OLA ŁUKASZEK Ekoenergia Kolonia Pozezdrze KAROL BARTKIEWICZ Uniwersytet im. Adama Mickiewicza Poznań WOJCIECH ŁUKASZEK Ekoenergia Kolonia Pozezdrze ROLNICTWO ENERGETYCZNE NOWE ROŚLINY ENERGETYCZNE, PRAKTYCZNE ASPEKTY WYKORZYSTANIA W ENERGETYCE BIOGAZOWEJ I ZASADY ICH WIELOLETNICH KONTRAKTACJI Słowa kluczowe: biogazownie Electra, efektywność procesu gazyfikacji, buraki cukrowe Key words: biogas Electra Plants, gasification efficiency, sugar beets Coraz intensywniej, mimo braku prawnego usankcjonowania, mimo cofnięcia dopłat do uprawy roślin energetycznych, rozwija się nowa gałąź rolnictwa rolnictwo energetyczne. Rolnicy początkowo sceptycznie oceniali działania inwestorów, którzy w warunkach polskich mozolnie wdraŝali pomysły budowy bioelektrowni i biogazowni. Przyglądając się temu zjawisku z ostroŝnością, ale i z zainteresowaniem, dochodzili powoli do wniosku, Ŝe skoro są firmy, które wkładają w budowę wielomilionowe kwoty, to zapewne mają w tym zamierzony interes, z którego profity czerpać będą przez długie lata. Zmiana punktu widzenia wykreowała zmianę toku myślenia jeŝeli ktoś moŝe mieć z takich inwestycji korzyści, a inwestycje muszą korzystać z biomasy pochodzenia rolniczego, dlaczego współkonsumentem tych korzyści nie mogę być ja polski rolnik. Kierunek działań wytyczył przechlewski Poldanor S.A. z prezesem Grzegorzem Brodziakiem. Ta firma właśnie, korzystając z doświadczeń i osiągnięć swoich udziałowców duńskich rolników, przecierała i przeciera szlak praktycznej energetyki biogazowej i rolnictwa energetycznego w Polsce. Dziś jest właścicielem 6 bioelektrowni (na 13 pracujących), a kilka kolejnych realizuje
234 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek na róŝnych etapach zaawansowania. Grupę pionierów tworzyło niewiele firm, a wśród nich: poznańskie Zeneris i Agrogaz, krakowskie Biogazownie Polskie, Ineco stało wchłoniętych i występuje pod nazwą dominanta (Viessman). Aktualny katalog firm zajmujących się w Polsce energetyką biogazową i biogazownictwem obejmuje aŝ 59 pozycji. Część z nich to oczywiste efemerydy, powstałe dla barz Iławy, Biogaz Tech z Jarocina i jedna z najdłuŝej działających na rynku bioenergii w Polsce juŝ 17 lat Ekoenergia z Kolonii Pozezdrze na Mazurach. W ostatnim okresie powstało wiele nowych podmiotów gospodarczych, zajmujących się realizacją bioelektrowni i biogazowni (Energobiogaz, Polska Grupa Biogazowa, Biopower, Envitec, Veltec, Polenergia), kilka połączyło się lub zodziej lub mniej oczywistych korzyści właścicieli, kilkanaście traktuje swoje istnienie powaŝnie, by nie rzec, posłanniczo. Te ostatnie w mniejszym lub większym stopniu korzystają i korzystać będą z bogactwa biomasy, którą w róŝnej postaci wyprodukuje pośrednio lub bezpośrednio polski rolnik. O ile ilość i parametry biomasy pochodzenia zwierzęcego, jak i ilość odpadów poprodukcyjnych przemysłu przetwórstwa rolno-spoŝywczego są w miarę stałe, o tyle biomasa pochodzenia roślinnego stanowiąca bazę surowcową dla bioelektrowni i biogazowni jest gałęzią, która będzie podlegała stałym modyfikacjom i doświadczeniom, mającym na celu wyhodowanie roślin jak najbardziej wydajnych gazowo, przy moŝliwie najmniejszej powierzchni uprawy. Przewiduje się, Ŝe rolnictwo energetyczne obejmie produkcją roślinną w przeciągu kilkunastu lat powierzchnię od 1 mln do 1,5 mln hektarów. Jest to teren, na który składają się róŝne areały: nieuŝytki i ziemie pozaklasowe (około 500 700 tys. ha), ziemie zwolnione z upraw buraka cukrowego w wyniku przekształceń polskiego przemysłu cukrowniczego (czytaj: zamknięcia 57 cukrowni i zmniejszenia powierzchni uprawy z 550 tys. ha w roku 2000 do około 150 tys. ha) oraz grunty obecnie uprawiane, których właściciele zmienią profil produkcji. Tereny te zostaną zagospodarowane róŝnymi uprawami, przy czym determinantami doboru roślin będą z pewnością w pierwszej kolejności