logo SPU
Slovenská poľnohospodárska univerzita, Nitra

Tr. A.Hlinku 2, 949 76 Nitra
tel.: ++421 37 6508257

Technická univerzita, Košice
 
 


Fytopalivo z ornej pôdy

Podmienky hospodárenia na poľnohospodárskej pôde sa na Slovensku v súčasnosti dosť rýchlo menia. Jednou z možných alternatív využitia poľnohospodárskej pôdy, ktorú z rôznych dôvodov, vrátane ekonomických, nie je možné využívať na výrobu potravín, je produkcia biomasy na výrobu energie.

Poľnohospodársku biomasu využiteľnú na výrobu energie tvoria hlavne :

  • rastliny pestované špeciálne na výrobu energie,
  • zvyšky plodín pestovaných pre humánnu výživu a kŕmenie zvierat,
  • drevný odpad z ovocných sadov a viníc,
  • exkrementy hospodárskych zvierat (výroba bioplynu).

Túto biomasu je možné energeticky využiť nasledovnými základnými spôsobmi:

  • priamym spaľovaním, za vzniku tepla, s cieľom získavania pary alebo horúcich plynov,
  • spracovaním na kvalitnejšie palivá, tzv. fytopalivá vo forme peliet alebo brikiet,
  • extrakciou rastlinných olejov pre výrobu bionafty,
  • anaeróbným spracovaním na bioplyn,
  • fermentáciou na alkoholové palivá.

Na ornej pôde je možné pestovať napr. repku olejnú na výrobu bionafty, prípadne biomasu na výrobu bioplynu. Tieto možnosti sú technicky doriešené, avšak v súčasnom ekonomickom prostredí zatiaľ v praxi ešte ťažko realizovateľné. V súčasnom období sa javí ako reálnejšie pestovať na ornej pôde plodiny, ktoré by bolo možné po ich zbere a následnej jednoduchej mechanickej úprave priamo spaľovať. Takto získané teplo by bolo možné využiť nielen na poľnohospodárskom podniku na vykurovanie výrobných a administratívnych priestorov, ale hlavne na vidieku napríklad aj na vykurovanie škôl, obecných úradov a bytových domov. Poľnohospodárom sa teraz ponúka ekonomicky reálna možnosť produkovať biomasu rastlinného pôvodu určenú na získanie energie s minimálnym dopadom na životné prostredie.

Rastlinnú biomasu je možné rozdeliť na dendromasu (dreviny) a fytomasu ( hlavne jednoročné, ale aj viacročné rastliny pestované na ornej pôde). Niektorí autori zaoberajúci sa problematikou alternatívnych zdrojov energie propagujú využívanie dendromasy ( napr. vŕba, topoľ, agát biely). Rýchlo rastúce dreviny sa v niektorých krajinách ako zdroj energie už využívajú. Ako energetické rastliny sa môžu na ornej pôde pestovať napr. konope, amarantus, cirok a iné.

V súvislostiach, ktoré už boli naznačené v úvodnej časti tohto príspevku v súčasnosti považujeme v našich podmienkach za aktuálnejšie a racionálnejšie na výrobu biomasy využívať jedno, alebo viacročné plodiny pestované na ornej pôde. Získavanie biomasy z jedno a viacročných plodín je v porovnaní s pestovaním rýchlorastúcich drevín jednoduchšie aj z hľadiska dostupnej mechanizácie. Na všetkých poľnohospodárskych podnikoch je technika potrebná na pestovanie a zber poľných plodín a na mnohých podnikoch sú vybudované, dnes už málo využívané, linky na tvarovanie krmív. Tieto sa dajú využiť aj na tvarovanie peliet fytopalív. Výhodou je, že projekty zamerané na využívanie biomasy na energetické účely sú finančne podporovateľné z fondov Európskej únie.

Najdostupnejším a najrozšírenejším materiálom dopestovaným na ornej pôde, ktorý je vhodný na spaľovanie v splynovacích kotloch je slama obilovín a olejnín (tab.1). Na Slovensku sa vyprodukuje ročne 3 až 3,5 mil. ton obilia a približne také isté množstvo slamy. Podľa viacerých zdrojov približne jedna tretina slamy sa na poľnohospodárskych podnikoch nevyužíva a mohla by sa použiť na energetické účely. Porovnanie výhrevnosti niektorých fosílnych palív a slamy je uvedené v tab.2.

Tab. 1: Cena a hektárová úroda niektorých plodín podľa situácie v r.2002.

