ROŚLINY WIELOLETNIE ŹRÓDŁEM BIOMASY NA CELE ENERGETYCZNE

Transkrypt

1 ROŚLINY WIELOLETNIE ŹRÓDŁEM BIOMASY NA CELE ENERGETYCZNE dr inż. Mariusz Jerzy Stolarski Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Centrum Badań Energii Odnawialnej Pl. Łódzki 3, Olsztyn, tel (089) mariusz.stolarski@uwm.edu.pl Strzelin Biomasa to ciągle wyraźnie dominujące źródło energii odnawialnej w naszym kraju. W strukturze pozyskania energii ze źródeł odnawialnych w 2005 roku w Polsce dominowała biomasa stała, ponad 91%. Również w Unii Europejskiej głównym źródłem energii odnawialnej (51,3%) była biomasa stała (rys. 1). odpady geotermia biopaliwa Żródło energii biogaz wiatr woda słońce biomasa % 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 UE-25 Polska Rysunek 1. Struktura pozyskania energii odnawialnej w UE-25 i w Polsce w 2005 roku (GUS 2007) Procesy przemiany biomasy w energię zależą głównie od rodzaju i źródła jej pochodzenia oraz technologii jej konwersji. Paliwa produkowane z biomasy mogą być wykorzystywane to produkcji energii cieplnej, elektrycznej lub do produkcji paliw transportowych. W Unii Europejskiej 92% biomasy wykorzystywane jest do produkcji ciepła, 7% do produkcji energii elektrycznej, a tylko 1% do wytwarzania paliw transportowych. Biomasę stałą pozyskuje się z odpadów leśnych, rolniczych, przemysłu drzewnego, zieleni miejskiej oraz niewielkie ilości z segregowanych organicznych odpadów komunalnych. Uzupełnieniem bilansu podaży biomasy na rynku energetycznym może być jej pozyskiwanie z polowych plantacji roślin wieloletnich. W warunkach Polski spośród wieloletnich roślin uprawianych na cele energetyczne największym zainteresowaniem cieszą się rodzime, występujące naturalnie w naszym krajobrazie wierzby krzewiaste. W 2007 roku w skali kraju wierzba zajmowała powierzchnię około 6,5 tys. ha (tab. 1). 1

2 Tabela 1. Areał plantacji wierzby krzewiastej na cele energetyczne w poszczególnych województwach w Polsce (ha) Województwo Rok Dolnośląskie 385,30 329,87 Kujawsko-pomorskie 159,68 307,10 Lubelskie 173,24 381,84 Lubuskie 444,49 172,73 Łódzkie 84,04 180,97 Małopolskie 65,31 58,06 Mazowieckie 390,18 401,95 Opolskie 104,22 292,35 Podkarpackie 272,68 502,30 Podlaskie 512,50 554,14 Pomorskie 182,31 602,40 Śląskie 199,49 287,67 Świętokrzyskie 305,79 97,04 Warmińsko-mazurskie 591,64 666,90 Wielkopolskie 1 120, ,05 Zachodniopomorskie 334,20 465,57 Razem 5 325, ,94 Wieloletnie rośliny energetyczne uprawiane na gruntach rolniczych w zależności od gatunku mogą dać biomasę w postaci drewna, półzdrewniałej bądź słomiastej o zróżnicowanych parametrach energetycznych. Do tych pierwszych zalicza się: wierzbę krzewiastą, topolę, różę wielokwiatową. Rośliny dające biomasę w postaci półzdrewniałej to m.in.: ślazowiec pensylwański, topinambur, rożnik przerośnięty, rdest sachaliński, rdest japoński. Natomiast gatunki zapewniające biomasę słomiastą to: miskant chiński, miskant olbrzymi, miskant cukrowy, spartina preriowa i inne trawy. Obecnie wydaje się, że trzy gatunki (wierzba, miskant i ślazowiec) mogą wejść na rynek produkcji biomasy. Produktywność tych roślin jest bardzo zróżnicowana i może wynosić od kilku do kilkudziesięciu ton suchej biomasy z 1 ha, w przeliczeniu na rok użytkowania. Wysokość uzyskiwanego plonu będzie zależała od: stanowiska glebowego, gatunku i odmiany, agrotechniki, gęstości sadzenia oraz w przypadku wierzby od cyklu zbioru roślin. Również termin oraz warunki pogodowe podczas pozyskania paliwa mają wpływ na wilgotność pozyskanej biomasy, a poprzez to na jej wartość opałową. Ponadto istnieją możliwości zastosowania różnych technologii zbioru w przypadku poszczególnych gatunków. W tabeli 2 przedstawiono syntetyczną charakterystykę trzech podstawowych gatunków wieloletnich roślin energetycznych w zakresie użytkowania plantacji, plonowania, częstotliwości zbioru, wilgotności biomasy w okresie zbioru oraz zawartości popiołu. 2

