Uprawy energetyczne

Alicja Stepaniuk

Studenckie Koło Naukowe Energetyki Niekonwencjonalnej

 

 cheap nfl jerseys replica
cheap nfl jerseys
Wholesale jerseys china
cheap michael kors

Wyróżniamy cztery podstawowe grupy roślin energetycznych:

  • rośliny uprawne roczne (zboża, konopie, kukurydza, rzepak, słonecznik, sorgo sudańskie, trzcina);
  • rośliny drzewiaste szybkiej rotacji ( topola, osika, wierzba, eukaliptus);
  • szybkorosnące, rokrocznie plonujące trawy wieloletnie (miskanty, trzcina, mozga trzcinowata, trzcina laskowa);
  • wolnorosnące gatunki drzewiaste.

 

Rośliny energetyczne uprawiane w Polsce:

Wierzba wiciowa (Salix viminalis)

Wierzba wiciowa jest rośliną krzewiastą. Może być ona uprawiana na różnych typach gleb, jest tolerancyjna również w odniesieniu do odczynu gleby (pH 4.5-7.6). Najbardziej odpowiedni jest odczyn lekko kwaśny (pH 5.5-6.5 ). Jako roślina szybko rosnąca, ma duże wymagania wodne. Plantacja powinna być zakładana w terenie o wysokim poziomie wód gruntowych, w pobliżu cieków wodnych, łącznie z takimi, gdzie mogą występować krótkotrwałe lokalne wylewy. Na plantacje nie nadają się jednak tereny stale zabagnione.

Materiałem sadzeniowym do zakładania plantacji energetycznych są zrzezy długości 25 cm
i średnicy powyżej 7 mm. Sadzenie wykonuje się najczęściej wczesną wiosną. Sposób sadzenia zrzezów będzie uzależniony od sposobu zbioru – ręczny czy mechaniczny. zebrany surowiec należy rozdrobnić, gdyż będzie spalany w postaci zrębków. Plantację prowadzi się w cyklu jedno, dwu lub trzyletnim. Zbioru dokonuje się od połowy listopada do końca marca.

Według danych Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej w Warszawie powierzchnia uprawy wierzby na cele energetyczne lub w celu pozyskiwania sadzonek w 2006 roku wynosiła w Polsce ponad 6.8 tys. ha. Przewiduje sie, że ilość ta będzie gwałtownie rosnąć. Wartość energetyczna drewna wierzbowego uzależniona jest od cyklu produkcyjnego plantacji (tab.1). Podkreślić należy znaczną wilgotność świeżego drewna wierzbowego,
w granicach 53-58%. Korzystne jest długoterminowe sezonowanie całych,
nie rozdrobnionych pędów, gdyż w stertach świeżych zrębków wierzbowych, na skutek zachodzących procesów mikrobiologicznych, następuje szybki wzrost temperatury, powodując duże straty wartości energetycznej. Świeża biomasa z plantacji wierzbowych może być przeznaczana do produkcji pelet, gdzie dosuszanie jest jednym z etapów cyklu produkcyjnego.

 

Topola

Topola należy do rodziny wierzbowatych, jest najszybciej rosnącym drzewem w warunkach polskich, jednak szybko się starzeje. Naturalnym środowiskiem życia wierzby i topoli są gleby aluwialne, napływowe. Główną zaletą topoli jest łatwość krzyżowania się
i dostosowywania do warunków klimatycznych i glebowych, panujących w różnych szerokościach geograficznych, oraz szczególna łatwość rozmnażania wegetatywnego (nowe osobniki wyrastają z odrośli korzeniowych). Niektóre gatunki, odmiany i mieszańce topoli można również rozmnażać z fragmentów jednorocznych pędów pociętych na ok. 25-cm zrzezy. Ta właśnie cecha, podobnie jak w przypadku wierzby, ułatwia zakładanie plantacji energetycznych. W Polsce w stanie naturalnym występują tylko trzy rodzime gatunki:

  • topola czarna zwana soroką (Populus nigra),
  • topola biała inaczej białodrzew (Populus alba L.),
  • topola drżąca zwana też osiką lub topolą europejską (Populus tremula L.) oraz
  • mieszaniec topoli białej z osiką – topola szara (Populus x canescens S.M.).

Topole to drzewa dwupienne, wiatropylne, osiągają wysokość od 20 do 40 m szybko tworząc prosty pień i proste konary. Korzenie tworzą dość płytko gęstą siatkę, rozprzestrzeniającą się daleko poza obręb korony (do 30 m). Drzewo to jest zdolne do pobierania z podłoża,
a następnie bioakumulacji pierwiastków biogennych oraz metali ciężkich, co ma duże znaczenie przy oczyszczaniu i rekultywacji gruntów zniszczonych przez intensywną działalność gospodarczą człowieka.

