rośliny energetyczne - charakterystyka podstawowych...

Damian Artyszak

Rośliny energetyczne - charakterystyka

podstawowych gatunków i ich wykorzystanie w

polskiej energetyce

Koło Naukowe Energetyków

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska

Konferencja: Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

Opiekun naukowy: dr inż. Karolina Błogowska

Abstrakt

W referacie przedstawiono rośliny energetyczne wykorzystywane do produkcji biopaliw

stałych używanych w procesach spalania bezpośredniego lub współspalania z węglem.

Opisano gatunki potencjalnie przydatne do produkcji biomasy w warunkach klimatu

umiarkowanego ze szczególnym uwzględnieniem roślin uprawianych obecnie na terenie

Polski. Dodatkowo przedstawiono rośliny mało znane w kraju, które mają szansę znaleźć

zastosowanie w rodzimej energetyce w ciągu najbliższych lat. Przy opisie zwrócono

szczególną uwagę na przedstawienie czynników predestynujących dane gatunki do

produkcji biopaliw stałych. Oprócz roślin traktowanych jako typowe rolnicze surowce

energetyczne przedstawiono przykłady zastosowania gatunków niekonwencjonalnych.

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

1. WSTĘP I CEL PRACY

W Polsce, podobnie jak na całym świecie, zasoby nieodnawialnych źródeł energii się

kurczą. Różne są szacunki dotyczące tempa zanikania zasobów kopalnych, jednak

oczywiste jest, że złoża węgla, ropy naftowej czy gazu z biegiem czasu się zmniejszają.

Należy również pamiętać o negatywnym wpływie energetyki konwencjonalnej na

środowisko naturalne. Sytuacja ta zmusza do poszukiwania innych, alternatywnych i

proekologicznych źródeł energii.

Jednym z celów polityki energetycznej Unii Europejskiej jest systematyczne wdrażanie

odnawialnych źródeł energii (OZE), aby zmniejszyć zużycie zasobów kopalnych. Polska,

jako członek Unii, musi w najbliższym czasie zmienić strukturę swojej energetyki i

zwiększyć udział energii odnawialnej do 20% w 2020 r. Ten cel można zrealizować jedynie

za pomocą biomasy, która jest praktycznie jedynym liczącym się reprezentantem OZE w

naszym kraju. W 2005 r. produkcja energii pierwotnej z OZE stanowiła 4,8% całkowitego

zużycia, przy czym aż 95,5% źródeł odnawialnych stanowiła biomasa.

W Polsce największy udział w bilansie energii pierwotnej pochodzącej z biomasy

stanowi drewno opałowe. Podaż drewna nie jest jednak nieograniczona ze względu na

politykę leśną kraju. Rozwiązaniem tej sytuacji są rośliny energetyczne. Plantacje

odpowiednich gatunków mogą stanowić stabilne źródła biomasy.

Celem pracy jest charakterystyka gatunków, które są już uprawiane w Polsce i tych,

które mogą być wkrótce wykorzystane w naszym kraju.

2. BIOPALIWA STAŁE

Biopaliwa są w gruncie rzeczy wynikiem działalności promieniowania słonecznego.

Energia słoneczna zostaje przetworzona na energię chemiczną w procesie fotosyntezy,

który polega na syntetyzowaniu związków organicznych (węglowodanów) z dwutlenku

węgla i wody, przy udziale energii słonecznej:

6 CO2 + 6 H2O + energia świetlna → C6H12O6 + 6 O2

W praktyce wydajność fotosyntezy wyrażona jako stosunek energii chemicznej

związanej przez rośliny do energii zawartej w promieniowaniu słonecznym padającym na

rośliny jest niewielka (poniżej 1%). W przypadku roślin energetycznych można wyróżnić

dwa różne mechanizmy fotosyntezy: C3 i C4. Powszechniejszy jest mechanizm C3 (cykl

Calvina-Bensona), występuje u ok. 95% roślin. Mechanizm C4 (cykl Hatcha-Slacka) jest

zaś bardziej wydajny: wykorzystanie światła jest w nim o ok. 40% większe niż w

przypadku C3, co wynika z dwukrotnego procesu wiązania CO2. Ten typ fotosyntezy jest

typowy dla roślin przystosowanych do suchego i gorącego klimatu.

Głównymi składnikami energetycznymi w roślinach energetycznych są lignina (10–

25% zawartości), celuloza (40–60%) i hemiceluloza (20–40%). Biomasę uzyskaną z

plantacji roślin energetycznych, którą wykorzystuje się do bezpośredniego spalania, zalicza


3

się do grupy biopaliw pierwotnych (w przeciwieństwie do biopaliw wtórnych, takich jak

biogaz, bioetanol itd.). Ze względu na sposób wykorzystania można dalej dokonać

podziału na biomasę nieprzetworzoną, przetworzoną i kompaktową.

Biomasa nieprzetworzona występuje między innymi w postaci ziarna zbóż, na przykład

owsa (patrz: paragraf 3.5.3.). Ziarno może być z powodzeniem stosowane w celach

grzewczych, ale wymaga to wyposażenia kotła w specjalny palnik do spalania ziarna.

Do biomasy przetworzonej zalicza się:

zrębki drzewne – rozdrobnione drewno w postaci długich ścinków o

nieregularnych kształtach (rys. 1). Uzyskiwane na plantacjach wierzby czy

innych drzewiastych roślin energetycznych (patrz: podrozdział 3.2.). Wartość

opałowa zrębków wynosi przeciętnie 6–16 MJ/kg, wilgotność 20–60%

(optymalnie 25–45%), a zawartość popiołu stanowi od 0,6 do 1,5% suchej masy.

Zrębki są poszukiwanym paliwem dla kotłów, nadają się do zasilania palenisk

rusztowych i fluidalnych, ale ich współspalanie w kotłach pyłowych stwarza

duże problemy. Wadą zrębków jest wrażliwość na zmiany wilgotności

powietrza;

Rysunek 1. Zrębki drzewne. Źródło: http://www.allseasons.pl/wp-content/uploads/2013/08/zrebka-drzewna.jpg

wióry, trociny i korę – uboczne produkty obróbki mechanicznej drewna. Trociny

stanowią cenne paliwo i mogą być wykorzystane w kotłowniach. Wilgotność

trocin jest zróżnicowana i waha się od 6–10% do 45–65% (dla surowca ze

świeżo ściętego drzewa). Przy wilgotności 5–15% zawartość popiołu wynosi

mniej niż 0,5%. Wadami trocin są trudności związane z magazynowaniem i

podatność na zawilgocenia. Wióry z kolei mają niską wilgotność (5–15%) i

niewielką ilość zanieczyszczeń. Kora zaś stanowi ok. 10–15% masy

pozyskiwanego drzewa. Jej wartość opałowa wynosi 18,5–20 MJ/kg, wilgotność

55–65%, a zawartość popiołu, który ma tendencję do żużlowania, stanowi 1–3%

suchej masy;


4

pyły i mączki – mają małą średnicę cząstek (< 2 mm). Wartość opałowa wynosi

15–19 MJ/kg przy wilgotności 3,8–6,4%. Niewielkie rozmiary cząstek wpływają

na zwiększenie ich właściwości wybuchowych.

Do biomasy kompaktowej zalicza się:

pelety – produkowane z odpadów roślinnych prasowanych pod wysokim

ciśnieniem. Mają postać małych walców o długości 5–40 mm i średnicy 6–25

mm (rys. 2). Charakteryzują się niską zawartością wilgoci (8–12%), popiołów

(0,4–1%) oraz substancji szkodliwych oraz wysoką wartością opałową (ok. 18,5

MJ/kg). Te cechy sprawiają, że pelety są przyjazne dla środowiska naturalnego,

a jednocześnie łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji;

Rysunek 2. Pelety drzewne. Źródło: http://img.drewno.pl/z/187945_1.jpg

brykiet – otrzymywany z suchego, rozdrobnionego drewna, sprasowanego pod

wysokim ciśnieniem, bez dodatku substancji klejących. Ma formę

prostopadłościanu lub walca o długości 20–300 cm i średnicy 2–8 cm (rys. 3).

