ZEM ĚDĚLSKÁ TECHNIKA A BIOMASA 2006

2006

4

ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA

A BIOMASA 2006

Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha

Zemědělská technika a biomasa 2006 (Sborník přednášek)

Listopad 2006

Záměr semináře Příspěvky jsou zaměřeny na současný stav i perspektivy využití záměrně pěstované, zbytkové i odpadní biomasy, na technologické systémy a ekonomiku pěstování a využití biomasy pro energetické a průmyslové účely a na význam podpor a dotací pro další rozvoj této oblasti. Odborný garant: Ing. David Andert, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel. 233022225, 731784516 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected] Organizační garant: Ing. Zdeněk Abrham, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel. 233022399, 731615041 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

Seminář byl uspořádán s finanční podporou MZe ČR na základě pokynu MZe č.j. 47468/2005-13020 k realizaci projektu „Odborné semináře v roce 2006“. ©

Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2006 ISBN 80-86884-15-5

OBSAH Úvodní slovo k semináři „Zemědělství jako významný producent obnovitelných zdrojů energie“ ................................................................................................................................. 7 Ing. Marek Světlík Ministerstvo zemědělství, ČR

ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA A RACIONÁLNÍ VYUŽITÍ BIOMASY .......................................... 9 Z.Pastorek Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha

TUHÁ BIOPALIVA - EKONOMIKA A KONKURENCESCHOPNOST .................................. 11 Z.Abrham, M. Kovářová Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha

SPALOVÁNÍ TRAVIN.................................................................................................................. 15 D.Andert1), D. Juchelková2), J. Frydrych3) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2) VŠB –TU Ostrava 3) OSEVA PRO, Výzkumná stanice travinářská, Zubří 1)

OŠETŘOVÁNÍ TRVALÝCH TRAVNÍCH POROSTŮ V HORSKÝCH A PODHORSKÝCH OBLASTECH MULČOVÁNÍM .................................................................................................... 20 D.Andert, V. Mayer Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

ODPADNÍ DŘEVO ZE SADŮ A VINIC JAKO SUROVINA PRO VÝROBU BIOENERGETICKÝCH PRODUKTŮ ........................................................................................ 23 P. Burg Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

VYUŽITÍ MULČOVAČŮ PŘI ÚDRŽBĚ TRAVNÍCH POROSTŮ NA ZEMĚDĚLSKY NEVYUŽÍVANÝCH PLOCHÁCH ................................................................................................ 27 P. Burg, P. Zemánek Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

VÝVOJ KOTLE NA OBILNOU SLÁMU O VÝKONU 1000 KW ................................................ 30 B. Čech1), S. Kraml2), J. Matoušek1) 1) VŠB –TU Ostrava 2) TENZA a.s. Brno

VÝZKUM ENERGETICKÝCH TRAV ........................................................................................ 33 J. Frydrych1), D. Andert2), D. Juchelková3) 1) OSEVA PRO, Výzkumná stanice travinářská, Zubří 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 3) VŠB –TU Ostrava

TRAVNÍ SMĚSI A BIOPLYN ....................................................................................................... 36

I.Gerndtová, D.Andert Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

STROJNÍ VYBAVENÍ PRO VÝROBU ŠTĚPKY A ZPRACOVÁNÍ DŘEVNÍHO ODPADU ................................................................................................................. 41 T. Hamšík Codet s.r.o., Brno

EKONOMIKA VÝMLADKOVÝCH PLANTÁŽÍ A CENA BIOMASY ...................................... 45 K. Havlíčková 1), J.Knápek, J. Vašíček 2) 1) Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, 2) České vysoké učení technické v Praze, FEL,

NORMOVÁNÍ A POSTUPY K ZAJIŠTĚNÍ JAKOSTI TUHÝCH PALIV NA BÁZI BIOMASY................................................................................................................... 50 P. Jevič, Z. Šedivá, P. Hutla Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha

ENERGETICKÉ OBILÍ - MOŽNOSTI A PŘEDPOKLADY UPLATNĚNÍ JAKO TUHÉ PALIVO .................................................................................................................. 58 P. Jevič1), Dubrovin, V. O.2), Malaťák, J.3) 1) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2) NAUU (National Agricultural University of Ukraine), Kyjev, Ukrajina 3) ČZU, Technická fakulta, Praha

VÝSLEDKY ČERPÁNÍ PODPOR V ZEMĚDĚLSTVÍ ČR ZA ROK 2005 ..................................... 65 A. Juřica Výzkumný ústav zemědělské ekonomiky Praha

ANAEROBNÍ FERMENTACE SMĚSNÝCH MATERIÁLŮ ........................................................ 69 J. Kára, Z. Pastorek, I. Hanzlíková Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

LABORATORNÍ MĚŘENÍ VÝNOSU PÍCNIN KAPACITNÍ METODOU ............................... 76 J. Kmoch, F. Kumhála, Z. Kvíz, V. Prošek Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta

ZAKLÁDÁNÍ, PRŮBĚH A ŘÍZENÍ KOMPOSTOVACÍHO PROCESU PROBÍHAJÍCÍHO NA VOLNÉ PLOŠE ........................................................................................ 79 M. Kollárová, P. Plíva Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

HODNOCENÍ POVRCHOVÉHO ODTOKU VODY NA TRAVNÍCH POROSTECH ................... 84 P. Kovaříček, D. Andert, R. Šindelář1), J. Frydrych2) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2) OSEVA PRO, Zubří; 1)

MOŽNOSTI VYUŽITÍ DŘEVNÍ ŠTĚPKY V PROCESU KOMPOSTOVÁNÍ ............................... 88 P, Kulík, P. Burg Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

TRVALÉ TRÁVNE PORASTY AKO MULTIFUNKČNÝ ZDROJ ROZVOJA HORSKÝCH REGIÓNOV............................................................................................................ 92 M. Kunský (1), Ľ. Gonda (1), J. Gaduš (2) (1) Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva - B. Bystrica (2) Slovenská poľnohospodárska univerzita – Nitra

PRAKTICKÉ ZKUŠENOSTI SE SPALOVÁNÍM ALTERNATIVNÍCH PELET .......................... 97 Z. Lyčka LING Krnov s.r.o.

KOMPOSTOVÁNÍ VINNÉHO RÉVÍ S TRAVNÍ HMOTOU ..................................................... 100 O. Mužík, V. Scheufler, P. Plíva, A. Roy Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

VYUŽITIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASY NA ENERGETICKÉ ÚČELY A MOŽNOSTI JEJ NÁHRADY ................................................................................................ 103 Š. Pepich Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky, Rovinka, Slovensko

ENERGETICKÉ ROSTLINY – VÝZNAMNÝ ZDROJ ENERGIE ............................................... 108 V. Petříková CZ Biom

ZKUŠENOSTI S VÝSTAVBOU A PROVOZEM BIOPLYNOVÝCH STANIC ............................................................................................................................. 114 R. Řeháček Tomášek SERVIS s.r.o.

BIOBUTANOL - ALKOHOL NAHRAŽUJÍCÍ BENZIN .............................................................. 118 V. Sladký Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

VLASTNOSTI TOPNÝCH BRIKET Z BIOMASY TRAVNÍCH POROSTŮ ....................................... 123 J. Slavík1), P. Hutla2), M. Pastorek2) 1) Česká zemědělská univerzita v Praze 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky

MANIPULACE A MÍSTNÍ DOPRAVA BALÍKOVANÉ SLÁMY II – HRANOLOVITÉ BALÍKY ..................................................................................................................................... 128 Jiří Souček Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

PĚSTOVÁNÍ A MOŽNOSTI ENERGETICKÉHO A DALŠÍHO VYUŽITÍ LESKNICE RÁKOSOVITÉ (PHALARIS ARUNDINACEA L.) .................................................... 132 Z. Strašil 1), P. Hutla 2) 1) Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha

PŘÍPRAVA BIO MATERIÁLŮ S ŘÍZENOU PÓROVITOSTÍ ..................................................... 141 J. Trávníčková-Andertová, I. Zedníková, J. Havrda Vysoká škola chemicko-technologická Praha

TYPOLOGIE STANOVIŠŤ A RAJONIZACE KLONŮ RYCHLE ROSTOUCÍCH DŘEVIN K ENERGETICKÉMU VYUŽITÍ PRO EFEKTIVNÍ PĚSTOVÁNÍ VÝMLADKOVÝCH PLANTÁŽÍ ............................................................................................... 144 J. Weger VÚKOZ Průhonice – odd. fytoenergetiky

VÝVOJ OBNOVY POĽNOHOSPODÁRSKEJ TECHNIKY V SLOVENSKEJ REPUBLIKE ZA POSLEDNÝCH 12 ROKOV ............................................................................ 149 F. Zacharda Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky, Rovinka

BILANCE BDO Z VINOHRADNICKÉ PRODUKCE VE VELKOPAVLOVICKÉ VINOHRADNICKÉ PODOBLASTI ........................................................................................... 155 P. Zemánek, P. Burg Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

Zemědělská technika a biomasa 2006

Zemědělství jako významný producent obnovitelných zdrojů energie Využití biomasy jako obnovitelného zdroje energie je možné v elektrárnách, ale důležité je i pro řešení energetické koncepce jednotlivých obcí využití menších tepláren. Přímo u producenta biomasy může být teplo využito například k ohřevu užitkové vody a k vytápění objektů. V elektrárnách na hnědé uhlí probíhají zkoušky, které mají ukázat, v jakém množství v nich lze spalovat biomasu. K uhlí je přidávána nejrůznější biomasa např. energetické byliny sláma, celé rostliny obilí nebo z trávy. V zemědělských podnicích s přebytkem slámy je využití její energetické hodnoty cestou k ekonomicky výhodnému využití této hmoty. V České republice by se mělo biopaliv dřeva a slámy - využívat především na venkově a nahradit tak ekologicky nevhodné hnědé uhlí. V zahraničí se biopaliva uplatňují dokonce i v plynofikovaných obcích jako hlavní zdroj pro vytápění a plyn je používán jen pro vaření a jako špičková záloha (např. Švédsko).

Celosvětový rozvoj obnovitelných energií poskytuje důležitý příspěvek k zajištění zásobování energiemi, hospodářské stabilitě a růstu a rovněž trvalé udržitelnosti. U fosilních a nukleárních zdrojů stojí proti sobě snižující se zásoby, zaměření na politicky nestabilní regiony a celosvětově stoupající poptávka. Jelikož jsou zásoby fosilních paliv vyčerpatelné a nároky na potřebu energie se budou i nadále zvyšovat dá se očekávat, že ceny těchto surovin budou již jen stoupat. Stále větší význam proto bude mít v budoucnu energetická biomasa. Důraz na využívání biomasy jako zdroje energie klade i Evropská komise ve svém sdělení nazvaném Akční plán pro biomasu. Jak EK uvádí v současnosti pokrývá EU 4 % svých energetických potřeb z biomasy. Pokud by plně zužitkovala svůj potenciál, mohla by do roku 2010 zdvojnásobit využití biomasy, přičemž by zásadně neovlivnila domácí produkci potravin. Reforma Společné zemědělské politiky znamená, že podpora příjmů pro zemědělce již nesouvisí s vyprodukovanými plodinami a v důsledku toho mohou zemědělci reagovat na rostoucí poptávku po energetických plodinách. V rámci restrukturalizace zemědělství v ČR se předpokládá postupný přechod od potravinářské produkce k produkci určené k energetickým účelům jednak z důvodu vytváření nadprodukce potravinářských komodit, ale také z toho důvodu, že značná část zemědělsky obdělávané půdy v ČR se nachází v méně příznivých oblastech a intenzivní zemědělská výroba v těchto podmínkách dosahuje nízké ekonomické efektivnosti pokud je zaměřena pouze na potravinářské komodity. Sektor zemědělství má potenciál stát se významným producentem důležitého obnovitelného zdroje energie – biomasy. Obecně lze biomasu využívat jako pevné palivo pro přímé spalování, tekuté biopalivo nebo ve formě bioplynu. Pěstování biomasy přispívá k omezení skleníkového efektu, umožňuje efektivní využití půdy v méně příznivých oblastech, na půdách náchylných k erozi snižuje toto riziko, podílí se na rázu krajiny a v neposlední řadě má i významné sociální aspekty, neboť přispívá k vytvoření nových pracovních příležitostí.

Uplatnění biopaliv v dopravě Evropská unie nechce dále pokračovat v trendu růstu spotřeby fosilních paliv a motivuje k přechodu na jiná alternativní pohonná média. Jak uvádí Evropská komise ve svém sdělení Strategie Evropské unie pro biopaliva způsobuje doprava v EU přibližně 21 % emisí skleníkových plynů a tento podíl stále roste. V roce 2007 má být vytvořen strategický technologický plán pro využití energií v dopravě. O dva roky později by měl odstartovat program týkající se ekologicky poháněných dopravních prostředků. Podle „Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2003/ 30/EC z roku 2003 o podpoře používání biopaliv nebo jiných obnovitelných paliv v dopravě“ má ke konci roku 2010 energetický podíl biopaliv pro dopravu v každém z členských států Evropské unie činit 5,75 % z energie dodané pro dopravu v benzínu a naftě.

Výroba syntetických paliv z biomasy Vedle výroby nejvíce rozšířených biopaliv jako je bioetanol a bionafta se v současnosti zkouší i pokročilejší technologie. Výroba syntetických pohonných hmot a chemikálií z biomasy by mohla být další variantou jejího zhodnocení. Je považována za perspektivní a v posledních letech je předmětem intenzivní výzkumné činnosti. Lze ji realizovat různými termo – chemickými procesy a to buď přímo nebo nepřímo. Mezi přímé postupy patří tzv. „mžiková pyrolýza“ biomasy poskytující bio-olej, který je možné následně postoupit pro energetické využití, ale mohl by být i zdrojem některých cenných chemických surovin. Druhým postupem přímé výroby syntetických paliv je proces označovaný jako HTU (Hydro Thermal Upgrading), jehož hlavním produktem je multikomponentní uhlovodíková směs podobná ropě, označovaná jako „bio-ropa“ (bio-crude), kterou lze dále zpracovat na různé produkty.

Biomasa ke spalování Země EU věnují využití fytomasy k energetickým účelům zvýšenou pozornost. Zemědělství a lesnictví produkuje značné množství spalitelných odpadů a vedlejších výrobků, jako jsou řepková sláma, část slámy obilovin, přestárlé travní porosty, dřevní odpady nebo různé posklizňové zbytky, které se spalují buď samostatně, nebo se mísí s uhlím. Pro získání energie spalováním rostlinné biomasy lze využívat také běžně pěstované plodiny, jako např. pšenice ozimá, žito ozimé a triticale, rychle rostoucí dřeviny a některé trávy – odpadní či cíleně pěstované. Biomasa se může spalovat samostatně, nebo např. ve formě pelet ve směsi s aditivem (např. hnědé uhlí - max. 20%), čímž se zvyšují užitné vlastnosti paliva.

7


Nepřímý postup výroby kapalných paliv a chemikálií z biomasy zahrnuje v prvním kroku výrobu syntézního plynu a jeho čištění. Vyčištěný plyn lze pak následně použít pro výrobu motorových paliv, resp. syntetické ropy Fischer - Tropschovu (FT) syntézou a dále i pro výrobu metanolu, čpavku, případně dalších důležitých petrochemikálií, tj. chemických látek, které jsou zatím vyráběny na bázi ropy a případně i zemního plynu. Zplyněním biomasy lze vyrobit také vodík a vyrobený syntézní plyn je možné konvertovat na metan (SNG).

dukčního porostu RRD a na založení reprodukčního porostu RRD (matečnice). Nejmenší výměra je 0,5 ha, jde-li o pozemek, na který je žádána podpora na založení produkčního porostu RRD a 0,25 ha, jde-li o podporu na reprodukční porost RRD. Dále poskytuje Ministerstvo zemědělství investiční podpory na využívání obnovitelných zdrojů v rámci Operačního programu Rozvoj venkova a multifunkční zemědělství, jež jsou kofinancovány z prostředků evropských strukturálních fondů.V rámci opatření Prohloubení diverzifikace zemědělských činností je podporována výroba a zpracování biomasy pocházející z vlastní zemědělské činnosti, a její uvádění na trh. Platnost OP Rozvoj venkova a multifunkční zemědělství končí v roce 2006 a pro nové plánovací období 2007 – 2013 budou podpory poskytovány podle Programu rozvoje venkova, který bude využívat finanční prostředky z nově vzniklého Evropského zemědělského fondu pro rozvoj venkova (EAFRD). Ve „starých“ členských státech EU je zavedena podpora energetických plodin ve výši 45 EUR/ha a je zahrnuta v systému podpor pro energetické plodiny podle NR č. 1782/2003. Čerpání této podpory v ČR zatím nedovoluje evropská legislativa. Evropská komise vydala v září letošního roku Zprávu s vyhodnocením energetických podpor a vyslovila se pro rozšíření této podpory i na nové členské státy. Příslušná legislativa EU nebyla dosud vydána.

Podpora pěstování energetických bylin v zemědělském sektoru V rámci podpor obnovitelných zdrojů energie poskytuje Ministerstvo zemědělství dotační titul 1. U. – Podpora pěstování bylin pro energetické využití. Cílem tohoto programu je podpora založení a údržby porostů bylin pro energetické využití ve výši 2000 Kč/ha. Je dán seznam bylin, na které lze podporu žádat a byliny musí být na orné půdě cíleně pěstovány pro energetické využití. Tento seznam je průběžně aktualizován a jsou do něj zařazovány nové druhy rostlin na základě poznatků z výzkumu. Na základě předložených žádostí lze předpokládat, že v roce 2006 je energetickými bylinami oseto cca 1033 ha a že bude vyplaceno cca 2 066 tis. Kč. Nejvíce pěstovanou plodinou je v současnosti šťovík krmný a dále pak světlice barvířská, hořčice sarepská a laskavec. Zakládání porostů rychle rostoucích dřevin (RRD) pro energetické účely je součástí Horizontálního plánu rozvoje venkova a řídí se nařízením vlády č. 308/2004 Sb., o stanovení některých podmínek pro poskytování dotací na zalesňování zemědělské půdy a založení porostů rychle rostoucích dřevin na zemědělské půdě určených pro energetické využití. Podpora se poskytuje na hektar založeného pro-

Kontaktní Adresa: Ing. Marek Světlík Ministerstvo zemědělství Těšnov 17, 117 05 Praha 1 e-mail: [email protected]

8


ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA A RACIONÁLNÍ VYUŽITÍ BIOMASY

Z.Pastorek Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Biomasa je definována jako substance biologického původu, která zahrnuje rostlinnou biomasu získávanou na půdě nebo hydroponicky, dále živočišnou biomasu, vedlejší organické produkty a organické odpady. Z této definice vyplývá rozdělení biomasy na dvě velké části, a to biomasu záměrně pěstovanou a získávanou a biomasu odpadní. Zemědělská technika vždy měla těsnou vazbu na biomasu, její přeměnu, produkci, uchovávání a využití. Biomasa má velký energetický a materiálový potenciál především z hlediska setrvalého hospodaření v krajině a produkce ekologických potravin.

