Ing. Pavel Jamriška, CSc.
SCPV – Výskumný ústav rastlinnej výroby Piešťany

E-mail: jamriska@vurv.sk

 

 

PESTOVANIE PLODÍN NA ENERGETICKÉ ÚČELY

Ešte pred sto rokmi naše poľnohospodárstvo takmer nepotrebovalo nakupovať energiu. Súčasné moderné poľnohospodárstvo spotrebováva čoraz väčšie kvantá stále drahšej fosílnej energie, okrem zdražovania výroby to zhoršuje životné prostredie i podmienky pre regeneráciu pôdnej úrodnosti.

Prednosti a výhody

  • sú výhodnou alternatívou útlmu výroby, spôsobeného nadprodukciou
  • umožňujú vytvárať nové pracovné príležitosti čo môže spomaliť vyľudňovanie vidieka
  • diverzifikujú riziko v podnikaní, pomáhajú zvyšovať stabilitu v hospodárení
  • znižujú produkciu emisií i nároky na agrochemikálie, viac šetria životné prostredie
  • cenu biomasy možno spoľahlivejšie prognózovať ako cenu fosilných palív
  • možno ich pestovať na kontaminovaných pôdach a v oblastiach so zníženou možnosťou aplikáci agrochemikálií
  • môžu rozširovať diverzitu pestovaných plodín
  • ekonomický profit z nich sa väčšinou zužitkováva v mieste jeho vzniku

Úskalia a nevýhody

  • nároky na investície a technické zariadenia
  • nedostatok informácií o pestovaní, odbytové problémy s produkciou
  • nedostatky v tvorbe cien, daní a legislatívy
  • väčšina nových popr. staronových plodín sa nachádza na nízkej úrovni vyšľachtenia
  • orientácia šľachtenia tradičných plodín je vo väčšom alebo menšom rozpore s požiadavkami na nepotravové využívanie
  • pri introdukcii niektorých nových druhov môžu vzniknúť environmentálne riziká
  • mohli by konkurovať výrobe potravín a zhoršovať podmienky regenerácie úrodnosti pôdy

Najdôležitejšie požiadavky na energetické a priemyslové plodiny

  • kvalita fytomasy (sušina, obsah sacharidov, oleja, spaliteľnosť, obsah škodlivín). Ide najmä o plodiny s vysokým obsahom cukrov alebo škrobu, olejov alebo tukov, na priame spaľovanie alebo výrobu bioplynu
  • vysoké úrody s minimálnym kolísaním, efektívna konverzia slnečnej a fosílnej energie do využívaného produktu
  • minimálne problémy v pestovaní, nízke náklady
  • dobré využívanie živín a vody, odolnosť voči suchu a nepriaznivým činiteľom.

Plodiny obsahujúce cukor, škrob a iné sacharidy

Značný potenciál predstavujú obilniny, ich pestovanie na výrobu liehu má zatiaľ však negatívnu bilanciu. Takmer 80% nákladov vzniká pri samotnej výrobe etanolu. K pozitívnej bilancii by mal prispieť technologický pokrok pri fermentácii škrobu na cukor i znižovanie nákladov na pestovanie a zhodnocovanie vedľajších výrobkov, výpalkov i slamy. Rezervy v tomto smere predstavujú aj úpravy zrna pred spracovaním. Obalové vrstvy obiliek neupotrebiteľné vo výrobe liehu sa nutričnou hodnotou núkajú na využitie vo výžive ľudí alebo zvierat.

Pšenica ozimná: Možno ju pestovať takmer v každej výrobnej oblasti, má relatívne stabilné úrody a vyriešenú pestovateľskú technológiu. Má ale vyššie nároky na úrodnosť pôdy (r= +0,79), úrodu bioetanolu podmieňuje z 85% počasie a pestovateľská technológia, dôležitým je výber vhodnej odrody.

Kukurica siata: Má vysoký potenciál úrodnosti, vhodná pre výrobu liehu i škrobu, lieh možno vyrábať okrem zrna z kukuričia i zo silážovanej hmoty. Nevýhody vysoké vstupy, kolísanie úrod, riziko erózie pôdy a obmedzený areál pestovania.

Repa cukrová: Vysoký potenciál úrodnosti, nevýhody technologické problémy spracovania, vysoké nároky na vstupy, choroby, škodcovia, riziko erózie pôdy obmedzený areál využitia i potreba orientácie šľachtenia na úrodu ľahko skvasiteľného produktu.