3 Tab. 2. Zestawienie wybranych cech wieloletnich roślin energetycznych Wyszczególnienie Użytkowanie plantacji (lata) Plonowanie (t s.m./ha/rok) Częstotliwość zbioru Wilgotność w czasie zbioru (%) Zawartość popiołu (% s.m.) Wierzba krzewiasta Ślazowiec pensylwański Miskant olbrzymi co 1, 2, 3, 4 lata co roku co roku < < ,2-2, ,5-3,5 Rośliny dające biomasę w postaci słomiastej oraz półzdrewniałej, w miarę opóźniania terminu zbioru charakteryzują się korzystniejszymi parametrami energetycznymi. Przy korzystnych warunkach atmosferycznych następuje obniżenie wilgotności biomasy oraz wzrost wartości opałowej. Jednakże w warunkach pogorszenia pogody w okresie zbioru następuje wzrost wilgotności biomasy i spadek jej wartości opałowej. Rośliny dające biomasę lignocelulozową w postaci drewna bezpośrednio po zakończeniu okresu wegetacji mają wilgotność biomasy zbliżoną do biomasy roślin słomiastych i półzdrewniałych. Nie obserwuje się natomiast u tych gatunków spadku wilgotności w miarę opóźniania terminu zbioru. Dlatego wilgotność drewna zbieranego bezpośrednio z pola w obu terminach była wysoka i wahała się w granicach 50%. Obecnie istnieje możliwość dofinansowania zakładania wieloletnich plantacji roślin energetycznych (rozporządzenia MRiRW z kwietnia br.). Jest to niewątpliwie czynnik mający na celu stymulowanie rozwoju tego rodzaju upraw. Pomocą zostały objęte cztery gatunki: wierzba, topola, miskant oraz ślazowiec. Zryczałtowane koszty założenia plantacji dla tych roślin zostały określone na poziomie odpowiednio: zł/ha, zł/ha, zł/ha i zł/ha. Natomiast wysokość dofinansowania to: wierzba 50%, topola 30%, miskant i ślazowiec po 40% zryczałtowanych kosztów założenia. W warunkach otrzymania pomocy zawarto informację, iż plantacje wieloletnich roślin energetycznych nie mogą być założone na trwałych użytkach zielonych. Ponadto w przypadku wierzby i topoli plantacje takie nie mogą być sytuowane na gruntach zmeliorowanych. Za wzrostem wykorzystania biomasy jako odnawialnego źródła energii przemawiają aspekty ekologiczne, jak chociażby zamknięty obieg CO 2 w porównaniu do paliw kopalnych. Ponadto należy zwrócić uwagę na szereg aspektów gospodarczych, społecznych, ekonomicznych oraz prawnych, które to stymulują wzrost zainteresowania paliwami z biomasy. Pozyskanie ligninocelulozowej biomasy wieloletnich roślin energetycznych z gruntów rolniczych i energetyczne jej użytkowanie jest istotne w wymiarze globalnym z dwóch powodów: obniża efekt cieplarniany i jest źródłem węgla biologicznego, stanowiącego alternatywę dla paliw kopalnych. Natomiast w wymiarze regionalnym czyni rolnictwo producentem nie tylko surowców do produkcji żywności ale również energii. Produkcja energii z 3