Klíčová slova: biomasa, definice biomasy, hospodaření v krajině Title Agricultural engineering and biomass rational utilization

Abstract Biomass is defined as substance of biological origin containing crop biomass obtained from soil or hydro phonically, further animal biomass, organic by-products and waste. That definition determines biomass dividing into two large parts, i.e. purposefully grown and waste. Agricultural engineering always had a tight binding to biomass, its conversion, production, maintenance and utilization. Biomass has a great energy and material potential in particular as sustainable farming in landscape and ecological food production regards.

Keywords: biomass, biomass definition, landscape farming Z obecného hlediska má biomasa nezastupitelnou úlohu při vytváření dynamické rovnováhy v biosféře. Biochemické reakce zabezpečují trvalý oběh biogenních prvků a transformují sluneční energii na chemickou energii, která se využívá jako energetický zdroj pro všechny biochemické procesy. Hlavní úlohu v tomto systému hraje fotosyntéza, při které se vytváří organické substance z oxidu uhličitého a vody spolupůsobením enzymů, světelné energie a chlorofylu. To vedlo k definici biomasy v užším pojetí jako organické hmoty rostlinného původu získané na bázi fotosyntetické konverze sluneční energie (fytomasa). Biomasa se však v koloběhu látek v biosféře vyskytuje až do okamžiku, kdy dochází ke změně formy substance z organické na anorganickou. Proto se jeví jako vhodnější definovat biomasu jako substanci biologického původu, která zahrnuje rostlinnou biomasu získávanou na půdě nebo hydroponicky, dále živočišnou biomasu, vedlejší organické produkty a organické odpady. Biomasa je buď záměrně získávána jako hlavní produkt případně vedlejší produkt, nebo se jedná o biomasu odpadní, zbytkovou.

Technický a technologický pokrok v zemědělské výrobě a vývoj surovinové základny na Zemi vytváří stále větší prostor pro nepotravinářské využití biomasy zvláště k energetickým účelům, které má nesporné výhody: – zdroj energie má obnovitelný charakter, – jsou menší negativní dopady na životní prostředí ve srovnání s využíváním primárních zdrojů nerostných surovin, – jde o tuzemský zdroj energie a surovin, – zdroje biomasy nejsou lokálně omezeny, – řízená produkce biomasy přispívá k vytváření krajiny a péči o ni. Čím je tedy limitováno širší využití biomasy k energetickým i materiálovým účelům: – produkce biomasy k energetickým a materiálovým účelům konkuruje dalším způsobům využití biomasy (především výrobě potravin a krmiv), – širší využití biomasy je podmíněno dalšími investicemi do výroby, – získávání energie z biomasy obtížně v současných ekonomických podmínkách konkuruje využívání klasických energetických zdrojů, – některé technické aspekty využití biomasy především k energetickým účelům nejsou dořešeny.

Zemědělská technika měla od pradávna přímý vztah k produkci zpracování a využití biomasy k energetickým nebo materiálovým účelům.

9


BIOMASA

ze zemědělské výroby a venkovských sídel

Biomasa získávaná záměrně jako výsledek zemědělské výrobní činnosti

Biomasa odpadní

k potravinářským účelům

odpad ze zemědělské výroby

na krmivo pro zvířata

odpad z potravinářských provozů odpadní biomasa při péči o krajinu

průmyslové suroviny

odpad z lesní činnosti

k energetickým účelům

organický odpad z průmyslových podniků organické odpady z venkovských sídel

Obr. 1: Rozdělení druhů biomasy

Literatura:

Přesto přesevšechno je do využití biomasy v budoucnu ukládána velká naděje pokud se týká zajištění nízkopotenciálních zdrojů energie a některých surovin. Z futurologického hlediska bude „živá“ hmota prostředkem dalšího pokroku při získávání energie, netradičních surovin, ale i v oblasti přenosu informací, řízení technických systémů s vysokým stupněm inteligence. Proto je třeba podporovat výzkumné a inovační aktivity směřující k novým efektivnějším a racionálnějším způsobům nakládání s biomasou a odstraňovat bariéry, které vytvářejí lobbystické zájmy všeho druhu a na všech úrovních.

1. Uniform Terminology for Rural Waste Management, ASAE S292.5 OCT 94. – ASAE Standards 1997, str. 624 (USA) 2. CENEK M. a kol., Obnovitelné zdroje energie, Nakladatelství FCC Public Praha, 2. vydání, 2001, ISBN 80-9019858-9 3. PASTOREK Z., KÁRA J., JEVIČ P., Biomasa – obnovitelný zdroj energie, Nakladatelství FCC Public Praha, 2004, ISBN 80-86534-06-5. Příspěvek vznikl s využitím analýz a výsledků řešení výzkumného záměru MZE0002703101 a výzkumného projektu QF 3160 podporovaných MZe – NAZV.

Kontaktní adresa: Ing. Zdeněk Pastorek, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 307 fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

10


TUHÁ BIOPALIVA - EKONOMIKA A KONKURENCESCHOPNOST Z.Abrham, M. Kovářová Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Příspěvek se zabývá ekonomikou a konkurenceschopností tuhých biopaliv z trvalých travních porostů, jednoletých a víceletých energetických plodin a trav pěstovaných pro energetické účely. Předmětem ekonomických úvah jsou náklady na produkci a výrobu tuhých biopaliv včetně vlivu dotací. Výsledné náklady na výrobu tuhých biopaliv jsou porovnávány s hlavními konkurenty na trhu paliv.

Klíčová slova: trvalé travní porosty, energetické plodiny, technologie a ekonomika Title Economy and competitive level of solid biofuels

Abstract Paper deals with economy and competitive level of solid biofuels from perennial grass stands, annual and multiannual energy plants and grass grown for energy purposes. Object of economic calculations are costs on production solid biofuels including influence of dotations. Resulting costs of solid biofuels production are comparing along main competitors in the fuel market-place.

Keywords: perennial grass stands, energy plants, technology and economy

Úvod Česká republika by měla v souladu se svými mezinárodními závazky výrazněji zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na celkovém trhu s energií. Jednou z forem je využití tuhých biopaliv rostlinného původu. Významným zdrojem biomasy pro tato pevná biopaliva jsou trvalé travní porosty. Výrazný pokles objemu živočišné výroby a omezené možnosti využití trvalých travních porostů pro krmení činí z této produkce postupně zbytkovou a odpadní biomasu. Dalším významným zdrojem obdobné biomasy je produkce z narůstající plochy travních porostů na orné půdě, které vznikají v rámci agroenvironmentálních opatření podporovaných dotacemi v rámci Horizontálního plánu rozvoje venkova (zpomalení odtoku vody zatravněním orné půdy, tvorba travnatých pásů na svažitých půdách, biopásy apod.). V poslední době rovněž narůstá množství zbytkové a odpadní biomasy z údržby krajiny a veřejné zeleně v obcích a městech. Dalším významným zdrojem mohou být záměrně pěstované energetické plodiny. Pěstování a produkce energetických plodin je reálnou alternativou pro postupné nahrazování části rostlinné výroby věnované dosud převážně potravinářské produkci. Využití produkce energetických plodin pro výrobu pevných biopaliv se rozvíjí zatím jen pomalu. Příčin je celá řada včetně technických, organizačních a legislativních. Z hlediska zemědělců je jedním z hlavních důvodů pomalého rozvoje energetického využití biomasy nepříznivá ekonomika a tvrdá konkurence ostatních fosilních zdrojů ener-

gie. Příspěvek je zaměřen na zhodnocení ekonomiky a konkurenceschopnosti těchto pevných biopaliv na celkovém trhu paliv.

Materiál a metody Technologie a ekonomika pěstování a sklizně produkce z trvalých travních porostů byla zpracována s využitím databázového modelovacího programu AGROTEKIS (VÚZT Praha). Variabilní náklady jsou dány součtem nákladů na jednotlivé operace (materiálové vstupy, provoz a obsluha strojů). Fixní náklady (daně, poplatky, úvěrové zatížení, výrobní a správní režie apod.) jsou na základě dostupných podkladů stanoveny odborným odhadem ve výši 2500 Kč/ha. Pro pěstování travních porostů a vybraných energetických plodin lze pro rok 2006 využít následující dotace: - jednotná platba na plochu (SAPS) – zemědělské půdy (pro rok 2006 předpoklad 2430 Kč/ha zemědělské půdy) - doplňková platba (TOP UP) – pro vyjmenované plodiny stanovena formou sazby na 1 ha (z hodnocených plodin se týká pouze triticale), sazba bude stanovena až v závěru roku, pro ekonomické hodnocení se uvažuje se sazbou roku 2005 – tj. 2314 Kč na 1 ha plodiny) - podpora LFA – vyrovnávací příspěvek na hospodaření v méně příznivých oblastech, poskytuje se pouze na kulturu „travní porost“ (louky, pastviny i ostatní travní porosty) v méně příznivých oblastech, sazby pro rok

11


2006 jsou stanoveny: a. horská oblast - HA 4680 Kč/ha, HB 4014 Kč/ha b. ostatní méně příznivé oblasti – OA 3490 Kč/ha , OB 2820 Kč/ha c. specifické omezení – S 3420 Kč/ha, d. s ekologickými omezeními - E 2800 Kč/ha (území NATURA 2000) - podpora pěstování bylin pro energetické využití (dotace dle zákona o zemědělství č. 252/1997 Sb. – platí jen pro vybrané druhy energetických bylin a trav, sazba 2000 Kč na 1 ha orné půdy využívané pro pěstování těchto plodin Pro posouzení ekonomiky energetické produkce byly vybrány následující technologie: - trvalé travní porosty - vybrána technologie bez hnoje-

-

ní, která vychází ekonomicky nejpříznivěji energetické plodiny víceleté – energetický šťovík (nově vyšlechtěná odrůda pro energetické účely), křídlatka Bohemica, energetické plodiny jednoleté – konopí seté, triticale ozimé (využití celé produkce pro energetické účely) energetické trávy - chrastice rákosovitá, ozdobnice čínská (sloní tráva).

Výsledky a diskuze Struktura jednotlivých položek nákladů, dotace, produkce a měrné náklady na jednotku produkce energetického biopaliva jsou pro vybrané plodiny uvedeny souhrnně v tabulce 1.

Tab. 1: Náklady a ekonomika vybraných druhů energetických plodin a travních porostů Energetické trávy

Trvalé travní porosty Ukazatel Měrná jednotka Kč.ha-1 Kč.ha-1 t.ha-1 Kč.ha-1

Variabilní náklady Fixni náklady Výnos energetického produktu Náklady celkem (bez dotací)

Kč.t-1

Dotace SAPS Dotace TOP - UP Dotace LFA (horské oblasti) Dotace (zákon č. 252/1997 Sb) Náklady celkem (po odpočtu dotací)

chrastice ozdobnice Mimo LFA LFA horské LFA ostatní rákosovitá čínská 3685 2500 3,0 6185

Jednoleté plodiny konopí seté

3685 2500 3,0 6185

3685 2500 3,0 6185

6500 3000 8,0 9500

16400 3000 13,5 19400

14800 3000 10,5 17800

2062 2062

triticale ozimé 12570 3000 10,0 15570

6840 3000 8,5 9840

1557

1158

1188

1437

1695

2430

2430

2430

2430

3320

4460

3755

435

-705

2000 5070

2000 14970

2000 13370

10826

2000 5410

11820

1252

145

-235

634

1109

1273

1083

636

657

Kč.t-1

a) tuhá biopaliva ve formě válcových nebo hranolovitých balíků Výsledkem pěstování a zpracování travních porostů a vybraných energetických plodin je suchá hmota lisovaná do formy válcových nebo hranolovitých balíků. Produkce v této formě je vhodná jako palivo do velkých kotelen a zdrojů energie. Hlavním konkurentem pro tuto oblast vyu-

2430 2314

Bez dotací S dotací SAPS S využitím dalších dotací (LFA ost.) LFA horské

Cena hnědého uhlí u výrobce

1500

1000

500

0 chrastice rákosovitá

ozdobnice čínská

2430

792 2430

žití jsou nejlevnější varianty hnědého uhlí. Při srovnání se vycházelo z ceny netříděného hnědého uhlí (hruboprachy), které má přibližně shodnou výhřevnost a jeho cena (cena u výrobce, bez dopravného a bez DPH) se pohybuje podle výrobce a sezony zpravidla od 800 do 850 Kč.t-1). Výsledné náklady na biopaliva z travních porostů a vybraných energetických plodin jsou uvedeny na obr. 1.

2500

M ěrné náklady (Kč/t -1)

11250 3000 18,0 14250

2062

2430

Trvalé travní porosty

energetický křídlatka šťovík Bohemica

2430

Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1

2000

Víceleté plodiny

konopí seté

triticale ozimé

energetický šťovík

křídlatka Bohemica

-500

Obr. 1. Náklady na 1 t energetické produkce (bez dotací)

12


Pro plodiny pěstované bez dotací se náklady na 1 tunu biopaliva pohybují od 1158 Kč.t-1 do 2062 Kč.t-1. Určitou výjimkou jsou příznivé ekonomické výsledky křídlatky Bohemica s náklady 792 Kč.t-1, která však zatím není schválená a spíše se vedou diskuse, zda se jedná o perspektivní energetickou plodinu nebo invazivní plevel. Pěstitelé ve všech výrobních podmínkách mohou využít dotaci SAPS. S využitím dotací SAPS se sníží tyto náklady a pohybují se v rozmezí od 872 Kč.t-1 do 1464 Kč.t-1 (resp. 657 Kč.t-1 u křídlatky). Náklady na tato biopaliva jsou stále dosti vysoké a jen některé z nich mohou být konkurenceschopné (chrastice, šťovík, křídlatka). Ostatní jsou v podstatě na trhu neprodejná. Při pěstování travních porostů a energetických plodin mají pěstitelé možnosti využít i další formy dotací (TOPUP, LFA, podpora energetických plodin – specifikace je uvedena v tab. 1). Výsledné náklady na 1 tunu biopaliva jsou rovněž uvedeny v tab. 1 a na obr.1. Pokud má pěstitel možnost využít i tyto další formy dotací sníží se výrazně náklady na jednotku energetického biopaliva a většina těchto biopaliv je již ekonomicky příznivá a konkurenceschopná. Z výsledků vyplývá: - biopaliva z travních porostů v podmínkách LFA ostatní dosahují hodnoty 145 Kč.t-1 - travní porosty v podmínkách LFA horské mohou dokonce v současné době získat větší dotace než jsou náklady na pěstování a sklizeň - z energetických trav vychází ekonomicky příznivěji chrastice rákosovitá (634 Kč.t-1), méně příznivé se jeví pěstování ozdobnice čínské (1273 Kč.t-1) - víceleté energetické plodiny - náklady na jednotku produkce biopaliva jsou příznivé (energetický šťovík 636 Kč.t-1, křídlatka Bohemica 657 Kč.t-1) - jednoleté energetické plodiny - náklady na jednotku

produkce biopaliva nejsou příznivé, s využitím všech dotací se pohybují nad 1000 Kč.t-1 (konopí seté 1273 Kč.t-1, triticale ozimé 1083 Kč.t-1). Výhodou jednoletých energetických plodiny je však pro praxi dobře známá a rutinní technologie výroby, flexibilita změny druhu plodiny a výměry a rovněž možnost uplatnění části produkce za tržní ceny potravinářské nebo krmné. U konopí se jeví ekonomicky vhodnější pěstování „konopí na vlákno“ (využití např. v průmyslu a ve stavebnictví) a energeticky využívat pouze odpadní pazdeří. U obilovin pěstovaných pro energetické účely je výhodou možnost uplatnění části produkce za tržní ceny potravinářské nebo krmné . Dále lze uvažovat, že přibližně 50 % produkce tvoří zrno, které samo má charakter pelety, není ho tedy nutno pro spalování již upravovat a lze tím tedy snížit celkové náklady na úpravu biopaliva. a) tuhá biopaliva ve formì briket a pelet Pro využití produkce z travních porostů nebo energetických plodin jako paliva pro rodinné domky a malé farmy je nutno zpracovat produkci do formy briket nebo pelet. Náklady na výrobu briket (pelet) se pohybují podle velikosti zařízení kolem 700 Kč na 1 tunu. Ekonomicky výhodné je využití této formy biopaliva lokálně bez významných nákladů na dopravu a distribuci ke spotřebiteli. Při této formě využití biopaliva je již hlavním konkurentem cena hnědého uhlí u prodejců paliva v maloobchodní síti (podle místa a sezony se pohybuje kolem 1600 Kč.t-1). Výsledné náklady na 1 tunu briket/pelet z produkce energetických plodin jsou na obr. 2 porovnány s průměrnou cenou hnědého uhlí u prodejců. Struktura výsledných nákladů je obdobná jako v části a) a vyplývá z nich, že ekonomicky příznivě vychází: - biopalivo z travních porostů pěstovaných v oblasti LFA - z energetických trav chrastice rákosovitá - z víceletých energetických plodin šťovík i křídlatka

3000 Bez dotací

S dotací SAPS

S využitím všech dotací

LFA horské

2500

Měrné náklady (Kč.t-1)

Cena hnědého uhlí u prodejců

2000

1500

1000

500

0 Trvalé travní porosty

chrastice rákosovitá

ozdobnice čínská

konopí seté

triticale ozimé

energetický šťovík

Obr 2. Náklady na 1 t biopaliva ve formě briket/pelet

13

křídlatka Bohemica


Závěry Využití produkce travních porostů a energetických plodin jako paliva je v současné době bez dotací ekonomicky nereálné. Využití dostupných dotací výrazně zlepší ekonomiku výsledné produkce a konkurenceschopnost těchto biopaliv na trhu ostatních paliv. Ekonomicky méně příznivé výsledky vykazují zatím travní porosty pěstované mimo oblasti LFA a rovněž jednoleté energetické plodiny. Podpory v dalších letech jsou zatím předmětem jednání v rámci EU. Při přípravě a realizaci podnikatelského záměru na delší časové období zůstává tedy určitým problémem jistota a výše dotačních podpor.