Tritikale ozimné: Oproti pšenici má nižšie nároky na agrochemikálie i na pestovateľské prostredie (r= +0,51), na pôdach s priemernou úrodnosťou prekonáva pšenicu. Vo vhodných podmienkach bude mať význam i raž ozimná.

Cirok: Má menšie nároky na prostredie ako kukurica. Nevýhodou je obmedzený areál pestovania.

V budúcnosti najmä po vyšľachtení odrôd v ktorých obsah škrobu sa rovná obsahu amylopektinu bude mať význam aj pestovanie zemiakov popr. kŕmnej repy.

Plodiny obsahujúce oleje alebo tuky

Rudolf Diesel skúšal rastlinné oleje vo svojom motore už pred sto rokmi, v konkurencii s fosílnymi palivami však neobstáli.

Bionafta ako produkt esterifikácie mastných kyselín (MERO) sa dobre mieša s konvenčnou naftou, má asi 6 krát nižší objem skleníkových plynov. Vrátane nákladov na pestovanie sa spotrebuje na výrobu asi 20% energie konečného produktu, na každých 100 l bionafty sa pritom uvoľní 41 kg CO2. Pri ťažbe, transporte a spracovaní ropy na naftu sa spotrebuje 12,5% energie konečného produktu, do ovzdušia unikne ale až 290 kg CO2. Nevýhodami v porovnaní s bežnou naftou je nižšia energetická hodnota, pri repkovom oleji o 3% pri MERO o 7%, o 2-8% nižší výkon motora, o 5% vyššia spotreba paliva a potreba úprav na súčasne vyrábaných motoroch. Podľa odborníkov EÚ sú náklady na výrobu 1 litra bionafty toho času asi o 0,2 euro vyššie ako pri nafte z ropy.

Repka olejka ozimná: je veľmi dobrou predplodinou, má vysoký množiteľský koeficient, využíva mechanizačný park na pestovanie obilnín, nie sú problémy s finalizáciou jej úrody, na rozdiel od tradičného pestovania sú vhodné aj odrody s vysokým obsahom kyseliny erukovej. Nevýhodami sú vysoké nároky na intenzifikačné faktory i riziko zaburiňovania následných plodín.

Predpokladaná bilancia MERO:

2006

2007

2008

2009

2010

Potreba esterov v tis.t

23,8

31,6

40,9

51,9

63,1

Potreba repkových semien v tis.t

71,5

95,0

122,7

155,8

189,5

Potrebná plocha v tis.ha

28,6

38,0

49,1

62,3

63,1


Výrobná kapacita

SR má v súčasnej dobe výrobné zariadenia s celkovou kapacitou 100 tis. ton metylesteru ročne.

Slnečnica ročná: najmä odrody s vysokým obsahom kyseliny olejovej. K výhodám patria nižšie náklady na ha i tonu semena ako pri repke, vysoký obsah oleja a relatívne dobrá tolerancia sucha. Nevýhodami sú potreba dodržiavania odstupu po sebe a riziko zaburiňovania nasledujúcich plodín.

Z ostatných plodín možno na takéto využitie uvažovať s niektorými ďalšími plodinami napríklad ľanom olejným, požltom farbiarskym, ľaničníkom siatym, katránom habešským, pupalkou dvojročnou a kapustou sitinovou.

Plodiny na energetické využívanie fytomasy

V podmienkach Európy dokážu rastliny z 1 MJ slnečnej energie vytvoriť 1,2-1,4 g sušiny fytomasy, rastliny s C4 typom fotosyntézy sú efektívnejšie. Vytvorenie 1,4 g sušiny z 1 MJ slnečnej energie je považované za jedno z kritérií pre výber rastlín na využívanie vo fytoenergetike.

Fytomasu rastlín možno premieňať na energiu viacerými postupmi, najmä však priamym spaľovaním, pyrolýzou alebo splyňovaním a výrobou bioplynu.