Duże zagęszczenie materiału w stosunku do objętości sprawia, że proces

spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli. Brykiet charakteryzuje się

wysoką wartością energetyczną (19–21 MJ/kg), niską wilgotnością (<15%,

najczęściej 6–8%) i zawartością popiołu (0,5–1%). Podobnie jak pelety, nadaje

się do zasilania palenisk rusztowych i fluidalnych, może być współspalany w

kotłach pyłowych;

Rysunek 3. Brykiet z trocin bukowych. Źródło: http://www.pl.all.biz/img/pl/catalog/163809.png


5

baloty (bele) – pozyskiwane ze słomy prasowanej, można wyróżnić tzw. małe

baloty (prostopadłościenne) o wadze 8–12 kg, bele wielkowymiarowe o

wysokim stopniu sprasowania (o masie 200–600 kg) lub baloty o przekroju

okrągłym (o masie 150–450 kg) (rys. 4). Wartość opałowa suchej słomy wynosi

ok. 14–15 MJ/kg.

Rysunek 4. Bele ze słomy. Źródło: http://cedrus.org.pl/img/biomasa/b2duzy.jpg

Bardzo ważne znaczenie w przypadku biomasy ma jej wilgotność, która nie tylko

wpływa na wartość opałową i emisję zanieczyszczeń, ale jest również istotna z uwagi na

technologię spalania, transport i magazynowanie. Niekorzystną cechą biomasy jest wysoka

i zmienna zawartość wilgoci. Dla przykładu: wartość opałowa drewna zmniejsza się

liniowo wraz ze wzrostem wilgotności, surowiec świeży o wilgotności 50% ma przeciętnie

o połowę niższą wartość opałową niż drewno suche.

Zawartość popiołu w biomasie jest znacznie mniejsza od zawartości popiołu w

większości węgli (co jest znaczącą zaletą paliw biomasowych), a skład chemiczny i

mineralny popiołów znacząco się różni (tab. 1). Drewno zawiera więcej węgla niż

pozostałe rodzaje biomasy, między innymi dlatego charakteryzuje się większą wartością

opałową. Natomiast zawiera ono najmniej azotu, podczas gdy trawy i ziarna zbóż

charakteryzują się największym udziałem tego pierwiastka. Podobną zależność

zaobserwowano w przypadku powodującego korozję chloru. Popiół pochodzący z biopaliw

stałych zawiera duże ilości składników alkalicznych, które powodują znaczne obniżenie

temperatur topliwości, co może być jedną z przyczyn powstawania osadu.


6

Tabela 1. Porównanie biomasy z węglem i gazem [26]

Parametry, składnik Jednostka Słoma

żółta

Słoma

szara Drewno Węgiel Gaz

Wilgotność % wag. 15 15 30 12 0

Popiół % wag. 4 3 1 12 0

Węgiel % wag. 42 43 35 59 75

Tlen % wag. 37 38 43 7,3 0,9

Wodór % wag. 5 5,2 4 3,5 24

Chlor % wag. 0,75 0,2 0,1 0,08 0

Azot % wag. 0,35 0,41 0,1 1 0,9

Siarka % wag. 0,16 0,13 0,1 0,8 0

Części lotne % wag. 70 73 55 25 100

Wartość opałowa MJ/kg 14,4 15,2 10,5 25 48

Ciepło spalania MJ/kg 18,2 18,7 13 32 48

3. GATUNKI ROŚLIN ENERGETYCZNYCH

3.1. Cechy ogólne

Pod pojęciem roślin energetycznych rozumie się jednoroczne i wieloletnie gatunki

uprawiane na gruntach rolnych i przetwarzane na biopaliwa, biokomponenty, energię

cieplną lub elektryczną. Generalnie, rośliny energetyczne powinny się charakteryzować

pewnymi określonymi cechami. Najważniejszą z nich jest duży przyrost roczny biomasy,

który zapewnia obfite duże zbiory. Równie znacząca jest niska wilgotność surowca,

zarówno podczas zbioru jak i po wysuszeniu, co wpływa na wzrost wartości opałowej.

Kolejnymi ważnymi czynnikami są odporność na choroby i szkodniki oraz stosunkowo

niewielkie wymagania glebowe. Inna istotna kwestia to możliwość mechanizacji prac

agrotechnicznych związanych z zakładaniem plantacji oraz zbiorem.

3.2. Krzewy i drzewa szybko rosnące

3.2.1. Wierzba wiciowa (Salix viminalis)

Spośród roślin energetycznych to właśnie wierzba cieszy się największym

zainteresowaniem. Popularność tej rośliny wynika z kilku czynników: możliwości

uzyskania dopłat bezpośrednich, dużego przyrostu biomasy (nawet 14-krotnie szybszy niż


7

w przypadku lasu naturalnego), wysokiej wartości opałowej, łatwości uprawy oraz długiej

żywotności plantacji (przekraczającej nawet 30 lat).

Na cele energetyczne najczęściej wykorzystuje się szybko rosnącą wierzbę wiciową,

która dorasta w formie krzewiastej do 6 m (rys. 5). Wszystkie zarejestrowane w Polsce

odmiany charakteryzują się szybkim wzrostem i dają wysoki plon suchej masy drewna.

Odznaczają się one dużą odpornością na choroby, tolerancją na szkodniki i można je

uprawiać na wielu rodzajach gleb.

Rysunek 5. Wierzba energetyczna. Źródło: http://www.tbfruit.com/wp-content/uploads/2014/05/gardens-2.jpg

Najważniejsze dla prawidłowego rozwoju rośliny i optymalnego przyrostu biomasy jest

zapewnienie odpowiedniej ilości wody. Jest to szczególnie istotne w pierwszym roku

uprawy, gdy wierzba wiciowa dopiero wykształca system korzeniowy. Jeśli w tym okresie

wystąpi susza, to najprawdopodobniej roślina uschnie. W kolejnych latach susze przestają

być problemem, dzięki rozbudowanemu systemowi korzeniowemu. Duże zapotrzebowanie

wierzby na wodę stanowi jej największą wadę. Woda odprowadzana wraz ze zbiorami nie

tylko obniża wartość opałową pozyskanej biomasy, ale ma również wpływ na mikroklimat,

szczególnie na lokalną gospodarkę wodną. Obniżenie poziomu wód gruntowych prowadzi

do degradacji i wyjałowienia gruntów. Pomimo że wierzba jest rośliną wodolubną, nie

znosi terenów okresowo pozostających pod wodą. Tam, gdzie teren bywa zalewany i woda

pozostaje przez okres dłuższy niż 2–3 tygodnie, większość gatunków wierzb

energetycznych (rys. 6) wypada z plantacji.


8

Rysunek 6. Wierzba energetyczna. Źródło własne

Aktualnie można wskazać dwa systemy produkcji biomasy wierzby: tradycyjny (z

przygotowaniem gleby i wysadzaniem zrzezów) oraz wdrażany (znany też pod nazwą Eko-

Salix). Drugą metodę stosuje się na gruntach, na których nie ma możliwości uprawy gleby

lub jest ona z różnych względów nieuzasadniona. Zamiast zrzezów (rys. 7) sadzi się długie

pędy (żywokoły).

