ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 ZdzisławaRomanowskaJDuda UniwersytetŁódzki,WydziałBiologiiiOchronyŚrodowiska 907237Łódź,ul.Banacha12/16,romano@biol.uni.lodz.pl MieczysławGrzesik InstytutOgrodnictwa 967100Skierniewice,ul.Konstytucji3Maja1/3,Mieczysław.Grzesik@inhort.pl WiktorPszczółkowski UniwersytetŁódzki,WydziałBiologiiiOchronyŚrodowiska 907237Łódź,ul.Banacha12/16,wiktorpszczolkowski@gmail.com KrzysztofPiotrowski UniwersytetŁódzki,WydziałBiologiiiOchronyŚrodowiska 907237Łódź,ul.Banacha12/16,k_piotrow@o2.pl AgataPszczółkowska UniwersytetŁódzki,WydziałBiologiiiOchronyŚrodowiska 907237Łódź,ul.Banacha12/16,chojnacka.agata86@gmail.com ZAŁOŻENIAPROGRAMOWEBADAŃNAUKOWYCHWCENTRUMTRANSFERUTECHNOLOGII WOBSZARZEODNAWIALNYCHŹRÓDEŁENERGII WZAKRESIEPRZETWARZANIABIOMASYROŚLINENERGETYCZNYCH Streszczenie Rozwójenergetykiodnawialnejopartejnabiomasiewymagaprzeprowadzeniaszerokiegozakresubadańmają4 cych na celu opracowanie efektywnych agrotechnologii, odnoszących się do szerokiego asortymentu roślin energetycznych,któremogąbyćuprawianewkraju.celemartykułujestprzedstawienienajważniejszychkie4 runków badań dotyczących udoskonalania agrotechnologii produkcji biomasy i jej przetwarzania na bazie gatunkówroślinenergetycznychzgromadzonychwkolekcjiogroducentrumtransferutechnologiioźe. Słowakluczowe CentrumTransferuTechnologiiOZE,roślinyenergetyczne,uszlachetnianienasion,agrotechnika,fitoremedia4 cja,bioindykacja,toryfikacja Wstęp Wykorzystanieodnawialnychźródełenergii(OŹE)wPolscejestpostrzeganegłówniejakodziałaniezmniejszają4 ceobciążenieśrodowiskaorazzwiększającebezpieczeństwoenergetycznekraju.matoszczególneznaczeniew sytuacji,gdypolskaelektroenergetykaopartajestwokoło90%nawęgluidlategozdywersyfikowanieźródeł wytwarzaniaenergiielektrycznejjestniezwykleistotne.rozwójenergetykiodnawialnejpowinienopieraćsię przedewszystkimnamożliwościrozwojugeneracjirozproszonejwkrajowymsystemieelektroenergetycznym, coprzyczyniasiędozmniejszeniastratzwiązanychzprzesyłemenergii,atymsamymistotniepoprawiabezpie4 czeństwo energetyczne i redukuje emisję gazów cieplarnianych. Rozwój sektora energetycznego powinien uwzględniaćzobowiązaniapolskiwzakresiezapewnieniaodpowiedniegoudziałuenergiizoźewzużyciuener4 giiogółemorazprzestrzegaćzasadywzakresieochronyśrodowiskaijednocześnieniemożepociągaćzasobą negatywnychskutkówdlagospodarki,wtymdlabezpieczeństważywnościowegokraju[1],[2],[3],[4]. Dlarozwojuenergetykiprosumenckiejniezbędnesąwynikibadańiwdrożenieopracowanychnaichpodstawie technologii,którewpełniwpisująsięwzaleceniaustawyooze.rezultatybadańpowinnyuwzględniaćszereg czynników,wtym:produkcjabiomasydlaenergetykirozproszonejnaglebachmarginalnych,dostępnychdla posiadaczyzróżnicowanegoareaługruntów,zintensyfikowanierozwojuroślinpozastosowaniuekologicznego nawożeniacertyfikowanymiodpadamiorganicznymi(zmniejszającryzykowneichskładowanieiuciążliwośćdla otoczenia),biostymulacjaroślinprzypomocyśrodkówbiologicznychiulepszaczyglebyoraztoryfikacjabiomasy 13
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 w celu poprawy jej wartości opałowej i przetwarzania na energię cieplną. Wskazane elementy tematów badawczych,którepowinnybyćczęściamiskładowymiprogramustrategicznego,będądynamizowaćracjonalne wykorzystanie biomasy, wytwarzanie energii oraz paliw na obszarach wiejskich z respektowaniem kryteriów zrównoważonegorozwoju.wprosumenckiejprodukcjibiomasyniezbędnejestwdrożenietechnologiirecyklin4 gupopiołówuzyskanychzespaleniabiomasyiichwykorzystaniajakonawozów,corozwiązałobykwestięich utylizacji i składowania oraz przyrodniczego wykorzystania w nawożeniu roślin energetycznych, konsumpcyj4 nych, ozdobnych i wchodzących w skład różnych agroekosystemów. W produkcji biomasy zbyt mało uwagi zwraca się na adaptację nowych systemów uprawy (np. uprawy bezorkowej) oraz odbudowy ibiostymulacji rozwojufloryifaunywglebie,któramabardzoduży,aczęstoniedoceniany,wpływnawzrostirozwójroślin. Biologiczna