Biomasa - wprowadzenie

Transkrypt

1 BIOMASA Biomasa - wprowadzenie... 1 Biomasa roślinna jako paliwo do kotłów energetyki prosumenckiej Pozostałości roślinnej produkcji rolnej jako paliwo - wprowadzenie... 4 Roślinna biomasa rolnicza - przetwórstwo na cele energetyczne Słoma zbóż... 7 Agrobrykiet... 8 Agropellet... 9 Wiklina... 9 Len Rośliny uprawiane w celach energetycznych Słonecznik bulwiasty Rodzime trawy Trzcina pospolita - Phragmites Australis Mozga trzcinowata - Phalaris arundinacea Kostrzewa trzcinowa Festuca arundinacea Tymotka łąkowa Phleum pratense Kupkówka pospolita Dactylis glomerata Stokłosa bezostna Bromus inermis Rajgras wyniosły Arrhenatherum elatius Trawy introdukowane Miskant olbrzymi Miscanthus giganteus Ślazowiec pensylwański Sida hermaphrodita Biomasa drzewna Brykiet drzewny Pellet drzewny Zrębki Kotły spalające biomasę Kotły spalające biomasę rolniczą Kotły spalające biomasę drzewną Kotły spalające zrębkę drzewną Kotły spalające pellet drzewny Zasady montażu i eksploatacji kotłów na biomasę Instalacje zgazowania biomasy

2 Biomasa - wprowadzenie Biomasa stanowi trzecie, co do wielkości na świecie, naturalne źródło energii. Według definicji ustalonej w Unii Europejskiej biomasa oznacza podatne na rozkład biologiczny frakcje produktów, odpady i pozostałości przemysłu rolnego (łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych z nim gałęzi gospodarki, jak również podatne na rozkład biologiczny frakcje odpadów przemysłowych i miejskich (Dyrektywa 2001/77/WE). Za biomasę uznaje się ulegającą biodegradacji część produktów, odpadów wraz z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi lub pozostałości z rolnictwa, leśnictwa i związanych z nimi działów przemysłu, a także ulegającą biodegradacji część odpadów przemysłowych i miejskich.(dyrektywa2003/30/we,2003). W Unii Europejskiej, w strukturze energii pierwotnej pozyskiwanej ze źródeł odnawialnych 67 % stanowi energia wytwarzana z biomasy, w tym 48,1 % stanowi biomasa drzewna (dane z 2011 r.). Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 roku w Polsce uznaje się, że biomasa to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji. Energetyka odnawialna wykorzystująca jako paliwo biomasę roślinną oparta jest przede wszystkim o wszelkiego rodzaju roślinną biomasę odpadową powstającą przy okazji produkcji rolnej czy gospodarki leśnej oraz z przetwórstwa gospodarczego różnych roślin uprawnych oraz roślinną biomasę pochodzącą z celowych upraw. Są dwa obszary termicznego przetworzenia biomasy roślinnej na energię. Pierwszy to energetyka zawodowa produkująca energię elektryczną i cieplną w źródłach o dużej mocy oraz energetyka tzw. prosumencka produkująca głównie energię cieplną - przede wszystkim na własne potrzeby w wykorzystując ją budynkach mieszkalnych. 2

3 Biomasa dostarczana do energetyki zawodowej musi odpowiadać wymogom Urzędu Regulacji Energetyki zawartym w Krajowym Systemie Uwierzytelniania Biomasy (KSUB). Mała prosumencka energetyka cieplna rozwija się przede wszystkim na obszarach gdzie nie występuje infrastruktura sieci gazowniczej. Używane są w niej kotły na paliwa stałe, tj. węgiel, drewno i biomasę przetworzoną (pellet, zrębka, brykiet). Podstawowym jej paliwem jest węgiel kamienny. Drugim podstawowym paliwem dla kotłów na paliwa stałe jest drewno. Coraz powszechniejsza jako paliwo jest biomasa przetworzona do postaci brykietu lub pelletu. Jednak, ze względu na jej wysoką cenę, a także na wyższą cenę kotłów przystosowanych do ich spalania oraz brak powszechnej dostępności do tych paliw powoli zdobywa ona rynek. Decydującym czynnikiem wyboru rodzaju kotła najczęściej jest jego cena i ekonomiczna efektywność produkcji ciepła. Mimo uciążliwości związanych z ręcznym podawaniem paliwa do kotła, jak również usuwaniem popiołu, najczęściej wybierane są kotły na węgiel kamienny (miał, groszek, eko - groszek). Spowodowane jest to najniższą ceną tych kotłów i paliwa do nich (węgiel, miał, groszek itp.) w stosunku do wartości energii pierwotnej zawartej w paliwie. Poza merytorycznym atutem wyboru tych kotłów, ważne dla uzytkowników jest to, że są one wszystkopalne. Dlatego bardzo często niska emisja na obszarach, gdzie w zdecydowanej większości funkcjonują tego typu kotły jest bardziej szkodliwa dla mieszkańców niż na terenach zurbanizowanych, gdzie funkcjonują emitory energetyki zawodowej posiadające filtry i gdzie zawartość spalin jest monitorowana. Coraz większa świadomość ekologiczna, potrzeba świadomego życia w czystym powietrzu, rozwój technologii zwiększający efektywność kotłów na biomasę powoduje, że rynek kotłów na biomasę powoli, ale stale rośnie. Decyzja wyboru kotła na biomasę jest determinowana często przez analizę potencjału dostępnej biomasy oraz jej cenę i wygodę dostępu do niej. Wyróżnia się trzy rodzaje potencjału dostępnej biomasy roślinnej która może być użyta jako paliwo w kotłach na biomasę: teoretyczny zakłada wykorzystanie w 100% dostępnej teoretycznie biomasy roślinnej na danym terenie i brak ograniczeń do jej dostępu oraz założenie, że nie jest ona wykorzystywana na inne cele; 3

4 techniczny uwzględnia ograniczenia wynikające ze sprawności kotłów wytwarzających energię cieplną, straty w procesie jej przetwórstwa na cele energetyczne oraz uwarunkowania formalno prawne, szczególnie w zakresie ochrony przyrody a także ograniczenia logistyczne w jej pozyskani; ekonomiczny technicznie dostępna biomasa w warunkach ekonomicznej opłacalności procesu wytworzenia i wykorzystania energii cieplnej na cele ogrzewania i cwu; uzależniony jest od cen paliw i kosztów transportu, w przypadku energetyki prosumenckiej pod uwagę najczęściej brana jest prosta stopa zwrotu w stosunku do innych paliw, rzadziej efekt ekologiczny lub wygoda obsługi. Biomasa roślinna jako paliwo do kotłów energetyki prosumenckiej. Pozostałości roślinnej produkcji rolnej jako paliwo - wprowadzenie Na wielu konferencjach, sympozjach i panelach dyskusyjnych dotyczących wykorzystania biomasy rolniczej w energetyce powtarzane jest zdanie mówiące, iż Rolnictwo Polski rocznie produkuje około 25 mln ton słomy, z których mln ton może być przeznaczone na cele energetyczne. Twierdzą tak przede wszystkim osoby naukowo zajmujące się rolnictwem, jak i urzędnicy. Żonglerka danymi nt. słomy, jako paliwa odnawialnego dla energetyki zawodowej, odbywa się głównie na poziomie akademickiej ogólności. Zupełnie inaczej ten problem wygląda, jeśli wypowiadają się o nim przedstawiciele energetyki zawodowej, którzy szukają rozwiązań dla zabezpieczenia dostaw biomasy pochodzącej z rolnictwa. Po cichu mówią, że: spalanie słomy to problem technologiczny. Również w małej energetyce cieplnej spalenie słomy jest problemem technicznym. Niewielu producentów kotłów daje gwarancję na efektywne spalanie paliwa jakim jest słoma lub słomiany brykiet czy pellet. 4