Rysunek 7. Zrzezy wierzby energetycznej. Źródło: http://img.drewno.pl/z/165275_1.jpg

Pierwszy rok wegetacji w uprawie rośliny jest traktowany jako faza wstępna. Po

zakończeniu tego okresu pędy rośliny powinny być wycięte, co stymuluje rozwój silnych i

licznych pędów w drugim roku wegetacji. Optymalną zdolność produkcyjną uzyskuje się

po trzech, czterech latach. Pozyskiwanie biomasy prowadzi się w różnych cyklach

zbiorów: jednorocznych, dwu- lub trzyletnim. Powszechnie stosowaną praktyką w

wielkoobszarowych plantacjach jest stopniowe przechodzenie przez poszczególne cykle:


9

zbiór w cyklu jednorocznym przez pierwsze trzy lata, następnie przejście do cyklu

dwuletniego, aż ostatecznie w kolejnych latach do cyklu trzyletniego (tab. 2).

Tabela 2. Plon plantacji wierzby krzewiastej [1], [18]

Dane Jednostka Częstotliwość zbioru

coroczny co 2 lata co 3 lata

Plon suchej biomasy t/(ha∙a) 14,81 16,07 21,47

Zawartość popiołu % wag. 1,89 1,37 1,28

Wartość opałowa suchej biomasy MJ/kg s. m. 18,55 19,25 19,56

Wartość energetyczna plonu GJ/ha 274,89 618,44 1261,69

Najnowszym trendem jest stosowanie specjalnej odmiany grzybów, które wchodzą z

wierzbą w symbiozę (jest to zjawisko mikoryzy, czyli współżycie korzeni lub nasion roślin

naczyniowych z grzybami). W ten sposób uzyskuje się większy przyrost biomasy i dłuższy

czas życia rośliny. Produkcja na plantacji może przebiegać bez większych zakłóceń przez

20–25 lat. Po ścięciu pędów tuż przy powierzchni gleby, na wiosnę roślina wypuszcza

nowe łodygi i cały cykl zaczyna się od początku. Zbiór wierzby odbywa się od grudnia do

marca, kiedy na plantację może wjechać ciężki sprzęt, a wilgotność drewna jest najniższa.

Do zbioru roślin wykorzystuje się drogie i specjalistyczne kombajny (rys. 8), które

wycinają i rozdrabniają pędy w jednej operacji. Możliwy jest również zbiór całych pędów

za pomocą specjalnych kosiarek. Na małych plantacjach wierzba może być też

pozyskiwana ręcznie przy wykorzystaniu pił łańcuchowych itd.

Rysunek 8. Zbiór wierzby energetycznej za pomocą kombajnu. Źródło: http://www.agrofama.pl/uploads/

announce/2011-12/2560_big.jpg


10

Tuż po ścięciu wilgotność wierzby wynosi ok. 50% (tab. 3), po przesuszeniu spada do

ok. 15%. Biomasa uzyskana z plantacji wierzby energetycznej może być wykorzystana na

kilka sposobów. Najpowszechniejsze jest jej spalanie w kotłach. Spalać można biomasę

wstępnie przetworzoną (sieczka wierzbowa, zrębek drzewny (rys. 9)), bądź wysoko

przetworzoną (brykiet drzewny, pelet). Oprócz wykorzystania energetycznego wierzba

może posłużyć też jako surowiec do produkcji wyrobów wiklinowych, sklejek, płyt

pilśniowych, wyrobów papierniczych itd. Tak jak większość roślin energetycznych może

służyć również do rekultywacji terenów zdegradowanych (korzenie wierzby wychwytują

ponad 80% zanieczyszczeń), umacniania brzegów i skarp (jako faszyna) oraz

biologicznego oczyszczania ścieków.

Tabela 3. Skład elementarny, zawartość popiołu oraz wartość opałowa 4-letnich pędów wierzby [28]

Wyszczególnienie Jednostki (sucha masa)

Węgiel 48,20%

Wodór 6,71%

Tlen 43,00%

Azot 0,29%

Siarka 0,03%

Chlor 0,02%

Popiół 1,92%

Ciepło spalania 19,4 MJ/kg

Wilgotność (podczas zbioru) ~50%

Wartość opałowa (przy wilgotności ~50%) ~8,5 MJ/kg

Rysunek 9. Zrębka wierzby wiciowej. Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/

Wierzba_energetyczna_zrebka.JPG


11

3.2.2. Robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia L.)

Robinia pochodzi z obszarów USA. Do Europy sprowadzona została w 1601 r. przez

Jeana Robina, któremu zawdzięcza swoją nazwę. Samorzutnie rozprzestrzenia się w

środowisku naturalnym. Na jej korzeniach znajdują się brodawki zawierające bakterie z

rodzaju Rhizobium, które wiążą wolny azot z powietrza i dostarczają go roślinie w zamian

za węgiel pochodzący z fotosyntezy.

Robinia (rys 10.) posiada wiele cech biologicznych, które predestynują ją jako roślinę

energetyczną: szybki wzrost, małe wymagania co do siedliska, mała wrażliwość na

zanieczyszczenia oraz łatwość hodowli. To gatunek wybitnie pionierskim i z tego tytułu

jest wykorzystywany jest do zadrzewiania hałd, wysypisk, zboczy itd. Cechą niekorzystną

jest obecność cierni na pędach robinii, które mogą powodować uszkodzenia ogumienia w

maszynach wykorzystywanych na plantacji. Dodatkowo cała roślina jest silnie trująca, ale

zawartość trujących związków jest bardzo zmienna. Należy też pamiętać, że jest to drzewo

niebezpiecznie ekspansywne i trudne do wytępienia ze względu na rozległy i głęboki

system korzeniowy.

Rysunek 10. Robinia akacjowa. Źródło własne


12

Drewno robinii w porównaniu z drewnem wierzby i topoli ma mniejszą wilgotność,

porównywalną wartość opałową (średnio ok. 19,4 MJ/kg s.m.) i większą gęstość. Przy tej

samej objętości dostarcza podczas spalania więcej energii niż drewno innych gatunków.

3.3. Byliny trwałe

3.3.1. Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphorodita)

Sprowadzony do Europy w latach 30. XX w. W Polsce jest znany od ok. 50 lat, kiedy to

rozpoczęto nad nim badania w Akademii Rolniczej w Lublinie. Wykazały one, że

ślazowiec (rys. 11.) jest stosunkowo odporny na suszę i przymrozki oraz może być

uprawiany we wszystkich rejonach kraju. Zaletami są możliwość uprawy na słabych

glebach oraz łatwość rozmnażania. W uprawie jest łatwiejszy od wierzby, ale w

przeciwieństwie do niej ma corocznie zamierające pędy, dlatego zbiór musi być

przeprowadzany każdego roku. Dorasta do 4 m wysokości.

Rysunek 11. Ślazowiec pensylwański. Źródło własne

Istnieją dwie formy tej rośliny: liściasta i łodygowa. Pierwszą z nich uprawia się na

paszę i na biogaz, druga na nasiona i pozyskanie biomasy do spalania. Spośród wszystkich

roślin energetycznych to właśnie ślazowiec najbardziej nadaje się do produkcji peletów z

uwagi na stosunkowo niską zawartość azotu, chloru, popiołu i metali ciężkich (jakość

uzyskanego surowca jest zbliżona do peletów drzewnych). Można z niego uzyskać również

brykiet. Wartości opałowe zrębków i brykietu szacuje się odpowiednio na 14 MJ/kg i 17

MJ/kg. Ślazowiec może też również spalany bezpośrednio, łodygi mają porównywalne


13

ciepło spalania z drewnem bukowym, przy czym te cieńsze charakteryzują się większym

ciepłem spalania niż te grubsze. Plantacja może być użytkowana przez 15–20 lat. Kolejną

zaletą rośliny jest niska wilgotność podczas zbioru (16–28%). Do samego zbioru nie jest

wymagany specjalistyczny sprzęt.

