PARTNERZY PORTALU
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl

Rośliny potencjalnie przydatne do produkcji biomasy na użytkach rolnych

Rośliny potencjalnie przydatne do produkcji biomasy na użytkach rolnych

Autor: Mariusz Matyka, Wieś jutra

Dodano: 20-01-2012 09:32

Tagi:

Wzrost cen ropy naftowej, rosnąca emisja gazów cieplarnianych oraz obawy o bezpieczeństwo i samowystarczalność energetyczną powodują intensyfikację działań mających na celu dywersyfikacji źródeł energii, kładąc szczególny nacisk na źródła odnawialne [Turley 2008, Khanna i in. 2008].



W związku z tym w wielu ośrodkach naukowych poszukuje się nowych kierunków w produkcji roślinnej mających pokryć rosnące zapotrzebowanie na energię. Jednym z nich, z którym wiąże się większe nadzieje jest wykorzystanie biomasy roślinnej do celów energetycznych [Mc Kenzie i in. 2008, Sulima i in. 2006].

W Polsce biomasę stałą pozyskuje się z odpadów leśnych, rolniczych i organicznych odpadów komunalnych. W przyszłości uzupełnieniem bilansu podaży biomasy powinno być jej pozyskiwanie ze specjalnych plantacji wieloletnich gatunków roślin krajowych, np. wierzby wiciowej (Salix viminalis L.), zwanej również wierzbą krzewiastą, topoli i mozgi trzcinowatej lub roślin sprowadzanych z innych stref klimatycznych, np. miskanta, ślazowca pensylwańskiego. Lista tych roślin jest zapewne daleka jeszcze od zamknięcia, gdyż stale trwają prace naukowe nad innymi gatunkami, które będą przydatne do celów energetycznych [Fillion i in. 2009, Kuś 2003, Szczukowski i in. 2006].

Celem artykułu było przedstawienie krótkiej charakterystyki najbardziej perspektywicznych gatunków potencjalnie przydatnych do uprawy na cele energetyczne.

Drzewa i krzewy w krótkiej rotacji Wierzba krzewiasta

W stanie naturalnym występuje kilkadziesiąt gatunków i mieszańców wierzby. Rosną one jako formy drzewiaste lub krzewiaste w siedliskach dość żyznych i zapewniających roślinom wystarczające ilości wody. Na cele energetyczne najbardziej przydatny jest gatunek wierzby krzewiastej (Salix viminalis). Jest to roślina wieloletnia o pokroju krzaczastym, mająca od kilku do kilkunastu pędów, o okresie użytkowania plantacji do 15-20 lat.

Zalety wierzby:

  • duże plony - roczny przyrost może wynosić od 7 do 15 t/ha suchej masy drewna,
  • długi okres użytkowania plantacji (15- 20 lat),
  • tanie sadzonki - zrzezy (sztobry).
Wady wierzby:
  • wilgotność zbieranej biomasy późną jesienią i zimą wynosi ok. 45- 50%, co zwiększa koszty transportu i zmniejsza wartość opałową, gdyż dużo ciepła trzeba zużyć na odparowanie wody,
  • trudna mechanizacja zbioru - przy 3-letnim cyklu zbioru konieczne jest stosowanie specjalnych maszyn,
  • duże potrzeby wodne - wymaga gleb o wysokim (ok. 200 cm) poziomie wody gruntowej, ale niezabagnionych,
  • duże zagrożenie przez choroby i szkodniki.
Aktualnie do zakładania plantacji produkcyjnych dostępne są odmiany wierzby wyhodowane przez Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie (Start, Sprint, Turbo, Tur oraz kilka innych klonów), odmiany hodowli szwedzkiej (Torhild, Sven, Olof, Gudrun, Tordis, Inger i Tora) oraz hodowli duńskiej (Gigantea).

Poważne zagrożenie dla plantacji wierzby stanowią choroby (rdza, plamistość liści i pędów, antraknoza) oraz szkodniki (kilka gatunków mszyc, pieniki, krytoryjek olchowiec, rynnica wierzbówka, niekreślanka wierzbówka). W przypadku dużego nasilenia chorób lub szkodników konieczne jest ich chemiczne zwalczanie, które możliwe jest tylko w początkowym okresie wegetacji, kiedy wysokość łanu wierzby pozwala na wjazd opryskiwaczy na plantację [Kuś, Matyka 2010].

Topola

Topole należą do rodziny wierzbowatych (Salicaceae).