korzyści ekonomiczne, ale równieŝ tradycja uprawy, bonitacja gleby, wyposaŝenie w maszyny i areał. WaŜnym elementem będzie takŝe czynnik ludzki ilość rąk do pracy. Okazuje się, Ŝe jest ich na wsi coraz mniej, ale jak stwierdza raport sporządzony w marcu 2011 r. na zlecenie ekologicznej organizacji Greenpeace, w przypadku rozwijania odnawialnych źródeł energii w Polsce do 2020 r. moŝe powstać nawet 350 tys. nowych miejsc pracy. Oczywiście dotyczy to wszystkich rodzajów obiektów OZE i związanych z tymi źródłami pośrednio i bezpośrednio. Zatrudnienie bezpośrednie stanowią pracownicy bioelektrowni i biogazowni, natomiast pośrednie właśnie rolnicy i inni producenci biomasy róŝnego pochodzenia. Sprawa jest warta zainteresowania, tym bardziej Ŝe miejsca pracy w grupie producentów (a więc rolnictwa) będą się lokowały w grupie średniowysokich i wysokich zarobków w przeliczeniu na jedną osobę.
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 235 O ile takie czynniki jak bonitacja gleby czy areał są elementami stałymi, o tyle to, co na tej ziemi będziemy uprawiali, zaleŝy wyłącznie od nas. Do niedawna, a w zasadzie bez większych obaw moŝna powiedzieć, Ŝe do dzisiaj, główną rośliną energetyczną preferowaną przez inwestorów jest kukurydza. Oczywiście naleŝy natychmiast dodać, Ŝe chodzi tu o technologie niemieckie w szczególności Nawaro i jej liczne wersje, które zdominowały energetykę biogazową. Obiekty realizowane w tej technologii (przestarzałej i nie gwarantującej pełni bezpieczeństwa ekologicznego, vide obiekt w Liszkowie) to zdecydowana większość bioelektrowni i biogazowni w Niemczech (około 6 tys.), Danii, Holandii, Austrii. W Polsce pracuje 11 bioelektrowni w tej technologii, dwie w Pawłówku i Skrzatuszu w kombinacjach Nawaro z Host z autorskimi rozwiązaniami inwestorów. Niemniej jednak trzeba stwierdzić, Ŝe inwestorzy sięgają po Nawaro jako technologię sprawdzoną, której efekty ekonomiczne są konkretne i wymierne. Inne technologie, w tym rozwiązania innowacyjne, stanowią zdecydowaną mniejszość, chociaŝ w Polsce coraz większe uznanie na rynku zyskuje rodzima bioelektrownia ELECTRA, będąca jednym z najnowocześniejszych rozwiązań technologicznych spośród dotychczas proponowanych. Aktualnie w realizacji w tej technologii na róŝnym etapie znajduje się 9 inwestycji (Ujazd k. Tomaszowa Mazowieckiego, Nowe Racibory, Działdowo, Skarbimierz, Wołodź, Jabłonica Ruska, Werchrata, Borek Mały, Grajewo), 6 dalszych jest w przygotowaniu (Łochów, Iłowo Osada, Kołbacz, Kargowa, Lipki, Kalinowo). Stanowi to około 15% aktualnie projektowanych i budowanych bioelektrowni i biogazowni w Polsce. Bioelektrownia ELECTRA (zgłoszenie patentowe P 387904), dzieło Konsorcjum Projektowo-Wykonawczego Ekoenergia-Saneco, zasilana moŝe być róŝnymi substratami, przy czym jej formuła procesowa pozwala na bezkolizyjną wielokrotną zamianę substratów. Autorzy połoŝyli duŝy nacisk na to, aby w grupie substratów mógł znaleźć się jak najszerszy asortyment kiszonek roślinnych oferowanych przez dostawców. Dlatego priorytetem stały się badania nowych roślin energetycznych, prowadzone zarówno przez samo Konsorcjum, jak i wspólnie z instytutami naukowymi i uczelniami. Obecnie Konsorcjum współpracuje między innymi z Pracownią Traw Pozapaszowych i Roślin Energetycznych Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin w Radzikowie, Instytutem Technologiczno-Przyrodniczym w Falentach (z oddziałami w Poznaniu i Warszawie), Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim i innymi. Efektem tych działań jest nowa, autorska kategoryzacja wartości energetycznej roślin, która w istotny sposób przewartościowuje dotychczasowe spojrzenie na to zagadnienie, ugruntowane przez przyjmowany bezkrytycznie model niemiecki, chociaŝ i w Niemczech zauwaŝono, Ŝe rola kukurydzy była przeceniana i czas najwyŝszy zweryfikować dotychczasową opinię.