Ślazowiec ma wszechstronne zastosowania. Może posłużyć jako roślina pastewne w

żywieniu zwierząt ze względu na dużą (sięgającą ponad 20%) zawartość związków

białkowych. Ślazowca można wykorzystać w przemyśle celulozowo-papierniczym i

farmaceutycznym, jest też rośliną miododajną. Wszystkie te walory sprawiają, że

obserwuje się wzrost zainteresowania uprawą tej rośliny.

Co ciekawe, ślazowiec pensylwański (rys. 12) został pod zmienioną nazwą, jako malwa

pensylwańska, opatentowany w Polsce jako odmiana energetyczna PETEMI. Od tego

momentu prawa do jego zastosowania są chronione międzynarodowym prawem

odmianowym i patentowym. Na Żuławach i na Powiślu znajduje się plantacja ślazowca

(ok. 20 tys. ha), gdzie produkuje się pelety na potrzeby bloku biomasowego

elektrociepłowni Elbląg.

Rysunek 12. Ślazowiec pensylwański. Źródło: http://www.ekotrasa.pl/ekofoto/energia/ener04.jpg

3.4. Topinambur (Helianthus tuberosus)

Bylina pochodząca z Ameryki Północnej, dorastająca do 4 m wysokości. Jej nazwa

wywodzi się od nazwy brazylijskiego plemienia Indian Tupinamba. Przedstawiciele

plemienia odwiedzili w 1613 r. Paryż, stając się w owym czasie sensacją. Ich popularność

była tak wielka, że nazwę plemienia użyto do określenia rośliny, która w tym samym


14

czasie także została dostarczona zza Atlantyku. Nie przeszkodziło w tym to, że pochodziła

z innego kontynentu. Do Polski topinambur (rys. 13) trafił w XIX w. jako roślina

dekoracyjna.

Rysunek 13. Topinambur. Źródło: http://www.imagines-plantarum.de/img/0510003.jpg

Topinambur wytwarza podziemne rozłogi zakończone bulwami jak u ziemniaka. Jest

blisko spokrewniony ze słonecznikiem, stąd inna jego nazwa – słonecznik bulwiasty. Ma

ogromną zdolność wiązania energii słonecznej i jest jedną z najbardziej uniwersalnych

roślin energetycznych (tab. 4): można go przetworzyć na biopaliwo stałe, ciekłe i gazowe.

Surowcami energetycznym są zarówno bulwy, które można przeznaczyć do produkcji

etanolu i biogazu, jak również części nadziemne zaschnięte (tab. 5) wykorzystywane do

bezpośredniego spalania lub do produkcji brykietów czy peletów.

Tabela 4. Skład elementarny, zawartość popiołu oraz wartość opałowa biomasy topinamburu [28]

Wyszczególnienie % suchej masy

Węgiel 46,62

Wodór 5,64

Tlen 35,74

Azot 0,00

Siarka 0,04

Substancje lotne 69,24

Popiół 3,18

Wartość opałowa 14,54 MJ/kg


15

Tabela 5. Charakterystyka wartości energetycznej części nadziemnej topinamburu [28]

Źródło

Wartość

opałowa

[MJ/kg]

Ciepło

spalania

[MJ/kg]

Zawartość

popiołu [g/kg

s.m.]

Wilgotność

[%]

Komorowicz i in. [2009] 14,558 16,128 2,52 8,11

Kowalczyk-Juśko [2006] 11,731 13,266 1,90 29,90

Kołodziej, badania własne,

zbiór jesienny niepubl. 12,038 17,938 3,00 26,60

Łatwość uprawy, niski koszt założenia plantacji oraz duże zdolności adaptacyjne do

warunków glebowych, przemawiają za uprawą tego gatunku w Polsce. Inną formą

wykorzystania jest rekultywacja gruntów zdewastowanych przez przemysł i gospodarkę

komunalną. Zaletą tego gatunku jest zdolność do samoodnawiania się, co eliminuje

konieczność corocznych nasadzeń. Wymagania klimatyczne rośliny są niewielkie, dobrze

znosi zmienne warunki i niską temperaturę, co zawdzięcza rozwiniętemu systemowi

korzeniowemu. Bulwy topinamburu (rys. 14), w przeciwieństwie do bulw ziemniaka,

wytrzymują niską temperaturę, nawet do -30°C.

Rysunek 14. Bulwy topinamburu. Źródło: http://www.wodr.poznan.pl/images/stories/zdpleszew/topinambur-

bio.jpg

W Polsce zarejestrowane są dwie odmiany: Albik, o białych, maczugowatych w

kształcie bulwach i Rubik, wytwarzający nieregularnie owalne bulwy barwy fioletowej.

Bulwy topinamburu miewają też kształt wrzecionowaty oraz barwę żółtą, czerwoną i

brązową. Od koloru bulw zależy ich zastosowanie. Do celów kulinarnych wykorzystuje się

te żółtawobiałe, podczas gdy czerwone służą prawie wyłącznie jako pasza dla bydła.

3.4.1. Rdestowiec sachaliński (Reynoutria sachalinensis)

Należy do rodziny rdestowatych bylin, a jego ojczyzną jest Azją Wschodnia. Do Europy

został sprowadzony w I połowie XIX w. jako roślina ozdobna i miododajna, po czym


16

samorzutnie rozprzestrzenił się w środowisku. Rdestowiec sachaliński bardzo szybko

rośnie, osiąga nawet do 6 m wysokości pod koniec wegetacji (czyli w przeciągu ok. 5

miesięcy). Szybko się rozprzestrzenia zarówno przez nasiona, jak i długie rozłogi (do 6 m).

Niepielęgnowany i niezbierany dziczeje i staje się uciążliwym oraz bardzo inwazyjnym

chwastem (rys. 15).

Rysunek 15. Dziki rdestowiec sachaliński. Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/10/

Fallopia-sachalinensis-0709.JPG

Uważany jest za gatunek niepożądany w środowisku naturalnym, gdyż wypiera rodzime

gatunki. Bezwzględnie powinien być usuwany z obszarów chronionej przyrody. Cechy,

które utrudniają jego wyeliminowanie ze środowiska naturalnego (szybki przyrost i łatwe

odnawianie się ścinanych pędów), na uprawach energetycznych są wielką zaletą. Wartość

opałowa wynosi ok. 18,4 MJ/kg s. m. Obecnie zakładanie plantacji energetycznych na

skalę przemysłową jest zakazane (dozwolone są jedynie plantacje do celów badawczych).

Możliwe jest też wykorzystanie tej rośliny do oczyszczania gleb silnie skażonych

(rdestowiec z łatwością akumuluje nawet metale ciężkie).

3.5. Trawy wieloletnie

3.5.1. Miskant olbrzymi (Miscanthus sinensis gigantea)

Okazała trawa kępowa (rys. 16) uprawiana w Europie od ok. 50 lat. Miskant olbrzymi

powstał w Danii w wyniku skrzyżowania miskanta chińskiego z miskantem cukrowym.

Początkowo był traktowany jako roślina ozdobna, dopiero od kilkunastu lat znalazł

uznanie jako roślina energetyczna.


17

Rysunek 16. Miskant olbrzymi. Źródło: http://www.swiatkwiatow.pl/userfiles//image/miskant_olbrzymi3.jpg

Charakterystyczną cechą gatunku jest rozległy system korzeniowy (rys. 17), sięgający

do 2,5 m w głąb ziemi, co sprzyja efektywnemu pobieraniu składników pokarmowych i

wody. Duża zawartość ligniny i celulozy chroni go przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Najlepiej rośnie na lekkich, zasobnych w składniki pokarmowe, umiarkowanie wilgotnych

glebach, najwyższe plony daje przy wysokiej temperaturze i wysokim nasłonecznieniu.