aktywność ziemi uprawnej może przyczynić się do zwiększenia plonów i efektywności produkcji wzróżnicowanych warunkach agroekosystemów. Ważnym zagadnieniem jest również wdrożenie nowocze4 snych technologii poprawy wartości siewnej materiału rozmnożeniowego metodami ekologicznymi, który decydujewdużymstopniuoefektywnościprodukcjiiplonowaniubiomasy,jakrównieżzastosowanienawięk4 szą skalę oceny bioindykacyjnej środowiska, umożliwiającą prognozowanie wysokowydajnych upraw roślin wokreślonychwarunkach.liczbaopracowańwtymzakresiejestniewielka,awiększośćdotychczasowychda4 nychdotyczyoptymalizacjiuprawyroślinenergetycznychnaglebachwzględniedobrychinadającychsiępod produkcjęroślinkonsumpcyjnych[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11]. Optymalizacjaprodukcjibiomasyroślinzuwzględnieniemwymienionychczynnikówjestniezbędnadlapopra4 wy bilansu i opłacalności pozyskiwania energii z OŹE, a także zmniejszenia kosztów logistyki, składowania ispalania tego paliwa [1], [3]. Wobec nielicznych danych dotyczących adaptacji tych czynników w produkcji prosumenckiejwograniczonejskali,celemniniejszejpracyjestwskazaniewybranychuwarunkowańizakresu doświadczeń, które należy uwzględnić w produkcji i przetwarzaniu biomasy energetycznej. Kwestie te będą przedmiotem badań prowadzonych w Centrum Transferu Technologii OŹE na bazie kolekcji gatunków roślin energetycznych. Opracowanieiadaptacjanowoczesnychagrotechnologiiroślinenergetycznychwokreślonychagrosystemach WPolscewykorzystaniebiomasyroślinnejmadużąprzewagęnadinnymitechnologiamipozyskiwaniaenergii zeźródełodnawialnych,zewzględunamożliwościjejprodukcjinadużymarealeglebmarginalnych(słabych), wyłączonychzprodukcjiżywności.istniejeszerokaprzestrzeń,wktórejmożliwajestjejpoprawawydajności środowiskowej i sprawności energetycznej, poprzez zastosowanie nowoczesnych agrotechnologii upraw, awdalszym etapie poddanie surowca procesowi karbonizacji (wysokotemperaturowemu suszeniu roślinnej masywreaktorach),przysynchronicznymbioindykacyjnymmonitoringuśrodowiskawceluochronyzasobów przyrodniczych(rys.1).wyprodukowaniewymaganegopotencjałubiomasynaglebachbardzoniskiejjakości, bez zastosowania opracowanych, wysokowydajnych agrotechnologii, będzie bardzo trudne. Rośliny w tych niekorzystnychwarunkachplonująbardzosłabo,aprodukcjaich(zzastosowaniemdużychilościtoksycznych nawozówsztucznych)jestmałoopłacalnaidodatkowonegatywniewpływanaśrodowisko[4],[12],[13],[14]. Rys.1.TestbioindykacyjnywodystosowanejwekologicznejuprawieroślinzużyciembioindykatoraSpirodelaoligorrhiza Autor:Z.Romanowska4Duda 14
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 Opracowaniemetodpoprawywartościsiewnejmateriałurozmnożeniowego O efektywności uprawy w znacznym stopniu decyduje wartość siewna materiału rozmnożeniowego, która wprzypadkuroślinenergetycznychpowinnabyćszczególniewysoka.opracowanienowoczesnychiniestoso4 wanych dotychczas ekologicznych metod uszlachetniania materiału rozmnożeniowego, dotyczy doboru odpowiednich parametrów kondycjonowania lub biokondycjonowania nasion i sadzonek. Zabiegi te mają na celu inicjację wszystkich procesów metabolicznych, które u nasion poprzedzają przebicie okrywy nasiennej przezkorzeńzarodkowy,ausadzonekukorzenianie.nasionaisadzonkiwtakzaawansowanymstanieproce4 sów metabolicznych umieszczone w wilgotnej glebie natychmiast kiełkują/ukorzeniają się, co skutkuje przyspieszonymiiwyrównanymiwschodamiroślin(wkrótkimokresie)orazprzyspieszonymwzrostemroślin wdowolnych warunkach środowiskowych. Kondycjonowanie nasion w środkach biologicznych (biokondycjo4 nowanie),zwiększaefektywnośćtegozabieguiczęstopoprawiaichzdrowotność[8].wcześniejwschodzącei szybciej rosnące rośliny uprawne są bardziej konkurencyjne dla chwastów, które łatwiej zniszczyć zabiegami mechanicznymiichemicznymi.przeprowadzeniespektrumzabiegówwtymsamymterminie,jestmożliwepo