Definitivní údaje o sklizni zemědělských plodin za rok 2005, ČSÚ Praha Nařízení vlády o stanovení některých podmínek poskytování jednotné platby na plochu zemědělské půdy pro kalendářní roky 2005 a 2006, č. 144/2005 Sb. Podpora zemědělství v rozšířené Evropě, MZe ČR, Praha, 2003, ISBN: 80-7084-293-8 Zásady, kterými se stanovují podmínky pro poskytování dotací pro rok 2005 na základě 2 a § 2d zákona č. 252/ 1997 Sb., o zemědělství, č.j.: 1820/2005 - 11000 www.mze.cz

www.szif.cz www.mus.cz www.suas.cz www.czso.cz

Literatura: ABRHAM Z.: Ekonomika pěstování a využití biomasy z energetických plodin a trvalých travních porostů, In: Sborník přednášek z mezinárodního odborného semináře Produkcia a možnosti využitia polnohospodárskej biomasy, Nitra, 23 júna 2004,

Příspěvek byl zpracován na základě výsledků řešení výzkumného záměru MZE 0002703101 – „Výzkum nových poznatků vědního oboru zemědělské technologie a technika a aplikace inovací oboru do zemědělství České republiky“

Kontaktní adresa: Ing. Zdeněk Abrham, CSc., Ing. Marie Kovářová Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 399 fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

14


SPALOVÁNÍ TRAVIN D.Andert1), D. Juchelková2), J. Frydrych3) )Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2 )VŠB –TU Ostrava 3 )OSEVA PRO, Výzkumná stanice travinářská, Zubří 1

Anotace Se zvyšující se úrovní a produktivitou zemědělské výroby se zvyšuje plocha půdy, která nemá využití pro produkci potravin. Využít tyto plochy lze k pěstování energetických plodin, mezi které se řadí i trávy. V případech, kdy je půda uvedena do klidu zatravněním, nebo není využit potenciál trvalých travních porostů, z důvodu snižujících se stavů skotu, narůstá množství trávy, kterou lze energeticky využít. Vlhká travní hmota je vhodná pro zpracování pomocí anaerobní fermentace na bioplyn. Přezrálá a suchá hmota jde využít při spalování. Zkoušky proběhly na velkém kotli o výkonu 1,8 MW a malém kotli 25 kW.

Klíčová slova: obnovitelná energie, trávy, biomasa, Title Grass combustion

Abstract With increasing level and productivity of agricultural production also increases land area not utilized for food production. This area can be used for energy crops growing including the grasses. In the case when the land is introduced in the set-aside condition by grassing or there is not utilized potential of perennial grasses due to reduced cattle herd, there also increases amount of grass which can not be utilized for energy purposes. Wet grass matter is suitable for processing by anaerobic fermentationto biogas. Over-natured and dry matter can be used for inceneration. The tests were carriedout in large boiler of 1,8 MW heat power in small boiler of 25 kW heat power.

Keywords: renewable energy, grass, biomass, burning Úvod Hledání alternativních zdrojů energie se stává celosvětovou záležitostí. V souvislosti se stoupající úrovní a produktivitou zemědělství se zvyšuje plocha půdy, která nemá využití pro produkci potravin. Vedle produkce píce plní travní porosty oproti ostatním porostům nezastupitelné mimoprodukční funkce. Mezi významné patří: vodohospodářská – zadržování dešťové vody; protierozní – ochrana půdy před vodní a větrnou erozí; ochranná ve vztahu k hydrosféře – kořenový systém omezuje znečištění podzemních vod; estetická – travní porost jako krajinný prvek udržuje vzhled krajiny; hospodářská a sociální – vytvoření pracovních příležitostí pro obyvatele marginálních oblastí. V případě uvedení orné půdy do klidu, kdy je vhodné zatravnění, potřebují i tyto plochy obhospodařovat sečením. Zvýšený ekonomický tlak na rentabilitu zemědělské produkce je dalším důvodem, proč klesá obhospodařovaná plocha, zvláště v marginálních oblastech. Lze předpokládat, že podobně jako v Německu či Rakousku, bude vzrůstat společenský tlak na majitele pozemků zvláště v turistických oblastech, aby prováděli pravidelnou údržbu veškerých travních ploch. Možnosti energetického využití travní biomasy jsou dvě. U suché hmoty je to spalování a u vlhké je vhodné zpracování těchto organických materiálů anaerobní fermentací s následným energetickým využitím bioplynu.

Využívání tvarově upravených paliv v energetických zařízeních lze rozdělit dle tepelných výkonů. U zařízení do 50 kW je využívání těchto paliv ve formě např. peletek u automatických topidel či briket u topidel s ručním přikládáním již téměř standardem. Jedná se však zejména o paliva především na bázi dřeva, dřevní kůry a minimálně jsou využívaná další směsná fytopaliva. U velkých zařízení je snaha používat palivo s co nejmenšími nároky na úpravu. Jedná se zejména o rozdruženou slámu či dřevní štěpku a minimálně je využívána např. štěpka ze šťovíku či rozdružené seno. Tyto paliva se často používají ve směsích.

Materiál a metodika Spalovací zkoušky Ve druhém roce řešeni projektu byly provedeny spalovací zkoušky na zařízení pro lokální vytápění o výkonu 25 kW a pro centrální vytápění o výkonu 1800 kW. K dispozici jsme měli dostatečné množství psinečku z produkční plochy o dvou různých stupních zralosti. Zkoušky s velkým kotlem proběhli na obecní výtopně v Bouzově na kotli K2 o výkonu 1800 kW, který je určený pro kombinované spalování různých druhů čisté biomasy. Pro zkoušky na malém kotli byl vybrán kotel VERNER V 25. Tento kotel je určen pro spalování kusového dřeva. Zkoušky proběhly u výrobce Fy Verner v Červeném Kostelci s briketami o průměru

15


60 mm. Brikety byly vyrobeny ve VÚZT na hydraulickém lisu Briklis.

Kotel Verner o výkonu 1800 kW je v kotelně Bouzov používán především pro spalování dřevní štěpky. Na toto palivo je kotel seřízen a vykazuje nejlepší výsledky při spalování tohoto paliva. Spalování dřevní štěpky Emise CO se při spalování dřevní štěpky pohybovaly kolem 50 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách. Tato hodnota je velmi příznivá a svědčí o velmi dobře seřízeném spalovacím režimu.

Výsledky a diskuse Vyhodnocení zkoušek na velkém kotli V souladu s programem zkoušek byly na kotli 1800 kW v kotelně Bouzov provedeny spalovací zkoušky s dřevní štěpkou, psinečkem ve dvou stupních zralosti a šťovíkem Uteuša. Palivo pro zkoušky bylo dodáno v proschlém stavu při volném skladování v přístřešku.

Obr. 2: Pohled na rozdružovadlo balíků

Obr.1: Měřený kotel Verner 1 800 kW

Obr. 3: Průběh koncentrací O2, CO, NOx a SO2 při spalování dřevní štěpky blémů šneková doprava je schopna tento materiál zpracovat bez poruch a výpadků. Problémy dělají pouze cizí předměty typu kov a kamení, které se vlivem technologické nekázně v palivu občas vyskytují. V těchto případech dochází k výpadkům dopravy a nutnosti dopravní cesty rozebrat a vyčistit. Spalování psinečku Pro dopravu psinečku do kotle byla použita druhá část

Tuhé emise při spalování dřeva byly 142 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách. Tato hodnota je ovlivněna použitým typem odlučovače a nevypovídá příliš o spalovacím procesu. Z hlediska spalování je proschlá dřevní hmota pro kotle tohoto typu ideálním palivem. Emise NOx byly 168 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách. Tato hodnota je příznivě nízká a svědčí o seřízeném spalovacím procesu s nízkým přebytkem vzduchu. Doprava paliva do kotle probíhala bez pro-

16


dopravy na stébelniny a vlákniny. Při této zkoušce se zároveň projevil vliv výrazně menší objemové hustoty paliva při dopravě i při spalování ve spalovací komoře kotle. Spalovací komora byla výrazně více zaplněna načechraným palivem (v různém stupni vyhoření) než při spalování dřevní štěpky. Spalovací komora z keramických materiálů byla podstatně studenější, což v konečném důsledku ovlivnilo tvorbu emisí CO a následně i emise tuhých částic. Vyhoření paliva na roštu bylo poměrně dobré a nedopaly v popelu na roštu se pohybovaly kolem 12% což je hodnota velmi dobrá. Emise CO se při spalování psinečku pohybovaly

kolem 596 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách. Tato hodnota je výrazně vyšší než při spalování dřevní štěpky. Spalování probíhalo při nižším výkonu kotle s výrazně vyšším přebytkem vzduchu, který následně ovlivnil výsledné emise přepočtené na referenční stav. Tuhé emise při spalování psinečku byly 514 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách, obsah spalitelných látek v popílku byl cca 13%. S ohledem na typ odlučovače se převážně jednalo o saze s jemným popílkem. Emise NOx byly 308 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách. Neprojevil se vliv různého času sklizně psinečku.

Obr. 4: Průběh koncentrací O2, CO, NOx a SO2 při spalování psinečku

Obr. 5: Průběh koncentrací TOC při spalování psinečku Z hlediska dosažených výsledků se jeví spalování stébelnin v porovnání se dřevní hmotou jako horší. Je však nutno poznamenat, že každý kotel je konstruován přednostně na určitý typ paliva. Kotel Verner 1800 kW je kon-

struován na dřevní hmotu a je schopen spalovat i jiná biopaliva. Pokud bude kotel konstruován na stébelniny typu sláma a podobně, a navíc bude vybaven účinnějším odlučovacím zařízením, lze očekávat, že výsledky naměřených

17


emisí budou podobné jako při spalování dřevní hmoty Spalovacími zkouškami bylo prokázáno, že v kotli Verner 1800 kW lze spalovat různé typy biomasy, dřevní štěpky a stébelnin. Biomasa je vyhláškou 352/2002 Sb. definována jako rostlinný materiál, který lze použít jako biopalivo, pokud pochází ze zemědělství, lesnictví, nebo potravinářského průmyslu, z výroby buničiny a z výroby papíru z buničiny, ze zpracování korku, ze zpracování dřeva s výjimkou dřevního odpadu obsahující halogenové sloučeniny nebo těžké kovy. Čistá průmyslovým zpracováním neznečištěná biomasa je považována z hlediska termického využití za účelem výroby tepla a elektrické energie za produkt rovnocenný palivu a není považována za odpad. Dosavadní pokusy se spalováním čistých energetických plodin a čistých biopaliv ve stávajících energetických spalovacích zařízeních potvrdily možnost spalování tohoto paliva bez nutnosti

výraznějších úprav a investic. Celkově lze spalovací zkoušky s biopalivy v kotelně Bouzov hodnotit jako úspěšné. Měření na malém kotli Kotel VERNER U 25 je založen na principu dvoustupňového spalování, při kterém dochází k zplyňování paliva s následným hořením vznikajících plynů. Kotel je konstruován jako skříňový s žárotrubným spalinovým výměníkem o světlosti trubek 50 mm. K vysoušení a zplyňování paliva dochází v horní plnící komoře za přístupu primárního vzduchu. Vzniklý plyn prochází keramickou tryskou, kde se mísí se sekundárním spalovacím vzduchem do spodní komory. Ve spodní komoře, která je na bočních stěnách opatřena vodním pláštěm, plyn na stabilizační ploše vyhořívá. Z tohoto prostoru pokračují spaliny přes trubkový výměník do odtahu spalin.

Obr. 7: Brikety vyrobené z psinečku velikého (síto 10mm)

Obr. 6: Kotel Verner25 kW při zkouškách V následující části jsou v grafické podobě uvedeny výsledky měření jako závislosti emisních a výkonových parametrů paliva na typu spalovaného materiálu. Výsledné hodnoty jsou vypočteny jako aritmetický průměr následujících měření po 10s za 5 minut.

Obr. 8: Brikety vyrobené z psinečku velikého (síto 20mm)

Závěr Provedené spalné zkoušky prokázali, že traviny lze na vybraných spalovacích zařízeních spalovat při dodržení emisních limitů. Prokázalo se, že vhodným palivem je psineček a kostřava. Pro účely spalování je vhodné provádět sklizeň co nejpozději po technické zralosti na semeno a ne před. Vliv velikosti ok při šrotování psinečku před lisováním briket nemá vliv na emise, ale pouze na kvalitu briket. Jako méně vhodné palivo se ukazuje Ovsík. V průběhu dalšího řešení budou odzkoušeny směsy, sveřep a chrastice. S palování travin naráží ještě na legislativní problém a to, že kotel smí spalovat pouze to palivo na které je odzkoušen a schválen. Zatím jsou však velké kotle schváleny pouze na spalování dřeva a slámy a mále kotle pouze dřevo. Výjim-

kou je pouze automatický kotel A25 na spalování pelet, který je schválen i na obilní peletky a zde se bude soustředit naše pozornost v dalším období.

Poděkování Tyto výsledky jsou součástí řešení grantového projektu č.QF4179 „Využití trav pro energetické účely“ podporovaného NAZV ČR .

18


Obr. 9: Půlhodinové průměry emisí CO a NOx pro různá paliva u kotle V25 Kontaktní adresa: Ing. David Andert, CSc. Výzkumný ústav zemìdìlské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 225 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected], Doc. Ing. Dagmar Juchelková, Ph.D. VŠB –TU Ostrava, katedra energetiky 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava Tel:597 325 175, FAX: 597 325 177 e-mail: [email protected] Ing. Jan Frydrych OSEVA PRO, Výzkumná stanice travináøská Hamerská 698, 756 54 Zubøí Tel: 571 658 195, FAX: 571 658 197 e-mail: [email protected]

19


OŠETŘOVÁNÍ TRVALÝCH TRAVNÍCH POROSTŮ V HORSKÝCH A PODHORSKÝCH OBLASTECH MULČOVÁNÍM D.Andert, V. Mayer Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Pro ošetřování trvalých travních porostů při hospodaření na půdě v horských a podhorských oblastech je výhodný pracovní postup mulčování tj. rozdrcení rostlinné hmoty s jejím rozprostřením a ponecháním drtě na povrchu půdy, popřípadě v kombinaci se sečením nebo spásáním. Je výhodný jak z hlediska ekonomického, tak i energetické náročnosti. Postup však má také některé dosud nevyřešené ekologické a další rizika z hlediska ochrany životního prostředí. Mulčovací stroje mohou být využívány také pro drcení posklizňových rostlinných zbytků před jejich následným zapravením do půdy technikou pro zpracování půdy i na plochách intenzivně zemědělsky obhospodařovaných. Převážně jsou však mulčovače používány pro posečení a rozdrcení zelených rostlinných zbytků, na trvalých travních porostech a pro ošetřování úhorových ploch. Další možnosti jejich uplatnění jsou i při likvidaci odpadní rostlinné hmoty v ovocnářství, na vinicích, jahodových a dalších kulturách v zelinářství a také v komunální oblasti při úpravách parkových a jiných ploch. Přímé náklady na postup mulčování se potom pohybují v rozmezí 1000-3000 Kč/ha při zásahu na jedné ošetřované ploše

Klíčová slova: trvalý travní porost, mulčování Title Treatment of permanent grassland by mulching in mountain and foothill areas

Abstract Mulching is suitable working process for treatment of permanent grassland in mountain and foothill areas. Mulching is a process when crop matter is crushed and spread on the soil surface or in combination with mowing or grazing. It is suitable from both economical and energy consumption points of view. So far this procedure has also some problems from ecological aspect and other risks regarding environment protection. Mulching machines can be used also for crushing of after-harvest crop remainders before their consequent incorporation into soil by mechanization for soil cultivation or on surface with intensive agricultural farming. Mulching machines are predominantly utilized for mowing and crushing of green crop remainders on permanent grassland and for treatment of fallow areas. Other possibility of their application is within liquidation of waste crop matter in fruit farming, vineyards, strawberry and other cultures in vegetable farming and also in municipal area for adaptation of parks and other surfaces. Direct costs for mulching range from 1000 to 3000 CZK/ha at application on one surface.

Keywords: permanent grassland, mulching Úvod překážky, které vedou k poškození a prostojům strojů. Také z ekologického hlediska jsou na mulčovače kladeny vysoké požadavky na minimální poškozování mikroflóry i stávající vegetace a v neposlední řadě i na ochranu zvěře. Popsané podmínky proto vyžadují různá konstrukční řešení pracovních orgánů strojů a jejich použití. Mulčovače proto mají pracovní ústrojí různého typu a konstrukčního provedení např.je to skupina srpových, krouživých či talířových mulčovačů s vertikální osou otáčení pracovních nožů, skupina cepových nebo kladívkových mulčovačů a skupina šnekových mulčovačů s horizontální osou otáčení pracovního ústrojí. Srpové, krouživé mulčovače v důsledku horizontálního řezu jsou vhodné u stonkových porostů. Mají však tendenci k vytváření řádků takže je často nutné zařadit další operaci rovnoměrného rozmetání rozdrcené hmoty. Toto odpadá při použití cepových a kladívkových mulčovačů s vertikálně pracujícími pracovními orgány.

Vzhledem k rozšiřování ploch ponechaných ladem zvláště v horských a podhorských oblastech lze očekávat také rozšíření dalších postupů mechanického ošetření a likvidace nežádoucích porostů kombinacemi postupů sečení nebo mulčování se spásáním popř. i kompostováním. Předpokládá se proto, že dojde v brzké době k většímu nárůstu požadavků na stroje pro sečení a mulčování v těchto výrobních oblastech. Pro tyto horské oblasti se zejména předpokládá rozšíření specielních strojů o menších pracovních záběrech do 3 m.