Miskant olbrzymi jest jedną z nielicznych roślin o mechanizmie fotosyntezy typu C4, które

można uprawiać w warunkach klimatycznych Europy Środkowej. Ma większe możliwości

przyrostu masy, ponieważ wykorzystanie światła jest o 40% większe niż w przypadku

roślin typu C3.

Rysunek 17. Miskant z widocznym systemem korzeniowym. Źródło: http://www.miskantolbrzymi.net/

photo/Zdjecie0830.jpg


18

Trawa ta nie ma dużych wymagań co do jakości gleby. Krytycznym momentem podczas

prowadzenia uprawy jest pierwsza zima – rośliny wykazują wtedy dużą wrażliwość na

ujemne temperatury, powinny więc zostać odpowiednio zabezpieczone. Po drugim roku

uprawy miskant olbrzymi znosi bardzo dobrze temperatury zimowe poniżej –20ºC, nawet

bez okrywy śnieżnej. Optymalną produkcję biomasy uzyskuje się w trzecim roku.

W warunkach europejskich miskant olbrzymi wykazuje bardzo wysoką odporność na

większość patogenów roślinnych, co wydatnie przyczynia się do niskich kosztów

utrzymania plantacji. W polskich warunkach nie tworzy nasion i rozmnażany jest w

kulturach in vitro. Brak nasion może być również postrzegany jako cecha pożądana, która

zabezpiecza przed możliwością niekontrolowanego rozprzestrzeniania się miskanta, czy

też przypadkowego krzyżowania z roślinami pokrewnymi. Wegetacja roślin na plantacji

może trwać nawet do 30 lat.

Z plantacji miskanta olbrzymiego pozyskuje się grube, sztywne, wypełnione

gąbczystym rdzeniem źdźbła o wysokości 2–3,5 m. Można też ciąć roślinę na sieczkę (rys.

18). Zebrany i sprasowany materiał roślinny jest formowany w postaci dużych bel

cylindrycznych, przypominających bele słomy. Innym sposobem zbioru miskanta jest

prasowanie w bele prostopadłościenne (małe lub duże kostki).

Rysunek 18. Zbiór miskanta olbrzymiego. Źródło: http://www.miskantolbrzymi.net/photo/IMG_3344_s.jpg

3.5.2. Spartina preriowa (Spartina pectinata)

Wywodzi się z Ameryki Północnej. Charakterystyczne są duże możliwości adaptacyjne:

spartina (rys. 19) występuje zarówno w bardzo suchym jak i bardzo wilgotnym środowisku

(w warunkach naturalnych można ją spotkać od Nowej Funlandii i Quebecu, po Teksas i

Nowy Meksyk). Toleruje zasolenie, odczyn zasadowy i wysoki poziom wód gruntowych,


19

ale jest wrażliwa na długotrwałe zalewy i zacienienie. W Polsce nie znalazła dotychczas

szerszego zastosowania, najczęściej wykorzystywano ją jako roślinę ozdobną.

Rysunek 19. Spartina preriowa. Źródło własne

Podobnie jak inne gatunki typu C4 spartina jest okazałą trawą wyrastającą do

wysokości 2 m, tworzącą obszerne, luźne kępy (rys. 21). Jej silne ostro zakończone

korzenie przerastają podłoże niezależnie od jego zwięzłości, dlatego może ona rosnąć na

piaszczystych wałach, groblach, rowach i innych nieużytkach. Spartina preriowa

intensywnie rozrasta się w pierwszym, a jeszcze bardziej w drugim i trzecim roku

wegetacji w wyniku krzewienia. W kolejnych latach zwiększa się liczba pędów i ich

wysokość, co warunkuje zwiększenie plonu biomasy. Wilgotność biomasy spartiny

preriowej zbieranej w okresie zimy jest relatywnie duża i wynosi ponad 25%.

Rysunek 20. Spartina preriowa. Źródło: https://c1.staticflickr.com/3/2624/3918534892_1623a313dd_b.jpg


20

Zaletą rośliny jest jej długowieczność, która pozwala na użytkowanie plantacji przez

kilkanaście lat. Inne zalety to duża trwałość, znaczący rozmiar masy korzeniowej i

wydajność plonu biomasy. Spartina ma szerokie zastosowania energetyczne, jej biomasa

może służyć do produkcji m.in. biogazu, bioetanolu, czy gazu syntezowego.

3.5.3. Mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea L.)

Rodzima trawa wieloletnia typu C3, występująca pospolicie na terenach typowo

bagiennych oraz torfowiskach w Europie, Azji oraz Ameryce Północnej. Należy do

trwałych, wysokich traw (rys. 22), o krótkim okresie wegetacji.

Rysunek 21. Mozga trzcinowata. Źródło: http://www.malag.aes.oregonstate.edu/wildflowers/images/

10_BurnsOR24June_08Reed_canarygrass_Phalaris_arundinacea%20.JPG

Mozga, jako gatunek rodzimy, jest dobrze przystosowana do polskich warunków

klimatycznych, a jej uprawa ma długą tradycję. W stanie naturalnym jest spotykana na

szerokich terasach dolin rzecznych, rzecznych zakolach i starorzeczach. Mozga dobrze

znosi podtopienia oraz susze. Wszystko dzięki głębokiemu systemowi korzeniowemu

(sięgający nawet do 3 m w głąb gruntu). Cechuje się wolnym wzrostem po siewie i osiąga

pełny rozwój dopiero w 2–3 roku po założeniu plantacji. Daje duże plony, wahające się w

granicach 15–20 t s. m./ha. Może być również wykorzystywana w procesie oczyszczania

gleb z metali ciężkich, w rekultywacji poprzemysłowej i w oczyszczaniu ścieków z

pierwiastków biogennych.

Plantację mozgi można użytkować przez ok. 12 lat. Po tym czasie uzyskiwane plony

stopniowo maleją i jest zalecana uprawy. Zbiory przeprowadzane są najczęściej wiosną,

kiedy wilgotność rośliny jest najmniejsza (ok. 10–15%). Można wtedy przerobić mozgę na

brykiety lub pelety (tab. 6, tab. 7). Biomasa może być wykorzystywana do bezpośredniego

spalania, produkcji bioetanolu lub gazyfikacji i pirolizy.


21

Tabela 6. Charakterystyka wartości energetycznej mozgi trzcinowatej [28]

Źródło

Wartość

opałowa

[MJ/kg s. m.]

Ciepło

spalania

[MJ/kg s. m.]

Zawartość

popiołu

[g/kg s. m.]

Wilgotność

[%]

Grzelak [2009] 18,20 19,40 6,90 7,7

Gumeniuk [2007] 17,60 - 5,50 10-25

Burvall [1997] 17,90 - 6,40 -

Heinsoo i in. [2011] 16,69 - 4,51 -

Kołodziej, badania

własne, zbiór jesienny,

niepubl.

16,22 17,53 5,40 37,4

Tabela 7. Skład elementarny, zawartość popiołu oraz wartość opałowa biomasy mozgi trzcinowatej [28]

Wyszczególnienie % suchej masy

Węgiel 46,00

Wodór 5,70

Tlen 37,00

Azot 1,33

Siarka 0,17

Chlor 0,56

Krzem 1,20

Substancje lotne 71,00

Popiół 6,40

Wartość opałowa 17,90 MJ/kg

3.5.4. Palczatka Gerarda (Andropogon gerardi)

Trawa preriowa pochodząca z Ameryki Północnej. Rośnie w gęstych kępkach o

okazałych, sztywnych, wypełnionych rdzeniem źdźbłach długości 1–2,5 m (rys. 22).

Dobrze znosi zasolenie, suszę, może być uprawiana na glebach umiarkowanie wilgotnych.