236 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek W warunkach polskich najbardziej wydajnym energetycznie, ale równieŝ najwartościowszym pod względem nawozowych parametrów powstałego osadu pofermentacyjnego, jest bez wątpienia burak energetyczny. Foto : Wojciech Łukaszek Jest to agrotechniczna hybryda buraka cukrowego, świadomie nazwana energetyczną (autorami nazwy są prof. Jan Popczyk i Wojciech Łukaszek), by wyrwać roślinę z kurczącego się przemysłu cukrowniczego i przywrócić ją w konwencji energetycznej. Pierwsze prace badawcze nad przydatnością buraka w bioenergetyce Konsorcjum podjęło juŝ w roku 2001, z chwilą zamknięcia pięciu z 57 polskich cukrowni (Kętrzyn, Świecie, Ciechanów, Guzów i Michałów). Było to kilka lat przed zainteresowaniem się tym problemem Niemców, przy czym w roku 2009, w prace badawcze prowadzone przez Konsorcjum czynnie włączyła się na podstawie umowy niemiecka firma nasienna Strube. Taka decyzja ze strony niemieckiego partnera wynikała z kurczącego się rynku zbytu materiału nasiennego buraków cukrowych i poszukiwania moŝliwości naturalnego wypełnienia powstającej luki w budŝecie. Oczywiście Strube, jako jeden z największych producentów nasion buraka na świecie, nie jest jedynym zainteresowanym w poszukiwaniu alternatywy dotychczasowego rynku zbytu niezaleŝne badania prowadzi równieŝ niemiecka firma KWS oraz kilka uczelni i laboratoriów. Ta rywalizacja moŝe przynieść wyłącznie pozytywne efekty w postaci nowych osiągnięć w dziedzinie udoskonalania materiału siewnego i uzyskiwania coraz większych plonów, bardziej wydajnych gazowo roślin. JuŜ dziś moŝna powiedzieć, Ŝe ilościowym standardem jest plon rzędu 150 160 ton
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 237 masy całkowitej (korzeń i liście) z ha, co daje około 130 ton gwarantowanej ilości kiszonki z ha. NaleŜy wspomnieć, Ŝe na polach doświadczalnych Strube, KWS i Konsorcjum uzyskiwano juŝ z róŝnych odmian ilości przekraczające 225 ton masy całkowitej z ha. Prace trwają nadal i nie jest powiedziane, Ŝe w niedługim czasie (a być moŝe juŝ w trakcie konferencji jako Ŝe jest to termin zbioru buraków) będzie moŝna przekazać informację, Ŝe mamy odmiany plonujące na poziomie 250 ton z ha. Termin uzyskania takich plonów nie wydaje się zbyt odległy. Burak energetyczny powinien być dla polskiej energetyki biogazowej (oczywiście w rejonach, gdzie warunki glebowe na to pozwalają) substratem bazowym, nie wymagającym Ŝadnego wsparcia innym substratem oczywiście z wyjątkiem inicjacji procesowej w komorze fermentacyjnej. Jednoznacznie potwierdziły to badania przeprowadzone na przełomie 2010/2011 r. w Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim przez prof. Irenę Wojnowską-Baryłę. Badania kontynuowane są nadal przez zespół pod kierownictwem prof. Janusza Gołaszewskiego. Znając juŝ wysokie parametry energetyczne buraka (ilość biogazu z 1 tony masy zakiszonej z zachowaniem wyjściowej proporcji korzenia do liści około 200 220 m 3, przy zawartości metanu około 60%), poprowadzono badania w innych kierunkach. Obecnie prowadzone prace zmierzają do: maksymalizacji plonu z hektara przy zachowaniu wysokiej polaryzacji, wygładzenia skórki i spłycenia lub zlikwidowania bruzdy korzeniowej (minimalizacja ziemi wyciąganej wraz z burakiem) oraz wprowadzenie odmian ozimych buraka energetycznego, co zrewolucjonizuje system płodozmianu. Nie trzeba dodawać, Ŝe w płodozmianowym systemie uprawy buraka do celów bioenergetycznych wykorzystywane są równieŝ wszystkie rośliny w tym płodozmianie uczestniczące, a samo przywrócenie buraka (w postaci energetycznej) do uprawy ma znaczenie nie tylko dla uzyskania dobrego materiału do zgazowania, ale równieŝ fitosanitarne. Wypadnięcie buraka z uprawy w wyniku likwidacji cukrowni wygenerowało w Polsce szereg niespotykanych do tej pory chorób roślin, dla których naturalną barierą był płodozmian czteroletni. Burak energetyczny jest nieco inaczej uprawiany niŝ burak cukrowy. Pierwszą róŝnicą jest gęstość siewu: przy buraku cukrowym wynosi ona 80 90 tys. punktów siewnych, a optymalną ilością dla buraka energetycznego jest 110 tys. punktów. Burak energetyczny, w przeciwieństwie do cukrowego, poddany jest pełnemu nawoŝeniu azotowemu optymalnie 180 200 kg na ha. Odmiennie wygląda teŝ zbiór. Burak energetyczny nie powinien być ogławiany, liście zbierane są orkanem bijakowym (projektowany jest aktualnie kombajn do zbioru buraków z liśćmi, przy czym maszyna sama segreguje oddzielnie korzeń, oddzielnie liście), zaś korzenie kaŝdą metodą dostępną w danym gospodarstwie.