Metody Vzhledem k pracovním podmínkám jsou na tyto stroje kladeny značné požadavky. Kolísání množství zpracovávaného porostu a také jeho vlastností je velmi vysoké, množství dosahuje 1 až 30 t/ha rostlinné hmoty. Omezení zemědělské péče na těchto půdách má za následek, že se na často svažitých a zamokřených plochách nacházejí četné

20


Výsledky a diskuze Příklady provedení mulčovačů různých výrobců jsou na obrázcích Obr. 1 až Obr. 5. Agrostroj Pelhřimov vyrábí mulčovače kladívkového typu o pracovním záběru 2 m až 3,6 m. Na obr. 2 je detail pracovního ústrojí cepového, kladívkového typu mulčovače firmy Perfect Van Wamel v čelním zavěšení na traktoru. Na obr. 3 je vidět rovněž detail a provedení srpového, krouživého mulčovače téže firmy o pracovním záběru 1,8 až 3,6 m s možností čelního i bočního zavěšení za traktor. Firma Votex představila v loňském roce nový širokozáběrový mulčovač cepového typu. Stroj je vhodný pro údržbu a ošetření velkých travních ploch např. na letištích a v komunální oblasti, obtížně je stroj použitelný pouze při vysokém výskytu zetlelých slamnatých zbytků. Mulčovače firmy Schulte jsou krouživého srpového nebo talířového typu pracovního ústrojí se záběrem 3,2; 4,5 a 8 m. Jsou vysoce výkonné a mají výkyvné připojení za traktorem i stranových křídel stroje, což umožňuje velmi

dobré kopírování a otáčení stroje v terénu. Na obrázcích obr. 4 a obr. 5 jsou cepové a kladívkové mulčovače firmy Humus menších pracovních záběrů (1,55-2 m) určené zejména pro práci na svažitých terénech v horských oblastech a pro komunální účely.

Obr. 3: Krouživý mulčovač s detailem provedenpracovního ústrojí od firmy Perfect van Wamel dosahuje vysoké pracovní rychlosti až 10 km/h

Obr. 1: Mulčovače typu MU s kladívkovým pracovním ústrojím z Agrostroje Pelhřimov

Obr. 2: Detail pracovního válce kladívkového mulčovače v čelním zavěšení na traktoru firmy Perfect van Wamel

Obr. 4: Čelní zavěšení cepového mulčovače menšího záběru firmy Humus je výhodné zvláště na svažitých plochách v horských oblastech

Obr. 5: Model kladívkového mulčovače záběru 1-2 m firmy Humus pro zadní i čelní zavěšení za traktorem s kopírováním plochy půdním válcem

21

Přímé náklady [Kč.ha-1]

VÚZT Praha prováděl v minulém období hodnocení některých provozních a ekonomických parametrů vybraných mulčovačů. Byly zjištěny základní údaje o výkonnostech, průchodnosti a spotřebě paliva souprav strojů a možnostech jejich uplatnění u uživatelů. Na základě zjištěných provozních parametrů a cen byly vypočteny náklady a spotřeba paliva na provoz těchto strojů. Plošné výkonnosti mulčovačů za směnu byly podle pracovního záběru stroje a pracovních podmínek naměřeny v širokém rozmezí 5-28 ha/ směnu. Přímé náklady na operaci mulčování byly vypočteny v rozmezí 350-900 Kč/ha. Výsledky jsou však značně závislé na množství zpracovávaného materiálu t.j. na složení a stavu porostu a průchodnosti stroje jak je uvedeno na grafu 2. Na základě provedených měření a zkušeností uživatelů je nutné při přerostlém porostu opakovat zásahy mulčováním na téže ploše vícekrát s různou výškou řezu strniště. Náklady na mulčování potom ovšem úměrně rostou. Ošetření travních ploch sečením nebo mulčováním musí být do roka prováděno několikrát. Přímé náklady na postup mulčování se potom pohybují v rozmezí 1000-3000 Kč/ha při zásahu na jedné ošetřované ploše. Postupy mulčování při ošetření travních porostů i půd ponechaných ladem a porostů na nich, při likvidaci odpadní rostlinné hmoty mají ovšem také některá ekologická rizika. Jedná se především o možné nepříznivé vlivy na složení porostů vlivem vyležení a snížení odolnosti některých kulturních rostlin. Tyto vlivy, které mají trvalejší účinky, je proto potřebné důkladněji výzkumně sledovat. Problematika opakovaného mulčování biomasy na půdách ponechaných v klidu je v poslední době proto odborníky přehodnocována a diskutována vzhledem k některým negativním účinkům tohoto postupu na půdu (zvýšení obsahu a vyplavování nitrátů) a na složení porostů (zvýšení podílů nežádouAlespoň jednou v roce musí být plochy ležící ladem posekány nebo mulčovány. Nejen z hlediska potlačení rozšiřování plevelů, ale i z důvodu péče o krajinu, protože zanedbané plochy poškozují krajinu. Stanovení lhůty pro mulčování je závislé na druhu rostlin používaných pro ozelenění a na plevelech před jejich generativním množením. Převážně by mělo být mulčováno v červnu a červenci. Mimo orných půd ležících ladem měly by být také louky a pastviny extenzivně obhospodařované nebo nevyužívané podrobovány alespoň minimální péči, protože jinak drn rychle a trvale degeneruje a neplní svoji funkci. Střední péče o tyto plochy spočívá ve smykování a válcování v předjaří a posečení jednou za rok při extenzivní pastvě popř. minimálně v jednom mulčování. Náklady na tyto operace by celkem neměly přesáhnout cca 1000 Kč/ha. Tyto operace jsou však důležité a potřebné pro udržení typické vegetace luk a pastvin. Kdyby se tyto operace zanedbaly zcela, potom by na většině těchto ploch proběhlo stádium vytváření náletu, které by vedlo k zaplevelení a neřízenému zalesnění. Při mulčování porostů na ladem ležící orné půdě, lukách a pastvinách se vzrostlá biomasa seče, drtí a rozprostírá na široko a zetlí na téže ploše. Jedná se v tomto případě o tzv. plošné kompostování. K mulčování vzrostlého porostu na

800

10 8 6 4 2 0

600 400 200 0 UD 1401,4

UD 1601,6

UD 2202,2

UD 2802,8

UD 4004,0

Spotřeba paliva [l.ha-1]


typ mulčovače - záběr [m] Přímé náklady

Spotřeba paliva

16

800

14

700

12

600

10

500

8

400

6

300 200

4

100

2

0

-1

900

Spotřeba paliva [l.ha ]

Přímé náklady [Kč.ha-1]

Graf 1: Náklady a spotřeba paliva výrobní řady mulčovačů STS Jindřichův Hradec

0 10

18 20 průchodnost materiálu [t.h-1] Přímé náklady

27

Spotřeba paliva

Graf 2: Závislost nákladů a spotřeby paliva na průchodnosti kladívkového mulčovače loukách a pastvinách by se mělo přistupovat vždy koncem června, druhé zpracování by mělo přijít v srpnu až září u silně zaplevelených pozemků. U suchých a polosuchých travních porostů postačí pouze jeden mulčovací řez v září.

Závěr Kompostování řezanky po posečení se sice odborníky velmi doporučuje, ale je značně nákladné. Uvážíme-li, že náklady na řádné kompostování sklizené hmoty v zemědělském podniku činí dle odhadu 4000-6000 Kč/ha ošetřované plochy. Nebo může být organický materiál získaný při ošetření ploch přepraven a rozmetán a následně zaorán na jiné orné půdě. Pokud je posečený materiál zkompostován v průmyslových kompostárnách, náklady se ještě znásobují vlivem další manipulace a dopravy. Poznámka Prezentované údaje a materiály v tomto článku byly získány při řešení výzkumného projektu NAZV MZe ČR QG60093 „Hospodaření na půdě v horských a podhorských oblastech se zřetelem na trvalé travní porosty“. Kontaktní adresa: Ing. David Andert, CSc., Ing. Václav Mayer,CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 225, 233 022 235 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected] , [email protected]

22


ODPADNÍ DŘEVO ZE SADŮ A VINIC JAKO SUROVINA PRO VÝROBU BIOENERGETICKÝCH PRODUKTŮ P. Burg Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

Anotace Práce pojednává o množství a charakteru odpadního dřeva vznikajícího při pěstování vinic a ovocných sadů. Zabývá se současnými možnostmi jejich využití s ohledem na dostupné mechanizační prostředky, a to jak při drcení v meziřadí tak také pro energetické účely.

Klíčová slova: odpadní dřevo, sad, vinice, dřevní štěpka, energetické účely Title The waste wood from orchards a vineyards as raw material for production of bioenergetic products

Abstract The work treat of quantity and character of waste wood rising from vineyards and orchards. Deal with contemporary of possibilities by their utilization with respect on machines for crushing and also for energetic purposes.

Keywords: waste wood, vineyard, orchard, wooden chips, energetic purposes

Úvod Sílící nedostatek fosilních paliv a jejich zvyšující se ceny přispívají v posledních desetiletích k vývoji a ověřování nových postupů a systémů, které umožňují využívání vhodných odpadů jako materiálových a energetických zdrojů. Výzkumná činnost Ústavu zahradnické techniky na ZF Lednice se v této oblasti zaměřila na odpadní dřevo vznikající při řezu trvalých porostů tj. sadů a vinic. Množství odpadního dřeva z ovocných výsadeb je ovlivněno celou řadou aspektů. Jedná se především o ovocný druh, odrůdu, podnož, pěstitelský tvar a spon výsadby. Vedle výchovného řezu má význam zejména každoroční udržovací řez, při kterém se odstraňují poškozené, suché či zahušťující větve. Cílem tohoto řezu je zajištění vysokých a vyrovnaných výnosů ovoce (BLAŽEK, 1998). Nejpěstovanějším ovocným druhem jsou na území ČR jabloně. V intenzivních výsadbách jsou pěstovány především ve tvaru volně rostoucích zákrsků a štíhlých vřeten. Podle tvaru se pak spon pohybuje v rozpětí 3,0 (3,5) x 0,8 (2,5) m. Ze žlutých peckovin jsou nejzastoupenější meruňky a broskvoně (Obr.1 a 2). Pro oba druhy je charakteristický pěstitelský tvar s dutou korunou nebo štíhlé vřeteno. Spon výsadeb se pohybuje nejčastěji v rozpětí 4,0 (6,0) x 2,0 (5,0) m (VACHŮN, 1999). Množství vznikajícího dřeva se může u jednotlivých výsadeb výrazně lišit. Důvodem je rozsah zásahu, který může spočívat v běžném konturovém řezu nebo odstranění menších zahušťujících větví, ale také v hlubším řezu spojeném s odstraněním hlavních kosterních větví. Z 1 ha ovocných

sadů tak lze získat 0,6 – 8 t odpadního dřeva o tloušťce 10 – 100 mm. Obdobná je situace u réví, které představuje odpadní dřevo po řezu vinic (Obr.3). Jeho množství je závislé na pěstitelském sytému (určující je výška vedení, počet keřů, tažňů příp. čípků), dále na stáří vinice, konkrétní odrůdě a podnoži (bujnost růstu). Spon výsadeb se pohybuje nejčastěji v rozpětí 2,3 (3,0) – 0,9 (1,2) m. Z 1 ha vinice tak lze v průměru získat 1,4 – 1,8 t suchého réví o tloušťce 10 – 20 mm.

Materiál a metodika Pokusná měření byla v převážné většině případů prováděna v loňském (2005) a letošním roce (2006) u pěstitelů v Jihomoravském kraji - okresech Břeclav, Hodonín a Znojmo. Množství odpadního dřeva bylo zjišťováno v zimním a jarním období po řezu ovocných stromů a keřů révy vinné. Hmotnost odebraných vzorků byla stanovena bezprostředně po odebrání vážením na laboratorních vahách. Na základě sponů výsadeb byl vypočítán počet jedinců na jednom hektaru pěstitelské plochy. Z údajů o množství dřeva na jeden strom a keř bylo vypočteno průměrné množství odpadního dřeva z jednoho hektaru výsadeb.

Výsledky a diskuze Množství dřeva z jednoho hektaru sadů uvádí tab.1. Množství réví z jednoho hektaru vinice u 13 nejrozšířenějších pěstovaných odrůd uvádí tab.2.

23


Tab.1: Potenciální produkce dřeva z ovocných výsadeb

Ovocný druh (odrůda)

Pěstitelský tvar

Výnos odpadního dřeva na jeden strom [kg]

Jabloň (Golden Delicus) Jabloň (Idared) Broskvoň (Redhaven) Broskvoň (Sunhaven) Meruňka (Velkopavlovická) Meruňka (Leskora)

Štíhlé vřeteno Štíhlé vřeteno Dutá koruna Štíhlé vřeteno Dutá koruna Dutá koruna

0,80 0,92 3,10 2,06 2,62 4,14

Vypočítaná produkce dřeva [t.ha-1] 2,64 3,04 1,86 1,23 1,50 2,36

Průměr [t.ha-1]

2,11

Pozn.: Jabloně – podnož M9, stáří porostu 7 let, spon 3,0 x 1,0 m; broskvoně – podnož B-VA-1, stáří 8 let, spon 5,5 x 3,0 m; meruňky – podnož M-VA-1, stáří porostu 9 let, spon 5,0 x3,5 m

Tab.2: Potenciální produkce réví Odrůda

Typ vedení, počet tažňů

Veltlínské zelené Sauvignon Neburské Ryzlink vlašský Müller Thurgau André Zweigeltrebe Rulandské šedé Pálava Cabernet Moravia Frankovka Modrý portugal Svatovavřinecké

VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, dva tažně VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, dva tažně SV, dva tažně VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň

Výnos réví na jeden keř [kg] 0,44 0,59 0,41 0,37 0,60 0,40 0,43 0,58 0,76 0,61 0,38 0,48 0,55

Vypočítaná produkce réví [t.ha-1] 1,91 2,57 1,78 1,61 2,61 1,74 1,87 2,52 3,30 2,65 1,65 2,09 2,39

Průměr [t.ha-1]

2,21

Pozn: SV- střední vedení, stáří vinice 7 let, podnož Kober 125 AA; VV–vysoké vedení, stáří vinice 5 let, podnož SO; 4350 jedinců na 1 ha (spon 2,3x1,0m) V souvislosti s účelným využíváním odpadních produktů a s rostoucí cenou energie se opakovaně objevují snahy o využití odpadního dřeva jako energetického zdroje. Z ekologického hlediska má spalování odpadního dřeva řadu předností. Při spalování uniká do ovzduší jen malé množství oxidu uhličitého, který je v současnosti ostře sledovaným plynem v souvislosti s tzv. skleníkovým efektem Země. Uvolňuje se současně jen zanedbatelné množství oxidů síry. Dřevní popel vznikající při spalování lze také využít jako koncentrované hnojivo s alkalickou reakcí. Již v 70. letech XX. století byly ve vinohradnických oblastech ověřovány možnosti využít např. réví k vytápění (např. ZD Velké Bílovice). Technicky to znamená slisovat

V minulosti bylo nejčastějším způsobem zpracování odpadního dřeva jeho vyhrnutí z meziřadí a následné neúčelné spálení. Předností tohoto způsobu byla poměrně vysoká pracovní výkonnost (0,4 - 0,6 ha.h-1) a nízká náročnost na technické vybavení - traktor s jednoduchými hráběmi (upraveným kultivátorem). Tento způsob likvidace nadále u mnoha malých pěstitelů přežívá. U větších pěstitelů je dnes tento způsob v převážné většině případů nahrazen podrcením dřevní hmoty v meziřadí pomocí traktorových drtičů. Díky této operaci jsou větve a réví, uložené v meziřadí, rozdrceny na malé segmenty. Ty jsou plošně rozprostřeny na povrch pozemku, kde podléhají následnému rozkladu.

24


réví v meziřadí do balíků. V oblasti technologií využívajících lisování réví do balíků nabízí zajímavé řešení např. italská firma CAEB. Jedná se v zásadě o traktorový návěsný sběrací lis, který umožňuje sběr réví a jeho svinutí do válcovitých balíků přepásaných motouzem, PE – folií nebo síťovým rukávcem. Šířka balíků je shodná s pracovním záběrem těchto strojů a pohybuje se v rozmezí 0,40 – 0,60 m. Příčný průměr balíku je cca. 0,50 – 0,60 m a hmotnost 20 – 35 kg. Výkonnost stroje může dosáhnout 45 – 60 balíků za hodinu. Z hlediska energetické náročnosti vyžaduje tento stroj agregaci s traktorem o výkonu motoru minimálně 12 kW. Z konstrukčního hlediska je lis tvořen nosným rámem, jednonápravovým podvozkem, závěsem, sběracím ústrojím, svinovací komorou s odklopnou zadní částí a vázacím ústrojím. Pohon funkčních částí stroje je řešen od vývodového hřídele a hydrauliky traktoru. Tímto lisem připravené balíky jsou určeny k sesbírání a následnému spalování v kotlích vybavených speciálně upravenými podavači. V současnosti je jedním z hlavních nedostatků umožňující širší uplatnění této technologie poměrně vysoká investiční náročnost na pořízení těchto zařízení. Stále častěji se ověřují také možnosti vyhrnuté odpadní dřevo naštěpkovat a použít jako palivo. Tento postup je nově dopracován o výrobu briket z dřevní štěpky. V oblasti technologií s využitím štěpkování réví se používá štěpkovačů produkujících štěpky různé velikosti. Nejjednodušší variantu představuje řešení, kdy traktorovým štěpkovačem je dřevo na okraji trvalého portostu podrceno na štěpky o velikosti 50 – 100 mm (energetická štěpka), které jsou po vysušení využívány jako palivo v kotlech, doplněných standardními podavači. Další technologie využívá štěpkování réví na výrazně

menší štěpky (s velikostí do 15 mm), které jsou dále použity pro výrobu briket. Výroba briket spočívá ve vysokotlakém lisování vstupní suroviny do požadovaného tvaru bez přídavku pojiva s využitím pryskyřic obsažených v materiálu. Účinkem vysokého tlaku a tepla se uvolní z buněčných struktur dřeva lignin a spojí tak jednotlivé částice do kompaktní brikety, které lze následně spalovat ve standardních kotlích na tuhá paliva. Nevýhodou této varianty jsou vedle vysokých investic na nákup štěpkovače a briketovacího lisu zvýšené energetické nároky na jejich pohon. Celkovou nákladovost by bylo rovněž nutné povýšit o další náklady spojené s vyhrnováním, svozem a uskladněním dřeva.

Obr.1: Výsadba broskvoní (dutá koruna) po jarním řezu

Obr.2: Výsadba broskvoní (štíhlé vřeteno) po jarním řezu

Závěr Rozhodující úlohu ve využití odpadního dřeva pro energetické účely hraje jeho vlhkost, neboť při vysokém procentickém obsahu vody (nad 25%) dochází výraznému poklesu výhřevnosti. V souvislosti s rostoucími cenami fosilních paliv a elektrické energie, lze výhledově zcela jistě předpokládat u odpadního dřeva a réví možnost jejich využití k energetickým účelům zejména v produkčních oblastech. Podle zjištěných údajů se množství odpadního dřeva po řezu ovocných výsadeb pohybuje v rozmezí 0,80 – 4,14 kg. Podle ovocného druhu, tvaru a sponu výsadby pak činí průměrná produkce odpadního dřeva vyjádřená na 1 hektar 2,11 t. Množství réví připadajícího na jeden keř se pohybuje v rozmezí 0,37 – 0,76 kg, což představuje v závislosti na sponu výsadby přibližně 1,4 – 3,01 t na jeden ha vinice. Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu NAZV č. QG 60083 „Konkurenceschopnost bioenergetických produktů“.