W przypadku palczatki plon bardzo silnie zależy od rodzaju gleby i może się wahać od 6

do 24 t s. m./ha. W USA uważana jest za wartościową roślinę pastewną. Stosowana

również jako roślina osłonowa i dekoracyjna na poboczach autostrad, roślina

przeciwerozyjna oraz używana do rekultywacji terenów poprzemysłowych.


22

Rysunek 22. Palczatka Gerarda. Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/

Andropogon_gerardii_%283904160434%29.jpg

Jest gatunkiem ciepłolubnym, o typie fotosyntezy C4, daje największe przyrosty

biomasy w lipcu-sierpniu. Palczatkę można spalać bezpośrednio lub przetwarzać ją do

postaci brykietów i peletów. Uzyskana biomasa nadaje się również do produkcji biogazu.

Badania przeprowadzone w USA wykazały, że jakość biomasy zwiększa się wraz

„wiekiem” rośliny – im później przeprowadzano zbiór palczatki, tym niższa była jej

wilgotność oraz zawartość popiołu. W przeciągu 24 tygodni wilgotność spadła z 50% do

ok. 8%, co znacząco wpływa na poprawę wartości opałowej.

3.6. Inne

3.6.1. Konopie włókniste (Cannabis sativa L.)

Obecnie najpoważniejszą rośliną w Polsce jest wierzba. Jej największymi wadami są

duże wymagania w zakresie zaopatrzenia w wodę (patrz: podrozdział 3.2.1.). Plantacje

innych roślin egzotycznych (miskant, ślazowiec i inne) nie wymagają obfitego

nawadniania, jednak ich oddziaływanie na roślinność rodzimą i środowisko Polski nie jest

obojętne. Dotychczas wszelkie próby aklimatyzacji egzotycznych gatunków zazwyczaj

kończyły się klęską dla rodzimej fauny i flory.

Tych wszystkich wad pozbawione są konopie (rys. 23), znane są w Polsce już od tysiąca

lat. Ich włókno służyło niegdyś do wyrobu sznurów, lin oraz ubrań, a nasiona

wykorzystywano do tłoczenia oleju. Roślina ta nie ma specjalnych wymagań

klimatycznych, rośnie prawie na każdej glebie, dzięki czemu nie wymaga nawożenia.

Konopie mają bardzo dużą odporność na chwasty i pasożyty, przez co zbędne staje się

stosowanie środków ochrony roślin i pestycydów.


23

Rysunek 23. Konopie włókniste. Źródło własne

Konopie są bardzo łatwe w uprawie i jednocześnie mają bardzo wiele różnorodnych

zastosowań:

Nasiona odpowiednich odmian są źródłem oleju wykorzystywanego w celach

zarówno przemysłowych, jak i spożywczych, gdyż nie zawierają związków

psychoaktywnych, lecz substancje zmniejszające poziom cholesterolu we krwi.

Z uzyskanego oleju można też produkować biodiesel.

Włókno można wykorzystać do produkcji mat budowlanych (izolacyjnych i

tłumiących hałas), bardzo mocnych tkanin (żagle, jeansy) oraz odpornego na

zużycie wytrzymałego papieru (papiery wartościowe, banknoty). Tkaniny z

włókna konopnego są prawie 10 razy bardziej wytrzymałe na rozrywanie niż

bawełniane, a ponadto nie przecierają się przez wiele lat używania i można je

prać ponad sto razy.

Paździerze dzięki dużej wartości opałowej (ok. 18,9 MJ/kg) mogą być, w

postaci peletów lub brykietów (rys. 24), świetnym paliwem. Dotychczas służyły

do wyrobu twardych i mocnych płyt meblarskich.


24

Rysunek 24. Brykiety z konopi. Źródło: http://konopie.com.pl/images/brykiet.jpg

Zainteresowanie konopiami jako surowiec energetyczny, a nie włókienniczy, ponownie

wzrasta. Konopie charakteryzują się dużym i szybkim wzrostem biomasy, w ciągu

niespełna półrocznego cyklu swojego życia osiągają wysokość do 5 m (rys. 25). Warto

nadmienić, że plantacja konopi dostarcza cztery razy więcej celulozy niż las o tej samej

powierzchni. Uprawa konopi korzystnie wpływa na środowisko - 1 ha konopi wiąże około

2,5 t CO2, co przyczynia się do ograniczenia efektu cieplarnianego. Ponadto rośliny te

absorbują metale ciężkie, co prowadzi do częściowej rekultywacji skażonych terenów.

Zdjęcie 25. Konopie włókniste. Źródło własne

Prowadzone są prace genetyczno-hodowlane nad uzyskaniem nowych odmian o

dużym przyroście biomasy i ze śladowymi ilościami tetrahydrokannabinolu (THC), czyli

głównej substancji psychoaktywnej zawartej w konopiach. Polskie normy są w tym

wypadku bardzo rygorystyczne i do uprawy dopuszczają jedynie odmiany o zawartości


25

THC poniżej 0,2%. Produkcja haszyszu i marihuany z takich odmian jest nieopłacalna,

tym bardziej że występuje w nich kanabidiol (CBD) - związek o dość nieprzyjemnym,

otępiającym i usypiającym działaniu. Aktualnie, w krajowym rejestrze COBORU znajduje

się sześć odmian konopi włóknistych, które są przystosowane do polskich warunków

klimatycznych, a przy właściwej agrotechnice gwarantują uzyskanie wysokich i stabilnych

plonów o wartości opałowej 18–19 MJ/kg s. m. Zawartość THC w tych odmianach nie

przekracza 0,15%.

3.6.2. Sorgo (Sorghum)

Zboże z gatunku prosowatych, występujące naturalnie w strefie klimatycznej gorącej i

tropikalnej. Gatunek ten odgrywa ogromną rolę wśród zbóż uprawnych na świecie,

zajmując pod względem areału piąte miejsce (po kukurydzy, ryżu, pszenicy i jęczmieniu).

Na największą skalę hoduje się sorgo dwukolorowe (Sorghum bicolor) (rys. 26).

Zdjęcie 26. Sorgo dwukolorowe. Źródło: http://www.mississippi-crops.com/wp-content/uploads/2013/05/

SorghumField3.jpg

Ma mniejsze wymagania glebowe niż kukurydza i dłużej wytrzymuje brak wody. Sorgo

bardzo oszczędnie gospodaruje wodą ze względu na głęboki system korzeniowy oraz typ

fotosyntezy C4. W przypadku suszy przechodzi w stan głębokiego uśpienia, po czym wraz

ze wzrostem wilgotności gleby wznawia wegetację. Kolejnymi przydatnymi w uprawie

cechami są tolerancja na krótkie okresy zalania, odporność na zasolenie oraz znaczne

zdolności adaptacyjne. Jako roślina tropikalna ma bardzo wysokie wymagania termiczne,

więc w Polsce sieje się ją bardzo późno, po 15 maja.

W warunkach polskich sorgo nie owocuje, co w przypadku produkcji biomasy nie ma

większego znaczenia, a z punktu widzenia inwazyjności rośliny jest wręcz zaletą. Dorasta

do 4 m wysokości i rośnie aż do pierwszych przymrozków, co oznacza, że w październiku


26

jest jeszcze zielona. W uprawie jest ok. 30% tańsza od kukurydzy i nie ma jeszcze w

naszym kraju naturalnych. Sorgo można wykorzystać jednocześnie do produkcji

bioetanolu oraz do bezpośredniego spalania. Wartość opałową sorga szacuje się na 17,7

MJ/kg s.m.

3.6.3. Owies zwyczajny (Avena sativa L.)

Gatunek zbóż (rys. 27) powszechnie uprawiany w umiarkowanej strefie klimatycznej

Eurazji oraz Ameryki Północnej. Znajduje zastosowanie głównie jako pasza, poza tym

służy jako surowiec dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego itd. Ziarno owsa nie

ma tak dużego znaczenia w żywieniu zwierząt, ponieważ zawiera dużo włókna surowego

(około 10%) i aż 4–5% tłuszczu surowego. Największe zastosowanie ma w żywieniu koni,

jednak w Polsce liczba tych zwierząt drastycznie spadła, co pociągnęło za sobą spadek

produkcji ziarna owsa.