238 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek Rysunek 1. Przykład zmianowania roślin energetycznych z zastosowaniem ozimej formy buraka Źródło: Materiały KWS). Źródło: Strube. Kosz do czyszczenia buraków energetycznych
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 239 Istotny dla wartości energetycznej buraka jest sposób jego zakiszania. Liście kisimy osobno pod plandeką, natomiast korzenie w całości (po umyciu) w rękawie foliowym. W roku 2010 w doświadczeniu prowadzonym przez Konsorcjum Ekoenergia-Saneco po raz pierwszy wyssano z rękawa powietrze. Pobrane z niego w kwietniu 2011 roku próbki wykazały zdecydowanie lepszą jakość (jędrność) od materiału porównawczego z rękawów standardowych. WaŜny do niedawna problem mycia korzeni przed zakiszeniem przestał istnieć z chwilą wprowadzenia do sprzedaŝy obrotowych koszy stanowiących przystawkę do ciągnika. Samo zakiszanie nie jest równieŝ kłopotliwe wykonują to profesjonalne firmy, które nie tylko ładują buraki do rękawów, ale organizują całą logistykę zbioru, opracowują harmonogram prac oraz projektują optymalny układ rękawów, przystosowany do ich bezpiecznego i wygodnego otwierania i opróŝniania. Buraki zakiszone w rękawach i zakiszony korzeń Foto: Wojciech Łukaszek i KWS (z prawej) Reasumując, naleŝy stwierdzić, Ŝe burak energetyczny z racji swoich walorów energetycznych, bardzo szybkiego wygazowania (czas całkowitej retencji korzenia to około 72 90 godzin), a takŝe tradycji uprawy i bardzo wysokiego zysku plantatora, jest najbardziej poŝądanym i dochodowym substratem spośród wszystkich roślin energetycznych w Polsce. Przewagę buraka energetycznego nad pozostałymi substratami przedstawiają wykresy 2 i 3.
240 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek Rysunek 2. Burak energetyczny produkcja metanu w litrach z 1 kg suchej masy Źródło: Biogashandbuch Bayern, 2004, śurek 2011. Rysunek 3. Burak energetyczny wydajność produkcji energii z biogazu (kwh/ha) w stosunku do kukurydzy Źródło: śurek 2011.