5 Fot. Magazyn słomy przy wytwórni agropelletu. 1 Do celów energetycznych używa się nadwyżek słomy wszystkich rodzajów zbóż oraz rzepaku i gryki. Także pozostałości pochodzących z innych upraw np. lnu, fasoli czy ziół takich jak mięta, rumianek lub tymianek. Również siano jest brane pod uwagę jako paliwo. Ze względu na właściwości, a dokładnie ze względu na powszechność występowania, najczęściej używana jest słoma: pszenna, rzepakowa, żytnia i gryczana oraz słoma i osadki kukurydzy. Energetyka rozwijając sektor oparty na biomasie potrzebuje coraz większego strumienia biomasy rolniczej. Z tego wynika konieczność jej wytworzenia, zebrania, zmagazynowania i dostarczenia do elektrowni lub elektrociepłowni. W tym zdaniu wymienione zostały właściwie wszystkie problemy związane z tym zagadnieniem. Można jeszcze dodać dwa. Pierwszy to przetworzenie (zagęszczenie) słomy - niezbędne do efektywnego transportu. Drugi to konkurencja na rynku pozyskania słomy. Głównymi konkurentami przetwórstwa biomasy roślinnej na cele energetyczne są producenci podłoża do produkcji pieczarek. Ta produkcja pochłania duże ilości słomy pszennej. Ale ten problem występuje tylko lokalnie tam, gdzie zlokalizowane są takie zakłady. Ta gałąź produkcji rolnej stale się rozwija i zaczyna sprowadzać słomę nawet z odległości 200 km od pieczarkarni. 1 Źródło: materiały własne. 5

6 Roślinna biomasa rolnicza - przetwórstwo na cele energetyczne. Dlaczego wykorzystanie biomasy roślinnej w indywidualnej energetyce cieplnej jako paliwa jest tak ważne? Ponieważ nie tylko ogranicza emisję CO 2,ale przyczynia się również do zmniejszenia emisji gazów i pyłów szkodliwych dla człowieka (SO 2, CO, C n H m, NO x,). Redukcja tych gazów jest bardzo ważna, szczególnie w tzw. niskiej emisji (niskie emitory - kominy budownictwa indywidualnego rodzinnego). Najbardziej popularne w Polsce paliwo, jakim jest węgiel kamienny, jest najgorszym dla środowiska paliwem używanym w małych kotłach ze względu na powodowanie największej emisji pyłów i gazów. Największą wadą małych kotłów spalających węgiel jest możliwość spalania w nich śmieci. Jest to nagminnie stosowane przez zdecydowaną większość użytkowników kotłów węglowych. Węgiel kamienny spalany w energetyce zawodowej (elektrociepłownie i elektrownie) nie stanowi tak dużego zagrożenia, ze względu na ciągły monitoring służb ochrony środowiska i na funkcjonujące tam wysokosprawne systemy oczyszczania spalin i filtry pyłów na wysokich kominach. Fot. Bele słomy na polu. 2 2 Źródło: materiały własne. 6

7 Słoma zbóż Wytworzenie słomy jest najbardziej znanym i naturalnym elementem ścieżki pozyskiwania słomy jako stałego paliwa odnawialnego. Jej ilość waha się w zależności od urodzaju, cen ziarna, czy stosowania dobrych praktyk i kultury uprawy przez danego rolnika. Przyjmuje się, że z 1 ha uprawy zbóż można zebrać nawet od 4 do 5 ton słomy. Byćmoże, aby nasycić potrzeby energetyki, wrócą zboża z długą łodygą? Sprzedaż słomy przez rolników może być stałym i dodatkowym źródłem dochodów pod warunkiem systemowego podejścia do polskiej biomasy agro przez energetykę zawodową oraz stworzenia systemu wsparcia dla kotłów małej mocy przystosowanych do spalania biomasy roślinnej. Zebranie słomy to końcowy element wszystkich żniw. Często największym problemem jest termin zbioru. Krótki czas zbioru (w przypadku jednego danego gatunku) wymaga dużych nakładów na sprzęt i ludzi, aby efektywnie zebrać słomę i ułożyć w stogach na polach. Niesprzyjające warunki atmosferyczne implikują czasami dodatkowe koszty. Często jest tak, iż słomy jest dużo, a czasu, ludzi i sprzętu zbyt mało, aby pozyskać całą dostępną ilość surowca. Zwiększające się umaszynowienia małych gospodarstw rolnych rozwiązuje i ten problem. Jednak największy ujemny wpływ na przeznaczenie słomy na cele energetyczne jest przekonanie rolników o jej właściwościach jako nawozu po przeoraniu na polu. Dotyczy to głównie gospodarstw rolnych posiadających małe areały zbóż. Wykorzystanie słomy na cele energetyczne najczęściej wymaga jej przetworzenia na agrobrykiet lub agropellet. Odpowiedni kształt narzuca odbiorca, który ze względów technologicznych (podawanie biomasy do kotła) preferuje albo agrobrykiet albo agropellet. Pojawiły się już kotły dla odbiorcy indywidualnego zgazowujące słomę w postaci tzw. małej kostki lub agrobrykiet ze słomy (w postaci walca lub prostopadłościanu). Pozwala to wykorzystać użytkownikowi kotła w sposób zrównoważony własne zasoby roślinnej biomasy - czy to słomy czy siana jako paliwa do produkcji energii cieplnej i podgrzania cwu. 7

8 Agrobrykiet W większości zakładów produkujących brykiet proces zagęszczenia biomasy roślinnej odbywa się najczęściej w energochłonnych brykieciarkach mechanicznych. Proces ten wymaga wstępnej obróbki słomy, tj. jej rozdrobnienia oraz dosuszenia do odpowiedniej wilgotności. Używane w tych zakładach maszyny są maszynami do produkcji brykietu z odpadów drzewnych zaadoptowanymi dla przetwórstwa słomy. Proces zagęszczania roślinnej biomasy rolniczej wymaga materiału o wilgotności nie większej niż 15-20%. W tej chwili na rynku pojawiły się w pełni zautomatyzowane linie dedykowana specjalnie przetwórstwu roślinnej biomasy rolniczej. Brykieciarki te wsparte specjalnym systemem rozdrabniania połykają zarówno małą kostkę, baloty duże i małe oraz dużą kostkę nawet przy wilgotności materiału do 35%. Rozdrabniają słomę do kawałków nie większych niż 4 cm. Możliwość ustawiania zadanej długość elementów z których formowany jest agrobrykiet ma duże znaczenie w przypadku jeśli są one spalane w kotłach o podłożu fluidalnym. Zunifikowany kształt agrobrykietu do postaci kostki pozwala zwiększyć o 15% ładowność jednego transportu. Pozwala też na automatyczny załadunek i rozładunek przy pomocy specjalistycznych urządzeń. Fot. Kocioł zgazowujący załadowany brykietem ze słomy. 3 3 Ibid. 8