Rysunek 27. Owies.

Źródło: http://czuwaj.eu/wp-content/uploads/2013/04/%C5%82an-owsa.jpeg

W ostatnich latach coraz częściej mówi się o wykorzystaniu owsa do celów

energetycznych. Jest łatwy w spalaniu, cechuje się stabilną wartością opałową (ok. 18,3

MJ/kg s. m.) i wilgotnością przy zbiorze (10–13%). Podczas spalania owsa powstają

minimalne ilości popiołu (ok. 0,6%), który jest doskonałym nawozem. Wykorzystywanie

popiołu w charakterze nawozu ogranicza konieczność stosowania nawozów sztucznych.

W związku z dotychczasowym wykorzystaniem owsa jego uprawa nie nastręcza

większych trudności, które pojawiają się niekiedy w związku z hodowlą nowych gatunków

roślin energetycznych. Wymagania glebowe owsa są niewielkie, pod uprawę można

wykorzystać też ubogie gleby niskiej jakości (pod warunkiem, że zostaną odpowiednio

nawodnione). Owies uprawiany na ziemiach skażonych oczyszcza glebę z metali ciężkich

– wyklucza to jego wykorzystanie w celach spożywczych, ale nadal nadaje się do celów


27

energetycznych. Warto dodać, że transport i magazynowanie owsa jest łatwiejsze niż w

przypadku innych rodzajów biomasy, np. drewna czy słomy.

3.7. Podsumowanie

Z rodzimych gatunków najpowszechniejsza jest obecnie wierzba energetyczna, ale jej

potencjał nadal nie został w pełni wykorzystany. Jest to między innymi spowodowane

odmienną agrotechniką niż w przypadku roślin przeznaczonych na cele żywnościowe. Ten

problem dotyczy większości roślin energetycznych. Pozostałe gatunki, zwłaszcza

egzotyczne, są w chwili obecnej intensywnie badane (między innymi w ośrodku IUNG–

PIB w Puławach, czy w Instytucie Nauk Rolniczych w Zamościu), a ich znaczenie w

energetyce, w porównaniu z wierzbą, jest na razie marginalne. Cieszy jednak coraz

większa popularność miskanta i ślazowca.

Uprawy roślin energetycznych powinny obejmować jak najwięcej gatunków roślin

dostosowanych do zróżnicowanych warunków klimatyczno-glebowych. Zróżnicowanie to

wpłynie na wzrost bioróżnorodności i przyczyni się do zachowania równowagi

ekologicznej, a przez to do ograniczenia rozprzestrzeniania się chorób i szkodników, które

są plagą monokultur rolniczych i leśnych.

Przy zakładaniu plantacji należy pamiętać, że podstawową funkcją rolnictwa jest

zapewnienie potrzeb gospodarczych kraju, czyli wyprodukowanie odpowiedniej ilości i

asortymentu surowców. Wszystkie inne zadania w ramach wielofunkcyjnego modelu

rolnictwa powinny być również rozwijane, jednakże dopiero występujące wolne

powierzchnie użytków rolnych mogą być wykorzystywane pod uprawę roślin na inne cele,

w tym również energetyczne.

Jakość użytków rolnych jakimi dysponujemy stwarza dodatkowe. W celu

zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego kraju grunty orne bardzo dobre i dobre (ok. 8

mln ha) nie powinny być przeznaczane pod trwałe plantacje roślin energetycznych. W tej

sytuacji plantacje powinny być lokalizowane głównie na glebach o ograniczonej

przydatności rolniczej (ok. 5 mln ha) oraz na zbędnych użytkach zielonych. Z

powodzeniem można większość gatunków zaadaptować na gruntach skażonych przez

przemysł. Nie można zapomnieć, że dobór gatunków roślin energetycznych zależy również

w dużym stopniu od warunków pogodowo-klimatycznych.

Są i inne czynniki ograniczające rozwój plantacji: od przyczyn czysto prawnych

(bardzo restrykcyjne przepisy dotyczące konopi włóknistych, czy Ustawa o ochronie

przyrody dotycząca gatunków inwazyjnych), po przyczyny społeczne (wielu rolników nie

wyobraża sobie, aby przeznaczyć ziarna owsa do spalenia, zamiast do celów

spożywczych). Istotna jest też kwestia inwazyjności. Nieustannie trwają badania

genetyczno-hodowlane, których celem jest stworzenie „kontrolowanych” gatunków i

należy mieć jedynie nadzieję, że zakończą się one powodzeniem.


28

Na końcu tego rozdziału, dla wygody Czytelnika, zamieszczono tabele pochodzące

z różnych źródeł, w których porównano omówione wcześniej gatunki.

Tabela 8. Zestawienie parametrów biopaliw pozyskanych z plantacji energetycznych w 2006 roku w

Stacji Doświadczalnej Wydziału Nauk Rolniczych w Zamościu [18]

Wyszczególnienie Wilgotność

[%]

Popiół

[%]

Ciepło

spalania

[MJ/kg]

Wartość

opałowa

[MJ/kg]

Wartość

energetyczna plonu

[GJ/ha]

Wierzba wiciowa 41,6 1 10,9 9,3 274,89

3,1 1,7 18,7 17,6 -

Miskant olbrzymi 16,3 4 14,9 13,6 217,6

6,7 4,7 17,9 16,7 -

Spartina preriowa 20,2 3,4 14,7 13,3 331,6

6,4 4,3 17,3 17,3 -

Ślazowiec

pensylwański

14,3 2 15,8 14,4 273,6

6,1 2,3 18,4 17,3 -

Topinambur

*bulwy

17,7 3,3 14,9 13,5 168,8+38,2*

7,4 4 18 16,9 -

Owies – słoma 18,6 4,3 15,3 13,9 41,7

7,6 5,3 18,8 17,7 -

Owies – ziarniak 15,5 2,6 16,6 15,3 51,6

7,4 3,1 19,7 18,5 -


29

Tabela 9. Plony wieloletnich roślin energetycznych [28]

Gatunek rośliny

Plon

reprezentatywny

[t s. m./(ha∙a)]*

Plon uzyskiwany w

praktyce [t s.

m./(ha∙a)]

Wierzba 8 7-20

Ślazowiec pensylwański 9 8-16

Miskant olbrzymi 10 8-20

Topinambur 8 4-12

Spartina preriowa 8 7-16

Mozga trzcinowata 8 4-10

Rdestowiec sachaliński 20 10-22

Robinia akacjowa 7 5-9

*Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 16 lutego 2009 r.

Tabela 10. Wartość opałowa różnych rodzajów biomasy oznaczona dla absolutnie suchej masy oraz

wilgotność [28]

Wartość opałowa suchej

masy [MJ/kg s.m.]

