza (A) rzepak (A) słonecznik (A) miskant (B) miskant (A) topola (C) wierzba (A) (A) -Europa Środkowa; (B) -Europa Południowa, (C) -średnia dla Europy Środkowej i Południowej

20 Biomasa a surowce mineralne Materiał Wilgotność (% H 2 O) Wartość opałowa (MJ/kg) Popiół (%) wierzba ,6 topola 45 18,5 1,6 słoma 6 17,3 4,3 miskant 11 18,5 2,8 proso rózgowe ,4 4,5 węgiel brunatny węgiel kamienny

21 Energia z biomasy Roślina Plon (t s.m./ha) Wartość opałowa (MJ/kg) Wartość energetyczna plonu (GJ/ha) pszenica 7 ziarno + 7 słoma 12,3 (słoma) 123 topola , wierzba , proso rózgowe 8 17,4 139 miskant ,

22 Plon z ha i wartość w tonach węgla Roślina Plon (t s.m./ha) Wartość plonu w tonach węgla miskant 26 17,7 ślazowiec 12 6,2 wierzba 12 8

23 Dopuszczalne stęŝenia metali cięŝkich w glebie (Ministerstwo Środowiska, 2002) Pierwiastek Obszary specjalnej ochrony Grunty orne Tereny przemysłowe Arsen Chrom Cynk Kadm Miedź Ołów Rtęć

24 Zanieczyszczenie gleb metalami cięŝkimi

25 Struktura polskich gmin z zanieczyszczeniami uŝytków rolnych ponad 10% (2006)

26 Proces chemofitostabilizacji połączenie chemoi fitostabilizacji czyli działania związków chemicznych stabilizujących zanieczyszczenia w podłoŝu z wprowadzeniem na zanieczyszczony teren roślin tworzących zwartą pokrywę

27 Chemostabilizatory związki fosforu wodorofosforan(v) amonu, fosforyty, diwodorofosforan (V) wapnia, apatyty, hydroksyapatyty, kwas fosforowy, nawozy fosforowe (głównie superfosfat potrójny- TSP), fosforan wapnia w postaci mączki kostnej związki alkalizujące wapno nawozowe, węglan wapnia, dolomit, popioły lotne po spalaniu węgla, bogate w wapno przemysłowe produkty odpadowe zeolity naturalne i syntetyczne uwodnione tlenki Ŝelaza dodatek materii organicznej skompostowany osad ściekowy, skompostowane organiczne odpady, trociny, liście brzozy, biokompost, torf, humus, węgiel brunatny

28 Efektywność dodatków w immobilizacji metali Dodatek Pb Cd Zn związki fosforu materia organiczna +/- +/- +/- minerały ilaste materiały alkalizujące +/ tlenki Fe +/- - +/- (++) bardzo dobra ; (+) dobra;(+/-) niejednoznaczna; (-) negatywna

29 Dziękuję za uwagę Kontakt dr Marta Pogrzeba Zespół Fitoremediacji/ Zakład Biotechnologii Środowiskowych tel w