Plodina

Cena zrna, /semena/

Sk/t

Úroda

Zrno /semeno/,

t/ha

Slama,

t/ha

Rastl.hmota spolu, t/ha

Pšenica

4500

4,0

4,0

8,0

Jačmeň /kŕmny/

3800

3,0

3,0

6,0

Raž

4250

2,5

3,25

5,25

Kukurica

4000

5,0

5,0

10,0

Slnečnica

9350

1,8

7.7

9,5

Repka ozimná

7800

2,0

4,0

6,0

Tab. 2: Výhrevnosť niektorých druhov palív.

Druh paliva

Výhrevnosť

Cena paliva 1)

Cena 1 MJ energie, Sk

Zemný plyn

33,5 MJ/m3

7,79 2) Sk/m3

0,233

Peletované fytopalivo

18,3 MJ/kg

3,0 Sk/kg

0,164

Hnedé uhlie

15,0 3) MJ/kg

2,0 Sk/kg

0,133

Čierne uhlie

26,0 3) MJ/kg

3,0 Sk/kg

0,115

Palivové drevo pri vlhkosti 20%

14,23 MJ/kg

1,50 Sk/kg

0,105

Slama obilovín

15,5 MJ/kg

do 1,0 Sk/kg 4)

do 0,065

Slama repky ozimnej

17,5 MJ/kg

- -

1) - aktuálna v dec.2003
2)
- cenová tarifa SPP MD3 (maloodber, domácnosť s vykurovaním),
3) - podľa kvality,
4) - podľa veľmi rozdielnych vnútropodnikových cien.

Nevýhodou slamy je jej nízka hustota a z toho vyplývajúca veľká náročnosť na skladovacie priestory. Slama sa z poľa bežne zberá samozberacími vozmi (pri dopravnej vzdialenosti do 3 km) alebo zberacími lismi (pri dopravnej vzdialenosti do 15 až 20 km). Zo spôsobu zberu vyplýva aj spôsob skladovania a ďalšej manipulácie s týmto materiálom. V súčasnosti sú vyvinuté a používajú sa kotle na spaľovanie voľne uloženej aj balíkovanej slamy. Využitie tejto slamy na spaľovanie si v takomto prípade nevyžaduje jej žiadnu úpravu. Takéto riešenie však predpokladá vybudovanie a prevádzkovanie centrálnej kotolne s vysokým tepelným výkonom a využívanie tepla veľkým spotrebiteľom, prípadne veľkým množstvom menších spotrebiteľov. Toto je však na Slovenskom vidieku ťažšie realizovateľné. Preto sa zdá vhodnejšie slamu tvarovať na pelety a tieto dodávať jednotlivým, menším spotrebiteľom. V tomto prípade by mohla byť slama zberaná z poľa aj pomocou zberacích rezačiek. Spotreba energie na výrobu peliet sa pohybuje iba okolo 5 % ich vlastného obsahu energie. Situáciu komplikujú iba nutné investičné náklady na tvarovaciu linku. Ak predpokladáme výkonnosť tvarovacej linky 1 t/h, tak pri jednosmennej prevádzke môžeme uvažovať s tým, že linka ročne (300 pracovných dní) spracuje 2 100 ton obilnej slamy, ktorá sa urodí na 525 hektároch. Teplom získaným spálením tejto slamy sa dá vykúriť približne 420 rodinných domov.

Základným predpokladom využívania biomasy na výrobu tepelnej energie je ekonomická výhodnosť takto získanej energie. V prípade pestovania hustosiatych obilovín, ktoré sú na Slovensku v súčasnosti pestované na 55 % ornej pôdy, môžeme predpokladať priemernú hektárovú úrodu 4 tony. Ak predpokladáme vo vyprodukovanej hmote 50 % - ný podiel slamy, sú to 4 tony slamy z jedného hektára. Ak z tejto slamy vyrobíme pelety s výhrevnosťou 15,5 GJ/t získame 62,0 GJ energie z hektára. Cena 1 tony slamy sa v súčasnosti pohybuje do 1000 Sk/t. To znamená, že 1 GJ takto získanej energie stojí výrobcu / bez nákladov na tvarovanie slamy/ 64,50 Sk. Cena 1 GJ energie zo zemného plynu, ktorý má výhrevnosť 33,5 MJ/m3, je pre maloodberateľa 233,0 Sk. Jedna tona perspektívneho štandardizovaného biopaliva vo forme peliet so zaručenou výhrevnosťou 17,0 až 19,6 MJ/kg stojí okolo 3000 Sk, 1 GJ energie z takéhoto paliva pri priemernej výhrevnosti 18,3 GJ/t potom stojí spotrebiteľa približne 163,90 Sk, čo je asi 70% z ceny energie zo zemného plynu pre maloodberateľov.