Sposób zakładania plantacji, warunki wodno-glebowe i agrotechnika w przypadku topoli energetycznej są takie same jak w przypadku wierzby. Jedynie zbiór w cyklu dwuletnim wymaga specjalistycznego sprzętu, bowiem topola tworzy pręty (pnie) znacznie grubsze
i dłuższe niż wierzba. Ścinanie roślin może odbywać się dopiero po zakończeniu wegetacji,
w okresie bezlistnym, to jest w od grudnia do końca lutego następnego roku. Drewno
w trakcie zbioru zawiera ok. 53% wilgoci i stopniowo traci ją leżąc na polu do ok. 35%.
Tak przesuszone może zostać zmagazynowane bez zagrożenia ryzykiem wystąpienia procesów fermentacyjnych. Obecnie największe znaczenie gospodarcze mają topole uprawiane na plantacjach w tzw. krótkim cyklu, gdzie zbiory biomasy odbywają się w cyklu rocznym lub 2-3-letnim. Plantacje te, podobnie jak plantacje wierzby zakłada się raz,
a eksploatuje od 25 do 30 lat. Najlepsze rezultaty daje uprawa topoli prowadzona na glebach przewiewnych, dobrze napowietrzonych, gdzie woda gruntowa występuje na głębokości
od 100 do 200 cm. Uprawa gleby powinna zacząć się – jeśli to możliwe w lutym, a sadzenie topoli zakończyć się w połowie kwietnia.

Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita)

Ślazowiec pensylwański, znany również pod nazwa malwy pensylwańskiej, jest przedstawicielem rodziny ślazowatych (Malvaceae). Wcześniejsze badania wskazywały
na możliwości wykorzystywania jako rośliny włóknodajnej, miododajnej, paszowej, leczniczej oraz w przemyśle celulozowo-papierniczym. W ostatnich latach propagowana jest uprawa ślazowca jako rośliny energetycznej. Rodzaj Sida wywodzi się z subtropikalnych stref kuli ziemskiej. Rośnie w postaci kęp o silnym systemie korzeniowym i wykształca od kilku do kilkunastu łodyg o średnicy od 5-35 mm i wysokości ponad 3.5 m. Plantacje ślazowca mogą być eksploatowane przez okres 15-20 lat. Ślazowiec rozmnaża się z sadzonek korzeniowych, rzadziej z nasion. Roślina ta może być uprawiana na glebach wszystkich klas
z wyjątkiem VI i słabych klas V, o odczynie obojętnym, dopuszczalnie lekko kwaśnym. Plonem użytkowym pozyskiwanym corocznie są zdrewniałe i zaschnięte łodygi. Zbioru biomasy dokonuje się w zależności od regionu od lutego do kwietnia.

Ślazowiec pensylwański należy również do roślin wieloletnich. W pierwszym roku uprawy rozwija się bardzo powoli i w tym okresie przejawia największą wrażliwość na niskie temperatury. W kolejnych latach charakteryzuje się bardzo intensywnym wzrostem, odpornością na przemarzanie i suszę dzięki wytworzeniu głębokiego systemu korzeniowego.

Ślazowiec pensylwański rozmnaża się generatywnie (siew nasion) i wegetatywnie. Sadzonki uzyskuje się przez podział korzeni na odcinki, podział rośliny na części równe liczbie łodyg
z częścią korzenia, a także z podziału zielonych pędów. Rozmnażanie generatywne jest rzadziej stosowane ze względu na wolniejszy rozwój, raczej do produkcji sadzonek pod osłonami.

W zależności od stanowiska i warunków klimatycznych plony mogą osiągnąć wielkość 10-18 ton suchej masy z ha. Na wieloletnie plantacje energetyczne (okres użytkowania ok. 20 lat) nadają sie rośliny tworzące mocne kępy i wytwarzające łodygi do 3 m wysokości. Zbioru dokonuje sie po zakończeniu wegetacji, po naturalnym zaschnięciu łodyg. Plony biomasy
o wilgotności 20-25% wynoszą ~20-25 ton/ha. Wartość energetyczna wynosi ~15 MJ/kg. Plantacja powinna być zakładana po przymrozkach, tj. od ostatniej dekady kwietnia do maja. Na mniejszych areałach plantację można zakładać metodą wegetatywną, poprzez wysadzanie sadzonek korzeniowych.

Słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus)

Słonecznik bulwiasty, zwany powszechnie topinamburem, pochodzi z Ameryki Północnej
i jest blisko spokrewniony ze słonecznikiem zwyczajnym. Jest to roślina wieloletnia, więc jego uprawa może być prowadzona na jednym stanowisku przez 15-20 lat. Rozmnażanie odbywa się przez sadzenie bulw. Słonecznik bulwiasty rośnie w postaci pojedynczych łodyg
i osiąga wysokość do 4 m. Zbiór dokonywany jest pod koniec zimy. Bulwy można przeznaczyć do produkcji etanolu lub biogazu, natomiast zeschnięte na pniu części nadziemne mogą służyć do bezpośredniego spalania, produkcji brykietów lub pelet.

Literatura krajowa nie podaje wartości opałowej słomy z topinamburu, a dostępne wielkości mają charakter przybliżony. Oznaczenia przeprowadzone w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu wykazały, iż wartość opałowa wynosi 15,93 MJ/kg, a ciepło spalania 17,19 MJ/kg słomy o wilgotności 10%.

Produkcja biogazu została wyliczona w oparciu o uzyskany plon biomasy i szacunkową wydajność produkcji biogazu podawaną w literaturze. Uzyskane wyniki dotyczące produkcji biogazu mogą być jednak traktowane jedynie jako wielkości przybliżone.

 

 Tabela 1. Plonowanie klonów topinamburu nawożonych mineralnie

 

* wartość opałowa wynosi 15,93 MJ/kg, oznaczona przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu – badania własne

** produkcja biogazu wynosi 480-590 m3/t biomasy (przyjęto 535)1

Wymagania klimatyczne słonecznika bulwiastego są niewielkie, dobrze znosi zmienne warunki i niskie temperatury, jednak najkorzystniejsza dla tego gatunku jest pogoda ciepła
i wilgotna. W warunkach ciepłego i słonecznego okresu wegetacji zawiązywanie bulw jest intensywne, natomiast chłody powodują obfitsze tworzenie zielonej masy. Bulwy topinamburu, w przeciwieństwie do bulw ziemniaka, dobrze znoszą niskie temperatury, nawet do -300C

Słonecznik bulwiasty, podobnie jak inne rośliny okopowe, najlepiej udaje się na glebach średnio zwięzłych, przewiewnych, o dużej zasobności składników pokarmowych
i dostatecznej wilgotności. Roślina ta ma jednak tę przewagę nad ziemniakiem, że posadzona jesienią wcześnie rozpoczyna wegetację i lepiej wykorzystuje zasoby wody pozimowej.
Ma przy tym silniejszy system korzeniowy i szybciej zacienia glebę niż inne rośliny okopowe, może być wobec tego uprawiana na gorszych stanowiskach, mniej przydatnych
do uprawy ziemniaka. Słabo plonuje na glebach podmokłych i kwaśnych. Zaletą tego gatunku (zwłaszcza w przypadku stanowisk trudnych do uprawy, np. na stoku) jest możliwość samoodnawiania się, co eliminuje konieczność corocznych nasadzeń. Na skalę produkcyjną topinambur rozmnażany jest wyłącznie wegetatywnie przez bulwy.

Sadzenie bulw można przeprowadzić jesienią lub wczesną wiosną. Chorobą najczęściej występującą na plantacjach topinamburu jest zgnilizna twardzikowa, wywoływana przez grzyb Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) Mass. Objawami tej choroby są brunatne plamy i nalot na liściach i w dolnych częściach łodyg. Silnie porażone rośliny więdną i giną. Na plantacji powstają wówczas tzw. czarcie koła zamierających roślin. Grzyb atakuje również bulwy, powodując ich gnicie w okresie wegetacji oraz podczas przechowywania.

Termin i częstość zbioru słonecznika bulwiastego uzależnione są od celu uprawy (na bulwy lub zieloną masę). Jeżeli podstawowym plonem są bulwy, zbioru części nadziemnych dokonuje się najczęściej w październiku, gdyż wczesne koszenie zielonej masy
(np. w czerwcu, lipcu) wpływa ujemnie na plon bulw. Zwykle zbioru bulw dokonuje się późną jesienią, przed nastaniem mrozów, można także wykorzystać okresy odwilży
w miesiącach zimowych. W przypadku uprawy topinamburu na zieloną masę (w celach pastewnych lub np. do fermentacji na biogaz) części nadziemne można kosić w dwóch,
a nawet w trzech terminach: w czerwcu, sierpniu i listopadzie.

Topinambur jest gatunkiem o bardzo wysokim potencjale produkcyjnym. Na żyznych glebach, przy dostatku wody, plony świeżej biomasy mogą dochodzić do 200 t z ha, a plon samych bulw do 90 t/ha.