9 Agropellet Inną możliwością dostosowania słomy, jako paliwa do kotła, jest produkcja agropelletu. Proces pelletyzacji polega wysuszeniu do ok. 15%, rozdrobnieniu i zmieleniu do ziarnistości ok. 1 mm, a następnie na zagęszczaniu, prasowaniu i wysokociśnieniowym formowaniu biomasy roślinnej w walce o średnicy 4 12 mm. Pelletowanie najlepiej poprawia gęstość nasypową słomy jako paliwa, która dla słomy sprasowanej w duże kostki prostopadłościenne o wymiarach 270x90x120 cm wynosi 130 kg/m 3, podczas gdy dla spelletyzowanej słomy gęstość nasypowa wynosi 650 kg/m 3. Jedynym minusem procesu pelletyzowania jest dosyć duży koszt maszyn i urządzeń, a także spory koszt samego procesu produkcji ze względu na zużycie energii elektrycznej. Powyższe dotyczy linii produkcyjnych o wydajności powyżej 200 kg/h. Narzuca to konieczność budowania dużych instalacji przemysłowych w jednym miejscu, co przy transporcie surowca (słomy) w ilości tys. Mg stawia przed potencjalnym inwestorem duże logistyczne wyzwanie. Przy tak szerokim strumieniu surowca trudno uzyskać jego jednorodność rodzajową wymaganą przez bardzo dokładne granulatory dużej wydajności. Dlatego w miarę rozwoju kotłów o małej mocy przystosowanych dla wygodnego użytkownika do spalania agropelletu ze słomy zasadne staje się powstawanie małych wytwórni agropelletów wyposażonych w maszyny o wydajności nie większej niż 150 kg/h obsługujących okolicznych użytkowników takich kotłów. Wiklina Z definicji wikliniarstwo jest to uprawa na plantacjach wierzby wikliniarskiej oraz zbiór i uszlachetnianie surowca wiklinowego: prętów i kijów do produkcji plecionkarskiej oraz wyrobu wyplatanych mebli. Ścina się tylko młode pędy, które po przesortowaniu moczy się kilka dni w wodzie na otwartym powietrzu, następnie obdziera z kory i na końcu suszy w specjalnych suszarniach lub na słońcu. Po tym procesie powstałe kije i pręty wiklinowe nabierają charakterystycznej złotej barwy. Wszystko to, co pozostaje z procesu zbioru, przygotowania do produkcji i samej produkcji - nadaje się do przetworzenia na wygodny materiał opałowy w postaci agropelletu. Oczywiście nie jest to takie proste odpady 9

10 z okorowania wikliny są mokre, a wiklina powietrznie sucha utraciła tylko ponad 50% swej naturalnej wilgotności. Jednak warto pochylić się nad każdą toną bardzo taniego odnawialnego surowca. Fot. Uprawa wikliny. 4 Fot. Odpady z okorowania wikliny suszone naturalnie. 5 4 Źródło: materiały własne. 5 Ibid. 10

11 Wiklina jest mało wybredna, nasadzenia można robić na terenach nieprzydatnych do celów rolniczych. Tereny nisko położone, ulegające zalewom i znajdujące się w międzywale rzek doskonale nadają się do takiej właśnie uprawy. Na wiklinowe plantacje nadają się gleby piaszczyste o poziomie wody gruntowej na głębokości cm lub gleby gliniaste o niższym poziomie wód ( cm). Najbardziej przydatne są gleby w klasach od III do V. Grunt pod wiklinę uprawia się raz na lat. Największe plantacje wikliny, kuzynki wierzby energetycznej, można spotkać w województwach wielkopolskim, kujawskopomorskim i podkarpackim. Renesans zainteresowania wyrobami z surowców naturalnych może by katalizatorem zwiększającym obszarowość tych upraw. Biorąc pod uwagę istniejące w Polsce sprzyjające warunki klimatyczno-glebowe i wieloletnie tradycje uprawy wikliny, warto spojrzeć w kierunku tego sektora, gdzie wręcz za darmo możemy mieć surowiec energetyczny, który może wzbogacić paletę biomasy rolniczej wykorzystywanej na cele energetyczne. Len Jeszcze w latach 70-tych ubiegłego wieku Polska była lnianą potęgą. Dzisiaj, walcząc z tanim chińskim surowcem, polscy plantatorzy lnu usiłują odbudować naszą pozycje na światowym rynku lnu. Zwiększające się co roku areały upraw tej rośliny powodują wzrost ilości pozostałości (np. paździerze lniane) powstających w procesie przemysłowego wykorzystania lnu. Oprócz wysokowartościowego włókna, nasion i oleju oraz makuchów i plew stanowiących wartościowe pasze, len dostarcza paździerzy (popularny piździoch - pozostałości) służących w przeszłości do produkcji płyt meblowych i izolacyjnych. Z przerobu słomy lnianej otrzymuje się 25% włókna oraz 75% paździerzy. Te ostatnie nie są obecnie dostatecznie wykorzystywane i w większości stanowią bezwartościowy odpad. 11

12 Fot. Przewracanie lnu na polu. 6 Dzisiaj produkcja lnu nastawiona jest głównie na odmiany włókniste, ze względu na małe zainteresowanie odbiorców siemieniem lnianym. Len uprawiany jest najczęściej na polach, na których rosło wcześniej zboże. Siewu dokonuje się w połowie marca, co 4 5 lat na tym samym polu. Przed zbiorem lnu z pola, pod koniec sierpnia, dokonuje się wyrywania roślin (za pomocą wyrywaczki) i pozostawia na polu, gdzie zachodzi proces naturalnego roszenia. Wyrywanie lnu na plantacji trwa ok. dwóch tygodni. Wówczas obrywane są torebki nasienne, z których po wymłóceniu otrzymuje się siemię lniane przeznaczane na sprzedaż. Po dwóch, trzech tygodniach, za pomocą przewracarki przewraca się len i pozostawia na ok. tydzień, kiedy następuje dalszy etap roszenia. Zbiór słomy lnianej następuje wtedy, gdy nabrała już odpowiednich właściwości. Włókno się nie rwie, paździerz łatwo się wykrusza, a rośliny pokrywa srebrzystoszary nalot. Słoma jest mechanicznie wiązana w wiązki i zwożona do stodół. Trwa to nawet do początku zimy. Na Lubelszczyźnie jedne z większych upraw lnu znajdują się w okolicach Fajsławic i Krasnegostawu. Istnieje tam kilka zakładów (wialni) obsługujących rolników uprawiających len. Dzisiaj odpady powstające w tych miejscach, wbrew wszelkiej logice i przepisom, są po prostu w większości przypadków palone na polach. Od kiedy energetyka upomniała się 6 Ibid. 12

13 o GJ zawarte w biomasie rolniczej, producenci biomasy odważniej spoglądają na pola za wialniami lnu. Fot. Palenie paździerzy lnianych na polach. 7 Zbyt duże rozproszenie terytorialne przetwórni lnu nie pozwoliło jeszcze na systemowe i efektywne wykorzystanie tego surowca. Brak jest maszyn, które mogłyby przetworzyć pozostałości z produkcji lnu na surowiec energetyczny. Profesjonalne linie do brykietowania czy pelletowania wymagają olbrzymich nakładów, a przewożenie odpadów transportem kołowym do dużych wytwórni agropelletu zupełnie się nie opłaca przy dzisiejszych cenach paliw. Jedynym rozwiązaniem wydaje się mobilna maszyna, która w sezonie obróbki, a więc późną jesienią, zimą i wczesną wiosną mogłaby przetwarzać odpady. Przeprowadzone badania agrobrykietu i agropelletu wyprodukowanego z odpadów lnu (paździoch) wykazały następujące dane: agrobrykiet z odpadów lnu ma wartość opałową 16,513 GJ/Mg, a agropellet 17,726 GJ/Mg w stanie roboczym. 7 Ibid. 13