4 biomasy ligninocelulozowej jest zasadna pod względem efektywności energetycznej, bowiem stosunek uzyskanej energii netto do nakładów energetycznych w zależności od łańcuchów technologicznych waha się od kilku do kilkunastu. Ponadto uprawy te mogą przynosić również wymierne korzyści ekonomiczne. Literatura 1. Borkowska H., Styk B Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby) uprawa i wykorzystanie. Wydawnictwo AR Lublin 2. Borkowska H., Styk B Ślazowiec Biomasa, perspektywy uprawy i wykorzystania ślazowca pensylwańskiego na cele energetyczne. W monografii pod red. Ciechanowicz W., Szczukowski S. "Ogniwa paliwowe i biomasa lignocelulozowa szansą rozwoju wsi i miast", WSISiZ Warszawa: Faber A.. Kuś J Rośliny energetyczne dla różnych siedlisk. Wieś Jutra. 8-9( )): Główny Urząd Statystyczny Ochrona środowiska. Informację i opracowania statystyczne. Warszawa. 5. Janowicz L Biomasa w Polsce. Energetyka, 8: Lewandowski I., Clifton-Brown J.C., Scurlock J.M.O., Huisman W Miscanthus: European experience with a novel energy crop. Biomass and Bioenergy, 19: Macpherson, G Home Grown Energy from Short-rotation Coppice. Farming Press North America: s Rosenqvist H., Dawson M Economics of willow growing in Northern Ireland. Biomass and Bioenergy, 28: Roszewski R Miskant olbrzymi- Miscantus sinensis giganteus. W: Nowe rośliny uprawne na cele spożywcze, przemysłowe i jako odnawialne źródła energii. Wydawnictwo SGGW Warszawa 10. Rozporządzenie MRiRW w sprawie rodzajów roślin objętych pomocą do plantacji trwałych oraz zryczałtowanych kosztów związanych z założeniem tych plantacji (DzU z 2008 r. nr 73, poz. 439). 11. Rozporządzenie MRiRW w sprawie szczegółowych warunków i trybu przyznawania pomocy do plantacji trwałych oraz szczegółowych wymagań, jakie powinny spełnić te plantacje (DzU z 2008 r. nr 73, poz. 440). 12. Rozporządzenie MRiRW w sprawie wysokości pomocy do plantacji trwałych (DzU z 2008 r. nr 76, poz. 455). 13. Rozporządzenie MRiRW w sprawie zwrotu pomocy do plantacji trwałych (DzU z 2008 r. nr 73, poz. 441). 14. Stolarski M Produkcja oraz pozyskiwanie biomasy z wieloletnich upraw roślin energetycznych. Problemy Inżynierii Rolniczej 3(45): Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J Biopaliwa z biomasy wieloletnich roślin energetycznych. Energetyka 1: Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J., Kopaczel M Profitability of willow production in short cycles in the low Vistula valley. Polish Jorunal of Natural Sciences, 2: Stolarski M.. Szczukowski S.. Tworkowski J.. Kopaczel M Production of willow (Salix spp.) biomass on arable land in short-term harvesting cycles. Polish Jorunal of Natural Sciences. (20)1:

5 18. Stolarski M.. Tworkowski J.. Szczukowski S Produktywność i charakterystyka biomasy wierzby jako paliwa. Energetyka. IX: Szczukowski S., Stolarski M., Tworkowski J., Kopaczel M Efektywność energetyczna produkcji wierzby krzewiastej w Dolinie Dolnej Wisły. Fragmenta Agronomica, 4, (96): Szczukowski S., Tworkowski J., Stolarski M Wierzba energetyczna. Plantpress Kraków, ss Szczukowski S., Tworkowski J., Stolarski M., Kisiel R., Leniec K Wytwarzanie energii cieplnej w zgazowarce pirolitycznej z biomasy wierzb krzewiastych. Problemy Inżynierii Rol., 4: Szczukowski S.. Stolarski M.. Tworkowski J.. Przyborowski J.. Klasa A Productivity of willow coppice plants grown in short rotations. Plant Soil Environment. 51 (9): Warunki uzyskania pomocy do plantacji trwałych w 2008 r. Załącznik do Zarządzenia 132/2008/Z Prezesa ARR z 6 maja 2008 r. 5