Przeciętna wilgotność

surowca [%]

Zrębki wierzby 17,6 – 18,4 50 – 55

Miskant olbrzymi 17,70 6 – 16

Spartina preriowa 17,3 – 17,8 6 – 20

Ślazowiec pensylwański 17,20 8 – 9

Topinambur 16,90 7 – 17

Pelety z biomasy 17,8 – 19,6 5 – 9

Drewno liściaste (np. buk) 18,40 25 – 50

Drewno iglaste (np. świerk) 18,80 25 – 50

Brykiety drzewne 16,90 – 20,4 5 – 14

Brykiety ze słomy 17,10 8 – 12


30

Tabela 11. Wymagania uprawowe roślin pod kątem ich przydatności do zakładania plantacji energetycznych [26]

Wymagania glebowe

Gleby uprawowe Gatunek Gleby

zdewastowane Gatunek

Zróżnicowane wymagania

z preferencją gleb żyznych

i lekkich

wierzba

Tolerancja na

dewastację i

chemiczne

zanieczyszczenie

gleby

wierzba

mozga

trzcinowata

ślazowiec

pensylwański

Przeciętne wymagania,

gleby średniozwięzłe i

lekkie

ślazowiec

pensylwański spartina preriowa

topinambur konopie włókniste

palczatka Gerarda

miskant

olbrzymi

Tolerancja na

chemiczne

zanieczyszczenie

gleby

topinambur

palczatka

Gerarda

rdestowiec

sachaliński

Małe wymagania z

tolerancją lekkich i bardzo

lekkich oraz nawożenia

rdestowiec

sachaliński miskant olbrzymi

spartina preriowa

mozga trzcinowata konopie

włókniste

robinia akacjowa robinia akacjowa

sorgo sorgo

owies owies

Wymagania wodne

Uwilgotnienie Gatunek

Preferencja dobrego nawodnienia

Wierzba

rdestowiec sachaliński

miskant olbrzymi

owies

Tolerancja zmiennego nawodnienia

spartina preriowa

mozga trzcinowata

ślazowiec pensylwański


31

robinia akacjowa

Tolerancja niedoboru wilgoci

topinambur

palczatka Gerarda

konopie włókniste

sorgo

Wymagania klimatyczne

Opadowo-termiczne Gatunek

Wrażliwość na niedobór opadów i niską

temperaturę


miskant olbrzymi

konopie włókniste

Wrażliwość na niedobór opadów i odporność

na niską temperaturę

wierzba

spartina preriowa

mozga trzcinowata

owies

Odporność na brak opadów i wrażliwość na

niską temperaturę

palczatka Gerarda

sorgo

Odporność na niedobór opadów i niską

temperaturę


topinambur

robinia akacjowa

Wymagania lokalizacyjne

Ekspansywność Gatunek

Dopuszczalne na obszarach chronionych

konopie włókniste

wierzba

mozga trzcinowata

owies

sorgo

Kontrolowana uprawa na obszarach

chronionych

miskant olbrzymi


Niewskazana uprawa na obszarach

chronionych

topinambur


spartina preriowa

palczatka Gerarda


32

robinia akacjowa

Tabela 12. Właściwości energetyczne wybranych roślin energetycznych wyhodowanych w województwie

pomorskim [26]

Wyszczególnienie Wilgotność

[%]

Wartość

opałowa

[MJ/kg]

Miskant olbrzymi 53,64 16,22

Rdest sachaliński 55,43 17,44

Wierzba wiciowa 24,05 17,84

Topinambur – liście 32,53 16,25

Topinambur – łodygi 55,41 17,88

Ślazowiec pensylwański 37,22 16,69

BIBLIOGRAFIA

[1] Buczkowski R., Cichosz M., Igliński B.: Technologie bioenergetyczne,

Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2009.

[2] Burczyk H., Grabowska L., Kołodziej J.: Zastosowanie energetyczne konopi

włóknistych, „Problemy Inżynierii Rolniczej” 2007, nr 2, s. 19-25.

[3] Burvall J.: Influence of harvest time and soil type on fuel quality in reed canary

grass (Phalaris arundinacea L.), „Biomass Bioenergy” 1997, n. 12, s. 149-154.

[4] Dubas J.W., Grzybek A., Kotowski W., Tomczyk A.: Wierzba energetyczna –

uprawa i technologie przetwarzania, Wyższa Szkoła Ekonomii i Administracji w

Bytomiu, 2004.

[5] http://www.biomasa.org/ (wejście 29.07.2015)

[6] http://www.biomax.com.pl/ (wejście 29.07.2015)

[7] http://www.coboru.pl (wejście 30.07.2015)

[8] http://www.dsvpoznan.eu/index.php/sorgo (wejście 30.07.2015)

[9] http://faostat3.fao.org/home/E (wejście 30.07.2015)

[10] http://mykoflor.pl/wp/wierzba-topola (wejście 28.07.2015)

[11] http://www.ze.strefa.pl/index.php (wejście 28.07.2015)


33

[12] Grzelak M.: Planowanie szuwaru mozgowego oraz skład chemiczny i wartość

energetyczna mozgi trzcinowatej, „Agron” 2009, n. 4, s.38-25.

[13] Gumeniuk A.: Phalaris arundinacea – mozga trzcinowata, „Wokół Energetyki”

2007, n. 4, s. 46-48.

[14] Heinsoo K., Hein K., Holm B, Ivask M., Melts I.: Reed canary Grass yield and fuel

quality in Estonian farmer`s fields, „Biomass Bionergy” 2011, n. 35, s. 617-625.

[15] Kachel-Jakubowska M., Kraszkiewicz A., Niedziółka I., Szpryngiel M.: Ocena

właściwości fizycznych dendromasy robinii akacjowej, „Inżynieria Rolnicza” 2006,

nr 6, s. 109-115.

[16] Kacorzyk P., Kasperczyk M., Szkutnik J.: Wartość energetyczna wybranych

gatunków roślin [W:] Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie

środowiska. Tom 3, pod red. Teodory M. Traczewskiej, Oficyna Wydawnicza

Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013.

[17] Kieć J.: Wady i zalety roślin energetycznych [W:] Energetyka alternatywna, pod

red. Jana Popczyka, Wydawnictwo Dolnośląskiej Wyższej Szkoły

Przedsiębiorczości i Techniki w Polkowicach, 2011.

[18] Kościk B.: Surowce energetyczne pochodzenia rolniczego, Wydawnictwo Naukowe

Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Jarosławiu, 2007.

[19] Komorowicz M., Pawłowski J., Wróblewska H.: Skład chemiczny i właściwości

energetyczne biomasy z wybranych surowców odnawialnych, „Ochrona Środowiska

i Zasobów Naturalnych” 2009, nr 40, s. 402-410.

[20] Kowalczyk-Juśko A.: Biometryczne i energetyczne parametry spartiny preriowej

(Spartina pectinata L.) w trzech pierwszych latach wegetacji, „Problemy Inżynierii

Rolniczej” 2013, nr 2, s. 69-77.

[21] Kowalczyk-Juśko A.: Słonecznik bulwiasty (topinambur), „Wokół Energetyki”

2006, nr 8, s. 49-54.

[22] Kowalczyk-Juśko A.: Topinambur na paszę i do pieca, „Agrotechnika” 2013, nr 12,

s. 13-16.

[23] Kozłowski S., Lutyński A., Zielewicz W.: Określanie wartości energetycznej

Sorghum saccharatum (L.) Moench, Zea mays L. i Malva verticillata L.,

„Łąkarstwo w Polsce” 2007, nr 10, s. 131-140.

[24] Krawczyk A.: Biomasa pochodzenia rolniczego, uprawa i wykorzystanie,

Seminarium „Odnawialne źródła energii”, Piechowice 20-21.09.2011.


34

[25] Lewandowski W.M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwo

Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007.

[26] Lewandowski W.M, Ryms M.: Biopaliwa. Proekologiczne odnawialne źródła

energii, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2013.

[27] Łapczyńska-Kordon B., Mółka J.: Właściwości energetyczne wybranych gatunków

biomasy, „Inżynieria Rolnicza” 2011, nr 6, s. 141-147.

[28] Odnawialne źródła energii. Rolnicze surowce energetyczne, pod red. Barbary

Kołodziej i Mariusza Matyki, Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne Sp.

z.o.o., Poznań 2012.

[29] Piskier T., Potencjał energetyczny topinamburu, „Problemy Inżynierii Rolniczej”

2009, nr 1, s. 133-136.

rośliny energetyczne - charakterystyka podstawowych...

Documents