14 Rośliny uprawiane w celach energetycznych Słonecznik bulwiasty Topinambur (Helianthus tuberosus L.) na skalę produkcyjną topinambur rozmnażany jest wyłącznie wegetatywnie, przez bulwy. Jest to wieloletnia bylina dwuliścienna. Podobnie jak inne rośliny okopowe, najlepiej udaje się na glebach średniozwięzłych, przewiewnych, o dużej zasobności składników pokarmowych i dostatecznej wilgotności. Posadzony jesienią, wcześnie rozpoczyna wegetację i lepiej wykorzystuje zasoby wody pozimowej. Ma przy tym silniejszy system korzeniowy i szybciej zacienia glebę niż inne okopowe, może być wobec tego uprawiany na gorszych stanowiskach, mniej przydatnych do uprawy ziemniaków. 14

15 Na glebach podmokłych i kwaśnych topinambur słabo plonuje. Zaletą tego gatunku (zwłaszcza w przypadku stanowisk trudnych do uprawy, np. na stoku) jest możliwość samoodnawiania się, co eliminuje konieczność corocznych nasadzeń. Przedplonem dla topinamburu mogą być wszystkie rośliny uprawne, a także niezbyt zachwaszczone odłogi, pod warunkiem przeprowadzenia starannej uprawy roli. Sadzenie bulw można wykonać jesienią (XI-XII) lub wczesną wiosną (III-IV). Bulwy są odporne na niskie temperatury. Ukorzeniają się i kiełkują już w temperaturze gleby 4-5 C. Korzystniejszy wydaje się więc jesienny termin sadzenia, ponieważ rośliny wiosną rozpoczynają wegetację, zanim gleba obeschnie i nada się do mechanicznej uprawy. W efekcie okres wegetacji wydłuża się przynajmniej o 3 tygodnie, co korzystnie wpływa na plonowanie. Bulwy wysadza się sadzarką do ziemniaków lub ręcznie. Fot. Topinambur. 8 8 Źródło: materiały własne. 15

16 Do zbioru wykorzystuje się maszyny do kopania ziemniaków (np. kopaczki elewatorowe) lub wykonuje się go ręcznie na małych poletkach. Zbioru części nadziemnych można dokonać już w październiku (po zaschnięciu łodyg), stosując przy tym sieczkarnię samobieżną w zestawie z odpowiednimi przyczepami odwożącymi zielonkę na silos lub kosy spalinowe. Topinambur jest gatunkiem o bardzo wysokim potencjale produkcyjnym. Na żyznych glebach, przy dostatku wody, plony świeżej biomasy mogą dochodzić do 200 ton z ha, a plon samych bulw do 90 ton z ha. W warunkach polskich średni plon suchej masy waha się w granicach od 10 do 16 t/ha. 9 Rodzime trawy Znaczącą i jeszcze dzisiaj niedocenianą rolę w produkcji energii odnawialnej z paliw stałych można przypisać trawom wysokim, których pędy generalnie wyrastają ponad 100 cm. Mają one duży potencjał masy zależny od wysokości i duże tempo wzrostu. Od tych czynników zależy plon suchej masy. Rodzime gatunki traw należą do roślin typu C-3 fotosyntezy i charakteryzują się wczesnym rozpoczynaniem wegetacji na wiosnę. Fazę generatywną większość z nich osiąga w połowie maja i w czerwcu, po czym w czasie letnich upałów przechodzi okres spoczynku. Jest to najczęściej najbardziej dogodny termin zbioru biomasy, którą można bez dodatkowych kosztów dosuszyć na pokosach do wilgotności poniżej 20%. Proces suszenia traw znacznie przyspiesza mechaniczne uszkodzenie koszonych roślin, do czego można wykorzystać kosiarki rotacyjne z kondycjonerem. Jesienią trawy podejmują ponowny wzrost, co związane jest z obniżeniem temperatury powietrza oraz opadami. Warto pamiętać o tym, że w odroście jesiennym udział pędów generatywnych jest znacznie niższy niż w plonie I pokosu. Właśnie plon łodyg jest najbardziej interesujący w plantacji energetycznej, późniejsze odrosty można przeznaczyć na paszę dla zwierząt. Spadek pogłowia zwierząt przeżuwających, najważniejszych konsumentów paszy 9 Źródło: The Bioenergy International. 16

17 produkowanej przez trawy, spowodował konieczność alternatywnego wykorzystania biomasy pochodzącej z trwałych użytków zielonych oraz z upraw polowych. Dla wielu zaniedbanych i zdegradowanych łąk z powodu zaniechania użytkowania, zbiór biomasy na cele energetyczne przyczyni się do poprawy ich stanu. W związku z zanikiem rozdrobnionej hodowli bydła (małe stada są nieopłacalne) i ograniczeniem kwot mlecznych dotychczasowe zastosowanie traw jako paszy uległo ogromnemu zmniejszeniu. Trawy pozyskiwane są na użytkach zielonych (UZ). Te można podzielić na: użytki przemienne (zw. krótkotrwałymi), do których zalicza się te na gruntach ornych, które znajdują się w płodozmianach polowych; użytkuje się je kośnie lub pastwiskowo w ciągu kilku lat, a następnie są one zaorywane i na ich miejsce wysiewa się rośliny uprawy polowej; trwałe użytki zielone (TUZ), które są porośnięte wieloletnią roślinnością zieloną, z przewagą lub dużym udziałem traw i są w ciągu wielu lat koszone, spasane lub użytkowane zmiennie (kośnie lub pastwiskowo). Preferowane jest stosowanie następujących metod zagospodarowania i odnawiania TUZ polegających na: odnawianiu przez nawożenie i użytkowanie bez niszczenia istniejącej darni; podsiewie odpowiednio dobraną (pod kątem przydatności energetycznej) mieszanką traw przy częściowym zniszczeniu istniejącej darni; pełnym siewie odpowiednio dobranymi (pod kątem przydatności energetycznej) mieszankami traw przy całkowitym zniszczeniu istniejącej darni, czyli tzw. pełna uprawa. Rodzime gatunki traw mogą stanowić ważne źródło biomasy na cele energetyczne na obszarach objętych ochroną (np. tereny parków krajobrazowych), gdzie zabroniona jest uprawa gatunków obcego pochodzenia (ustawa o ochronie przyrody z r., Dz.U. Nr 92, poz. 880). Większość wieloletnich traw zarejestrowanych w Polsce wypada po 3 4 latach intensywnego użytkowania. Niepokoi jednak brak odmian takich gatunków jak stokłosa bezostna i mozga trzcinowata. 17

18 Z powodu ochrony środowiska nie zawsze jest wskazana uprawa tylko jednego wydajnego energetycznie gatunku trawy. Takie uprawy ograniczane są również przez wymagania siedliskowe roślin, które stanowią trudną do pokonania barierę w ich rozprzestrzenianiu. Do względów przemawiających za pozostawieniem zbiorowisk trawiastych mniej wydajnych jest negatywny wpływ orki w warunkach torfowych (np. tereny podmokłe, zalewowe) lub przestrzeni w terenie falistym narażonym na występowanie erozji (np. tereny okolic kopalń). Za wykorzystaniem energetycznym biomasy z typowych łąk, obfitujących w gatunki traw, przemawia również ochrona bioróżnorodności flory. Można wówczas sięgnąć do takich środków, jak podsiew łąki gatunkami wysokimi, dobranie odpowiedniego nawożenia lub organizacja nawadniania. Wybór gatunku lub zbiorowiska trawiastego do produkcji energii zależy od specyficznych warunków przyrodniczych i ekonomicznych w jakich znajduje się dany obszar eksploracji roślinnej biomasy na cele energetyczne. Gatunek Typ fotosyntezy Zawartość popiołu (% s.m.) Spartina preriowa Spartina pectinata Proso rózgowate Panicum virgatum Palczatka Gerarda Andropogon gerardi Miskant chiński Miscanthus sinensis C4 C4 C4 C4 1,6 1,7 1,8 2,0 Mozga trzcinowata Phalaris arundinacea Trzcina pospolita Phragmites australis Pszenica Triticum C3 C3 C3 6,3 7,5 11,1 Tab. Porównanie zawartości popiołu ze spalania słomy traw typu C3 i C4 fotosyntezy Źródło: Samson i in