Z tradičných plodín sú vhodné na priame spaľovanie najmä obilniny ako celé rastliny alebo len slama

Vyhovoval by širší pomer zrna k slame ako má väčšina súčasných odrôd. Zrno má nižšie spalné teplo ako slama, obsahuje viac N a pri manipulácii je zdrojom strát. Tritikale na rozdiel od ostaných obilnín dobre drží zrno pri pozberových manipuláciách až po spaľovanie. Spolu s ražou má širší pomer zrna k slame, nižšie nároky na intenzitu pestovania, a šetrnejšie pôsobenie v osevnom postupe. Okrem úrody sušiny je dôležitá vlhkosť. Hustosiate obilniny dosiahnu za priaznivých podmienok už na poli 82 – 85% obsah sušiny, kukurica len 50 – 65 %. Ich fytomasa obsahuje aj neželateľné látky, najmä dusík, draslík a chlór. Každá manipulácia zvyšuje straty i náklady.

Energetická efektívnosť spaľovania slamy je vyššia ako spaľovanie celých rastlín. Ako vedľajší produkt má nižšie náklady na zaobstarávanie, ľahšie sa skladuje a lepšie sa s ňou manipuluje. Má síce 2,3 až 3 krát nižšiu výhrevnosť ako ušľachtilé fosílne palivá ale súčasne 5 krát nižšie náklady na 1 Mj. Jeden kg má spalné teplo 14-16 MJ, až 75% hmoty sa pri spaľovaní premieňa na horľavý plyn, z toho pramenia viaceré problémy.

Na spaľovanie možno využívať slamu obilnín i repky olejky až po naplnení požiadaviek živočíšnej výroby (kŕmenie + podstielanie) a vybilancovaní deficitu organickej hmoty v pôde!!

Z ďalších plodín prichádzajú do úvahy: hybrid ciroku sudánskeho Hyso, z tráv najmä kostrava trsteníková, ovsík obyčajný, psinček obrovský, trsť obyčajná (rákos), chrastnica trsteníkovitá a vhodné druhy stoklasov. Z netradičných plodín možno spomenúť jednoročný láskavec a slez kŕmny alebo praslenatý, z viacročných najmä ozdobnicu čínsku, krídlatku, štiavec kŕmny Uteuša, silfium zrastenolisté ale i jastrabinu, komonicu, ranostaj i rozmanité buriny. Z rýchlo rastúcich drevín vŕby, topole a agáty.

Pyrolýza alebo splyňovanie: je využívaná najmä v chemickom priemysle, rekuperáciou umožňuje dosahovať vyššiu ako 90% energetickú výťažnosť procesu. Okrem obilnín prichádzajú do úvahy na takéto využívanie aj ďalšie plodiny.

Výroba bioplynu: V anaeróbnych podmienkach mikroorganizmy rozkladajú organický odpad alebo fytomasu rastlín na plyn. V Asýrii využívali tento proces už pred 3000 r. Až 90% energie z biomasy sa konvertuje do bioplynu, 5-7% spotrebujú mikroorganizmy, straty v reakčnom teple predstavujú 3-5%. Z kilogramu biomasy možno získať 10 000-16 000 kJ energie. Mimoriadne perspektívnou na výrobu bioplynu môže byť kukurica zvlášť hybridy s vysokými úrodami fytomasy. Optimálna výťažnosť metánu sa dosahuje pri sušine 31-34%, na konci voskovej zrelosti pokles. V Nemecku už šľachtia hybridy na takéto využívanie, silážovaním možno vytvárať zásoby na plynulú prevádzku zariadení, v kombinácii s ostatnými odpadmi alebo len z fytomasy. Ďalšími vhodnými plodinami by mohli byť ciroky, z krmovín i lucerna a z ďalších krídlatka, láskavec i topinanmbur.