25


Literatura BLAŽEK, J.: Ovocnictví. Praha – ČZS, Květ. 1. vyd. 1998. 383 s. ISBN 80-85362-33-3. SEDLO, J. Ekologické vinohradnictví. 1.vyd. Praha: Ministerstvo zemědělství v Agrospoji Praha, 1994. 185 s. ISBN 80-7084-117-6 VACHŮN, M.: Ovocnictví – pěstování meruněk. Skriptum. MZLU v Brně. 1. vyd. 132 s. ISBN 80-7157-393-0. WALG, O. Taschenbuch der Weinbautechnik. 1. Auflage. Kaiserlautern: Rohr-Druck, 2000. 432 s. ISBN 3-92115645-9

Kontaktní adresa Ing. Patrik Burg, Ph.D, Ústav zahradnické techniky, ZF MZLU v Brně, ul. 17. listopadu 1a, 690 02 Břeclav, CZ e-mail: [email protected] tel.: +420 519322767

Obr.3: Výsadba révy vinné (vysoké vedení) po zimním řezu

26


VYUŽITÍ MULČOVAČŮ PŘI ÚDRŽBĚ TRAVNÍCH POROSTŮ NA ZEMĚDĚLSKY NEVYUŽÍVANÝCH PLOCHÁCH P. Burg, P. Zemánek Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

Anotace V poslední době jsou při údržbě trvalých travních porostů ověřovány technologie, které využívají strojů pracujících na principu mulčovačů, ale tak, že travní hmota není drcena na drobné částice, které vlhké zapadají mezi stébla strniště a přikrývají povrch, nýbrž lámou stébla porostu na kusy o délce 80 – 100 mm při výšce strniště 100 – 150 mm. Zbytky takto posečené hmoty zůstávají uloženy na strništi, rychle vysychají, snižují svůj objem a pouze část z nich postupně propadne až na povrch pozemku. Časová prodleva umožňuje původnímu porostu rychlou regeneraci. Cílem příspěvku je hodnocení mulčovače z kategorie malé mechanizace využívaného při údržbě travních porostů bez sběru podrcené hmoty. Při nasazení stroje byla sledována zejména výkonnost a spotřeba PHM, dále byla hodnocena poruchovost, kvalita práce a nároky na obsluhu. Ošetřený porost byl po zásahu hodnocen v intervalech 2 týdnů. Výsledky sledování umožňuje doporučit stroj pro údržbu ploch veřejné zeleně, okrajů komunikací, ruderálních ploch, a to i v obtížně dostupných terénech.

Klíčová slova: travní porost, mulčování, mulčovač Title The utilization of mulching machines at maintaining of grass growths on extensive areas

Abstract In the last time are by maintaining of extensive growths checking technologies, which exploited machines working on the principle of mulching. The plant mass isn’t crushing on small elements, which damp snowbound between straw of stubble and cover surface, but break straw to pieces about 80 – 100 mm long. Remnants of respite masses are storage on stubble, quickly desiccation, decline volume and only part of them gradually flunking excepting on the surface. Time delay allows fast regeneration of growths. The aim of this work is classification of two types of mulching machines from the category of small mechanization exploited by maintaining of grass growths without simple of masses. At setting of machines was monitoring especially the efficiency and fuel consumption. Further was classification failure rate, quality of work and title to tenders. Nursed growth was classification in intervals 2 weeks. The results enable recommend both machines for upkeep of surfaces by public of communications, ruderal surfaces etc.

Keywords: extensive grass, mulching, mulching machine Úvod Extenzivně ošetřované travní porosty ve veřejné zeleni – okraje komunikací, příkopy, plochy zasažené nálety, zaplevelené navážky apod., představují problém při údržbě. Sečení je většinou složité nejen s ohledem na terénní nerovnosti, ale také pro potřebu likvidace posečené hmoty. Ta v podobě celých stébel pokrývá povrch a zabraňuje přístupu vzduchu i světla. Důsledkem je vyhnívání travního porostu, plstnatění a celková degradace travního porostu. V poslední době jsou ověřovány technologie (při údržbě TTP), které využívají strojů pracujících na principu mulčovačů, ale tak, že travní hmota není drcena na drobné částice, které vlhké zapadají mezi stébla strniště a přikrývají povrch, nýbrž lámou stébla porostu na kusy o délce 80 – 100 mm při výšce strniště 100 – 150 mm. Zbytky takto posečené hmoty zůstávají uloženy na strništi, rychle vysychají, snižují svůj objem a pouze část z nich postupně propadne až

na povrch pozemku. Časová prodleva umožňuje původnímu porostu rychlou regeneraci. Cílem příspěvku je pojednat o možnostech a dosavadních zkušenostech s využíváním mulčovače při údržbě travních porostů veřejné zeleně.

Materiál a metodika Sledovaný stroj - profesionální pětirychlostní mulčovač Hurricane F-700 (Obr.1 a 2) se záběrem 680 mm je určen pro práci na rozsáhlých plochách, je vhodný i do extrémních zátěžových podmínek. Je ho možné využít pro údržbu extenzívních lučních porostů, příkopů, a jiných dlouhodobě nesečených či zanedbaných pozemků. Tento stroj je vybaven motorem BRIGGS & STRATTON INTEK 9,9 kW (13,5 HP). Směrově a výškově nastavitelná řidítka a možnost nastavení výšky sečení do šesti poloh patří k přednostem, které

27


zvyšují maximální adaptabilnost stroje na daný terén. Na řídítkách jsou umístěny ovládací páčky nastavení výšky vodících kol, řazení rychlostních stupňů, akcelerátoru, pojezdové spojky a spojky pohonu nože. Stroj je vybaven pětistupňovou mechanickou převodovkou se zpátečkou od firmy PEERLESS. V pojezdových kolech o rozměru 16x6,50-8´ je zabudován tzv. kolíčkový diferenciál pojezdových kol, který umožňuje přibrzďování stroje motorem při pohybu ze svahu. Pomocí kolíků s pojistným třmínkem lze přední vodící kola zaaretovat. Toho se využívá hlavně při sečení ve svahu (při jízdě po vrstevnici svahu). Mulčovač je dále vybaven automatickou parkovací brzdou. Pro sečení je použit nový typ nože GATOR Hi-lift s vyšším výkonem sečení a mulčování. Aby se eliminovalo protáčení nože při větším množství materiálu v krytu nože, je nůž na hřídeli uložen bez třecí spojky na pevném unášeči. Ochranu proti poškození motoru nyní zajišťuje klínový řemen pohonu nože od firmy OPTIBELT, který se vyznačuje

vysokým přenášeným výkonem, snadným prokluzem při zapínání pohonu nože, odolností proti protahování a malými výrobními odchylkami délky. Pohon nože je vybaven bezpečnostní brzdou, která zastaví nůž do 5 vteřin po puštění páčky na řídítkách (např. v případě nebezpečí, havárie atp.). Nově použitý, u konkurenčních výrobků zatím nepoužívaný, systém ovládání zajišťuje, že v případech, kdy obsluha pustí rukojeti řídítek (např. uklouzne…), stroj nepokračuje v jízdě ani z prudkého svahu. Automatickou brzdu lze samozřejmě odblokovat pro případ ruční manipulace se strojem. Pro pohodlnější obsluhu stroje je možnost zapojit bržděný nosič AV-700. Sledované provozní parametry Při zkouškách byla sledována zejména výkonnost a spotřeba PHM, byla hodnocena poruchovost, kvalita práce a nároky na obsluhu. Ošetřený porost byl po zásahu 2 x fotografován v intervalech 2 týdnů (Obr.3). Sledované parametry jsou uvedeny v tab. 1.

Tab.1: Sledované parametry mulčovače VARI F - 700 Č.

1

2

3

4

Porost Tráva h = 200 mm Tráva, nálety h = 600 mm Tráva, nálety h = 500 mm Tráva, nálety h = 800 mm

Výška strniště [mm]

Ošetřená plocha [m2]

Produkti vní čas T04 [min]

Produktivní výkonnost W04 [m2.h-1]

Pojezd (zařaze ný stupeň)

Spotřeba PHM [l.h-1]

Rozprostření hmoty (bez clony)

50

2000 (V.Bílovice)

100

1204

IV

1,20

rovnoměrné

100

5000 (Mikulov)

260

1153

II

1,39

nerovnoměrné

100

2200 (V.Bílovice)

123

1073

III

1,30

vyhovující

100

5000 (Mikulov)

280

1070

II

1,48

nerovnoměrné

Obr.2: Mulčovač Hurricane F-700 při údržbě travního porostu

Obr.1: Mulčovač Hurricane F-700

28


dení zásahu velmi rychle regeneruje. Mulčovač F–700 je vhodný zejména pro obce, městské úřady a komunální služby. V zimním období lze u tohoto typu jednoduchým způsobem vyměnit vodící kola za shrnovací radlici ASR-700 a využít stroj pro zimní údržbu silnic, chodníků a veřejných obecních ploch. Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu NAZV č. 1G57004 „Komplexní metodické zabezpečení údržby trvalých travních porostů pro zlepšení ekologické stability v zemědělské krajině se zaměřením na oblasti se specifickými podmínkami“

Literatura Obr.3: Celkový pohled na pomulčovaný porost Výsledky a diskuze Hlavní připomínky k provozu stroje

ZEMÁNEK, P.; BURG, P. 2005. Speciální mechanizace – MP pro zakládání a údržbu okrasných porostů. Brno: MZLU. ISBN 80-7157-919-X. VARI – HONDA, Nabídková katalog firmy VARI, a.s., Libice nad Cidlinou

Přednosti: - výkon motoru 9,9 kW umožňuje bezproblémové drcení i vyššího porostu (800 mm) - přední opěrná, ostruhová kola znamenají výraznou pomoc při ovládání a manipulaci - regulovatelný pojezd umožňuje přizpůsobit pracovní rychlost výšce porostu - lepší rozprostření podrcené hmoty bylo při odstranění clony - osvědčily se výškově i stranově stavitelné rukojeti

Kontaktní adresa Ing. Patrik Burg, Ph.D, Doc. Ing. Pavel Zemánek, Ph.D Ústav zahradnické techniky, ZF MZLU v Brně, ul. 17. listopadu 1a, 690 02 Břeclav, CZ e-mail: [email protected] tel.: +420 519322767

Nedostatky: - plastový kryt bowdenů ovládání je slabý, nevyhovující, v nerovném terénu se rychle poškodil - malá nádrž na benzín znamená časté dolévání - vodící kolíky řemenových spojek jsou slabé, ohýbají se a lámou, stávající průměr 6 mm by měl být zvětšen alespoň na průměr 10 mm - pneumatiky pojezdu jsou velmi měkké a proto zranitelné ( 2 x propíchnuty trnem ), za zbytečné považujeme také pneumatiky u předních vodících ostruhových kol - stavitelná výška pokosu od cca. 30 do 100 mm by měla být zvětšena (na 150 mm)

Závěr Mulčovač VARI F 700 z kategorie malé mechanizace, s výkonem motoru 9,9 kW vyplňuje mezeru v sortimentu strojů pro údržbu zeleně a komunálních ploch. Pro své rozměry, hmotnost a spotřebu PHM, stejně jako pro možnost ošetření porostu bez sběru hmoty, je určen k údržbě extenzivních travních porostů, okrajů komunikací a dalších ploch. Jeho využití umožňuje uplatnit technologie šetrné ke stanovišti trvalého travního porostu. Travní porost po prove-

29


VÝVOJ KOTLE NA OBILNOU SLÁMU O VÝKONU 1000 KW B. Čech1), S. Kraml2), J. Matoušek1) 1)

VŠB –TU Ostrava TENZA a.s. Brno

2)

Anotace V rámci grantového úkolu MPO FT-TA2/077 vyvíjí TENZA, a.s. Ve spolupráci s VŠB –TU Ostrava teplovodní kotle pro spalování obilné slámy. V současné době je před dokončením kotel o jmenovitém tepelném výkonu 1000 kW. Další vývoj směřuje k výkonové řadě od výkonu 80 kW až do výkonu 1 MW. V průběhu vývoje a zkoušek kotle je nutno řešit řadu náročných úkolů spojených s vlastnostmi paliva, konstrukcí zařízení, až po likvidaci popela.

Klíčová slova: Biomasa, spalování, obilná sláma, teplovodní kotel Title Boiler development for cereal straw of 1 MW heat output

Abstract A heat water boiler for burning cereal straw is being developed by TENZA, Inc. in cooperation with the VŠB-TUO as a part of the research grant MPO FT-TA2/077. At present the construction of the boiler of the 1000kW output is just to be finished. The further development is focused on the output rank from 80kW to 1MW. During the development process a number of uneasy tasks and boiler tests concerning the fuel characteristics, the equipment construction and last but not least the ash disposal has to be solved out.

Keywords: Biomass, burning process, cereal straw, heat water boiler Úvod

Energetické využívání biomasy je možné několika technologiemi. Podle potřeb tepla a tím i potřebné velikosti zdrojů je vhodné řešit systém zásobování teplem i jako soustavu vhodně centralizovaného zásobování teplem. Při řešení je tedy třeba řešit jak místní dostupnost potenciálního paliva, možnosti jeho efektivní výroby, dopravování, úpravu, skladování, vlastní přeměnu na tepelnou energii, likvidaci nespalitelných zbytků, tak i vhodnou místní dispozici kotelny, koncepci energetických potenciálů, rozvody tepelné energie a možnosti kombinované výroby elektřiny a tepla. Energetickou biomasu je možno získávat z různých zdrojů. Mezi významné, zatím dosud málo využívané patří - Zbytky zemědělské produkce (obilná sláma, řepková sláma, otruby apod.) - Cíleně pěstovaná biomasa energetických bylin Poznámka: Pro cílené pěstování biomasy využitelné k energetickým účelům je možno získat dotace.

Řešení energetické koncepce je jedním z dílčích problémů, které je nutno řešit ve sféře komunální, podnikové i ve sféře státních resortů. Je to však problém vyznačující se dlouhodobým vlivem na celkovou koncepci i ostatních oblastí se vzájemným vlivem napříč společností. Jedním z možných a zároveň trvale udržitelných zdrojů energie je energetické využívání biomasy. Energetické využívání biomasy je výhodné z nejméně následujících důvodů: - Jedná se o ekologický a tudíž perspektivní a dlouhodobě udržitelný zdroj energie, s neutrálním působením skleníkových plynů. - Je v souladu se státní energetickou politikou. - Umožňuje získání výhodné finanční podpory z různých zdrojů. - Vede k dokonalému využití místní hmoty. - Je v souladu s řešením odpadového hospodářství. - Činí region méně závislý na zahraničních a monopolních zdrojích energie. - Dlouhodobě snižuje externí náklady. - Snižuje odliv financí z regionu. - Zvyšuje zaměstnanost. - Napomáhá sociální stabilitě regionu - Podporuje rozvoj dalšího podnikání v regionu. - Je v plném souladu s politikou a cíli zemí EU.

Materiál a metodika Cílem vývoje kotlů výkonové řady 80 až 1000 kW je zaplnit mezeru na trhu domácích technologií umožňující splnění výše uvedených obecných problémů. V rámci projektu bylo stanoveno celkem 60 obecných požadavků na výrobek, který bude výsledkem řešení projektu. Jedná se zejména o obecné požadavky na jakost zařízení, které mají zásadní vliv na provozní parametry, provoz-

30


ní vlastnosti, nároky na kvalifikaci obsluhy, údržbu, dlouhodobou provozní spolehlivost, dodací lhůty, pořizovací cenu a nutné provozní náklady atd. Tyto požadavky byly dále rozpracovány do jednotlivých provozních uzlů, přičemž pro dosažení požadované jakosti byly stanoveny další požadavky vyplývající z obecně formulovaných požadavků a to až několik desítek pro každou podstatnou součást technologie.

Výsledky a diskuse Popis koncepce zařízení. Technologie je určena pro spalování balíkované slámy. Provozní zásobník paliva zajišťuje zásobu paliva na potřebnou dobu, kdy není v kotelně obsluha a zajišťuje také automatické podání paliva do zařízení úpravy paliva. Provozní zásobník je řešen ve dvou variantách. V první varian-

tě je provozní zásobník tvořen dopravníkem, na který jsou položeny balíky. Tyto jsou dopravníkem posouvány k rozdružovacímu zařízení slámy. V druhé variantě, která je určena pro vyšší výkony a delší provozní zásobu je využit automatický jeřábový systém, který manipuluje balíky slámy na podávací stůl rozdružovacího zařízení. Jeřábový systém je řešen podle potřeby provozní zásoby paliva a dispozice skladu ve dvou dalších variantách. Buďto jako lineární provozní zásobník nebo jako plošný zásobník (může pokrýt až celou plochu skladu). Rozdíl mezi provozním zásobníkem tvořeným dopravním pásem a zásobníkem tvořeným jeřábovým systémem je zejména v kapacitě provozního zásobníku a jeho ceně, neboť jeřábové systémy se vždy vyznačují vyšší cenou. Potřeba paliva je dána pro jednotlivé výkony kotlů následovně

Tab. 1: Potřeba paliva pro jednotlivé výkony kotlů

Výkon kotle kW 100 160 200 250 400 630 1000

Hodinová potreba paliva kg*h-1 28,57 45,71 57,14 71,43 114,29 180 285,71

Denní potreba balíku* "-" 2,59 4,14 5,18 6,47 10,35 16,3 25,88

Maximální Rocní sklad Rocní sklad pri denní pri provozu v provozu v promenném výroba základním zatížení dle venkovní tepla zatížení teploty m3 m3 GJ 8,64 1095 365 13,82 1825 609 17,28 2190 730 21,6 2555 852 34,56 4015 1339 54,43 6205 2069 86,4 9490 3164

Poznámka*:Platí pro velikost balíků 1,2m x 0,8m x 2,3 m Rozdružovací zařízení paliva tvoří soustava rotačních rozdružovadel, které rozeberou balík na malé kousky tak, aby palivo podávané do kotle lépe hořelo, a bylo umožněno plynulé nastavení výkonu kotle. Tlaková část kotle slouží k vyhoření paliva a předání tepla spalin ohřívané vodě. Je sestavena z prostoru vyhořívání paliva a teplosměnné části. Významným cílem návrhu tlakové části je neomezovat ohřátí vody maximálním teplotním rozdílem výstupu ohřáté vody a vstupu chladné vody. Spalovací zařízení je jednoduchého průřezu s vodou chlazeným pláštěm. Při tomto řešení jsou minimalizovány tepelné ztráty do okolí, protože prostor ohniště je tepelně oddělen od okolí vodním prostorem pláště. Tímto řešením jsou výrazně sníženy požadavky na rozsah a kvalitu tepelných izolací. Spaliny jsou po ochlazení v trubkovém výměníku čištěny v odlučovacím gravitačním cyklonu, který zabezpečí odprášení spalin. Popel je odváděn z kotle spirálovým dopravníkem do kontejneru nebo popelnice. Řešení nevyžaduje budování podkotlí, čímž se snižují nároky na stavební připravenost.