19 Gatunek Plonowanie t.s.m./ha/rok Wymagania siedliskowe Odmiany Kostrzewa łąkowa Gleby żyzne, wilgotne 22 odmiany Kostrzewa trzcinowa 15 Piaski po gleby gliniaste Kord, Rahela, LTerros Kupkówka pospolita 7-17 Gleby zasobne, w dobrej kulturze 15 odmian Stokłosa bezostna Gleby piaszczysto gliniaste 1 odmiana Stokłosa spłaszczona 8-17 Mało wymagająca odporna na susze Broma Mozga trzcinowa 15 Gleby organiczne Znosi zalewanie i niedobory wody 1 odmiana Rajgras wyniosły 8-12 Gleby średnio zwięzłe, wytrzymała na suszę Median Tymotka łąkowa 10 Wilgotne, żyzne 18 odmian Tab. Zestawienie rodzimych gatunków traw według wymagań siedliskowych. Trzcina pospolita - Phragmites Australis Trzcina pospolita Phragmites Australis jest wieloletnią rośliną spotykaną na terenie całego kraju. Osiąga wysokość do 4,1 metrów. Posiada długie, czołgające się kłącze i bardzo grube, ulistnione, proste źdźbło. Liście sinozielone, twarde i sztywne o ostrych brzegach. Kwitnie od lipca do września i jest wiatropylna. Najczęściej porasta brzegi wód, bagna i zalewiska, starorzecza, sadzawki, glinianki, doły potorfowe itp. Rozmnaża się przede 19

20 wszystkim wegetatywnie, przez długie rozłogi, oraz fragmentację kłączy. Największe zagęszczenia tworzą kłącza na głębokości 0,5 m. Pojedyncze kłącza żyją przeciętnie około 6 lat i mogą rozrastać się w promieniu 10 metrów z szybkością 1 metra rocznie. Rośnie dobrze na różnych typach podłoży, od piaszczysto-żwirowych, poprzez gleby torfowe, do różnych typów gytii i mułów. Stanowi tam trudny do usunięcia chwast z uwagi na swoją żywotność i łatwość rozmnażania. Na podstawie badań przeprowadzonych na terenie Lubelszczyzny stwierdzono, że w naturalnych siedliskach trzcina dorastała do 4,1 metra i dostarczała suchą masę w ilości od 13 do 30 t/ha. 11 Obecnie wykorzystywanie gospodarcze trzciny przeżywa swój renesans, ponieważ jest używana do produkcji mat izolacyjnych, mat zacieniających i bardzo modnych strzech trzcinowych na budynkach mieszkalnych. Poza tym stanowi dobry surowiec dla przemysłu celulozowego. Fot. Trzcina pospolita. 12 Mozga trzcinowata - Phalaris arundinacea Mozga trzcinowata Phalaris arundinacea. Należy do najwyższych traw łąkowych, osiąga wysokość cm. Posiada silnie rozwinięty system korzeniowy. Wykształca dużo długich podziemnych rozłogów, z których węzłów wyrastają pojedyncze, wydłużone 11 Źródło: ODR Końskowola. 12 Źródło: 20

21 pędy wegetatywne i kwiatowe, równomiernie ulistnione. Źdźbła gładkie, grube, sztywne, połyskujące. Fot. Mozga trzcinowata. 13 Trawa wybitnie trwała. Po siewie rozwija się wolno, pełny rozwój osiąga w 2 3 roku. Wiosną rozwija się wcześnie, jednak kwitnie późno, w połowie czerwca. Ma dość krótki okres wegetacji. Po skoszeniu odrasta bujnie, wrażliwa na udeptywanie. Głęboki system korzeniowy umożliwia jej przetrwanie okresów suszy. W sprzyjających warunkach łatwo opanowuje teren i wypiera inne gatunki. Znosi długotrwałe zalewy powierzchniowe wodami przepływowymi. W korzystnych warunkach można zebrać od 10 do ponad 15 t/ha suchej masy. 13 Ibid. 21

22 Kostrzewa trzcinowa Festuca arundinacea Kostrzewa trzcinowa festuca arundinacea. Trawa wczesna, charakteryzujących się szybkim tempem wzrostu i rozwoju oraz wysoką wydajnością. Dobrze wykorzystuje nawożenie mineralne. Luźnokępkowa, wysoka, wieloletnia. Doceniana jako roślina przeciwerozyjna. Wykorzystuje się ją do zadarniania skarp, poboczy dróg, autostrad, terenów specjalnych oraz do zakładania trawników użytkowych. Fot. Kostrzewa trzcinowa. 14 Kostrzewa trzcinowa optimum rozwoju osiąga w stanowiskach żyznych, a zwłaszcza w zasobnych w przyswajalny azot. Jest trawą o bardzo wysokiej odporności na stresowe warunki termiczne i wilgotnościowe. Dobrze rozwija się w okresie upałów i wytrzymuje ostre zimy. Nie szkodzą jej spóźnione przymrozki wiosenne. Znosi ciężkie nieprzewiewne gliny i wysoki poziom wody gruntowej, ale dzięki dużej wytrzymałości na brak wody nadaje się przede wszystkim do uprawy na lekkich i suchych glebach, nadmiernie odwodnionych, zmurszałych torfach, a także na rekultywowanych hałdach popiołów, żużlu wielkopiecowego, itp. W warunkach gleb ornych otrzymywano plony suchej masy tego gatunku zbliżone do 15 t/ha 15, w warunkach żyznych gleb hydrogenicznych można spodziewać się plonów dochodzących do 20 t/ha. Na jeden hektar wysiewa się około 45 kg nasion. 14 Źródło: 15 Źródło: ARiMR. 22

23 Tymotka łąkowa Phleum pratense Fot. Tymotka łąkowa. 16 Tymotka łąkowa Phleum pratense. Jest to trawa wysoka, luźnokępkowa, wieloletnia. Wysiewana jest na użytki trwałe, przemienne, kośne i pastwiskowe. Charakteryzuje się wysoką produktywnością; plon suchej masy w okresie wegetacji kształtuje się na poziomie 8-15 t/ha. Tymotka jest wytrzymała na niesprzyjające warunki klimatyczne. Dobrze znosi grubą i długotrwałą okrywę śnieżną, jak również ostre i bezśnieżne zimy. Reaguje dobrze na nawożenie azotem, szczególnie przy nawodnieniu. Susza w okresie lata ogranicza liczbę wykształcanych pędów oraz powoduje wolniejsze odrastanie. Przedłużanie się niedoboru wody powoduje wyginięcie części roślin. Główną wadą tymotki jest mała trwałość stąd nadaje się głównie na 2-3 letnie plantacje traw stanowiących źródło energii zakładane na sprawnych gruntach ornych lub odłogach o dość dobrej kulturze. 16 Ibid. 23