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 241 ZbliŜoną pod względem wygazowania, ale nie stawiającą plantatorowi Ŝadnych wymogów co do jakości ziemi, będzie z pewnością absolutna nowość na rynku roślin energetycznych perz wydłuŝony zbitokępkowy (Agropyron elongatum), wyhodowany przez dr inŝ. Danutę Martyniak z Pracowni Traw Pozapaszowych i Roślin Energetycznych Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin w Radzikowie. Perz jest rośliną bezrozłogową, o głębokim systemie korzeniowym (nawet do 9 metrów), posiadającą bardzo wysoką wartość energetyczną (około 17 19 MJ), zbliŝoną, a nawet przewyŝszającą wartość energetyczną węgla brunatnego. Plony masy zielonej uzyskane w plantacjach doświadczalnych kształtowały się w ostatnich latach w granicach 70 90 ton z ha w trzech pokosach. Perz rośnie na glebach słabych, bardzo słabych i pozaklasowych. Bujnie rozwija się równieŝ na glebach skaŝonych i zasolonych. Nasiona perzu wydłuŝonego zbitokępkowego ( z lewej woreczek o wadze 1 kg) Foto: Ola Łukaszek. Wygazowanie określone w badaniu przeprowadzonym przez Konsorcjum Ekoenergia-Saneco na 5 próbkach z kiszonki pochodzącej z trzeciego pokosu z roku 2010 (przy czym proces zakiszania przebiegał z zakłóceniami spowodowanymi defektami technicznymi pojemników) wynosiło 600 720 m 3 z 1 tony suchej masy organicznej, przy zawartości metanu w biogazie w granicach 60 62%. Z całą pewnością moŝna przyjąć załoŝenie, Ŝe wartość gazowa pierwszego pokosu (badania przeprowadzone będą w październiku), zakiszonego zgodnie z zasadami sztuki, będzie wyŝsza. Perz wydłuŝony zbitokępkowy jest rośliną, która znajdzie zastosowanie równieŝ w innych gałęziach przemysłu. Ze względu na duŝą zawartość celulozy i ligniny w stadium wysuszenia prowadzone są badania nad przydatnością perzu w przemyśle celulozowo-papierniczym, a ze względu na wysokie właściwości izolacyjne zainteresowały się nim firmy budowlane. Tania uprawa perzu moŝe
242 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek konkurować ze stosowanym do tej pory opałem. Wstępne wyliczenia wskazują, Ŝe gospodarstwo o powierzchni budynków 180 200 m 2 moŝe wyprodukować dla siebie opał na cały rok (w postaci brykietu lub pelet), przeznaczając na ten cel około 1,6 1,8 ha gruntu. Biorąc pod uwagę koszt załoŝenia i uprawy plantacji na powierzchni 1 ha, szacowany na 1600 zł w pierwszym roku i 1400 zł w latach następnych, rozwiązanie takie jest zdecydowanie tańsze od opalania węglem czy nawet drewnem. Perz wydłuŝony zbitokępkowy w końcu kwietnia 2010 r. (przed pierwszym pokosem) Foto: Danuta Martyniak Plantacja perzu przed drugim pokosem, Radzików 1.06.2011 r. Foto: Danuta Martyniak
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 243 Foto: Danuta Martyniak Plantacja perzu uprawianego na nasiona, Radzików 1.06.2011 r. Perz, jako roślina energetyczna, świetnie wytrzymująca ekstremalne warunki glebowe, zostanie zastosowany w programie rekultywacji obszarów zlikwidowanej kopalni siarki w Piasecznie k. Tarnobrzega. Przewiduje się, Ŝe wielosethektarowa powierzchnia obsiana perzem będzie stanowiła naturalną bazę surowcową dla zlokalizowanej tam bioelektrowni o szacowanej mocy około 10 MWel (przy wsparciu innymi pozyskanymi w okolicy substratami). Program realizowany przez Konsorcjum Projektowo-Wykonawcze Ekoenergia-Saneco, przy współpracy Urzędu Marszałkowskiego Województwa Świętokrzyskiego, Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin w Radzikowie, poznańskiego Oddziału Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego w Falentach, Politechniki Śląskiej w Gliwicach oraz Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, przewidziany jest na lata 2012 2016. Będzie obejmował prace badawcze w zakresie uprawy perzu na terenach glebowo zdegradowanych oraz realizację przedsięwzięcia inwestycyjnego w całokształcie załoŝeń, tj. budowę kompleksu bioelektrowni wraz z członem produkującym granulowany substytut nawozu organicznego, logistykę dostaw substratów oraz dystrybucji nawozu. Program przewiduje powielenie schematu na inne zlikwidowane instalacje przemysłowe, w tym na wiele obiektów na terenie Śląska. Perz jest rośliną wieloletnią i przewiduje się, Ŝe efektywność energetyczną powinien zachować przez okres co najmniej 12 lat.