Spośród ok. 100 znanych gatunków, odmian i mieszańców należących do rodzaju Populus, jedne preferują klimat północnej Azji, Europy i Ameryki, inne znoszą gorący klimat Afryki oraz Południowej Azji i Europy. W Polsce w stanie naturalny występują tylko 4 rodzime gatunki:

  • topola czarna, zwana soroką (Populus nigra),
  • topola biała, inaczej białodrzew (Populus alba L.),
  • topola drżąca, zwana też osiką lub topolą europejską (Populustremula L.),
  • mieszaniec topoli białej z osiką - topola szara (Populus x canescens S.M.).
Rosną u nas z powodzeniem również inne gatunki topoli, pochodzące z innych rejonów, np.: berlińska, kanadyjska, kalifornijska, balsamiczna oraz wiele innych. Bardzo popularna w Polsce jest odmiana topoli czarnej (Populus nigra var. italica) o charakterystycznym stożkowatym kształcie, znana jako topola włoska.

Pozytywną cechą topoli jest intensywna wymiana gazowa - pobieranie dużych ilości dwutlenku węgla (gaz cieplarniany) oraz wydzielanie do atmosfery dużych ilości tlenu. Inną cenną cechą topoli jest jej zdolność 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. Szczególną cechą topoli jest łatwość rozmnażania. Z tych powodów topola zaczyna się cieszyć coraz większym zainteresowaniem jako roślina uprawiana na plantacjach w tzw. krótkiej rotacji, w której 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. Obecnie w Polsce uprawiane są odmiany topoli wyhodowanej we Włoszech na bazie topoli kanadyjskiej i kalifornijskiej, np. Monviso, Sirio i AF2 [Karwowska-Marska 2007].

Zakładając plantacje należy pamiętać, że odległości pomiędzy rzędami topoli na plantacji powinny wynosić od 3,0 do 3,5 m, w zależności od rozstawy kół używanych ciągników i maszyn.

Odległości pomiędzy sadzonkami w rzędach powinna wynosić od 0,5 do 1,5 m, w zależności od cyklu zbioru. Wstępne wyniki badań uzyskane w IUNG-PIB wskazują, że przy obsadzie 8000 szt./ha roczny przyrost biomasy może przekraczać 10 t s.m./ha.

Robinia akacjowa

Robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia L.) należy do rodziny bobowatych (Fabaceae Lindl.) i podrodziny motylkowych (Papilonoidae DC.). Jak wszystkie gatunki należące do tej podrodziny charakteryzuje się obecnością na korzeniach brodawek zawierających bakterie z rodzaju Rhizobium, które wiążą wolny azot z powietrza i dostarczają go roślinom w zamian za węgiel pochodzący z fotosyntezy. Z tego względu roślina może być uprawiana na bardzo suchych i piaszczystych glebach, ale ekonomicznie opłacalną produkcyjność można osiągać jedynie na lepszych stanowiskach.

Plantacje robinii zakłada się z jednorocznych siewek lub jednorocznych sadzonek wyhodowanych z odrostów korzeniowych.

Powinny mieć one wysokość co najmniej 40 cm. Istnieje ścisły związek między obsadą roślin na plantacji i jej plonowaniem. Dlatego na plantacjach produkcyjnych robinii zaleca się ją wysadzać w rozstawie 1,5 × 0,3 m, co pozwala uzyskać obsadę ok. 24,5 tys. szt./ha. Wyniki badań wskazują, że w przypadku plantacji w pełni produkcyjnych plony robinii wahają się od 6 do 14 t s.m./ha/ rok w zależności od jakości gleby [Zajączkowski 2007].

Poważnym problemem utrudniającym wykonywanie zabiegów agrotechnicznych oraz zbiór roślin jest wytwarzanie przez roślinę na pędach kolców o znacznej wielkości.

Trawy wieloletnie Miskant

Najbardziej rozpowszechnioną obecnie trawą uprawianą na cele energetyczne jest miskant. Jest to wieloletnia trawa pochodząca z Azji południowo-wschodniej, którą sprowadzono do Europy na początku poprzedniego wieku, jako roślinę ozdobną.