osiągnięciu przez rośliny odpowiedniej fazy rozwoju, co zapewnia zabieg przedsiewnego kondycjonowania nasionisadzonek.zastosowanieprzedsiewnychmetodpoprawywartościsiewnej,umożliwiatakżezmniejsze4 nie ilości wysiewanego materiału i zwiększa odporność roślin na stresy środowiskowe, co skutkuje zwiększeniem opłacalności ich produkcji. Ponadto przyspieszone wschody i wzrost korzeni, będące następ4 stwemuszlachetniania,umożliwiająrównieżuprawęroślinwwarunkachsuszyglebowej,częstowystępującej wwarunkach obecnie zmieniającego się klimatu. Wysianie/wysadzenie takich nasion/sadzonek do okresowo wilgotnejgleby,umożliwiaszybkieprzerastanieprzezkorzeniegłębszychwarstw gruntu, co uniezależnia tak zakorzenioneroślinyodkolejnegoprzesuszeniapowierzchniowejwarstwy[15],[16].danetewskazująnaza4 sadność prowadzenia wielowątkowych badań w CTT OŹE, w zakresie poprawy wartości siewnej materiału rozmnożeniowegoroślinenergetycznych,którychznacznaliczbagatunkównależydosłabokiełkującychbylin (Rys.2)[17]. Rys.2.Kiełkującenasionaślazówkituryngskiej(LavatherathuringiacaL.)odmianyUlekopo8dniachodwysianianapodło4 żebibułowezwilżonewodądestylowaną.nasionanieskaryfikowane(lewy)orazpozastosowaniuprzedsiewnejskaryfikacji (prawy). Autor:M.Grzesik Opracowanieagrotechnologiiroślinenergetycznychwwarunkachokreślonegoagroekosystemu Zapobieżenie powszechnie stosowanej monokulturowej uprawie wierzby energetycznej, która jest szkodliwa dla ekosystemu i może zachwiać systemem energetycznym w przypadku nadmiernego porażenia chorobami iszkodnikaminaplantacjachenergetycznych,wymagazwróceniawiększejuwaginaproblembioróżnorodności. Wcelachenergetycznychpowinnouprawiaćsięróżnegatunkiroślin,którebędąbardziejprzystosowanedo poszczególnychwarunkówśrodowiskowych,korzystnieoddziaływałynagranicząceuprawyijednocześniepo4 zytywniewpływałynacałyagroekosystem.wymagatoprzeprowadzeniaszerokiegozakresuodrębnychbadań nad adaptacją roślin do konkretnych warunków glebowo4środowiskowych oraz opracowania agrotechnologii uprawy najbardziej przydatnych roślin energetycznych na glebie słabej z uwzględnieniem biostymulatorów, ekologicznychulepszaczyglebyinietoksycznychorganicznychodpadów[12],[14],[18]. Rozwójroślinenergetycznychnaglebachsłabychjestuzależnionywdużymstopniuodżywotnościfaunyiflory wglebie.zagadnienietowmałymstopniujestopracowywaneidocenianeprzezagrotechników[19].aktyw4 15
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 ność pożytecznej fauny i flory jest nieodzowna do zaistnienia wielu procesów strukturotwórczych, rozkładu resztek pożniwnych, mineralizacji, co w sumie decyduje o żyzności gleby. Między innymi, duża populacja dżdżownicwciągurokumożeprzetworzyć10tonsubstancjiorganicznejha 41,istotniepoprawiającplonowanie roślin.wydrążoneprzezdżdżownicekanaływglebienadużągłębokość,ułatwiającejejaerację,sąwypełnione ektrementami oraz śluzem, co sprzyja rozwojowi w nich korzeni, przerastających bardzo głębokie warstwy gruntu (Rys. 3). Wynikiem działalności dżdżownic jest poprawa aktywności biologicznej i żyzności gleby, co pozytywniewpływanawzrostiplonowanieroślinorazumożliwiazmniejszeniewymaganychdaweknawozów sztucznych,skażającychśrodowisko.plonotwórczarolafloryifaunyglebowej,włączającdżdżowniceorazmi4 kroorganizmy,jestprzedmiotemwielubadańwzakresieagroekotechnologiiroślinogrodniczychorazrolniczych ipowinnateżbyćprzedmiotemdalszychdoświadczeńodnoszącychsiędoroślinenergetycznych,uprawianych wmniejprzyjaznychwarunkachglebowo4środowiskowych[12],[19]. Rys.3.Profilglebynaktórejjestuprawianysłonecznikwmieszancezroślinamimotylkowymi.Widoczneodkrytekanały wydrążoneprzezdżdżownicezrosnącymiwnichpionowowdółkorzeniamiroślinuprawnych.autor:m.grzesik Ważnymaspektembadańwzakresieagroekotechnologiijestrównieżopracowaniesystemumonitoringucho4 rób roślin energetycznych, diagnostyki ich sprawców oraz terminowe wykonanie zabiegów ochrony roślin, atakże