M o t t o: Jedyną pewną metodą istnienia porażek jest nie mieć żadnych nowych pomysłów A. Einstein Konferencja Naukowa IUNG-PIB Optymalne wykorzystanie ziemi do produkcji bioenergii bez narażania samowystarczalności żywnościowej i bezpieczeństwa żywności Puławy, 28-30 września 2011 r. Dobór jednorocznych roślin uprawianych dla produkcji energii odnawialnej. Henryk BURCZYK Pracownia Roślin Energetycznych IWNiRZ 60-630 Poznań, ul. Wojska Polskiego 71 b
I. Podstawy prawne i organizacyjne dla produkcji biomasy w Polsce. 1. Decyzja RM z dnia 10.11.2009 r. dot. 15% udziału OZE w energii finalnej i 10% energii biopaliw w transporcie do 2020 r. 2. Decyzja RM z dnia 13.07.2010 r. dot. budowy ok. 2000 biogazowni rolniczych, produkujących nie mniej niż 1,7 mld m³ biogazu rocznie od 2020 r., który po oczyszczeniu pokryje prawie w całości zapotrzebowanie na gaz dla ludności wiejskiej. 3. Dla zrealizowania zwiększonego udziału biopaliw transportowych, istnieje w naszym kraju dostateczna baza surowcowa i techniczna, aby pozyskać potrzebną ilość biokomponentów i zapewnić produkcję biopaliw zgodnie z ustaleniami Narodowego Celu Wskaźnikowego. 4. Natomiast trudnym zadaniem do rozwiązania w najbliższej przyszłości będzie zapewnienie potrzebnej ilości biomasy dla energetyki, ciepłownictwa i biogazowni rolniczych, bez aktywnego wsparcia organizacyjnego i ekonomicznego władz państwowych i samorządowych.
II. Zapotrzebowanie i produkcja biomasy do 2020 r. wg. IUNG-PIB. 1. Biomasa w mln t s.m. dla elektrowni i elektrociepłowni 10,00 w tym 3 mln t słomy i 2 mln t biomasy z lasu 5,00 2. Netto zapotrzebowanie w mln t s.m. 5,00 3. Powierzchnia pola potrzebna w ha przy plonach 10 t/ha z roślin wieloletnich energetycznych. 500.000
III. Zapotrzebowanie i produkcja biomasy do 2020 r. wg. IWNiRZ L.p. Sposoby produkcji biomasy Biomasa dla elektrowni i elektrociepłowni Plony w t/ha s.m. - Powierzchn ia pola w ha - Biomasa w mln t s.m. 10,00 1. Produkcja w pl. gł. : sorgo lub kukurydza 20 250 000 5,00 2. 3. Biomasa z roślin wieloletnich Biomasa leśna (2 mln t) i słoma (2 mln t) 10-100 000-1,00 4,00 Biomasa dla 2.000 biogazowni rolniczych x 2500 t s.m. - - 5,00 4. 5. 6. Poplony ozime żyto Plon wtóry: sorgo lub kukurydza Poplony ścierniskowe 10 15 10 150 000 150 000 150 000 1,50 2,25 1,50 Razem dla biogazowni rolniczych w plonie głównym - 150 000 5,25
IV. Kryteria biomasy. 1. Produkty pochodzenia roślinnego z rolnictwa lub leśnictwa oraz ich produkty uboczne i odpadowe przydatne dla potrzeb energii odnawialnej, z przemysłu rolno-spożywczego, gnojowicy, itp. 2. Dobra wydajność: w pl. gł. > 20 t/ha s.m. i > 400 GJ/ha oraz niskie koszty produkcji bioenergii < 10 zł/gj. Jakość biomasy wg. wymagań odbiorcy 1. Elektrociepłownie i elektrownie biomasa zagęszczona, wysokoenergetyczna i dobrze przygotowana do transportu, 2. Biogazownie rolnicze biomasa tańsza, z bliskiej odległości od zakładu, w formie kiszonek z kukurydzy, sorga, poplonów ozimych i ścierniskowych, odpady rolnicze, z przemysłu spożywczego, itp. 3. Odbiorcy indywidualni i eksport brykiety, pelety wg. norm.