Należy do roślin o szlaku fotosyntezy C4, do których zalicza się u nas także kukurydzę i sorgo. Można również spotkać inne nazwy tej rośliny - trawa słoniowa, trzcinnik olbrzymi lub trzcina chińska. Trawa ta tworzy duże kępy, a plon użytkowy stanowią grube źdźbła wypełnione gąbczastym rdzeniem o wysokości 200- 350 cm, których liczba na roślinie może dochodzić do 200. Na czele energetyczne najczęściej jest uprawiany miskant olbrzymi (Miscanthus x giganteus), który został wyhodowany w wyniku skrzyżowania miskanta chińskiego i miskata cukrowego. Nie wydaje on płodnych nasion, a materiał rozmnożeniowy stanowią pocięte karpy korzeniowe (rizomy) lub sadzonki produkowane laboratoryjnie metodą in vitro.

Zalety miskanta:

  • duży potencjał plonowania (nawet do 20-25 ton), jako roślina o szlaku fotosyntezy C4 efektywniej wykorzystuje promieniowanie słoneczne, wodę i składniki nawozowe niż nasze rośliny uprawne (z wyjątkiem kukurydzy),
  • okres użytkowania plantacji wynosi 15-20 lat,
  • możliwość wykorzystania do mechanizacji zbioru typowego sprzętu rolniczego,
  • dotychczas nie stwierdzono występowania na tej roślinie chorób ani szkodników,
  • małe potrzeby nawozowe.
Wady miskanta:
  • w naszych warunkach nie wytwarza płodnych nasion - konieczna produkcja sadzonek,
  • konieczność zabezpieczenia plantacji przed wymarzaniem w pierwszym roku po posadzeniu poprzez ściółkowanie pola słomą, liśćmi lub agrowłókniną,
  • drogie sadzonki, nawet 12-16 tys. zł/ha.
Czynnikiem zwiększającym ryzyko uprawy miskanta w naszych warunkach klimatycznych jest niebezpieczeństwo wymarzania roślin, szczególnie w pierwszym roku po założeniu plantacji. Wskazane jest odpowiednie zabezpieczenie plantacji przed szkodami mrozowymi, np. poprzez ścięcie i pozostawienie na powierzchni pola odrostów w pierwszym roku po założeniu plantacji oraz dodatkowo ściółkowanie powierzchni pola słomą [Kuś, Matyka 2010].

Pozostałe trawy

Kolejną grupę roślin wykazujących potencjalną przydatność do wykorzystania na cele energetyczne stanowią trawy. Spośród nich, oprócz powszechnie znanego miskanta, zainteresowanie budzą również:

  • spartina preriowa (Spartina pectinata),
  • proso rózgowate (Panicum virgatum),
  • palczatka Gerarda (Andropogon gerardi),
  • mozga trzcinowata (Phalaris arudinacea).
Pierwsza z wymienionych traw należy do gatunków o typie fotosyntezy C3, czyli takim samym jaki występuje u zdecydowanej większości rodzimych gatunków roślin. Mozga trzcinowata jest dość powszechnie uprawiana na cele energetyczne w krajach skandynawskich. W ramach doświadczeń prowadzonych w IUNG-PIB w Puławach uprawiano szwedzką odmianę tej trawy o nazwie "Bamse". W warunkach krajowych, w zależności od częstotliwości zbioru (1 lub 2 pokosy w roku) odmiana dawała plon ok 10-15 t s.m./ha. W związku z tym wstępne wyniki doświadczeń agrotechnicznych wskazywały na dużą przydatność tego gatunku jako źródła biomasy, głównie ze względu na zadowalające plony i łatwość uprawy. Niestety jednak badania przydatności biomasy mozgi do spalania jednoznacznie wyeliminowały jej zastosowanie, co wynikało głównie ze słabej jakości jako paliwa wynikającej z dużej zawartości m.in. popiołu, azotu i chloru.

Pozostałe trawy, to rośliny o typie fotosyntezy C4. Charakteryzują się one bardzo intensywnym wzrostem i znacznie mniejszymi wymaganiami wodnymi, jednak aby ujawnić swój potencjał produkcyjny potrzebują wyższych temperatur. Wymienione trawy typu C4 znajdują się w chwili obecnej we wstępnej fazie badań, których wyniki wskazują, że mogą one dawać zadowalające plony biomasy.

Plantacje produkcyjne tych roślin można zakładać zarówno poprzez wysiew nasion, jak i wysadzanie ukorzenionych sadzonek.

Możliwa jest także produkcja sadzonek poprzez podział karpy.

Wstępne obserwacje wskazują, że początkowa obsada roślin na plantacji, w zależności od gatunku i jakości gleby, powinna wynosić 10 000-20 000 szt./ha, natomiast plon biomasy z tych roślin zbiera się corocznie.