Výkon a účinnost kotle. Tepelné výkony jednotlivých kotlů jsou navrženy v rozsahu jmenovitého výkonu kotlů od 80 kW až po 1000 kW. Pro prověření reálnosti záměru byly zhotoveny některé technologické prvky kotle různých velikostí. Dosavadní výsledky měření zkušebního zařízení odpovídají stanoveným požadavkům. Výkony dosažené na zkušebním zařízení jsou v rozmezí 300 až 1000 kW, podle nastavení výkonu, přičemž se jedná o doposud prověřované výkony zkušebního zařízení. Zkušební zařízení podle průběhů zkoušek umožňuje dosažení i vyšších výkonů. Ztráty kotle, zejména komínová ztráta a ztráta chemickým nedopalem jsou na nízké úrovni, z čehož vyplývá vysoká účinnost kotle. Zařízení je konstruováno tak, aby plnilo příslušné emisní limity. Dosavadní výsledky na kotli 1000 kW potvrzují splnění předepsaných emisních limitů. Průměrné emise CO se pohybují kolem 500 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách. Emise NOx se pohybují kolem 300 mg.m-3N při 11% O2 ve spalinách.

31


VÝZKUM ENERGETICKÝCH TRAV J. Frydrych1), D. Andert2), D. Juchelková3) 1)

OSEVA PRO, Výzkumná stanice travinářská, Zubří 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 3) VŠB –TU Ostrava

Anotace V současné době je pro využívání obnovitelných zdrojů energii v České republice k dispozici přes 9 mil tun dostupné biomasy s tím, že využitelné biomasy je cca 13,5 mil tun. Z hlediska využívání trav pro energetické účely se jeví nejvhodnější psineček veliký, kostřava rákosovitá a ovsík vyvýšený. Výzkum energetických trav je zaměřen na sklizeň trav v různých vývojových fázích s ověřením výnosu zelené hmoty, suché hmoty a sušiny. Do výzkumu je zařazen psineček veliký, kostřava rákosovitá, ovsík vyvýšený, sveřep horský a luční směs do vlhkých a sušších podmínek. Trávy jsou zkoumány na dvou úrovních výživy: bez výživy dusíkem a s minimální dávkou dusíku 50 kg. Sklizeň trav probíhá měsíc před technickou zralostí a v období dva měsíce po technické zralosti. Cílem tohoto výzkumu je zjistit vliv termínu sklizně na výnosové parametry u zkoumaných travních druhů v souvislosti s obsahem sušiny. Současně probíhá i výzkum realizace vlastního spalování travní hmoty v technických zařízeních.

Klíčová slova : výzkum, energie, tráva, biomasa, spalování Title Research on grasses for energy generating

Annotation At present, more than 9.0 million tons of biomass are available for the exploitation of the renewable energy resources in the Czech Republic, and approximately 13.5 million tons of biomass could be exploited. The most suitable grasses for energy generating purposes appear to be agrostis gigantea, festuca arundinacea and arrhenatherum elatius. The research on grasses for energy generating is focused upon the grass harvesting in various development phases and the evaluation of the respective green matter yield, dry mass yield and dry matter yield. Following grasses have been included in the research: agrostis gigantea, festuca arundinacea, arrhenatherum elatius, bromus marginatus, and a meadow mixture for damper and for drier conditions. The grasses are evaluated at two fertilisation levels – without fertilisation with N and with a minimum fertilisation dose of 50 kg N. The harvesting is carried out from one month before to two months after the technical maturity of the grasses, respectively. The goal of this research is to evaluate the influence of the harvest timing upon the yield parameters of the tested grass species with respect to the dry matter contents. Simultaneously, a research on the burning of grass mass in technical appliances is carried out.

Keywords: research, energy, grass, biomass, burning Úvod V současné době je pro využívání obnovitelných zdrojů energií v České republice k dispozici přes 9 mil. tun dostupné biomasy s tím, že využitelné biomasy je cca 13,5 mil. tun (Trnka 2005). Součástí tohoto potenciálu je i biomasa trav. V České republice se energetickým využitím trav zabývala OSEVA PRO s.r.o. Výzkumná stanice travinářská Rožnov– Zubří. Na základě výsledků výzkumu lze doporučit pro energetické účely psineček veliký, kostřavu rákosovitou a ovsík vyvýšený. V současnosti je výzkum u těchto trav zaměřen na ověřování výnosu zelené hmoty, suché hmoty a sušiny v různých vývojových fázích v termínu před technickou zralostí a ve fázi po technické zralosti. Do výzkumu je vedle zkoumaných trav zařazen sveřep horský, luční směs do vlhkých a luční směs do sušších podmínek. Současně probíhá výzkum spalování travní hmoty v technických zařízeních a tím určité realizace celého pěstitelského procesu energetických trav. Ve výzkumu spalování travní hmoty v technic-

kých zařízeních spolupracuje OSEVA PRO s.r.o. Výzkumná stanice travinářská Rožnov-Zubří s Výzkumným ústavem zemědělské techniky Praha a Vysokou školou báňskou – Technickou univerzitou v Ostravě.

Materiál a metodika Zařazené trávy a směsi ve výzkumu v současnosti jsou psineček veliký, kostřava rákosovitá, ovsík vyvýšený, lesknice rákosovitá, sveřep horský, luční směs pro vlhčí a sušší stanoviště. Trávy a směsi jsou založeny v parcelkách o výměře 10 m2. Každá varianta je čtyřikrát opakována. Pokusy energetických trav a travních směsí jsou založeny ve dvou variantách hnojení bez hnojení a s minimální dávkou dusíku 50 kg. U trav probíhají sklizně v období měsíc před technickou zralostí a dva měsíce po technické zralosti. Poslední sklizeň trav proběhla v měsíci září v prvním užitkovém roce trav. V měsíci říjnu proběhla druhá seč trav a směsí sklizených v termínu jednoho měsíce před sklizňovou

33


zralostí. U trav byl sledován výnos zelené hmoty, suché hmoty a sušiny. V roce 2005 bylo provedeno celkem 6 sklizní energetických trav. Zkoušky se spalováním sena byly provedeny na malých i velkých kotlích. Pro výzkum byla využita zejména vymlácená sláma z psinečku velikého.

vzrůstající tendenci ( 6.6.2005 5,21 t/ha ve hnojené variantě až do září 9,69 t/ha ve hnojené variantě). Na základě tohoto poznatku lze doporučit sklizeň lesknice rákosovité odr. Chrifton do dvou měsíců po technické zralosti sklizně semene. Luční směs do vhlčích podmínek – nejvyšší potenciál výnosu sušiny ve hnojené variantě (11,31 t) dosáhla směs do vlhčích podmínek při sklizni 8.7. 2005 v době technické zralosti převážné většiny trav. V měsíci srpnu a září došlo již k významnému snížení výnosu sušiny u (7,13 t/ha – srpen a 6,51 t/ha září). U této luční směsi se projevilo významným způsobem zastoupení vzrůstných jetelovin zejména jetele lučního Kvarty a jetele hybridního Táborského.Výskyt jetelovin se projevil zejména v první červnové seči kdy dosáhla hnojená varianta výnosu zelené hmoty 48,36 t/ha. U této směsi lze doporučit sklizeň v červnu maximálně červencovou sklizeň a případně i vícesečnou sklizeň tak jak je realizována v běžné zemědělské praxi pro pícní účely. Vysoký podíl jetelů se projevuje zejména polehnutím porostu jeho podehníváním a opadem listů jak trav tak jetelovin v dalších pozdních sklizňových termínech při stárnutí porostu což se negativně projevuje jak na výnosu biomasy tak její kvalitě a struktuře. Luční směs do sušších podmínek – nejvyšší potenciál výnosu sušiny ve hnojené variantě (11,53 t) dosáhla směs do sušších podmínek při sklizni 8.7. 2005 v době technické zralosti převážné většiny trav. V měsíci srpnu a září došlo již ke snížení výnosu sušiny (9,36 t/ha – srpen a 7,09 t/ha září) ve hnojené variantě. Snížení výnosu sušiny nebylo tak vysoké z hlediska nižšího podílu vzrůstných jetelovin (nižším podílem jetele lučního Kvarty a podílem jetele plazivého Huia) oproti luční směsi do vlhkých podmínek. Z hlediska využití lze doporučit sklizeň této směsi v termínu červnovém maximálně začátkem července v době technické zralosti trav. I u této směsi se projevil vysoký výnos zelené hmoty ve hnojené variantě (39,22 t/ha) při sklizni dne 6.6.2005. I zde lze doporučit vícesečnou sklizeň zejména z hlediska nebezpečí polehnutí a podehnívání porostu. Sveřep horský Tacit – sveřep horský Tacit dosáhl nejvyšší výnosový potenciál sušiny v době technické zralosti trav a sklizně na semeno. Výnos 12,48 t na hektar ve hnojené variantě byl nejvyšší ze všech zkoušených lučních směsí a travních druhů ve sklizňovém termínu 8.7.2006. V srpnu a září došlo již k významnému snížení výnosu sušiny ve hnojené variantě (srpen - 8,41 t/ha a září 7,42 t/ha). Na základě těchto výsledků lze doporučit sklizeň sveřepu horského na biomasu v době technické zralosti sklizně semene. Ovsík vyvýšený Rožnovský – ovsík vyvýšený Rožnovský dosáhl nejvyšší výnosový potenciál sušiny v době technické zralosti trav a sklizně na semeno. Výnos sušiny dne 8.7.2005 8,94 t na hektar ve hnojené variantě byl nejvyšší ze všech jeho sklizní v roce 2005.V srpnu a září došlo již k významnému snížení výnosu sušiny ve hnojené variantě (srpen – 5,37 t/ha a září 5,07 t/ha). Na základě těchto výsledků lze doporučit sklizeň ovsíku vyvýšeného na biomasu v době technické zralosti sklizně semene.

Výsledky a diskuse Rok 2005 byl prvním sklizňovým rokem zkoumaných trav a lučních směsí. Pokusy s lučními směsmi a s travními druhy byly založeny po předplodině slunečnici a kukuřici. Tyto plodiny byly po sklizni mulčovány a posklizňové zbytky zapraveny do půdy zaoráním. Tato skutečnost měla zřejmý vliv na množství organické hmoty v půdě a tím příznivý stav pro následnou plodinu , kterými byly energetické trávy. Tato skutečnost zřejmě ovlivnila i vysoký výnosový potenciál trav zejména v období sklizňové zralosti , který již v prvním užitkovém roce dosáhl nad 10 t sušiny na hektar při hnojení 50 kg N ročně u nejvýnosnějších travních druhů a lučních směsí u hnojené varianty. U jednotlivých komponentů zahrnutých do výzkumu se pohyboval rozdílný obsah sušiny v zelené hmotě od sklizně červnové až po zářijovou sklizeň. Rozdílný byl výnos zelené hmoty, suché hmoty a sušiny u jednotlivých travních druhů i lučních směsí v průběhu celého sklizňového období. Psineček veliký (Rožnovský) – nejvyšší výnos sušiny jsem zaznamenal u sklizně v technické zralosti trav dne 9.8.2005. Výnos sušiny měl vzrůstající tendenci od 6.6 2005 (7,14 t/ha varianta hnojeno), sklizeň 9.8.2005 (12,79 t varianta hnojeno). Při sklizni 8.9 2005 došlo ke snížení výnosu na 11,31 t/ha sušiny ve hnojené variantě. Na základě těchto výsledků můžeme u psinečku doporučit sklizeň na biomasu v technické zralosti sklizně semene v průběhu srpna a do jednoho měsíce po této sklizni kdy ještě nedochází k razantnímu snížení výnosu. Kostřava rákosovitá (Kora) – výnos sušiny měl vzrůstající tendenci od 9,36 t/ha ve hnojené variantě dne 6.6. 2005 do 9.8. 2005 (13,68 t/ha) ve hnojené variantě. 8.9.2005 již došlo k významnému snížení výnosu sušiny na 8,34 t/ha ve hnojené variantě. Na základě těchto výsledků můžeme doporučit sklizeň kostřavy rákosovité na biomasu (Kory) do 1. měsíce po technické zralosti sklizně na semeno. Lesknice rákosovitá (Palaton) – výnos sušiny měl vzrůstající tendenci ( 6.6.2005 4,64 t/ha ve hnojené variantě až do září 13,30 t/ha ve hnojené variantě). Na základě tohoto poznatku lze doporučit sklizeň lesknice rákosovité na biomasu odr. Palaton do dvou měsíců po technické zralosti sklizně semene. Lesknice rákosovitá (Lera) – výnos sušiny měl vzrůstající tendenci ( 6.6.2005 7,22 t/ha ve hnojené variantě až do srpna (sklizeň 13,34 t/ha ve hnojené variantě). V září došlo k nepodstatnému snížení výnosu na 11,43 t/ha ve hnojené variantě. Na základě tohoto poznatku lze doporučit sklizeň na biomasu lesknice rákosovité odr. Lera do dvou měsíců po technické zralosti sklizně semene. Lesknice rákosovitá (Chrifton) – výnos sušiny měl

34


Celkové výsledky – u jednotlivých lučních směsí a travních druhů zařazených do výzkumu se projevil rozdílný obsah sušiny v zelené hmotě, který se zvyšuje zejména stárnutím porostu a oddalováním doby první sklizně. Obsah sušiny byl nejvyšší u porostu sklizených v září ( u sveřepu horského v hnojené variantě dosáhl obsah sušiny v zelené hmotě v hnojené variantě 63,21%). Jednotlivé luční směsi i travní druhy reagují rozdílně i z hlediska výnosu sušiny a optimálního termínu sklizně pro biomasu a její využití pro energetické účely v průběhu sklizňového roku s cílem dosažení maximálního výnosu sušiny. Snížení výnosu sušiny u travních porostů sklizených v pozdním letním a podzimním období v první seči je způsobeno zejména opadem listů a polehnutím.(např. luční směsi nebo ovsík vyvýšený). Na základě výsledků v prvním užitkovém roce lze doporučit pro sklizeň luční směsi do vlhkých a suchých podmínek v měsíci červnu a červenci s případně vícesečným využitím. Zejména u těchto směsí lze využít vysoký výnosový potenciál zelené hmoty v ranných sečích. Kostřavu rákosovitou Koru lze doporučit pro sklizeň do 1. měsíce po sklizni v technické zralosti na semeno, kdy dochází k nárůstu obsahu sušiny v zelené hmotě a maximalizaci výnosu sušiny. U sveřepu horského Tacit a ovsíku vyvýšeného Rožnovský dochází již 1. měsíc po technické zralosti sklizně semene ke snížení výnosového potenciálu sušiny a lze doporučit jejich sklizeň na biomasu v době sklizně semene. U všech odrůd lesknice rákosovité (Palaton, Lera a Chrifton) na základě výsledků z prvního užitkového roku lze doporučit jejich sklizeň do dvou měsíců po technické zralosti v první zářijové dekádě. Zejména odrůda lesknice rákosovité Palaton vykázala nejvyšší výnos sušiny (13,30 t/ha) při sklizni dne 8.9.2005 ze všech zkoumaných komponentů. Psineček veliký Rožnovský vykázal nejvyšší výnos sušiny (12,79 t/ha) v době technické zralosti a sklizně semene. U psinečku velikého lze doporučit sklizeň na biomasu v době technické zralosti semene a do jednoho měsíce po technické zralosti, kdy došlo v prvním užitkovém roce k nevýznamnému snížení výnosu sušiny na 11,31 t/ha.

ní štěpka či seno-uhlí a to ve formě peletek či volně ložené. Zde se opět uplatní nutnost sestavení „receptury směsí“ (Andert, Juchelková 2005).

Výsledky výzkumu spalování sena v technických zařízeních Se spalováním sena byly provedeny spalovací zkoušky jak na malých tak velký kotlích. Ze zkušeností lze udělat závěr, že spalování sena je možné pouze na kotlích, které byly původně určeny pro spalování slámy a jsou vybaveny rozdružovačem balíků. To znamená kotle nad 500kW tepelného výkonu. Seno pro spalování musí byt suché (max vlhkost 20%). Pro kotle malého výkonu je nutné seno upravit do peletek. Potom je možné spalovat seno v kotlích určených pro spalování dřevních peletek či dřevní štěpky. Nelze využít kotle na uhlí(mimo jiné rozdílný podíl prchavé hořlaviny)! Je možné použít pouze speciální dvoupalivový kotel uhlí – biomasa jako je např. Ekoefekt BIO. Další z možností je využití sena ve směsných palivech jako je seno-enegetický šťovík, seno-chrastice, seno-dřev-

Kontaktní adresa: Ing. Jan Frydrych OSEVA PRO, Výzkumná stanice travinářská Hamerská 698, 756 54 Zubří Tel: 571 658 195, FAX: 571 658 197 e-mail: [email protected] Ing. David Andert, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 225 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected] , Doc. Ing. Dagmar Juchelková, Ph.D. VŠB –TU Ostrava, katedra energetiky 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava Tel:597 325 175, FAX: 597 325 177 e-mail: [email protected]

Závěr Využití trav pro energetické účely nabývá v současnosti na významu. Biomasa trav je součástí celkového potenciálu určeného pro energetické účely. Jedná se zejména o potenciál se zemědělské půdy a technických ploch a trávníků. V současnosti se zabývá OSEVA PRO s.r.o. Výzkumná stanice travinářská Rožnov – Zubří ve spolupráci s Výzkumným ústavem zemědělské techniky Praha a Vysokou školou báňskou technickou univerzitou Ostrava využitím trav pro produkci bioplynu. Energetické využití trav rozšiřuje spektrum možností jejich použitelnosti zejména v průmyslu a je alternativou nezemědělského využití půdy a zejména ladem ležích ploch dříve intenzivně obhospodařovaných.