dobór środków stymulujących wzrost roślin oraz ich odporność na choroby i niekorzystne warunki agrometeorologiczne.problemochronyroślinenergetycznychprzedagrofagamijestbardzozłożonygdyżpo4 winien dotyczyć stosowania środków biologicznych, które skutecznie zwalczają sprawców chorób ijednocześniepozytywniewpływająnaplonowaniebiomasyorazsąprzyjazneśrodowisku[8],[20],[21]. Istotnym zakresem badań są doświadczenia mające na celu opracowanie nowych metod agrotechnicznych roślinenergetycznych,dostosowanychdokonkretnychgatunkóworazwarunkówśrodowiskowychzmieniają4 cego się klimatu. Zachodzi obawa, że prognozowane warunki środowiskowe mogą spowodować nieprzewidzianyobecnierozwójniektórychgatunkówroślinorazagrofagów,comożemiećistotnywpływna plonowaniebiomasyroślinnejifunkcjonowaniesystemuenergetycznegoopartegonajejprzetwarzaniu.celo4 we jest więc prowadzenie szeregu spójnych badań tematycznych, prowadzących do opracowania nowych agrotechnologiiuprawyroślinenergetycznychzzastosowaniemcertyfikowanychodpadówzoczyszczalnimiej4 skich oraz środków biologicznych, naturalnych substancji i różnych organizmów (np. nietoksyczne sinice izielenice)korzystniewpływającychnawzrost,rozwójiplonowaniebiomasynaglebachniskiejjakości,cojuż stwierdzonoodnośniekukurydzy,ślazowcapensylwańskiegoiwierzby(rys.4,5,6,7)[16],[18],[22],[23],[24], [25],[26],[27]. 16
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 Rys.4.Roślinyślazowcapensylwańskiego(Sidahermaphrodita)uprawianewglebietorfowej.Odlewej:nienawożoneoraz nawożonetrzemaróżnymidawkamicertyfikowanychosadówzoczyszczalnimiejskiej. Autor:M.Grzesik. Rys.5.Uprawapolowaroślinwglebieoniskiejjakościnawożonejróżnymidawkamicertyfikowanychosadówzoczyszczalni miejskiej Autor:Z.Romanowska4Duda. 17
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 Rys.6.Uprawapolowaroślinwglebieoniskiejjakości.Odprawej:nienawożoneoraznawożonetrzemaróżnymidawkami certyfikowanychosadówzoczyszczalnimiejskiej Autor:Z.Romanowska4Duda. Rys.7.Roślinykukurydzyuprawianenaglebieniskiejjakości.Odlewej:kontrolne(opryskiwanewodą)orazopryskiwane trzykrotnieniesonifikowanymiisonifikowanymimonokulturamisinic(microcystisaeruginosa).autor:m.grzesik Zwiększenie opłacalności upraw energetycznych, oprócz wymienionych sposobów ekologicznego nawożenia, dolistnejaplikacjiśrodkówbiologicznych,nietoksycznychsinicizielenic,wymagatakżeopracowanianowych 18
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 metodagrotechnicznych.jednąznichjestnp.bezorkowauprawaroślin,którajestbardziejekonomicznaniż tradycyjne systemy bazujące na orce. Wymaga jednak kosztownego specjalistycznego sprzętu, który łatwiej amortyzujesięwgospodarstwachwielkoobszarowych,adotychpowinnynależećprzedsiębiorstwaprodukują4 ce biomasę energetyczną. Przeprowadzone badania w mikroskali na bazie kolekcji Centrum Transferu TechnologiiOŹEwskażąprzydatnośćtejmetodywuprawiezgromadzonychroślinenergetycznych. Rys.8.Siewkirzepakuuprawianegowsystemiebezorkowym.Autor:M.Grzesik Opracowanieiwdrożeniedoprodukcjiopracowanychtechnologiipoprawywartościsiewnejmateriałurozmno4 żeniowego oraz ekologicznego wykorzystania odpadów organicznych, polepszaczy gleby ibiostymulatorów wprodukcjibiomasyroślinenergetycznychpowinnozwiększyćwydajnośćplonunaglebachsłabychijednocze4 śnie rozwiązać bardzo poważny dylemat składowania tych odpadów, a które są uciążliwe, kosztowne iniebezpieczne dla środowiska. Ponadto uprawy roślin energetycznych będą stwarzać korzystne warunki do zapobieganianiekorzystnymzmianomklimatu,generowaniazanieczyszczeńorazdegradacjiśrodowiskanatu4 ralnegopoprzezograniczenieemisjigazówcieplarnianychiutylizacjęodpadóworganicznych. Ocenafitoremediacyjnejroliroślinenergetycznychwoczyszczaniuśrodowiska Dotychczasowedaneliteraturowewskazują,żeroślinyenergetycznemogąpełnićrolęfitoremediatoróworaz byćwykorzystanedoredukcjizanieczyszczeńekosystemówiprzywracaniaterenówzdegradowanychdoich