Miskant olbrzymi (Miscanthus sinensis gigantea),

Inne nazwy tej rośliny – prócz miskantusa i miskanta – to: trzcina chińska, trzcinnik olbrzymi czy „trawa słoniowa” (jednak tę nazwę nosi w polskim nazewnictwie trawa Pennisetum purpureum) Należy do rodziny traw wiechlinowatych1) (Poaceae). Cechą charakterystyczną tego gatunku są silnie rozbudowane kłącza podziemne oraz rozległy system korzeniowy, sięgający do 2,5 m w głąb ziemi, co sprzyja efektywnemu pobieraniu składników pokarmowych i wody.

Miskant olbrzymi jest to gatunek trawy pochodzący z Azji centralnej i południowo-wschodniej. Jest to roślina wieloletnia o stosunkowo małych wymaganiach glebowych
i wyróżniająca się dużą produkcją suchej masy. Miskant rozrasta się w formie dużych kęp,
z których wyrasta po kilkadziesiąt łodyg trzcinowych o wysokości 2,5 do 3,5 metra. plony miskanta olbrzymiego nawet na lżejszych glebach, w warunkach okresowego deficytu wody, wynosiły od 8 do 25 t/ha suchej masy. Gatunek ten jest wrażliwy na ujemne temperatury, szczególnie w pierwszym roku po posadzeniu. Biomasa miskanta ma szerokie zastosowanie, może służyć jako źródło energii, surowiec do produkcji materiałów budowlanych, papieru
i materiałów rolniczych. Uprawiany na terenach skażonych zanieczyszczeniami przemysłowymi rekultywuje glebę, chroni ją przed wymywaniem składników pokarmowych
i wypłukiwaniem związków próchnicznych

Miskant jest rośliną tolerującą słabsze gleby. Może być uprawiany nawet na V-VI klasie, jednak najwyższe plony osiąga na glebach III-IV klasy. Może być uprawiany na gruntach odłogowanych, na glebie średniozwięzłej o piaszczystym podłożu, nawet przy niskim poziomie wód gruntowych. Optymalna ilość opadów w roku 400-600 mm, czyli może być uprawiany na terenie całego kraju. Dodatkowo jest rośliną odporną na mrozy w okresie zimowym, oprócz pierwszego roku uprawy. Miskant nie wytwarza nasion, dlatego jest rozmnażany wegetatywnie; sadzonki uzyskuje się z podziału karp lub ukorzeniania międzywęźli oraz laboratoryjną metodą in vitro. Nasadzenia wykonuje się od połowy kwietnia do końca maja.

Średnie plony suchej masy to ok. 20 t/ha, co przy wartości energetycznej 14-17 MJ/kg
ok. 12 tonom węgla. Zbioru dokonuje się najczęściej na przełomie lutego i marca,
kiedy wilgotność roślin wynosi ok. 20 %.

Miskant olbrzymi wytwarza grube, sztywne, wypełnione gąbczastym rdzeniem źdźbła, charakteryzuje sie szybkim wzrostem (szczególnie w upalne lata) i wysokim plonem biomasy z jednostki powierzchni. Pełnię rozwoju osiągają w 3 sezonie wegetacyjnym, dlatego szczególną uwagę należy zwrócić na staranne przygotowanie gleby przed wysadzeniem roślin. Zbiór biomasy odbywa sie po zakończeniu wegetacji, najlepiej podczas mroźnej
i śnieżnej zimy, co pozwala chronić zimujące pod ziemią kłącza przed zniszczeniem
oraz zmniejsza zanieczyszczenie gleba. Okres eksploatacji plantacji wynosi ponad 15 lat.

Rdest sachaliński (Polygonum sachalinense)

Rdest sachaliński pochodzi z Azji wschodniej. Jest to roślina bardzo szybko rosnąca. Plantację tego gatunku można użytkować przez okres około 15 lat. Wysokie plony uzyskuje się na glebach rolniczych, dobrze uwodnionych. Zasychanie łodyg następuje w miesiącach zimowych, a zbioru dokonuje się w miesiącach luty-kwiecień.

Jatrofa

Atrakcyjność jatrofy wynika przede wszystkim z tego, że nie jest rośliną jadalną, a także jest mało wymagająca jeśli chodzi o warunki upraw. Do prawidłowego rozwoju nie potrzebuje dużych ilości wody. Produkowane na bazie jatrofy paliwo lotnicze może zastąpić paliwo konwencjonalne bez potrzeby dokonywania zmian w obecnie funkcjonujących silnikach samolotowych. Paliwo z wkładem z jatrofy charakteryzuje się lepszymi parametrami: daje nieco więcej energii oraz ma niższą temperaturę zamarzania. Jeśli chodzi o wydajność upraw, to wieloletnie krzewy jatrofy są w stanie dać więcej oleju niż soja, a pierwszych efektów upraw można się spodziewać już po dwóch latach.

Dodaj komentarz