V. Rys. 1. Warunki klimatyczno-glebowe Polski. Klimatyczny bilans wody w Polsce w okresie od kwietnia do września wg. Górskiego T., i Kozyry J. - W latach 1971 2005 roczne sumy opadów w okolicy Poznania wynosiły 507 mm, z czego tylko 225 mm od kwietnia do września. - Jakość i przydatność rolnicza gleb Wielkopolski, zajmuje piąte miejsce po woj. podlaskim, mazowieckim, łódzkim i lubuskim, < 550 mm opadów rocznie - wg. IUNG-PIB
VI. Plony biomasy porównywanych roślin w ZD Stary Sielec Zielona masa w t. ha -1 Sucha masa w t. ha -1 lata Sorgo Kukurydza Konopi włókniste Sorgo Kukurydza Konopie włókniste 2007 78,9 70,7 60,9 25,3 22,2 16,0 2008 68,4 41,9 40,0 22,5 15,5 14,4 2009 85,2 69,4 59,0 30,4 22,6 18,4 2010 72,6 47,3 37,3 24,5 15,4 9,2 Średnia 76,3 57,3 49,3 25,7 18,9 14,5 % suchej masy - - - 33,7 33,0 29,4
VII. Produktywność jednorocznych roślin w latach 2007 2010 w Z.D. Stary Sielec ( loco pole). l.p. Wyszczególnienie Sorgo Kukurydza Konopie włókniste 1. Plony suchej masy w t. ha -1 25,7 18,9 14,5 2. Wartość energetyczna w GJ/t.s.m. 18,8 19,9 19,3 3. Wydajność energetyczna w GJ. ha -1 483 376 280 4. Koszty produkcji w zł. ha -1 3115 3451 3078 5. Koszty produkcji w zł/t s.m. 121 182 212 6. Koszty produkcji w zł/gj 6,45 9,18 11,0 7. Zysk w zł/ha/rok x) 4130 2189 1122 x) Cena bioenergii = 15 zł/gj
Kukurydza ziarno + słoma Sorgo na zieloną masę Kukurydza na zieloną masę Konopie na zieloną masę Konopie słoma Pszenica ozima ziarno + słoma Pszenżyto ozime ziarno + słoma Pszenica oz. ziarno Pszenżyto oz. ziarno Żyto w poplonie oz. na zieloną masę Wydajność względna VIII. Plony i wydajności energetyczne roślin podwójnie użytkowanych w Z.D. Stary Sielec. 100 80 60 40 20 0 Rys. 2. Wydajność energetyczna jednorocznych roślin w Z.D. Stary Sielec w latach 2007-2009 [GJ/ha] 100 93 76 60 41 40 38 19 GJ/ha = 85-527 527 492 401 316 215 211 203 102 85 204 16 39
VIIIa. Rys. 3. Wydajności bioetanolu z roślin podwójnie użytkowanych w ZD Sielec Stary w latach 2007-2009 w l/ha
IX. Porównanie roślin uprawianych w plonie głównym, wtórym i poplonie ścierniskowym w latach 2009-2010 w ZD Stary Sielec. l.p. 1 Sposób uprawy Rośliny energetyczne Sorgo Plony w t/ha zielonej suchej masy masy 78,9 27,4 2 Plon Kukurydza 58,3 19,0 3 główny Konopie 48,2 13,8 4 5 Buraki cukrowe (korzenie+liście) Pszenżyto 88,5 + 36,7 40,5 21,3 + 4,59 10,3 6 Plon Sorgo 58,2 20,2 7 wtóry Kukurydza 55,8 21,5 8 9 Konopie Kukurydza 20,1 45,5 7,5 15,2 10 Poplon Sorgo 27,0 8,7 11 ścierniskowy Konopie 24,4 6,0 12 Gorczyca biała 22,9 5,0
X. Rys. 4. Zmianowanie roślin uprawianych dla energii odnawialnej. Nr pola Rośliny energetyczne 1 Buraki cukrowe 2 Kukurydza na ziarno Poplon oz. 3 Poplon oz. Sorgo 4 Konopie Rzepak oz. 5 Rzepak oz. Poplon ściern. m-ce I II III III IV V VI VII VIII IX X XI XII