naturalności.wzrastającywostatnichlatachpoziomstężeniametaliciężkichjestjednymznajbardziejuciąż4 liwychelementówskażeniaśrodowiska.bardzoniebezpiecznyjesttrwałycharakterzanieczyszczeńmetalami ciężkimi,atakżeichwłączaniesiędołańcuchapokarmowego.metaleciężkiezaliczanesądotychzanieczysz4 czeń, które stanowią szczególne zagrożenie dla zdrowia człowieka. Skutki ich działania nie są natychmiastowe,chociażczęstoujawniająsiępowielulatach,pokoleniachiniesąwpełnipoznane.zanie4 czyszczenie metalami ciężkimi jest odzwierciedleniem skażenia powietrza, wody i gleby przez pyły, gazy przemysłowe,ścieki,odpady,atakżeprocesyspalaniawęgla.koncentracjametaliciężkichwśrodowiskujest dośćzróżnicowana,adziałanieichzależyodpobranejdawki,rodzajupierwiastka,postacichemicznejwjakiej występuje,anawetodkondycjiorganizmu.rekultywacjaglebskażonychmetalamiciężkimijestbardzodroga istosowanananiewielkąskalę.wostatnichlatachobiecującewynikidałybadanianadfitoremediacjąroślin mającychnaturalnezdolnościakumulacjitychpierwiastkówiusuwaniazgleby.znanesągatunkigromadzące nawet1 2%metaliwtkankach(hiperakumulatory),naprzykładtobołki(Thlaspisp.).Teoretyczniemogąone usunąćzglebynawet200 1000kgmetaluzpowierzchni1hektararocznie,aleniemaopracowanejagro4 technikiichuprawy.prowadzonesąrównieżbadanianadwykorzystaniemwfitoremediacjiroślinuprawnych gorczycysarepskiej,kukurydzyczydynizwyczajnej.gromadząonemniejmetaliwporównaniuzhipera4 kumulatorami,aleprodukujądużąbiomasę,cozwiększaefektywnośćprocesu.niewielejestnatomiastbadań dotyczących wykorzystania roślin energetycznych w procesie fitoremediacji. Rośliny te mogą spełniać po4 dwójną rolę. Być użyteczne w pozyskiwaniu energii odnawialnej (biomasa) oraz być niewątpliwie przydatnymiwprocesieprzywracaniajakościzanieczyszczonegoizdegradowanegośrodowiska(glebiwody). 19
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 Zaletamitechnologiifitoremediacyjnychsą,międzyinnymi,niskiekoszty,łatwośćzastosowaniaisąakcepto4 waneprzezspołeczeństwo[28]. Profityśrodowiskowezzastosowaniafitotechnologiiprowadzą,międzyinnymi,do:(i)zwiększeniaadaptatyw4 nej odporności ekosystemu i zmniejszeniu skutków działalności człowieka, (ii) zapobiegania uwalniania zanieczyszczeńidegradacjiśrodowiska,(iii)monitorowaniazanieczyszczeńiprocesówśrodowiskowychwcelu ograniczeniadegradacjiśrodowiska,(iv)remediacjiirekultywacjiekosystemówzdegradowanychoraz(v)zasto4 sowaniawskaźnikówjakościśrodowiskadosystemumonitoringuiocenyjegokondycji[28]. Rys.6.Roślinyenergetyczneuprawianenaglebieskażonejkadmem. Autor:Z.Romanowska4Duda Wszechstronnezastosowaniafitotechnologiimogąbyćpomocnewoptymalizacjiprzywracaniajakościśrodowi4 skaiułatwićselekcjęgatunkówroślinenergetycznychospecjalnejwydajnościfunkcjonalnej.ztegowzględu zasadnejestprzeprowadzeniabadańmającychnacelusprawdzeniemożliwościpoprawyrozwojuróżnychga4 tunków roślin energetycznych oraz ich zdolności fitoremediacyjnych, a także zwiększenia tych właściwości poprzezaplikacjęnietoksycznychsubstancjistymulującychaktywnośćmetaboliczną. Ocenaskażeniaglebyiwodymetodamibioindykacyjnymi Wzrost zanieczyszczeń środowiska wodnego metalami ciężkimi i toksynami sinicowymi spowodował koniec4 znośćmonitorowaniaichszkodliwości,umożliwiającegopodejmowanienabieżącoprzedsięwzięćmającychna celu ochronę warunków życia człowieka. Dotychczasowe chemiczne metody oceny skażeń środowiska są wwiększości kosztowne, kłopotliwe i trudne do wykonania oraz często wskazują na szkodliwość tylko niektórychskażeń.stądmogąoneniewykazywaćdokładnieszkodliwegowpływuzanieczyszczeńnaśrodowis4 ko. W związku z tym w ostatnich latach poszukuje się biotestów, które wskazywałyby kompleksowe oddziaływanieskażeńnaorganizmy.dotychczasowebadaniawskazują,żewtymcelumogąbyćwykorzystane roślinyizwierzęta,przypomocyktórychistniejemożliwośćszybkiegookreśleniastopniaskażeniaekosystemu. Wykazano,żerośliny,któresąłatwiejszewużyciuniżzwierzęta,mogąbyćwykorzystywanewbadaniachmoni4 toringowychzanieczyszczeńśrodowiskawodnego:metalamiciężkimi,toksynamisinicowymiorazśrodkamido uzdatnianiawody.wobecstosunkowoniewieludanychliteraturowych,wskazującychnaprzydatnośćposzcze4 gólnych gatunków i sposobów ich testowania, opracowanie biotestów wymaga wskazania gatunków roślin wrażliwych na skażenia środowiska i określenia metod przy pomocy których można wykazać tę wrażliwość. Ponieważwrażliwośćtamożebyćmodyfikowanawarunkamiśrodowiska,którekształtujeodpornośćnastres 20