244 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek Tabela 1. Porównanie kosztów załoŝenia 1 ha plantacji (w PLN) Podstawowe nakłady Perz wydłuŝony Wierzba Miskant olbrzymi Uprawa polowa (mechaniczna i zabiegi 1200,00 1200,00 1 200,00 chemiczne) Sadzonkowanie roślin lub siew nasion 200,00 800,00 800,00 Wartość sadzonek lub nasion 200,00 6000,00 18 000,00 Ogółem nakłady 1600,00 8000,00 20 000,00 Plon suchej masy w t z 1 ha 10 15 16,0 22,0 (co 2-gi lub 3-ci rok) 15 20 Źródło: śurek, 2011. Kolejną rośliną, która detronizuje kukurydzę, spychając ją na dalsze miejsce w polskiej klasyfikacji roślin energetycznych, jest z pewnością topinambur zwany słonecznikiem bulwiastym (Helianthus tuberosus). Roślina ta znana jest od lat jako doskonała bariera osłonowa upraw rolnych przed dzikami, sadzona w otulinach lasów. Jest ponadto rośliną o wszechstronnym działaniu leczniczym, przy czym bulwy stanowią doskonały zamiennik ziemniaków dla cukrzyków posiadają bowiem w swym składzie wielocukier (inulinę), przekształcający się łatwo we fruktozę, nie zawierają natomiast skrobi. Topinambur znajduje się na liście roślin inwazyjnych Instytutu Ochrony Przyrody PAN w Krakowie, jednak czas najwyŝszy, aby krakowscy botanicy zdali sobie sprawę z tego, Ŝe w reŝimowej uprawie nie jest Ŝadnym zagroŝeniem dla ekosystemu. Topinambur pochodzi z Ameryki Południowej, został przywieziony do Europy przez Krzysztofa Kolumba, w Polsce jest uprawiany od ponad dwustu lat. Jest rośliną z rodziny astrowatych, bliskim krewnym słonecznika zwyczajnego. W polskich warunkach klimatycznych nasiona topinamburu nie dojrzewają, materiałem nasadzeniowym są bulwy. Energetyczny plon topinamburu stanowią łodygi, które na plantacjach rozsady często przekraczają 4 metry. Plon topinamburu z hektara określany jest w polskich materiałach róŝnie, od kilkudziesięciu ton masy zielonej i kilkunastu ton bulw (Pająk) do 200 ton masy zielonej i 90 ton bulw (Piskier). Plantacja doświadczalna Konsorcjum, prowadzona na powierzchni 5 ha, dała w latach 2007 2010 średni plon masy zielonej (w trzech pokosach czerwiec/lipiec, sierpień i koniec października) około 90 ton oraz 20 ton bulw. Uprawa topinamburu jest łatwa, pod warunkiem dotrzymania wszystkich re- Ŝimów agrotechnicznych i zwrócenia szczególnej uwagi na staranne przygotowanie gleby przed załoŝeniem plantacji. Topinambur jest rośliną wieloletnią, efektywną energetycznie co najmniej 12 15 lat. Poziom wygazowania kiszonki kształtował się następująco: łodygi pierwszy pokos ok. 185 m 3, drugi ok. 170 m 3, trzeci 160 m 3, bulwy ok. 210 m 3. MoŜna przyjąć, Ŝe przy średnim plonie łącznym na poziomie 110 ton kiszonki
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 245 poziom biogazowania wyniósł około 180 m 3 z 1 tony masy zakiszonej, a zawartość metanu kształtowała się w granicach 58 60%. Topinambur Foto: Tomasz Piskier i Ola Łukaszek Plantacja topinamburu nie wymaga ponownych wiosennych nasadzeń. Pozostałe w ziemi bulwy stanowią wystarczający materiał, zarówno pod względem ilości, jak i mocy wzrostowej, do zapewnienia kolejnych, równie obfitych plonów. Ze względu na fakt, Ŝe bulwy wytrzymują temperatury nawet do minus 50 C, nie ma obawy przemroŝenia roślin. WaŜne jest nawoŝenie oraz wiosenne przywrócenie i delikatne okopcowanie rzędów. Do momentu zasklepienia roślin naleŝy plantację odchwaszczać. Topinambur jest rośliną z bogato opisaną agrotechniką, uzaleŝnioną od rodzaju gleby. RóŜne są informacje na temat najlepszych gleb do uprawy topinamburu. W Polsce za optymalne do uprawy topinamburu uznaje się gleby średnio Ŝyzne, przewiewne, o składzie granulometrycznym piasku gliniastego mocnego, o ph wyŝszym niŝ 5,5. Typowymi glebami są więc gleby brunatne właściwe oraz lepsze gleby bielicowe i płowe (Piskier). Praktyka Konsorcjum wskazuje jednak, Ŝe topinambur udaje się równieŝ na piaskach, przy czym w takim przypadku ogromnie waŝne jest dotrzymanie reŝimu nawoŝenia zarówno w zakresie ilości nawozów, jak i terminu zabiegów.