24 Kupkówka pospolita Dactylis glomerata Fot. Kupkówka pospolita. 17 Kupkówka pospolita Dactylis glomerata. Trawa luźnokępkową, wysoka o szybkim i dynamicznym rozwoju. Zaliczana jest do traw wczesnych. Jest gatunkiem wykorzystywanym na wysokowydajnych użytkach zielonych zarówno trwałych, jak i krótkotrwałych. Stosuje się ją do renowacji użytków zielonych metodą podsiewu. Najlepiej plonuje na glebach utrzymanych w dobrej kulturze, zasobnych w składniki pokarmowe. Źle znosi warunki podmokłe, gdyż szybko się przerzedza. Nie znosi gleb kwaśnych (optymalne ph 6,0-7,0). Wytrzymuje mroźne zimy i długie okresy posuchy, natomiast jest bardzo wrażliwa na spóźnione przymrozki. Odpowiednio nawożona i użytkowana dostarcza wysokich plonów w wysokości 8-12 t/ha suchej masy. 17 Ibid. 24

25 Stokłosa bezostna Bromus inermis Fot. Stokłosa bezostna. 18 Stokłosa bezostna Bromus inermis. Trawa wysoka, wieloletnią. Należy do typu ozimego, rzadko występują formy jare. Jako gatunek dobrze znoszący suszę występuje na wałach, górnych odcinkach skarp i rowów. Ma również zastosowanie przy zadarnianiu budowli naziemnych. Stokłosa bezostna szybko wschodzi po zasiewie (5-6 dni), jednak pełny rozwój osiąga w drugim lub trzecim roku wegetacji. Można wówczas zebrać 3 pokosy zielonki, tzn. ok t siana. Nadaje się głównie do użytku, jako jeden z komponentów, mieszanek trawiastych zwiększających plonowanie łąk, których biomasa będzie przeznaczona jako paliwo. Rajgras wyniosły Arrhenatherum elatius Rajgras wyniosły (Arrhenatherum elatius). Trawa luźnokępowa o charakterystycznym wysokim i szybkim wzroście i sinawozielonym zabarwieniu. Łodyga źdźbła do cm 18 Ibid. 25

26 wysokości. Gatunek dobrze reaguje na nawożenie, a szczególnie na nawozy azotowe. Z dobrych plantacji tej trawy można otrzymać ponad 10 t/ha suchej masy. Odznacza się znaczną trwałością, ale źle znosi bezśnieżne zimy. Wymaga gleb o odczynie obojętnym lub alkalicznym, optymalnie lub słabiej uwilgotnionych. Nadaje się do uprawy w mieszankach na łąki trwałe z biomasą przeznaczoną do spalania. Fot. Rajgras wyniosły. 19 Trawy introdukowane Plantacje przemysłowe (ponad 50 ha) roślin introdukowanych 20, w tym wypadku traw (miskant cukrowy, miskant olbrzymi, ślazowiec pensylwański), są jeszcze w Polsce sporadyczne i ich wpływ na środowisko nie jest zbadany. Dlatego też występują one w załączniku do Rozporządzenie Ministra Środowiska, jakim jest Lista roślin, zwierząt i grzybów gatunków obcych, które w przypadku uwolnienia do środowiska przyrodniczego mogą zagrozić gatunkom rodzimym lub siedliskom przyrodniczym. W rozporządzeniu tym wymieniona zostały gatunki, których wprowadzenie stanowi znaczące zagrożenie dla rodzimych gatunków i siedlisk lub których dalsze bezwarunkowe wprowadzanie może powodować rozprzestrzenienie się ich na tereny jeszcze wolne od tych gatunków. 19 Ibid. 20 Gatunek introdukowany gatunek sztucznie wprowadzony na obszar nie będący jego naturalnym areałem. 26

27 Problemem gatunków obcych zajmuje się Instytut Ochrony Przyrody PAN w Krakowie, który tworzy listę gatunków obcych w Polsce. 21 Na liście tej znalazł się na przykład rdest sachaliński, z adnotacją, iż istnieje konieczność zwalczania tego gatunku. Jego wpływ, tj. konkurencja i wypieranie na rodzime gatunki roślin jest znaczny, a zasięg ogólnopolski. Mimo to w wielu opracowaniach dotyczących roślin energetycznych jest on zalecany jako roślina energetyczna. Nie oznacza to, że zupełnie należy wyeliminować możliwość uprawy i hodowli poszczególnych gatunków, ale wymagać to będzie uzyskania zezwolenia i spełnienia warunków zapewniających bezpieczeństwo środowiska przyrodniczego, zgodnie z art. 120 ust. 2 ustawy o ochronie przyrody. Miskant olbrzymi Miscanthus giganteus Trawa kępowa, występująca w kilkudziesięciu genotypach. Cechą charakterystyczną są silnie rozbudowane kłącza podziemne oraz rozległy system korzeniowy, sięgający do 2,5 m w głąb ziemi, co sprzyja efektywnemu pobieraniu składników pokarmowych i wody. Posiada źdźbła grube, sztywne, wypełnione gąbczastym rdzeniem, o długości cm. Miskantus jest rośliną ciepłolubną (szlaku metabolicznego C4), oznacza to szczególnie efektywną formę fotosyntezy, która zapewnia duży przyrost biomasy z powierzchni asymilowanej, a wiąże się z koniecznością dobrego nasłonecznienia. Średnia temperatura roku powinna wynosić minimum 7 o C. Roczna ilość opadów powinna zawierać się pomiędzy 400 a 600 mm. Doświadczenia wykazały, że rośliny uzyskiwały normatywne przyrosty masy przy głębokości wód gruntowych rzędu 2 m. 22 Roślina ta dobrze znosi czasowy deficyt wody, co nie jest bez znaczenia przy okresach suszy występujących na obszarze Polski. Trawa ta nie ma dużych wymagań co do jakości gleby. Mogą to być gleby nawet V i VI klasy, a także nieużytki. Powinny to być gleby średnio zwięzłe, o podłożu piaszczystym, Źródło: The Bioenergy International. 27

28 z niskim poziomem wód gruntowych. Sprawdza się na terenach nierównych, ze skłonami, gdzie gleba narażona jest na silną erozję. Uprawiana na plantacjach produkcyjnych, powinna być sadzona na glebach III i IV klasy, co gwarantuje systematyczne wysokie plony (średnio 15 do 30 t masy przy wilgotności 20% w zależności od rodzaju gleby i wielkości nawożenia). Miskantus jest rośliną wieloletnią. Jej gospodarcze wykorzystanie możliwe jest przez ok. 20 lat. Większość nakładów, które należy ponieść na uprawę plantacji w okresie jej użytkowania przypada na pierwszy rok. Ze względu na specyfikę prowadzenia wieloletniej plantacji należy starannie przygotować glebę przed wysadzeniem roślin. Fot. Miskant olbrzymi. 23 Miskantus w warunkach europejskich nie rozmnaża się generatywnie (przez nasiona). Możliwe jest rozmnażanie tylko przy pomocy sadzonek korzeniowych, uzyskanych z podziału kilkuletnich karp lub sadzonek in vitro. W obu przypadkach koszt sadzonek jest wysoki i waha się w granicach 1,2 do 2 zł za sztukę. Przy gęstości nasadzeń miskantusa wynoszącej ok. 10 tys. szt. na 1 ha, koszt założenia plantacji jest dosyć wysoki. 23 Źródło: 28