V SR máme oproti vyspelým krajinám EÚ veľké rezervy vo využití biomasy ako v komunálnej energetike, tak aj v domácnostiach, priemysle a poľnohospodárstve. Súčasné nové ekonomické podmienky hospodárenia dávajú prvýkrát našim poľnohospodárom reálnu príležitosť vyrábať a na základe zmluvných vzťahov aj predávať nosiče energie. Poľnohospodári sa môžu stať dodávateľmi biomasy na vykurovanie a výrobu teplej úžitkovej vody pre obce. Súčasne majú príležitosť draho nakupovanú energiu aspoň čiastočne nahradiť vlastnými alternatívnymi zdrojmi.

Odborníci na energetiku, sa dnes zhodujú s ekológmi a environmentalistami z mimovládnych organizácií v tom, že obnoviteľné zdroje energie sú jediné perspektívne domáce zdroje energie s minimálnym dopadom na životné prostredie. Ich využívanie môže významne prispieť k zvýšeniu zamestnanosti a k trvalo udržateľnému rozvoju regiónov.

Význam splynovania, ale aj skvapalňovania, biomasy bude rásť s rastúcou cenou fosílnych palív, so zvyšovaním  efektívnosti tohoto procesu a so zlepšovaním ekonomiky štátu. Predpokladaný vývoj cien klasických nosičov energie bude biopalivá ďalej zvýhodňovať.

Pelety fytopalív sa vyrábajú s priemerom 6,0 až 14,0 mm a dĺžkou 10,0 až 50,0 mm. Na ich výrobu sa v súčasnosti využíva hlavne odpad z drevárskeho priemyslu. Výhrevnosť peliet je porovnateľná s výhrevnosťou hnedého uhlia. Spaľovaním fytopalív vzniká veľmi malé množstvo popola, ktorý je výborným fosforečno-draselným hnojivom. Pelety sa dodávajú balené vo vreciach alebo voľne uložené.

Využívanie biomasy na výrobu tepelnej energie spaľovaním je dnes z ekonomického hľadiska výhodné už nielen v centrálnych kotolniach, ale aj v individuálnych kotloch rodinných domov. V mnohých lokalitách môže byť výhodné zásobovanie rodinných domov štandardizovanými biopalivami nakupovanými v miestnom centrálnom sklade.

Na spaľovanie biomasy nie sú vhodné kotly na spaľovanie uhlia a preto sa používajú kotly, ktoré sa nazývajú splynovacie. Tieto majú špeciálne upravené ohnisko.

Celoročná zásoba peliet potrebná na vykúrenie rodinného domu má objem asi 8 m3 a hmotnosť 5 ton. Môže byť uskladnená v osobitnej miestnosti, alebo v zásobníku priamo v dome, prípadne v jeho blízkosti. Zásobník môže byť plnený pneumaticky z cestného prepravníka. Skladovacie priestory musia byť suché, bez zvýšenej vzdušnej vlhkosti. Pri používaní peliet sa dá dosiahnuť minimálna náročnosť, až automatizácia, obsluhy celého systému vykurovania. Zo zásobníka môžu byť pelety pomocou závitovkového dopravníka automaticky podávané priamo do kotla na základe údajov izbového termostatu.

ZÁVER

Energetické využitie biomasy, vrátane biomasy získanej na ornej pôde, je ekologickým prínosom z hľadiska znižovania emisií SO2, NOx a CO2. Vzhľadom na nutnosť znižovania ekologickej záťaže SR a tiež aj vzhľadom na neustále rastúce ceny fosílnych palív je možné konštatovať, že biomasa sa už dnes stáva jedným z palív, ktoré je výhodné používať.

Pestovanie poľných plodín na energetické účely môže byť perspektívny a zaujímavý výrobný program pre poľnohospodárov, zabezpečujúci pracovné príležitosti pre obyvateľov vidieka. Spotrebu tepelnej energie obcí je možné vykrývať úplne, alebo z veľkej časti, z miestnej biomasy dopestovanej na voľnej poľnohospodárskej pôde a spracovanej do peliet.

Biomasa bola rozhodujúcim zdrojom energie na našom vidieku približne do 40 – tych rokov 20. storočia. Súčasné ekologické a ekonomické podmienky vytvárajú predpoklady na opätovné širšie využívanie tohoto zdroja energie. Návrat k rozsiahlejšiemu využívaniu fytopalív je podporený v súčasnosti už veľmi dobre technicky vyriešenými kotlami na ich spaľovanie.

Orientácia na získavanie energie z biomasy môže prispievať k rozvoju regiónov a k diverzifikácii činnosti vo vidieckom priestore.

Využitie biomasy ako zdroja energie si však vyžaduje aktívnu a pružnú spoluprácu rezortov pôdohospodárstva, financií a životného prostredia a tiež našej legislatívy.

Vystavené 15. 12. 2003

Autori textu: doc. Ing. Rudolf Opáth, CSc., doc.Ing.Peter Horbaj, CSc.