246 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek Bulwy i kwiaty topinamburu Foto: archiwum Topinambur nie ma w Polsce (jak na razie) Ŝadnych naturalnych wrogów, z wyjątkiem dzików, które uwielbiają słodkawe bulwy i soczyste łodygi słonecznika bulwiastego. Dlatego plantacje powinny być ogrodzone, co w dzisiejszych czasach nie stanowi ani problemu technicznego, ani finansowego. Jednym z istotnych kryteriów ukierunkowujących poszukiwania i badania nowych roślin energetycznych jest wartość nawozowa powstałego w wyniku procesu wygazowania osadu pofermentacyjnego. Naukowcy i praktycy muszą zwracać szczególną uwagę na taki dobór substratów roślinnych, aby w czasie fermentacji nie powstawały zjawiska inhibicyjne oraz inne niepoŝądane oboczne procesy chemiczne. Jest to o tyle waŝne, Ŝe według badań przeprowadzonych przez naukowców szwedzkich oraz (ostatnio w Polsce) przez dr inŝ. Magdalenę Szymańską z SGGW, wartość nawozowa osadu pofermentacyjnego powstałego w bioelektrowni czy biogazowni jest zdecydowanie wyŝsza od wartości nawozowej poszczególnych składników, które tworzyły substrat poddany obróbce w komorze fermentacyjnej. Dla przykładu walory nawozowe mieszaniny gnojowicy i np. kiszonki z liści buraka z główkami (po ogłowieniu buraka cukrowego) są zdecydowanie wyŝsze niŝ wartość nawozowa samej gnojowicy i samych główek buraka z liśćmi. Prace prowadzone przez instytuty badawcze, uczelnie oraz Konsorcjum obejmują szerokie spektrum roślin, których nie sposób omówić w niniejszym opracowaniu. Warto wspomnieć chociaŝ o mozdze trzcinowatej (Phalaris arundinacea L.), kostrzewie trzcinowej (Festuca arundinacea Schreb.) czy Ŝycicy wielokwiatowej (westerwaldzkiej) trawach, których plon masy zielonej moŝe wy-
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 247 nieść w warunkach polskich nawet do 100 ton z 1 ha. Prace nad tymi i wieloma innymi roślinami prowadzi dr inŝ. Danuta Martyniak z IHAR-u w Radzikowie. Konsorcjum oraz niezaleŝnie od niego firma Szarłat z ŁomŜy pracują nad amarantusem szarłatem (Amaranthus caudatus), rośliną charakteryzującą się wysoką zawartością białka, o wyŝszej wartości biologicznej niŝ białko z mleka oraz duŝą zawartością cennych energetycznie związków tłuszczowych, w tym nienasyconych kwasów tłuszczowych. U góry od lewej: amarantus, mozga trzcinowa, ślazówka turyngska; u dołu proso rózgowe w kępie i na plantacji Foto: Wojciech Łukaszek i Grzegorz śurek
248 Ola Łukaszek, Karol Bartkiewicz, Wojciech Łukaszek Profesor dr inŝ. Grzegorz śurek pracuje między innymi nad ślazówką turyngską (Lavathera thuringiaca L.), prosem rózgowym (Panicum virgatum L.). Intensywne prace w zakresie pozyskania nowych roślin energetycznych przeznaczonych do produkcji biogazu prowadzą naukowcy wielu uczelni, między innymi Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego (prof. Janusz Gołaszewski), Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu (dr inŝ. Jacek Dach), Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie (dr inŝ. Alina Kowalczyk-Juśko), warszawskiej SGGW (dr inŝ. Magdalena Szymańska, prof. Sławomir Podlaski), Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego (dr inŝ. Jacek Wereszczaka), Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (prof. Józef Szlachta). NaleŜy równieŝ wspomnieć o pracach dr. Wacława Wiśniewskiego z KWS czy prof. Anny Grzybek z Oddziału warszawskiego i prof. Andrzeja Myczko z Oddziału poznańskiego Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego w Falentach. Z braku miejsca nie sposób podać nazwiska wszystkich, którzy swoją pracą przyczyniają się do poznawania nowych energetycznych właściwości starych roślin czy odnajdują nowe w zapomnianych zakamarkach systematyki. Niemniej jednak wszystkim im naleŝą się słowa uznania za niezłomność, a wcześniej za odwagę w czasach, kiedy bioenergetyka biogazowa była na cenzurowanym, a jakiekolwiek działania w tym zakresie były traktowane jako fanaberie pasjonatów. Bardzo waŝnym elementem we współpracy właściciela bioelektrowni czy biogazowni jest partnerskie traktowanie dostawców substratów rolników. Konsorcjum w swych pracach stosuje wieloletnie umowy