29 Zakończenie wegetacji miskantusa w zależności od ilości dostępnych składników pokarmowych i wilgotności gleby, przebiega od październik do grudnia. Całkowite zasychanie łodyg i liści rozpoczyna się z nadejściem pierwszych mrozów. Miskantus w odróżnieniu od innych roślin energetycznych po zakończeniu okresu wegetacji nie traci liści. Ma to istotny wpływa na jego plonowanie. Bardzo cenną cechą miskantusa jest odporność na duże opady śniegu. Gruba warstwa śniegu powoduje nachylenie łanu, w skrajnych przypadkach nawet jego położenie. Roślina nie ulega jednak złamaniu. Po stopnieniu śniegu podnosi się z ziemi. Jest to bardzo istotne w czasie zbioru. Przyleganie położonych łodyg do ziemi utrudnia, a czasami wręcz uniemożliwia zbiór, co ma miejsce w przypadku innych roślin. Okres zbioru miskantusa jest długi. Żniwa można przeciągnąć nawet do pierwszej dekady maja, gdyż w tym czasie dopiero następują pierwsze wybicia nowych pędów. Do zbioru miskantusa stosować można większość maszyn i sprzętu stosowanego przy zbiorze i zwózce słomy. Plantację ścina się przy pomocy kosiarki rotacyjnej z kondycjonerem. Słoma po takiej obróbce jest połamana i zmięta, ułożona w równe, wysokie pokosy. Przetrzymana w tej postaci na polu przez 2-3 dni, traci nawet 10% wilgotności. Cięcie przy pomocy innego rodzaju kosiarek jest nieefektywne. Miskantus ze względu na wysokość i obfitość utrudnia koszenie, źle się układa na pokosie, co powoduje problemy przy jego prasowaniu. Wysoki plon miskantusa, często przekraczający 20 t z ha przekłada się na niskie koszty jego zbioru. Czas pracy ludzi, sprzętu, liczba przejechanych kilometrów w porównaniu do zbioru słomy zbóż, a szczególnie rzepaku może być nawet o ok. 50% niższy. Ślazowiec pensylwański Sida hermaphrodita Ślazowiec pensylwański nie ma specjalnych wymagań w stosunku do gleby i klimatu. Udaje się na wszystkich typach gleb, nawet na piaszczystych V klasy bonitacyjnej, pod warunkiem dostatecznego ich uwilgotnienia. W polskich warunkach jego długowieczność bywa określana nawet na lat. Trwające obserwacje nie wykazały, aby ślazowiec wymarzał w czasie ostrych zim lub wysychał w czasie upalnych i suchych lat. Dzięki głębokiemu systemowi korzeniowemu jest to roślina odporna na okresowe susze. 29

30 Dla ślazowca, jako wieloletniej kultury, szczególne znaczenie ma dobre przygotowanie pola przed założeniem plantacji. W pierwszym rzędzie chodzi o zapewnienie równomierności wysiewu nasion, ich kiełkowania i wschodów nasion. Młode rośliny ślazowca potrzebują do normalnego wzrostu światła, stąd też są wrażliwe na zachwaszczenie. Jest to szczególnie ważne w pierwszym roku uprawy. W latach następnych chwasty nie są tak groźne, gdyż ślazowiec rozwijając bogatą masę zieloną, skutecznie je zagłusza. Fot. Ślazowiec pensylwański. 24 Użytkowanie ślazowca na cele energetyczne rozpoczyna się już w drugim roku uprawy. Pierwsze koszenie roślin przypada w maju, drugie w lipcu-sierpniu, kiedy rośliny osiągają cm wysokości, tworzą pączki kwiatowe i kwitną. W naszych warunkach możliwe jest również zebranie trzeciego pokosu około października. Należy jednak wziąć pod uwagę fakt, że intensywne użytkowanie ślazowca obniża trwałość plantacji. Zbiór ślazowca na nasiona łączyć można ze zbiorem łodyg przeznaczonych na cele energetyczne. Okres zbioru jest dość długi i uzależniony od warunków pogodowych, stanu gleby warunkujące użycie maszyn itp. Za optymalny termin zbioru uważany jest koniec września-listopad (po przymrozkach). 24 Ibid. 30

31 Biomasa drzewna Drewno jest najstarszym paliwem znanym człowiekowi. Miarą postępu w skutecznym wykorzystaniu energii pierwotnej zawartej w drewnie jest droga jaką człowiek pokonał od ogniska poprzez piece, aż do kotłów na pellet z pełną automatyką sterowania procesem spalania osiągające sprawność powyżej 90 %. W 2010 roku w UE wyprodukowano ok. 1 mld m 3 biomasy drzewnej, z czego 30 % stanowiły źródła pozaleśne. W strukturze zużycia biomasy drzewnej 57 % przeznaczono na cele materiałowe (miazga drzewna, tarcica, płyty drewnopochodne, etc.), a 43 % na cele energetyczne. Według raportu EUwood (2010) szacunki na 2020 i 2030 zakładają zwiększenie produkcji biomasy drzewnej odpowiednio dla wymienionych lat o 5,4 i 11,2 %, przy czym wzrost ma wynikać jedynie ze wzrostu ilości biomasy pozaleśnej, przy stałym udziale biomasy leśnej na poziomie ok. 680 mln m Biomasa drzewna jako paliwo w cieplnej energetyce prosumenckiej wykorzystywana jest w następujących postaciach: a) nie przetworzonej czyli szczapy i kawałki drewna, b) przetworzonej czyli brykiet i pellet, c) odpadów poprodukcyjnych czyli trociny, wióry i zrębki. Do obliczeń dla różnych rodzajów biomasy drzewnej, jako paliwa, stosuje się poniższe współczynniki. 1 mp zrębków = ok. 0,35 m 3 litego drewna 1 tona zrębków = około 4 m 3 1 tona zrębków = zawiera ok. 1,4 m 3 litego drewna 1 mp drewna = 2 mpl zrębków 1 m 3 drewna litego = 2,8 mpl luźno upakowanych zrębków 25 Plantacje drzew i krzewów szybkorosnących jako alternatywa biomasy z lasu czy nie wykorzystane i nowe źródła odnawialne oraz szansa dla zielonej energii stan obecny, możliwości, bariery i perspektywa rozwoju. Janusz Gołaszewski, Stefan Szczukowski, Mariusz Stolarski (2013) 31

32 1 mpl zrębków waży kg 1 m 3 litego waży około 700kg 1 mpl zrębków = ok litrów oleju opałowego 1 mpl zrębków = 2,6 GJ 1 m 3 litego drewna = 7,3 GJ 1 tona zrębków = 10,4 GJ 1 kg zrębek = ok. 3,4 kwh 1 kg zrębek = 0,24-0,42 kg oleju opałowego = 0,27-0,51 m 3 gazu ziemnego = 0,45-0,81 kg węgla kamiennego gdzie: m3 metr sześcienny; (np. porcja drewna litego zajmująca objętość 1 m 3 ) mp metr przestrzenny, porcja drewna ułożonego liczona wraz z wolnymi przestrzeniami pomiędzy kawałkami drewna zajmująca objętość 1 m 3 mpl metr przestrzenny rozdrobnionego drewna (zrębki, pellety, trociny, wióry) luźno usypanych zajmujących objętość 1 m 3 Brykiet drzewny Brykiet drzewny najczęściej w kotłowniach domowych zastępuje drewno. Jest po prostu wygodniejszy w użyciu jako paliwo i nie wymaga dodatkowych nakładów własnej pracy. Wynika to z tego, że biomasa w brykiecie jest o znacznie większej gęstości a wilgotność co najmniej połowę mniejsza (świeże drewno - ok. 50 %, drewno długo leżakowane - ok %) niż drewna sezonowanego w postaci szczap. Brykiet drzewny produkowany jest z rozdrobnionych odpadów drzewnych takich jak trociny, wióry czy zrębki, które są sprasowywane pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. 32