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 uprawianych w nim roślin, wydaje się konieczne opracowanie tych metod dla skażeń i roślin występujących wposzczególnych regionach. Dotychczasowe badania wykonane przez autorów wskazały na możliwość testowaniaskażeńwśrodkowejpolsceprzyzastosowaniuefektywnych,szybkich,tanichorazmożliwychdo wykonaniawwiększościwarunkówbiotestówdoocenystopniaskażeniawodywpolsce.testytebazująna naturalnejreakcjibiologicznejnasion,makrofitówzrodzinylemnaceaeorazbezkręgowcównaskażeniawodne igleboweistniejepotrzebadoskonaleniatychmetodocenystopniaskażeniaśrodowiska,cowymagazaplan4 owaniabadań. Udoskonalone testybioindykacyjnebędąnajbardziejprzydatnymnarzędziemdoocenystopniaskażenia śro4 dowiska, odpadów i gleby. Będą one nieodzowne zarówno dla rolników jak i dużych firm producentów biomasy roślinnej, przedsiębiorstw energetycznych, służb melioracyjnych i samorządów lokalnych. Biotesty indykacyjne są narzędziem we właściwym zarządzaniu środowiskiem i będą pełnić rolę systemu wczesnego ostrzegania(ang.realtimebiomonitoring)wykorzystywanegowmonitorowaniujakościgleby,wody,toksycz4 ności odpadów organicznych oraz oceny przydatności gleby do uprawy poszczególnych gatunków roślin energetycznych[29],[30],[31]. Technologieuszlachetnianiabiomasyroślinenergetycznych Usprawnienielogistykiorazprocesuprzetwarzaniabiomasynaenergięwymagazastosowaniauszlachetnienia biomasyenergetycznej,międzyinnymi,poprzezjejpeletowanieikarbonizację.karbonizacja(toryfikacja,zwę4 glanie) jest jedną z efektywnych i nowszych metod uszlachetniania biomasy, mającej na celu poprawę jej właściwościfizyczno4energetycznych.jestprocesemwysokotemperaturowegosuszeniawceluprzetworzenia biomasy w biopaliwo o właściwościach bardziej zbliżonych do węgla. Dzięki temu biomasa staje się bardziej węglopodobnąmateriąokorzystniejszychwłaściwościachprzemiałowych.dziękiniejniższesąkosztymielenia orazwłasnościhydrofobowe,coskutkujebezpieczniejszymskładowaniembiomasyispadkiemryzykadegrada4 cji biologicznej. W procesie karbonizacji zachodzi modyfikacja struktury głównych składników: ligniny ihemicelulozyorazwmniejszymstopniucelulozy.procestenjestprzeprowadzanywwarunkachbeztlenowych, wtemperaturzeod200do300ºc,podniezmienionymciśnieniematmosferycznym.karbonizacja,przeprowa4 dzona odpowiednimi metodami jest bardziej opłacalna niż inne mniej efektywne metody uszlachetniania iztegowzględuostatnionaświeciewzrastazainteresowaniezastosowaniatejmetodywuszlachetnianiubio4 masyenergetycznej. Badania nad uszlachetnianiem biomasy metodą karbonizacji dotyczą głównie wytypowania najlepszej iopłacalnejmetodysłużącejdowstępnegoprzygotowaniabiomasyjakopaliwadlakonkretnegokotłaenerge4 tycznego,analizywybranychgatunkówroślinenergetycznychimożliwościichuszlachetnianiatymsposobem, charakterystykipaliwowejtychroślin,określeniakinetykispalania,stworzeniamodeluprocesuewentualnego współspalaniabiomasyzwęglemorazanalizytechniczno4ekonomicznejobiegubiomasywsystemiecieplnym ciepłowni. Wobec ograniczonej ilości dostępnych danych zasadne jest zbadanie efektywności i przydatności karbonizacjiszerokiegoasortymentugatunkówroślinenergetycznych.pozwolitowprzyszłościnaprzygotowa4 niekoncepcjiinstalacji,którabędziesłużyćdowstępnejobróbkibiomasywistniejącychmałychkotłowniach, elektrowniach i elektrociepłowniach realizujących proces spalania