Poznámka Publikace je realizována na základě výsledků projektu č.QF4179 „Využití trav pro energetické účely“ podporovaného NAZV ČR.

Literatura Sborník z konference „ Zemědělská technika a biomasa 2005“, Praha 22.11.2005. Úvodní slovo k semináři Zemědělská technika a biomasa 2005 - Jiří Trnka. Vydal Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha. FRYDRYCH, J., ANDERT, D., KÁRA, J., JUCHELKOVÁ, D., (2005): Trávy jako obnovitelný zdroj energie. Úroda 11, 2005: 37 – 39.

35


TRAVNÍ SMĚSI A BIOPLYN I.Gerndtová, D.Andert Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Abstrakt Se zvyšující se úrovní a produktivitou zemědělské výroby se zvyšuje plocha půdy, která nemá využití pro produkci potravin. Využít tyto plochy lze k pěstování energetických plodin, mezi které se řadí i trávy.V případech, kdy je půda uvedena do klidu zatravněním, nebo není využit potenciál trvalých travních porostů, z důvodu snižujících se stavů skotu, narůstá množství trávy, kterou lze energeticky využít. Zemědělské bioplynové stanice zpracovávají exkrementy hospodářských zvířat hledají v současné době možnosti přidání biomasy do zpracovávaného materiálu. Čerstvá travní hmota obsahuje vysoký podíl vody, proto je k jejímu energetickému využití vhodná anaerobní digesce. V laboratorních pokusech jsme se zabývali kofermentací kejdy a fugátu, s jinými druhy biomasy, mezi jinými i travní fytomasou. Pokusy byly prováděny na principu jednostupňové anaerobní digesce, v mezofilní oblasti. Během pokusů byla měřena kumulativní produkce bioplynu a jeho složení. Získané výsledky byly vyhodnoceny a graficky zpracovány. U zpracovávané trávy byla provedena dezintegrace lisováním a pořezáním. Tato úprava materiálu se projevila ve zvýšené produkci bioplynu. Také optimální podíl sušiny trávy od 35 do 50 %, v celkové sušině směsi, vykazoval zvýšení kumulativní produkce bioplynu. Výsledky pokusů nám prokázaly vhodnost travní fytomasy jako materiálu pro výrobu bioplynu.

Klíčová slova: alternativní energie, travní hmota, anaerobní digesce, bioplyn, bioplynové stanice Title Grass mixtures and biogas

Abstract With increasing level and productivity of agricultural production also increases land area not utilized for food production. This area can be used for energy crops growing including the grasses. In the case when the land is introduced in the set-aside condition by grassing or there is not utilized potential of perennial grasses due to reduced cattle herd, there also increases amount of grass which can not be utilized for energy purposes. The agricultural biogas plants processing the livestock excrements are currently looking for possibility to add biomass in the processed material. Fresh grass matter contains a high proportion of water thus the anaerobic digestion of water is suitable for its energy utilization. In the laboratory trials we have investigated co-fermentation of slurry and fugate with other biomass types, among others even with the grass phytomass. The experiments were carried-out on principle of single-stage anaerobic digestion within the mezophyle range. During the experiments was measured the cumulative production of biogas and its composition. The obtained results were evaluated and worked-up in graphical form. For the processed grass was performed disintegration through pressing and cutting. Such adaptation of material has resulted in increased biogas production. Also optimum share of grass dry matter from 35 to 50 % in total d.m. of the mixture has shown increased cumulative biogas production. The experiments results have proved suitability of the grass phytomass from aspect of material for biogas production.

Keywords: alternative energy, grass matter, anaerobic digestion, biogas, biogas plants. Úvod

bude vzrůstat společenský tlak na majitele pozemků zvláště v turistických oblastech, aby prováděli pravidelnou údržbu veškerých travních ploch. Travní hmota, zejména z údržby krajiny, včetně městské zeleně a trávníků se speciálními účely, patří mezi opomíjené druhy biomasy. Přebytek travní hmoty, kterou je třeba sklízet, nám vzniká také nevyužitím potenciálu trvalých travních porostů. Důvodem jsou snižující se stavy skotu. Podle sledování ČSÚ plochy trvalých travních porostů postupně trvale narůstají. Od roku 1990 jejich výměra vzrostla téměř o 140 tis. ha (tj. 3,3 %). Travní hmota patří k možným zdrojům alternativní energie [2]. Možnosti energetického využití travní biomasy jsou u suché hmoty spalování. U vlhké hmoty je vhodné zpracování anaerobní fermentací s následným energetickým vyu-

Trávy patří k ekologicky nejúspěšnějším rostlinám, čeleď lipnicovitých je rozšířena po celém světě a převažuje v mnohých rostlinných společenstvech. Za příznivých podmínek mají trávy dominantní postavení v trvalých travních porostech [1]. V souvislosti se stoupající úrovní a produktivitou zemědělství se zvyšuje plocha půdy, která nemá využití pro produkci potravin. V případě uvedení orné půdy do klidu, kdy je vhodné zatravnění, potřebují i tyto plochy obhospodařovat sečením. Zvýšený ekonomický tlak na rentabilitu zemědělské produkce je dalším důvodem, proč klesá obhospodařovaná plocha, zvláště v marginálních oblastech. Lze předpokládat, že podobně jako v Německu či Rakousku,

36


žitím bioplynu a vyfermentovaného kalu jako hnojiva. Rozhraní mezi mokrými a suchými procesy je stanoveno na 50 % hmotnostního podílu sušiny v materiálu. Bioplyn obsahuje 55 až 75 % metanu, 25 až 45 % oxidu uhličitého a 1 až 3 % minoritních plynů (dusík, vodík, sulfan) [3]. Využívání travních porostů určuje v jaké fenofázi a jakým způsobem je porost sklízen. Čerstvě posečená tráva ve fázi sloupkování obsahuje průměrně 15 až 25 % sušiny, čímž je vhodným materiálem pro anaerobní fermentaci. Další parametr pro vhodnost materiálů pro anaerobní fermentaci je poměr uhlíkatých a dusíkatých látek, optimální poměr udává 30 : 1. Poměr obsahu C : N u posečené trávy činí 12 až 25 : 1, kejdy skotu 10 : 1. Optimálního poměru C : N lze dosáhnout mísením různých materiálů [2]. Zvýšení rozložitelnosti vstupních komponentů lze dosáhnout jejich dezintegrací před anaerobní digescí. Zmenšením velikosti částic dochází k podstatnému zvětšení povrchu a zároveň k dostupnosti enzymového rozkladu. Dezintegrace zahrnuje procesy rozbití fyzikální nebo chemické struktury zpracovávaného materiálu Při mechanickém rozbití rostlinných buněk dochází k uvolnění jejich obsahu do roztoku, kde urychluje biologický rozklad. V anaerobních procesech lze tímto zvýšit produkci bioplynu. Mechanická desintegrace je doporučována jako levná a účinná předúprava materiálu [4]. Charakteristickým rysem probíhající methanogeneze je nárůst pH. Rozvoj methanogenů bakterií přináší vzestup na pH 7 a výše. Pro methanotvorné bakterie je optimální teplota 35°C až 37°C (mezofilní bakterie). Pro produkci bioplynu je rozhodující obsah organického podílu sušiny v materiálu Kolik procent organické sušiny je za určitou dobu, udává stupeň rozkladu. Za optimální doporučují docílit stupeň rozkladu od 40 do 60 % [5].

která byla sklizena ve fázi kvetení. Jako inokulum byl použit fugát a kejda. z bioplynové stanice Trhový Štěpánov nebo z bioplynové stanice Třeboň. U namíchaného materiálu byly sledovány hmotnostní poměry vstupních substrátů, dále procentické zastoupení obsahů sušin vstupních substrátů v celkové sušině výsledné směsi, úprava jednotlivých komponentů (pořezání, lisování) (obr. 1 a 2) a doba zdržení (trvání) pokusu.

Obr. 1: Pohled na šnekové ústrojí v lisu

Cíl práce Cílem práce bylo zhodnocení využití travní fytomasy pro energetické účely se zaměřením na možnost výroby bioplynu. V pokusech bylo ověřováno procentického zastoupení jednotlivých složek směsí a posouzení vlivu dezintegrace travní fytomasy na produkci vyrobeného bioplynu [2].

Materiál a metodika Pokusy se uskutečnily v průběhu roku 2005 na laboratorním pracovišti VÚZT Praha – Ruzyně. V pěti cyklech pokusů byla část fermentorů vyhrazena pro sledování směsi travní fytomasy, která byla aktivována očkovací látkou. K pokusům byla použita parková tráva z areálu ústavu, posečená v rané fázi růstu, zastoupena převážně jednoděložnými travami z čeledi lipnicovitých Poaceae – jílek vytrvalý (Lolium perenne L.), kostřava červená (Festuca rubra L.), lipnice luční (Poa pratensis L.) psineček výběžkatý (Agrostis stolonifera°L.), srha říznačka (Dactylis glomerata L.), zbytek tvořily dvouděložné druhy rostlin – jetel plazivý (Trifolium repens L.), smetanka lékařská (Taraxum officinale), jitrocel kopinatý (Plantago lancelolata). Jednalo se o parkový porost, nehnojený, se sukcesními znaky. U pokusu ze 27.9.2006 byla použita čičorka pestrá (Coronilla varia),

Obr. 2: Porovnání struktury travní fytomasy (posečený a lisovaný materiál). Pokusy byly prováděny na principu jednostupňové anaerobní digesce v mezofilní oblasti (42°C). U všech vstupních materiálů byl stanoven obsah sušiny. Hmotnostní zastoupení komponentů u namíchaných směsí bylo určeno podle stanoveného obsahu sušiny každého komponentu. Výsledné směsi vykazovaly obsah celkové sušiny v rozmezí 3,17 až 9,82 %. Namíchané směsi z jednotlivých komponentů vykazovaly pH 7,2 až 7,5; což bylo dostačující. U každého cyklu pokusů byla sledována produkce bioplynu z inokula bez přídavku kofermentovaného materiálu. Výsledky množství bioplynu a tvorby metanu z tohoto fer-

37


mentoru, ukazovaly na kvalitu očkovací látky a byly použity jako srovnávací hodnoty.

Cyklus pokusů 2/05 - 10.6.2005 - doba zdržení 12 dní Upravené vzorky trávy pořezáním, použité v reaktorech 7a (5 mm) a 9a (10 mm), měly prakticky stejný náběh procesu s konečnou produkcí bioplynu 205 l.kgsuš-1 (obr. 3) a téměř shodné složení bioplynu s koncentrací metanu až 75 %. Průběh pokusu s původním vzorkem trávy sklizeným řezačkou bez další úpravy materiálu konečná produkce bioplynu dosáhla pouze 165 l.kgsuš-1 a s koncentrací metanu v bioplynu 63 %.

Výsledky a diskuze U grafů průběhů pokusů je kumulativní produkce bioplynu vztažena na 1 kg celkové sušiny. Pokusy kofermentace fugátu nebo kejdy s čerstvě posečenou, případně upravenou trávou ostatními komponenty dosahovaly následující výsledky:

Tab. 1: Vstupní materiály Založení pokusu 10.6.2006 – doba zdržení 12 dní Reaktor

č. 7a

č. 9a

Materiál

Sušina materiálu (%)

Hmotnostní poměr materiálu (%)

Hmotnostní poměr sušiny (%)

fugát

2,30

93,0

57,1

tráva

23,00

7,0

42,9

směs

3,74

100,0

100,0

fugát

2,30

93,0

57,1

tráva

23,00

7,0

42,9

směs

3,74

100,0

100,0

Obr. 3: Kumulativní produkce bioplynu-fugát BPS Třeboň+tráva pořezaná la v kumulativní produkci na 370 l.kgsuš-1, (obsah metanu >70 %). Fermentor 9a obsahoval směs s trávou, která byla posečena sekačkou. Zde byla kumulativní produkce bioplynu 330 l.kgsuš-1,(obr. 4). Dobře se projevila dezintegrace trávy v celkové produkci bioplynu i obsahu metanu. Směsi s trávou vykazovaly vyšší hodnoty v kumulativní produkci bioplynu než inokulum, směs s lisovanou trávou o 27 % vyšší, směs s řezanou trávou o 17 % a směs s trávou po-

Cyklus pokusů 3/05 - 14.7.2005 – doba zdržení 21 dní Při kofermentaci tří složek: inokula (kejda+fugát), trávy a jatečného odpadu nebyl pokus úspěšný. Směsi vykazovaly velmi rozdílné hodnoty v kumulativní produkci bioplynu a v koncentraci metanu neprojevily požadované hodnoty. Cyklus pokusů 4/05 - 10.8.2005 - doba zdržení 21 dní U vzorku z fermentoru 8a se lisovaná tráva dobře projevi-

38


sečenou sekačkou o 14 %. Vzorek ve fermentoru 7a (pro jehož namíchání byl použit fugát, který prošel cyklem pokusů 3/05, z BSP Trhového Štěpánova), vykazoval rychlejší náběh kumulativní produkce bioplynu, ale i rychlejší po-

kles tvorby bioplynu (kumulativní produkce bioplynu 350 l.kgsuš-1, obsah metanu v závěru pokusu 65 %. Hmotnostní poměr sušiny trávy v celkové sušině činil 34,3 %.

Tab. 2: Vstupní materiály Založení pokusu 10.8.2005 – doba zdržení 21 dní Reaktor Materiál č. 7a

č. 8a

Hm. poměr materiálu (%)

Hm. poměr sušiny (%)

fugát

2,80

93,0

65,7

tráva

19,50

7,0

34,3

směs

3,97

100,0

100,0

fugát

1,95

93,0

57,1

19,50

7,0

42,9

směs

3,17

100,0

100,0

fugát

1,95

93,0

57,1

tráva

19,50

7,0

42,9

směs

3,17

100,0

100,0

tráva lis. č. 9a

Sušina materiálu (%)

Obr. 4: Kumulativní produkce bioplynu-fugát BPS Třeboň+tráva posečená a lisovaná

Cyklus pokusů 5/05 – 27.9.2005 - doba zdržení 24 dní U čičorky pestré příznivý, produkce bioplynu 120 l.kgsuš1 u lisované je o 50 l.kgsuš-1 vyšší než u čičorky pořezané, vyšší je i koncentrace metanu v bioplynu, cca 50 % proti 20 %. Hmotnostní poměr sušiny čičorky pestré v celkové sušině byl 80,5 %.

Cyklus pokusů 6/05 – 25.10.2005 - doba zdržení 26 dní Směs fermentoru z pokusu 5/06 byla ponechána ke sledování v prodloužené době. Již po sedmi dnech sledování tohoto cyklu dochází ke stagnaci produkce bioplynu na kumulativní produkce 230 l.kgsuš-1 a k poklesu obsahu metanu.

39


V pokusech byla používána tráva - parková směs, v rané fázi růstu, výška porostu 10 až 15 cm, která byla sklízena rotační sekačkou, popřípadě ještě upravena, nařezáním nožem nebo lisováním. Samotné posečení trávy rotační sekačkou vykázalo značné pomačkání a rozbití travní fytomasy. Při lisování trávy byla odtékající buněčná šťáva zachycována a přimíchána zpět do vylisované travní hmoty. Směsi s použitím dezintegrované trávy řezáním a lisováním vykazovaly vyšší produkci bioplynu v rozmezí 3 až 24 %, než směsi s trávou pouze posečenou . Příznivý byl obsah metanu v bioplynu (65 až 80 %). U čičorky pestré, která byla sklizena ve fázi kvetení, vykazovaly stonky vyzrálost porostu zhrubnutím a tuhostí. Úprava tohoto materiálu lisováním a řezáním byla náročnější než u uvedené trávy. U směsi s podílem čičorky pestré, která byla dezintegrována, byl patrný nárůst bioplynu o 40 %, obsah metanu se zvýšil z 20 % na 50 %. Jako optimální podíl sušiny trávy v celkové sušině směsi, se ukázal podíl od 35 do 50 %. To se projevilo zvýšením kumulativní produkce bioplynu oproti inokulu o14 až 28 % . U vzorků s vyšším podílem sušiny trávy (70 % a více) v celkové sušině směsi, bylo dosahováno stejné produkce bioplynu jako použité inokulum. Pouze sušina trávy lisované, (zastoupené 70 % podílem sušiny v sušině směsi) vykázala zvýšení produkce o 18 % oproti inokulu. Vzorky s vyšším podílem sušiny čičorky pestré (55 až 80 %) v celkové sušině směsi, vykazovaly nižší produkci bioplynu než samotné inokulum o 46 až 69 %.

Poznámka Tyto výsledky jsou součástí řešení projektu č.QF4179 „Využití trav pro energetické účely“ podporovaného NAZV MZe ČR .

Literatura [1] GRAU, J, KREMER, B.P. (2002): Gräser. Mosaik Verlag GmbH, München, s. 288. [2] GERNDTOVÁ, I. (2006): Využití biomasy trav k energetickým účelům se zaměřením na produkci bioplynu, Bakalářská práce, ČZU, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, katedra pícninářství a trávníkářství, s 60. [3] PASTOREK, Z., KÁRA, J., JEVIČ, P. (2004): Biomasa obnovitelný zdroj energie. FCC PUBLIC, 288 s., ISBN 8086534-06-5 [4] DOHÁNYOS, M (2005): Vliv dezintegrace na produkci bioplyn. In: Možnosti zvýšení výroby bioplynu u stávajících zařízení. Sborník referátů z konference v Třeboni, s.4151. ISBN 80-04-25663-5 [5] SCHULZ, H., EDER, B., (2004): Biogas-Praxis, Őkobuch Verlag GmbH, Staufen bei Freiburg/Breisgau. 168 s. ISBN 3-922964-59-1

Závěr Do bioplynových reaktorů se ukázal optimální podíl sušiny trávy od 35 do 50 % v celkové sušině směsi, který se projevil zvýšením kumulativní produkce bioplynu oproti inokulu. Jako vhodný materiál se ukázala travní hmota, posečená v rané fázi růstu. Úpravou (desintegrací) čerstvé fytomasy se nám produkce bioplynu zvýšila. V případě fytomasy, sklízené ve fázi kvetení, se projevila klesající výtěžnost bioplynu, nižší byl i obsah metanu. Při sledování pokusů v prodloužené době zdržení (trvání po 33 dnech dochází ke stagnaci tvorby bioplynu a poklesu obsahu metanu, což ukazuje vyčerpání substrátu ve fermentoru. Použitím inokula, které již prošlo předchozím fermentačním procesem s travní hmotou, jsme si ověřili, že jej lze úspěšně použít do dalšího pokusu ke kofermentaci s další biomasou. Z uvedených pokusů je patrný vliv dezintegrace rostlinné biomasy, který přináší výhodnější náběh procesu a rovněž vyšší produkci bioplynu, oproti materiálu neupravenému. Toto platí pro čerstvou zelenou rostlinou hmotu. U rostlin sklizených ve fázi kvetení, u kterých se snižuje obsah živin a vody v pletivech, nemá úprava příliš velký význam.