Byliny wieloletnie Ślazowiec pensylwański

Ślazowiec nazywany również sidą od nazwy łacińskiej Sida hermaphrodita lub określany niepoprawnie malwą pensylwańską albo malwą wirgińską, pochodzi z Ameryki Północnej. W Polsce gatunek ten znany jest od ok. 50 lat, gdy w AR Lublin podjęto badania nad możliwością jego uprawy na paszę. W ostatnim okresie ślazowiec jest traktowany jako cenna roślina energetyczna.

Ślazowiec jest rośliną wieloletnią o okresie użytkowania 15-20 lat, której plon stanowią jednoroczne pędy (10-30 na roślinie) zasychające jesienią, o wysokości 200-400 cm i średnicy 5-30 mm. Na wierzchołku pędów osadzone są kwiatostany złożone z drobnych kwiatów o białych płatkach, kwitnące od lipca do września. Kwiaty ślazowca stanowią dobry pożytek dla pszczół. W każdym dojrzałym owocu występuje 5-8 bardzo drobnych nasion o barwie od jasno- do ciemnobrązowej, których masa 1000 szt. wynosi 3-4 g.

Zalety ślazowca:

  • zbiór od późnej jesieni do wiosny przy wilgotności biomasy 20-30%,
  • mała zawartość popiołu i składników mineralnych (N, K, Cl), stąd mały wynos składników nawozowych z plonem,
  • możliwość wykorzystania do zbioru typowych maszyn rolniczych (sieczkarnie polowe),
  • możliwość uprawy na słabszych glebach.
Wady ślazowca:
  • niska zdolność kiełkowania nasion spowodowana twardością okrywy powoduje, że polowa zdolność wschodów nawet w sprzyjających warunkach nie przekracza 30-40%, stąd konieczność produkcji rozsady lub sadzonek korzeniowych;
  • duża podatność na choroby korzeni i podstawy łodyg
- fuzariozy, zgnilizna twardzikowa oraz liści powodowane przez grzyby Colletotrichum, Phoma i Borytis.

Ślazowiec jest odporny zarówno na mrozy i przymrozki, jak również na susze. Jest natomiast wrażliwy na choroby i wymaga dość intensywnej ochrony chemicznej.

Z badań przeprowadzonych w IUNG-PIB wynika, że na wielkość plonu ślazowca wpływała przede wszystkim obsada roślin. Przy obsadzie 10 tys./ha roślin, średni plon suchej masy ślazowca wynosił około 9,5 t/ha. Natomiast przy obsadzie 20 tys. roślin na ha plon wahał się od 16,4 do 18,0 t/ha, w zależności od gleby [Kuś, Matyka 2010].

Topinambur

Topinambur, podobnie jak słonecznik zwyczajny, należy do rodziny astrowatych (Asteraceae) i ze względu na obecność podziemnych bulw roślina ta miała być wykorzystywana cele paszowe, czego jednak nie udało się upowszechnić. Dlatego przed kilkoma laty pojawiła się idea wykorzystania nadziemnej biomasy topinamburu jako paliwa wykorzystywanego do spalania. Plantacje tej rośliny można zakładać z bulw przy pomocy typowej sadzarki do ziemniaków, a gęstość sadzenia powinna wynosić 0,7-1 m miedzy rzędami i 0,5-0,6 m w rzędach.

Wyniki przeprowadzonych doświadczeń wskazują, że plon suchej masy tej rośliny jest dość niski, co świadczy o jej słabszej przydatności do wykorzystania na cele energetyczne w stosunku do innych roślin. Topinambur może być jednak potencjalnie przydatny jako surowiec do produkcji kiszonek wykorzystywanych w biogazowniach.

Może to być interesujący kierunek wykorzystania, szczególnie w przypadku zbioru części nadziemnej i bulw.

Podsumowanie

Przedstawiona charakterystyka wybranych gatunków roślin potencjalnie przydatnych do uprawy na cele energetyczne wskazuje, że istnieją duże możliwości w zakresie ich doboru do warunków glebowych, posiadanego w gospodarstwie wyposażenia oraz sposobu zagospodarowania biomasy. Niemniej jednak produkcja rolnicza na cele energetyczne jest w inicjalnej fazie rozwoju i należy oczekiwać, że w kolejnych latach mogą pojawić się inne rośliny przydatne do uprawy na cele energetyczne. Podejmując jednak decyzję o założeniu plantacji z takim przeznaczeniem, bezpieczniej jest opierać się na gatunkach, które zostały poddane przynajmniej wstępnej ocenie w polskich warunkach.