lub współspalania biomasy z węglem [13], [32]. PrezentowanewynikibadańbyłyfinansowaneprzezNarodoweCentrumNauki,grantNCNNN304385338; NCN1029/B/P01/2014/40. Bibliografia [1]KochańskaE.,MakowskiP.2013.Ekonomiczneitechnologiczneaspektyrozwojurozproszonejenergetyki opartejobiomasęnaprzykładziemałejgminy.actainnovations6:24431. [2]KochańskaE.,StaniszewskaM.2013.CooperationmodelbetweentheBioenergyfortheRegionclusterand competencenetworkdeenet.actainnovations7:5417 [3] Kochański M. 2014. Finansowanie instrumentów poprawy efektywności energetycznej w Polsce w latach 201442020.ActaInnovations10:65486 21
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 [4]RogulskaM.,GrzybekA.,SzlachtaJ.,TysJ.,KrasuskaE.,BiernatK.,BajdorK.2014.Powiązanierolnictwa ienergetykiwkontekścierealizacjicelówgospodarkiniskoemisyjnejwpolsce.polishjournalofagronomy7: 92 101 [5]ArhusI.2011.Norwegianexperiencesinthefieldofrenewableenergytechnologies.ActaInnovations1. [6]GrzesikM.,JanasR.,Romanowska4DudaZ.B.2011.Stymulacjawzrostuiprocesówmetabolicznychślazowca pensylwańskiego(sidahermaphrodita).problemyinżynieriirolniczej.4:81487. [7]HegaziA.Z.,MostafaM.S.S.andAhmedHM.I.2010.Influenceofdifferentcyanobacterialapplicationmet4 hodsongrowthandseedproductionofcommonbeanundervariouslevelsofmineralnitrogenfertilization. NatureandScience8(11):1834194. [8]JanasR.2009.MożliwościwykorzystaniaEfektywnychMikroorganizmówwekologicznychsystemachpro4 dukcjiroślinuprawnych.problemyinżynieriirolniczej3(65):1114119. [9]Pszczolkowski W.,Romanowska4DudaZ.,OwczarczykA.,GrzesikM.,SakowiczT.,ChojnackaA. 2012.Influ4 ence of secondary metabolites from Cyanobacteria on the growth and plant development. Phycological Reports:Currentadvancesinalgaltaxonomyanditsapplications:phylogenetic,ecologicalandappliedperspec4 tive.instituteofbotanypolish,academyofsciences,krakow.1954203. [10] Romanowska4Duda Z.B., Grzesik M., Pszczółkowski W. 2011. Biomasa i biogaz. Inwestowanie w energię odnawialną aspektyekologiczne,technologiczne,finansowanieibenchmarking.komisjaochronyśrodowiska PAN.ISBN9784834864924619RozdziałI,1.2:16425 [11]Romanowska DudaZ.,GrzesikM.,PszczółkowskiW.,PszczółkowskaA.,WysokińskaZ.2012.UseofSewa4 ge Sludge in the Production of Plant Biomass for Energy: Biological and Economic Conditions Comparative EconomicResearch.CentralandEasternEurope.3:1054122. [12]PiotrowskiK.,Romanowska4DudaZ.,GrzesikM.2014.Zmianyklimatyczneauprawyroślinenergetycznych. ActaInnovations11:20431. [13]SzufaSz.,GrzesikM.,Romanowska4DudaB.Z.2011.Roślinyenergetyczneiurządzeniadlaprzetwarzania ispalaniabiomasy.inwestowaniewenergięodnawialną aspektyikonologiczne,technologiczne,finansowanie ibenchmarking.komisjaochronyśrodowiskapan.isbn9784834864924619rozdziałiv,4.2:1764188 [14]GrzesikM.,Romanowska4DudaZ.B.2009.Newtechnologiesoftheenergyplantproductioninthepre4 dicted climate changed conditions. Bjuleten Djerżawnowo Nikitskowo Botaniczieskowo Sada. Ukrainska AkademiaAgrarnychNauk,ISSN051341634,99:65468. [15]GrzesikM.,RomanowskaDudaZ.B.2009.Technologiahydrokondycjonowanianasionślazowcapensylwań4 skiego (Sida hermaphrodita) w aspekcie zmian klimatycznych. W: Monografia: Produkcja Biomasy, Wybrane Problemy.ISBN8348950348146,wyd.WieśJutra,red.AlojzySkrobacki,rozdz.VII:63469. [16]GrzesikM.,Romanowska4DudaZ.B.2014.Improvementsingermination,growth,andmetabolicactivityof cornseedlingsbygrainconditioningandrootapplicationwithcyanobacteriaandmicroalgae.polishj.ofenvi4 ron.study.vol.23(4):114741153. [17] Grzesik M., Janas R., Górnik K., Romanowska4Duda Z. 2012. Biologiczne metody produkcji nasion waspekcie zmian klimatycznych Journal of Research and Applications in Agricultural Enginiering. Vol. 57(3): 1474152 [18]GrzesikM.,Romanowska4DudaZ.B.2009.Theeffectofpotentialclimaticchanges,Cyanobacteria,Biojodis andasahislondevelopmentofthevirginiafanpetals(sidahermaphrodita)plants.pamiętnikpulawski.151: 483 491. 22