33 W wielu krajach europejskich obowiązują normy określające właściwości paliwa w postaci brykietu. Najpowszechniejszy w Polsce rodzaj brykietu wg. niemieckich standardów DIN odpowiada klasie HP 5. Według tej normy przekrój brykietu powinien posiadać geometryczną formę taką jak koło, kwadrat, wielokąt lub owal. Norma określa również gęstość (1-1,4 g/cm 3 ), wilgotność (poniżej 12%), zawartość popiołu (poniżej 1,5%), wartość kaloryczną (17,5-19,5 MJ/kg) oraz skład chemiczny brykietu. Norma DIN nie dopuszcza stosowania jakichkolwiek substancji spajających. W Polsce jak dotąd nie wprowadzono jednolitych norm jakości. Polscy producenci brykietu używają atestów brykietu drzewnego wydawanych przez certyfikowane polskie instytucje (Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Główny Instytut Górnictwa, i.t.p). Najtańszy na polskim rynku brykiet produkowany jest tzw. odpadów mdf i innych zawierających kleje, lakiery oraz formaldehydy. W procesie jego spalania bardzo trujące związki przedostają się do atmosfery bezpośrednio zagrażając zdrowiu użytkownika. Brykiet drzewny spotyka się różnym kształcie. Najpopularniejszy jest w kształcie walca o średnicy 60 mm. Dostępny jest również w postaci prostopadłościanu o różnych wymiarach. Występuje też brykiet o przekroju w kształcie ołówka tzw. ołówkowy o handlowej nazwie pinikey. Brykiet w domowych kotłowniach wymaga ręcznego podawania do kotła. Często jest również spalany w kominkach. Ze względu na wysoką gęstość i niską wilgotność można go używać jako paliwo w kotłach zgazowujących drewno. W kotłowniach kontenerowych średniej mocy z automatycznym systemem podawania paliwa i komputerowo sterowanym procesem spalania jest używany rzadko ze względu na wysokie koszty systemu podawania paliwa. Pellet drzewny Jedynym paliwem odnawialnym, który został w pełni znormalizowany jest pellet drzewny. Norma określa pewien zbiór wartości krytycznych ustalonych dla wybranych właściwości fizyko-chemicznych pelletów drzewnych oraz opisuje rygorystycznie procedurę ich testowania. 33

34 W Polsce do 2010 roku nie było normy dla pelletu drzewnego. Opierano się na normach zagranicznych normy DIN lub ÖNORM M7135. Po 2010 normy obowiązują normy EN dotyczące biomasy stałej używanej jako paliwa. Normy przede wszystkim odnoszą się do opisu dopuszczalnych wymiarów pelletu drzewnego (średnicy i długości), ustalają jego minimalną gęstość, trwałość (ścieralność), wartość opałową, dopuszczalną zawartość pyłu, popiołu, wody (wilgotności), oraz wybranych pierwiastków (zwykle azotu, siarki i chloru). Określać również mogą rodzaj surowca używanego do produkcji oraz ilość dopuszczalnych domieszek. Zasadniczym celem każdej normy jest ustalenie standardów wykonania i jakości pelletów drzewnych z wyznaczeniem progu dopuszczalnych zanieczyszczeń i wartości kalorycznej paliwa. Normy i procedury kontrolne chronić mają też z założenia przed dopuszczaniem do produkcji pelletów z surowców lub domieszek z surowców (odpady płyt paździerzowych, trociny z elementów lakierowanych, trociny zawierające domieszki klejów lub olejów) których użycie powoduje to, że tracą one przymiotnik ekologiczne. Pellety drzewne to z założenia czyste drewno, bez domieszek z innej biomasy. Zagraniczne normy i certyfikaty jakości dla pelletu drzewnego: ÖNORM M 7135 austriacka I klasa Zdecydowanie najbardziej kompleksowe standardy wprowadziła Austria (ON- Östereichische Normungistitut) opracowując bardzo wymagającą wobec jakości pelletów ÖNORM M Jej uzupełnieniem dotyczącym logistyki jest ÖNORM M 7136, a dodatkowe wymagania wobec przechowywania pelletów stawia ÖNORM M Austria jest zdecydowanie najbardziej zaawansowana w kontroli rynku pelletów. Jednocześnie postawiła poprzeczkę bardzo wysoko, koncentrując się tylko na pelletach pierwszej klasy, zrobionych z czystych trocin bez kory, bardzo kalorycznych (powyżej 18 MJ) i z małą zawartością popiołu (do 0,5%). Poziom wilgotności pelletów ustalony jest na średnim poziomie, do 10 %, co daje szansę wykorzystania suchych trocin z produkcji drzewnej. Gęstość, jedno z kryterium decydujących o trwałości, od 1,12 kg/dm³, pyłu maksymalnie 2,3 % całkowitej wagi. Długość pelletów nie może być pięciokrotnie większa od ich średnicy, czyli przy pelletach 6-cio milimetrowych 34

35 długość maksymalnie 30 milimetrów. Pewnym minusem rozwiązania austriackiego jest brak kryteriów dla pelletów niższych klas, zrobionych z trocin z pewną zawartością kory. Niestety taki surowiec najczęściej spotykamy w Polsce. DIN pellety przemysłowe Bardzo popularna jest u nas niemiecka norma DIN opracowana przez DIN CERTCO (Deutsches Institut für Normung). Trzeba tu jasno postawić sprawę, ta norma sprawdza się przy wymaganiach jakościowych dotyczących brykietów i ewentualnie pelletów przemysłowych. Natomiast jest zdecydowanie zbyt łagodna w odniesieniu do najbardziej poszukiwanych na rynku pelletów do zastosowań w małogabarytowych urządzeniach z automatycznym podawaniem paliwa, takich jak małe kotły, piece wolnostojące, kominki, tj. wszędzie tam gdzie działają delikatne palniki i podajniki. Głównie z powodu dopuszczania zbyt wysokiego poziomu popiołu, aż do 1,5 %, tj. 3-krotnie więcej niż ÖNORM M Norma ta pozwala również na dwukrotnie większą zawartość siarki i o połowę większą chloru. Jednocześnie wprowadza do obowiązkowej analizy zawartość w paliwie szeregu pierwiastków, pomijanych w innych normach, takich jak rtęć, ołów, arsen, kadm, chrom, miedź, cynk i halogeny. Nieco niższy jest w niej dolny próg wartości opałowej, bo wynosi 17,5 MJ/kg. Co ciekawe DIN wprowadza również górny próg wartości opałowej 19,5 MJ/kg. Tym samym wyższe wyniki z perspektywy tej normy będą świadczyły o użyciu kalorycznych domieszek. Podobnie ustalono gęstość, podając dolny i górny próg, od 1 do 1,4 kg/dm³. Wilgotność wyższa niż w ÖNORM M 7135, do 12 %. Jeśli zatem ktoś odwołuje się do normy DIN zalecana jest najwyższa ostrożność, bo mogą być kłopoty z paliwem. SS szwedzka norma różnicująca klasy pelletów Z drugiej strony, czy się to komuś podoba czy nie, na rynku funkcjonuje kilka klas pelletów. Taką możliwość klasyfikowania pelletów daje szwedzka norma SS Wyróżnia ona 3 grupy jakościowe. W najwyższej, 1-szej grupie, wyraźnie ograniczona jest długość pelletów do 4 wielkości średnicy (przy średnicy 6 milimetrów maksymalnie 24 milimetry długości), popiół 35