dostaw kontrakty, gwarantujące procedury, w wyniku których dostawca nie poniesie w przyszłości strat. Kontrakty są zawierane z rolnikami na okres 25 lat w formule 15 + 5 + 5, co w praktyce oznacza, Ŝe w sytuacji kiedy obie strony są zadowolone ze współpracy, kontrakt po 15 latach, automatycznie, bez Ŝadnych aneksów, przedłuŝony jest o kolejne 5 lat i analogicznie po 20 latach o kolejne pięć. Po 25 latach umowa zostaje zawarta na nowo, w dowolnym wymiarze czasowym. Kontrakt nie moŝe być wypowiedziany przez właściciela bioelektrowni czy biogazowni, chyba Ŝe nastąpi raŝące naruszenie umowy do takich przypadków zalicza się brak dostawy substratu przez określony czas czy zła jakość substratu. Rolnik moŝe wypowiedzieć umowę bez jakichkolwiek konsekwencji, jednak z rocznym wyprzedzeniem. Pozwoli to na uzupełnienie listy dostawców spośród innych chętnych. W celu zagwarantowania dostawcom progresji cenowej w kolejnych latach trwania umowy, w kontraktach podpisywanych przez Konsorcjum w imieniu inwestorów zawarte są klauzule gwarancyjne, z których najwaŝniejsze to: coroczna indeksacja o poziom inflacji, liczona w marcu po komunikacie GUS, oraz copółroczna waloryzacja cen substratów na podstawie współczynnika zmiany ceny 1 litra oleju napędowego w odniesieniu do ceny z dnia podpisania umowy. Waloryzacja odbywa się wiosną (przed rozpoczęciem prac polowych)
Rolnictwo energetyczne nowe rośliny energetyczne, praktyczne aspekty wykorzystania 249 oraz wczesną jesienią (przed rozpoczęciem zasadniczych zbiorów). Ten drugi zapis oczywiście działa w dwie strony, ale daje rolnikowi gwarancję bezpieczeństwa nie dopłaci do substratów w przypadku podwyŝki cen paliwa. Zapis ten, z aplauzem przyjęty przez dostawców, jest konsekwencją wyliczeń kosztów produkcji substratów, w których udział kosztów paliwa stanowi 40 60% wydatków i jest głównym czynnikiem kosztowym. Pozostałe elementy, takie jak amortyzacja maszyn, koszt materiału nasiennego czy nasadzeniowego, zabiegi agrotechniczne (przygotowanie pola, nawoŝenie, chemiczna ochrona roślin), konserwacja maszyn, mycie (koszt wody), garaŝowanie (zabezpieczenie na okres zimy), koszt obsługi finansowej ewentualnych kredytów oraz to, czego do tej pory nie uwzględniano koszt pracy rolnika, stanowią 40 60% wydatków produkcyjnych, jednak rozbite na poszczególne działania nie przekraczają jednostkowo 10% kosztów. Dlatego za wyznacznik kosztów przyjęto cenę paliwa. Kontrakt obejmuje równieŝ cenę substratu oraz wariantowy system jego dostarczania (dostawa do bioelektrowni lub odbiór od producenta), co określa na samym początku wszystkie istotne elementy współpracy. PowaŜne potraktowanie dostawcy na samym początku współpracy gwarantuje bioelektrowni czy biogazowni bezpieczeństwo surowcowe, a tym samym bezkolizyjną ciągłość funkcjonowania, opartą na wzajemnym zaufaniu i osiąganiu zakładanych zysków przez obie strony uczestniczące w przedsięwzięciu. Summary The predicted development in the Polish biogas production sector makes energy crop farming one of the most cost-effective branches of agriculture. Research on creating optimal conditions for the cultivation of known energy crops is well underway, and considerable effort is made to find more plant species that can be used for energy production. Taking into account the liquidation of much of Poland's sugar industry, the most promising of currently used energy crops seems to be the energy-rich variety of the sugar beet. In the future, an important role in bioenergy production will be played by two remarkably efficient substrates topinambur (Helianthus tuberosus) and tall wheatgrass (Lophopyrum ponticum). Research on new types of energy crops needs to be conducted in view of the chemical processess in the fermentation chamber so that the post-fermentation sludge has a higher fertilisation value than each of the substrates combined. However, the success of the bioenergy and biogas production industry depends not only on the quality of used energy crops but also on their origin. Owners of bioenergy power plants and biogas plants have to maintain a partnership relation with their substrate suppliers.