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 [19]GorelovaO.A.2006.Communicationofcyanobacteriawithplantpartnersduringassociationformation. Microbiology.75(4):465 469. [20]JanasR.2013.Wpływwybranychpreparatówbiologicznychnazdrowotnośćnasionbrokułureprodukowa4 nychmetodamiekologicznymi.episteme20(1):3574362 [21]JanasR.,GrzesikM.,Romanowska4Duda Z.2013.Theeffectivenessofselectedbiologicalcompoundsin thecarrotsandparsleyseedproduction.viinternationalscientificsymposium.farmmachineryandprocesses managementinsustainableagriculture.20422.11.2013lublin:1054108. [22]Romanowska4DudaZ.B.,GrzesikM.,OwczarczykA.,Mazur4MarzecH.2010.Impactofintraandextracellu4 larsubstancesfromcyanobacteriaonthegrowthandphysiologicalparametersofgrapevine(vitisvinifera).w: 20thInternationalConferenceonPlantGrowthSubstance(IPGSA),Bookofabstracts28.07 02.08.2010.Uni4 versitatroviraivirgili,tarragona.spain:118. [23]SahuD.,PriyadarshaniI.,RathB.2012.Cyanobacteria aspotentialbiofertilizer.cibtechj.microbiol.vol. 1(243):20426. [24] Romanowska4Duda Z., Wolska A., Małecka A. 2004. Influence of blue4green algae as nitrogen fertilizer supplierinregulationofwaterstatusingrapevinesunderstressconditions.cost858:watertransportand AquaporinsinGrapevines,October20423,Alcudia,Spain:10. [25]Ecochem2014.Foliarappliedfertilizer.http://www.ecochem.com/t_foliar.html [26]PszczółkowskaA.,GrzesikM.,Romanowska4DudaZ.,PszczółkowskiW.,JanasR.2013.Microalgalandcya4 nobacterial candidates for ecological plant growth stimulating chemicals. 32nd International Conference of PolishPhycologists.Dotermophilicspeciesinvasionthreatenas?;20423.05.2013Konin4Mikorzyn,Abstract: 1204121. [27] Hussain A., Hasnain S. 2012. Comparative assessment of the efficacy of bacterial and cyanobacterial phytohormonesinplanttissueculture.worldj.microbiol.andbiotechnol.28:1459 1466. [28]PszczółkowskiW.,Romanowska4DudaZ.,PszczółkowskaA.,GrzesikM.,WysokińskaZ.2012.Applicationof Phytoremediation in Restoring Sustainable Development to the Environment: Economic and Soil Conditions ComparativeEconomicResearch.CentralandEasternEurope.Nr3:37455. [29]Romanowska4DudaZ.B.,GrzesikM.,KalajiH.M.2010.Phytotoxkittestingrowthassessmentofcornasan energyplantfertilizedwithsevagesludge.enviromentprotectionengineering:36(1):73481. [30[Romanowska4DudaZ.B.,GrzesikM.2009.TheuseofSpirodelaoligorrhizaandErucasativaasaphytotest for a detection of microcystins. Verh. Internat. Verein. Limnol. 2009, vol. 30, Part 5, Stuttgart, by E. Schweizerbart scheverlagsbuchhandlung:7794780. [31]H.M.Kalaji,G.Schansker,R.J.Ladle,V.Goltsev,K.Bosa,S.I.Allakhverdiev,M.Brestic,F.Bussotti,A.Cala4 tayud,p.dąbrowski,n.i.elsheery,l.ferroni,l.guidi,s.w.hogewoning,a.jajoo,a.n.misra,s.g.nebauer, S.Pancaldi,C.Penella,D.Poli,M.Pollastrini,Z.B.Romanowska4Duda,B.Rutkowska,J.Serôdio,K.Suresh,W. Szulc,E.Tambussi,M.Yanniccari,M.Zivcak2014.FrequentlyAskedQuestionsaboutchlorophyllfluorescence: practicalissues.photosynthesisresearch(doi10.1007/s1112040144002446) [32] Szufa S., Romanowska4Duda B.Z., Grzesik M., 2012. Torrefaction process of the Phragmites Communis growinginsoilcontaminatedwithcadmium,europeanbiomassconferenceandexhibitionproceedings,isbn 97848848940745447:6284634 23
ActaInnovations,ISSN230045599,nr13,2014 ASSUMPTIONSOFRESEARCHPROGRAMOFRENEWABLEENERGYSOURCESTECHNOLOGYTRANSFERCENTRE INTHEFIELDOFENERGYCROPPROCESSING Abstract Developmentofrenewableenergy,basedonbiomassenergy,requiresawiderangeofstudiesaimedatdevel4 opingeffectiveagroecotechnologyforawiderangeofenergycropsthatcanbegrowninthecountry.theaim ofthisarticleistopresentthemostimportantdirectionsofresearchinthefieldofimprovementofagroe4 cotechnologybiomassproductionwhichwillbebasedonenergyplantspeciescollectedintherestechnology TransferCentreinKonstantynowLodzki(Poland). Keywords energycrops,refiningofseed,phytoremediation,bioindication,carbonisation 24