Szczególnie ostrożnie należy podchodzić do informacji o nowych roślinach charakteryzujących się bardzo wysokimi plonami i dużą łatwością uprawy, ponieważ tego typu informacje rzadko znajdują potwierdzenie w warunkach produkcji polowej.

Literatura

Fillion M., Brisson J., Teodorescu T.I. 2009 : Performance of Salix viminalis and Populus nigra x Populus maximowiczii in short rotation intensive culture under high irrigation. Biomass and Bioenergy, 33, 1271-1277.

Karwowska-Marska E. 2007: Topole z plantacji jako surowiec energetyczny. Wokół energetyki, 2, 56-60.

Khanna M, Dhungana B, Clifton-Brown J. 2008: Costs of producing miscanthus and switchgrass for bioenergy in Illinois. Biomass and Bioenergy, 32, 482-93.

Kuś J. 2003: Prognozowanie zmian w zasiewach w świetle planowanego wzrostu powierzchni uprawy roślin na cele energetyczne. Wieś Jutra, 3, 50-52.

Kuś J., Matyka M. 2010: Uprawa roślin na cele energetyczne. Instrukcja upowszechnieniowa, 179. Puławy, IUNG-PIB, 64.

Mc Kenzie F., Sellers G., Martin P. 2008: Willow (Salix viminalis) short rotation coppice (SRC) as a potential biomass energy crop in Orkney. Biomass and Energy Crops Part III. Aspects of Applied Biology, 90, 61-66.

Sulima P., Przyborowski A.J., Stolarski M. 2006: Ocena przydatności wybranych gatunków wierzby do celów energetycznych. Fragmenta Agronomica, 3, 290- 299.

Szczukowski S., Kościk B., Kowalczyk-Juśko A., Tworkowski J. 2006: Uprawa i wykorzystanie roślin alternatywnych na cele energetyczne. Fragmenta Agronomica, 3, 300-315.

Turley D.B. 2008: Technology and policy requirements in the driver towards improving bioenergy efficiency. Biomass and Energy Crops Part III. Aspects of Applied Biology, 90, 3-10.

Zajączkowski K. 2007: Robinia akacjowa jako roślina energetyczna. Wokół energetyki, 10, 30-33.

Podobał się artykuł? Podziel się!

MULTIMEDIA

×

WSZYSTKIE KOMENTARZE (1)

  • www.zagajniktopoli.pl 2015-07-10 16:05:15
    ja polecam topolę hybrydową (szybkorosnącą) również, bo ma szersze zastosowanie niż wierzba czy inne typowo energetyczne rośliny
ZOBACZ WSZYSTKIE KOMENTARZE

PISZESZ DO NAS Z ADRESU IP: 54.198.86.28
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin serwisu

Drodzy Użytkownicy!

W związku z odwiedzaniem naszych serwisów internetowych przetwarzamy Twój adres IP, pliki cookies i podobne dane nt. aktywności lub urządzeń użytkownika. Jeżeli dane te pozwalają zidentyfikować Twoją tożsamość, wówczas będą traktowane jako dane osobowe zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady 2016/679 (RODO).

Administratora tych danych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod tym linkiem.

Jeżeli korzystasz także z innych usług dostępnych za pośrednictwem naszych serwisów, przetwarzamy też Twoje dane osobowe podane przy zakładaniu konta, rejestracji na eventy, zamawianiu prenumeraty, newslettera, alertów oraz usług online (w tym Strefy Premium, raportów, rankingów lub licencji na przedruki).

Administratorów tych danych osobowych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz również w Polityce Prywatności pod tym linkiem. Dane zbierane na potrzeby różnych usług mogą być przetwarzane w różnych celach, na różnych podstawach oraz przez różnych administratorów danych.

Pamiętaj, że w związku z przetwarzaniem danych osobowych przysługuje Ci szereg gwarancji i praw, a przede wszystkim prawo do sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych. Prawa te będą przez nas bezwzględnie przestrzegane. Jeżeli więc nie zgadzasz się z naszą oceną niezbędności przetwarzania Twoich danych lub masz inne zastrzeżenia w tym zakresie, koniecznie zgłoś sprzeciw lub prześlij nam swoje zastrzeżenia pod adres odo@ptwp.pl.

Zarząd PTWP-ONLINE Sp. z o.o.

Zgłoś swoje propozycje zmian!


Dziękujemy za współpracę!