Zvláštnosti, ktoré treba zohľadňovať na Slovensku

  • Obmedzená výmera ornej a poľnohospodárskej pôdy, s tendenciou klesania.
  • 23% územia sa nachádza v chránených oblastiach, vrátane ochranných pásiem, z  čoho 352 296 ha tvorí poľnohospodárska pôda.
  • Vodnou eróziou je ohrozovaných takmer 600 000 ha, veternou eróziou 390 000 ha, asi 700 000 ha vykazuje príznaky utlačenia pôdy, takmer 450 000 ha je vystavených účinku emisií, z nich asi 150 000 ha vykazuje vysokú úroveň, kontaminácie 30 000 ha, z toho s nadlimitnou úrovňou (Bielek, Šurina, 1995).
  • Napriek malej rozlohe je podnebie výrazne ovplyvňované členitosťou, najmä nadmorskou výškou a typom reliéfu. Agroekologickú rozmanitosť v tomto smere zmnožuje rôznorodosť pôdnych substrátov.
  • V porovnaní s ČR, PR a MR máme nižší podiel úrodných i vysokoúrodných pôd, naopak viac ako 1/3 patrí do kategórií menej produkčných až nevhodných.
  • Na rozdiel od EÚ, došlo v našich podmienkach k prerušeniu nadväznosti prvovýroby na liehovary popr. iné priemyselné aktivity, na rozdiel od EÚ však došlo k nárastu podnikateľov v prvovýrobe.
  • Každý región, by mal mať stratégiu zodpovedajúcu agroekologickým podmienkam, ktorá by umožňovala využívanie pôdy rôznorodými spôsobmi.
  • Slovensko je veľmi chudobné na zdroje fosílnej energie, iba 10 % vyrábanej energie je z vlastných zdrojov. Cena energie bude stúpať úmerne s klesaním jej zásob. Existujú pritom reálne predpoklady, že potreba energie v našom poľnohospodárstve by mohla byť aj prispením energetických plodín, prakticky pokrytá energiou z obnoviteľných zdrojov.

Pestovanie plodín na nepotravinárske využitie má nadväzovať na rastlinnú výrobu a okolitú krajinu

V nadväznosti na rastlinnú výrobu zohľadňovať: ochranu pôdy pred eróziou, systémy striedania plodín a obrábania pôdy ,úroveň intenzity hospodárenia, hnojenie a ochranu rastlín, časové rozloženie nárokov na pracovné sily a mechanizačné zariadenia, možnosti diverzifikácie finalizácie úrody a znižovania rizika v podnikaní, využívanie pôdy určenej na úhorenie.

V nadväznosti na okolitú krajinu prispievať: k využívaniu produkčného potenciálu prostredia a krajiny, k trvale udržateľnému rozvoju poľnohospodárskeho využívania krajiny, k harmonizácii s  okolitou krajinou, efektívnejšiemu kolobehu živín, k zachovaniu popr. vytváraniu intaktných biotopov, k obmedzovaniu ekologických rizík najmä pri novo introdukovaných druhoch.

Kde by sa mali pestovať plodiny na nepotravinárske využívanie

  • v marginálnych oblastiach, kde dochádza k úniku od pôdy
  • v emisne zaťažených oblastiach a na kontaminovaných pôdach, kde je výroba potravín a krmovín zo  zdravotných dôvodov riziková a pôdu možno poľnohospodársky využívať (150 – 450 tisíc ha)
  • v pásmach hygienickej ochrany vodných zdrojov, kde je podstatne obmedzené používanie hnojív a ostatných agrochemikálií
  • v enklávach prírodných rezervácií a národných parkov, kde sú podobné obmedzenia (352 tisíc ha poľnohospodárskej pôdy)
  • v najúrodnejších oblastiach pôjde predovšetkým o alternatívne využívanie nadprodukcie tradičných plodín na nepotravinárske účely (obilie – lieh, spaľovanie; repka - najmä MERO; kukurica- bioplyn, lieh; slama – vykurovanie a pod.). V rámci úhorenia budú zrejme aj tu pestované plodiny s vysokým ekonomickým efektom. Najväčšie uplatnenie v týchto oblastiach však budú mať v  okrajovej vegetácii, pri obmedzovaní veternej erózie popr. ozelenení výsypiek, asanácii kontaminovaných lokalít a pod.

Sociálne a sociologické aspekty pestovania nepotravinárskych plodín

  • znižovanie závislosti hospodárenia na výkyvoch počasia a trhu
  • nepotravinárske využívanie tradičných plodín prispieva k stabilizácii ich plôch
  • odbyt produktov, ktoré by sa ináč nedali uplatniť
  • stabilizácia a rozvoj cukrovarníckeho a liehovarníckeho priemyslu, oblastných teplární prispeje k stabilizácii pracovných síl v regiónoch
  • platby za energiu a suroviny na konto podnikov môžu pomôcť udržiavať poľnohospodársku činnosť v marginálnych oblastiach
  • posilnenie potravinovej bezpečnosti
  • zníženie závislosti na dovoze ropy.

 

Vystavené: 24.10. 2006