XI. Plony i wydajności energetyczne roślin uprawianych w zmianowaniu dla potrzeb energii odnawialnej. Nr pola Plony suchej masy w t/ha produkty główne produkty uboczne Na zielony nawóz Wydajność energetyczna w GJ/ha produkty główne produkty uboczne razem 1 22 6,5 6,5 587-587 2 7 16-165 318 483 3-12+20 - - 617 617 4-16 - - 309 309 5 3 7-79 122 201 5a Poplon 8 8 - - - Razem 831 1366 2197 Średnio 439
XII. Wyniki ekonomiczne roślin uprawianych w zmianowaniu Nr pola Koszty produkcji w PLN/ha Przychody z produktów w PLN/ha Dochód rolniczy xx) w PLN/ha plony w t/ha głównych ubocznych razem ceny w wartości w wydajności wartości x) PLN/t PLN/ha w GJ/ha w PLN/ha 1 5280 70 120 8400 - - 8400 3983 2 5120 8 900 7200 318 4770 11970 7713 3 4650-617 9255 9255 5468 4 3310-309 4635 4635 2188 5 3070 4 1700 6800 122 1830 8630 6423 Średnia 4286 - - - - - 8578 5155 x) cena produktów ubocznych = 15 PLN/GJ xx) dochód rolniczy z dopłatami U.E. = 863 PLN/ha
XIII. Rys. 5. Organizacja pozyskiwania i wykorzystywania biomasy.
XIV. Wnioski. 1. Na podstawie otrzymanych wyników badań można rekomendować dla produkcji biomasy na glebach gorszej przydatności rolniczej i niskich opadach atmosferycznych (< 550 mm rocznie), uprawę sorga i kukurydzy, które w plonie głównym dają ok. 20 t/ha s.m. przy dobrej wydajności energetycznej (> 400 GJ/ha) i niskich kosztach produkcji bioenergii (< 10 zł/gj). 2. Z porównania przydatności wybranych roślin jednorocznych uprawianych na podwójne użytkowanie (ziarno + słoma) dla produkcji energii odnawialnej wynika, że: a) najwyższą wydajność energetyczną daje kukurydza uprawiana na ziarno i użytkowana razem ze słomą (527 GJ/ha), b) ponad dwukrotnie niższą wydajność energetyczną dają zboża użytkowane łącznie ziarno i słomę ( 207 GJ/ha), c) najniższą wydajność energetyczną uzyskano przy uprawie zbóż (pszenica oz. i pszenżyto oz.) przeznaczanych do spalania lub fermentacji tylko w formie ziarna (94 GJ/ha), które stanowi zaledwie 20% wydajności energetycznej biomasy sorga lub kukurydzy. Dlatego stosowanie ziarna zbóż na potrzeby energetyki jest ekonomicznie nieuzasadnione ( za wyjątkiem ziarna skażonego).
3. Dla potrzeb biogazowni rolniczych produkcję biomasy stanowiącą uzupełnienie substratów odpadowych, należy organizować przy pomocy wydajnych roślin energetycznych uprawianych w poplonach ozimych i ścierniskowych, w plonach wtórych (sorgo, kukurydza), buraków itp., realizowanych w zmianowaniu roślin przystosowanym do kierunku gospodarowania i warunków klimatyczno glebowych. 4. Zapewnienie potrzebnej ilości biomasy dla produkcji energii odnawialnej zależeć będzie od korzystnych warunków zbytu po opłacalnych cenach, określanych na podstawie kosztów produkcji bioenergii i akceptowanych przez producenta i odbiorcę. Poza tym od partnerskich relacji między producentami biomasy i jej przetwórcami, określanymi wieloletnimi umowami handlowymi. W przeciwnym wypadku rolnicy nie będą produkować biomasy, a producenci zielonej energii będą skazani na kosztowny import surowców.
Dziękuję za uwagę