Kontaktní adresa: Bc. Ilona Gerndtová Ing. David Andert, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 462, 233 022 225 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected], [email protected] ,

40


STROJNÍ VYBAVENÍ PRO VÝROBU ŠTĚPKY A ZPRACOVÁNÍ DŘEVNÍHO ODPADU T. Hamšík Codet s.r.o., Brno

Anotace Klíčovou otázkou pro ekonomické zpracování biomasy při jejím průmyslovém využití je zpracování velkých objemů, které se bez vhodného strojního zázemí nedají realizovat.S touto problematikou se setkáváme jak u drcení dřevního odpadu, těžebních odpadů a jiné biomasy, tak při jejich následném třídění. Velké objemy suroviny pro energetické využití, řádově v desítkách tun za hodinu, je nutné nejen efektivně vyrobit, ale i vytřídit na požadovanou frakci, aby následné zpracování nezpůsobilo např. ucpávání dopravních systémů. K tomuto účelu se používá kombinovaný způsob výroby, např. pomaloběžné drtiče a následně rychloběžné rozmělňovače a třídiče. Vzhledem ke specifickým vlastnostem štěpky se s výhodou používají hvězdicové rotační třídiče pro lepivé a těžkotříditelné materiály. Tyto rotační třídiče nacházejí také využití při kompostování, rekultivacích a zpracování skrývek.

Klíčová slova: výroba štěpky, drtič, Hammel, třídění, hvězdicový třídič, Neuenhauser, Superscreener, třídící a drtící lopata, Twister

Title The mechanical equipment for wood chips production and processing of wood waste

Abstract The crucial question for economic processing of wood chips for industrial use is processing of large volumes, which cannot be carried out without suitable mechanical equipment.We meet this issue both in connection with crushing of wood waste, mining waste and other biomass, as well as during their subsequent sorting.Large volumes of raw material for energy use – tens of tons per hour – must be not only efficiently produced, but also sorted for the required fraction in order not to cause e.g. blocking of transport systems during the subsequent processing. For the purpose of this, the combined way of production is used, for example slow-going crushers followed by fast-going pulverizers and sorters.A set of specific qualities of wood chips makes advantage of the use of stellar rotating sorters for sticky and hard-to-sort materials. These rotating sorters find use in composting, recultivations and processing of stripping as well.

Keywords: chips production, crusher, Hammel, classification, stellar assorter, assorting and crushing showel, Twister Klíčovou otázkou pro ekonomické zpracování biomasy při jejím průmyslovém využití je zpracování velkých objemů, které se bez vhodného strojního zázemí nedají realizovat. S touto problematikou se setkáváme jak u výroby štěpky, drcení dřevního odpadu, těžebních odpadů a jiné bio-

masy, tak při jejich následném třídění. Např. elektrárna v Papenburgu byla spuštěna v roce 2003. Patří firmě PROKON Nord Energiesysteme GmbH. S výkonem 20 MW vyrobí ročně okolo 160 GWh. Zároveň je i zdrojem tepla s výkonem 68 MW.

Obr.1 Elektrárna Papenburg

41


Má cca 25 zaměstnanců pro samotný provoz. O palivo pro elektrárenský kotel se stará jiná - smluvní firma BIRO. Zde pracuje též 25 pracovníků. Je třeba si uvědomit, že těchto 25 pracovníků musí ročně zpracovat na 150 000 tun paliva. Je to staré dřevo AI - AIV, tedy staré dřevěné výrobky, naplavené dřevo, rychle rostoucí dřeviny a jiné materiály (např. sláma) podle německého předpisu Biomasseverordnung zum Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Podle předpisů se v Německu již nesmí dřevo ukládat na deponiích a musí být zužitkováno. Hledisko zásobování je velmi důležité. Roční spotřeba představuje na 13 000 nákladních aut suroviny. U elektráren takového výkonu v Německu jsou zdroje paliva v okruhu 300 km a jen tři elektrárny mají zdroje do 100 km. V některých oblastech si elektrárny konkurují a pak dováží surovinu až z okruhu 1000 km. Proto se využívají všechny dostupné způsoby transportu paliva a to jak po železnici tak ve 3 případech říčními loděmi. Za odběr starého dřeva v I. a II. skupině elektrárny platí, za spálení dřeva v III. a především IV. skupině dostávají zaplaceno.

Přesto některé elektrárny na biomasu mají finanční problémy, a to díky dražší výstavbě, nebo např. nenalezení odběratelů odpadního tepla. Tendence jsou tedy menší elektrárny do výkonu 5 a 10 MW, které mohou využívat z velké části rychlerostoucí dřeviny. Pro efektivní provoz jsou nezbytné dlouhodobé smlouvy na dodávku paliva. Díky smluvnímu zajištění elektrárna v Papenburgu tyto problémy nemá a dosahuje využití na 95%. Požadavky na tříděnou surovinu V elektrárně je instalován fluidní kotel, kde je požadavek na frakci 0–28. V době zkoušek zpracovával dodanou surovinu hrubý a jemný drtič. Oba mají být nahrazeny drtiči firmy Hammel. Předdrtič je pomaluběžný s dvěma protiběžnými hřídely. Následný drtič je rychloběžný. Oba dva jsou vybaveny elektromagnety na odstraňování železných kovů s 99 % účinností.

Obr.2 Předdrtič v kombinaci s jemným drtičem Následujícím tříděním pomocí bubnového třídiče se nedosahovalo požadovaného výkonu a docházelo k zanesení síta. To samozřejmě vedlo k prostojům při jejich čištění a snižování udržované předzásoby vytříděného paliva. Jak je výše uvedeno, elektrárna má velmi vysoké procento využití a omezení zásob by mohlo následně vést k snižovaní její efektivity. Obdobných výsledků s tříděním se dosahovalo i u vibračních třídičů, které nyní nabízí firma na svých internetových stránkách k prodeji. Problémy narůstaly se zvětšující se vlhkostí vstupní suroviny. Proto zpracovatelská firma BIRO znovu provedla zkušební předvedení jiných třídičů. Tentokrát se mimo klasické bubnové třídice od jiných výrobců zkoušel i hvězdicový rotační třídič pro lepivé a těžkotříditelné materiály SuperScreenrer firmy Neuenhauser.

Princip hvězdicových rotačních třídičů Hvězdicové rotační třídiče využívají starý princip, který se původně začal používat u třídiček brambor. Gumové hvězdice jsou na poháněných hřídelích a rozteč mezi nimi vytváří oka pro prosévání. Vytvořené prosévací pole má velikost dle stroje a v tomto případě má délku cca 7 metrů a šířka je 1,2 m . Hřídele mají cca 200 ot/min. Změnou otáček je možno částečně ovlivnit i velikost frakce. Materiál je z bunkru vynášen podávacím pásem a padá na hvězdicové pole. Zde se od otáčejících hvězdic uvede do pohybu a je unášen k přepadu. Materiál doslova plave po povrchu, je načechráván. Právě toto je výhodné pro lepivé a těžkotříditelné materiály a v tomto případě pro štěpku.

42


Obr.3 Prosévací pole s rotujícími hvězdicemi

Obr.4 Třídění štěpky 3–frakční

Vynášecí pás pod hvězdicovým polem odnáší podsítnou frakci. Na konci hvězdicového pole je další vynášecí pás, na který padá nepropadnutý materiál – nadsítná frakce. Je samozřejmě možné zařadit i další prosévací pole. Prosévací stroj pracuje potom jako třífrakční. Zde se v konečné realizaci používá jenom 2–frakční stroj a nadsítná část se vrací znovu do jemného drtiče, které nyní má dodat firma Hammel.

se z násypného bunkru, odkud je materiál vynášen plynule regulovatelným dávkovacím dopravníkem na hvězdicové prosévací pole. Jednotlivé podsítné frakce jsou stavitelnými a otočnými pásovými dopravníky vynášeny do stran. Veškerý pohon je hydraulický. Jako zdroj energie je používán motor Caterpillar. U stacionárních zařízení je možný pohon hydraulických pump od elektromotorů. Stroje jsou vybaveny dálkovým ovládáním, takže provoz je bezobslužný a Superscreener si ovládá např. řidič obslužného nakladače. U verze s pásovým podvozkem je možné radiově ovládat i pojezd stroje.

Návrh a realizace třídícího zařízení. Třídič Superscreener je modulové konstrukce. Sestává

Obr.5 Transport třídiče Většinou je stroj dodáván jako návěs kvůli dobrému transportu. Typ podvozku je volitelný (vč. pásového podvozku), ale pro trvalé nasazení na jedné skládce bylo zvoleno semimobilní provedení – na lyžinách. Jak podsítná, tak i nadsítná frakce se systémem dopravníků dopravuje na příslušné skládky nebo zpět do jemného drtiče. Jak bylo na

počítačovém návrhu vidět, pásové dopravníky jsou sklopné a to umožňuje naplnit např. přistavené kontejnery. Využití výkonných drtičů fy. Hammel a hvězdicového prosévacího stroje Superscreener umožňuje kvalitní třídění různých těžkotříditelných surovin vč. štěpky, jak pro energetické účely, tak i pro výrobu OSB nebo dřevotřísek.

43


Obr.6 Počítačový model třídící linky Další oblastí je zpracování kůry, pilin, prosévání a třídění kompostu. Zde se uplatňují třídící, drtící a míchací lopaty Twister pro nakladače nebo rypadla. Tyto lopaty vyvinula firma Neuenhauser Maschinenbau GmbH na základě předchozích zkušeností. Používají se u kolových nakladačů nebo rýpadel jako přídavné nářadí. Toto zařízení je poháněno z hydraulického okruhu nosiče. Konstrukce třídící lopaty nebo lžíce je stejná. Ve dnu jsou zabudovány poháněné hřídele s disky a pracovními zuby nebo kladivy, které surovinu rozrušují (drtí), popřípadě promíchávají, provzdušňují a zároveň třídí. Provedení s X-Modulem (protiběžné hřídele se změnami směru otáčení) má výkon větší až o 70%. Je jím možné doplnit většinu lopatových separátorů. Bez X-modulu se naopak dosáhne lepšího promíchání materiálu s přídavnými látkami (např. u drcení rašeliny, třídění a drcení klestí po těžbě).

Obr.7 Lopata Twister na nakladači Lopaty mohou mít bagrové zuby a dají se potom použít přímo k těžení. Proti konkurenci mají mj. tu výhodu, že hřídele jsou svislé, takže se neprohýbají. Profil lopaty je konstantní, nedochází tedy k tlačení nabíraného materiálu na bocích lopaty. Ekonomický pøínos pro uživatele je slouèením vlastností – tìžení materiálu a jeho následná úprava v jedné operaci. S ohledem na zvětšující se požadavky ohledně zpracování biomasy je nutné volit výkonné strojní vybavení, které dovolí její zpracování jak rychle, tak i efektivně.

Kontaktní adresa: Ing. Tomáš Hamšík Codet s.r.o., Karlova 68a, 614 00 Brno e-mail: [email protected]

44


EKONOMIKA VÝMLADKOVÝCH PLANTÁŽÍ A CENA BIOMASY K. Havlíčková 1), J.Knápek, J. Vašíček 2) 1)

Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, 2) České vysoké učení technické v Praze, FEL,

Anotace Článek se věnuje problematice ekonomického hodnocení pěstování výmladkových plantáží rychle rostoucích dřevin (RRD) na zemědělské půdě. Kromě zásad ekonomického hodnocení projektů pomocí ekonomických modelů je zde popsán ekonomický model výmladkové plantáže (RRD), který byl použit pro výpočet minimální ceny biomasy, která investorovi zajistí požadovaný výnos z vloženého kapitálu. Použité vstupní údaje v modelu pocházejí z experimentálně zjištěných dat na výzkumných plochách plantáží RRD a z ekonomických propočtů nákladovosti jednotlivých činností s respektováním aktuálních podmínek v ČR.

Klíčová slova: ekonomické aspekty, výmladkové plantáže rychle rostoucích dřevin (RRD), obchod s biomasou Title Economics of short rotation coppice and price of biomasy

Abstract The paper deals with the issue of efficient agricultural methods of growing of short rotation coppices (SRC) on agricultural land. It describes methodology of economic evaluation of projects with help of economic models. The economic model of SRC plantation used for calculation of price of biomass is presented. Calculations are done so that the adequate return on capital invested would be reached by the investor. Input data used for model creation and price of biomass calculation are obtained from the experimentally collected data and from economic calculations of cost of individual activities.

Keywords: economic aspects, short rotation coppice (SRC), biomass trade

Úvod Současný trh s biomasou pro energetické účely lze považovat za rozvíjející se, dosud nestabilizovaný trh. Současná situace je charakteristická tím, že narůstá poptávka po biomase, resp. jejích jednotlivých formách a to jak v sektoru domácností, tak i v sektoru energetických firem. U domácností se rychle zvyšuje poptávka především po palivovém dříví, což je vyvoláno neustále rostoucími cenami ostatních paliv, především elektřiny a zemního plynu. U energetických podniků je poptávka po biomase vyvolána zvýšeným zájmem o výrobu elektřiny na bázi užití biomasy, která se objevuje od roku 2004, kdy byl poprvé jako samostatná kategorie definován v rámci podpor výroby elektřiny na bázi OZE výkup elektřiny ze spoluspalování (společného spalován biomasy a fosilních paliv, zpravidla uhlí). Zvýšená poptávka po biomase vedla k relativně rychlému růstu ceny biomasy. Dalším faktorem, který kromě podpory užití biomasy pro výrobu elektřiny ovlivňuje dostupnost biomasy a výši poptávky po biomase, je její vývoz, který se v posledních letech stává nezanedbatelnou položkou v bilanci poptávky po biomase. Všechny tyto faktory vedou k tomu, že se tzv. cena „zbytkové“ biomasy (zpravidla odpady ze zpracování dřeva apod.) začíná přibližovat ceně, které lze dosáhnout např. cíleným pěstováním rychle ros-

toucích dřevin na speciálních plantážích. Důležitým faktorem pro ekonomiku plantáží RRD se stává vztah mezi aktuální cenou biomasy na trhu a cenou, které lze dosáhnout při cíleném pěstování biomasy. Článek se zabývá diskuzí ekonomiky plantáží RRD, popisuje metodiku, jakou lze odvodit cenu biomasy z těchto plantáží tak, aby ekonomika plantáže „byla z pohledu investorů zajímavá“. Současně jsou prezentovány výsledky výpočtů ceny biomasy na základě dostupných údajů o plantážích RRD. Výpočet ceny biomasy z výmladkových plantáží RRD je proveden na základě časových snímků jednotlivých procesů nezbytných pro fungování plantáže a sklizeň biomasy, „tržních“ ocenění nezbytných vstupů pro zajištění těchto procesů, výsledků výzkumu stanovení výše výnosu biomasy. Vstupní údaje nezbytné pro tento výpočet jsou získávány a upřesněny ve vazbě na výzkumné projekty ve VÚKOZ Průhonice. Zde je nutné si uvědomit, že pro výpočty ceny biomasy bude nutné simulovat budoucí chování projektů – výmladkových plantáží RRD, protože v ČR s tímto typem podnikání jsou minimální zkušenosti (a nejstarší existující plantáže v ČR mají stáří cca 9–12 let, a často jde o malé experimentální plochy sloužící k ověřování vhodnosti

45


·

korektní výše diskontu, který vyjadřuje časovou hodnotu peněz – diskont současně musí odrážet i míru rizika projektu – čím je riziko projektu vyšší, tím je i vyšší nejistota dosažení předpokládané hodnoty příjmů a výdajů projektu v budoucnosti. Vyšší diskont snižuje hodnotu budoucích příjmů a výdajů. Racionální ekonomicky správný přístup investorů k rozhodování je založen na porovnání současné hodnoty všech příjmů a současné hodnoty všech výdajů spojených s realizací projektů za dobu jejich životnosti. Základním kritériem pro hodnocení ekonomické efektivnosti projektů je kritérium čisté současné hodnoty NPV a pokud je jeho hodnota vyšší než nula, investor by měl do daného projektu investovat.

klonů, které svými nákladovými charakteristikami obvykle nelze považovat za typické). Skutečná cena biomasy bude však vytvářena na základě vztahu mezi nabídkou a poptávkou na trhu s biomasou a bude odrážet i eventuelní státní zásahy na příslušném trhu (dotace, stanovená minimální výkupní cena, povinnost výkupu apod.). Tržní cena pak může vycházet vyšší než vypočtená minimální cena pomocí ekonomických modelů.

Sklizeň [t/ha]

Metodika hodnocení ekonomiky výmladkových plantáží RRD Cenu štěpky z plantáží RRD lze zpřesnit pomocí ekonomických modelů plantáží RRD, kdy v modelech jsou zakomponovány předpoklady, za kterých by byly jednotlivé projekty plantáží realizovány. Principy tvorby těchto ekonomických modelů a výpočtů ceny biomasy metodikou minimální ceny jednotky produkce jsou podrobně popsány např. v [HAVLÍČKOVÁ a kol. 2005], proto je zde uvedena pouze jejich stručná rekapitulace. Ekonomické modely plantáže RRD (principiálně to však platí pro všechny typy projektů) jsou postaveny na následujících pravidlech: · zachycení všech procesů, které jsou nezbytné pro realizaci projektu v celém životním cyklu · rozsah procesů (např. potřeba lidské práce při pletí či při sázení řízků) musí být stanoven na základě analýzy fyzického rozsahu činností např. pomocí časových snímků činností, · zahrnutí všech podpůrných a režijních činností · předpoklad reálného způsobu financování projektu · ocenění jednotlivých činností v rámci identifikovaných procesů musí vycházet z reálných tržních cen s důsledným respektováním principu „opportunity cost“.

Ekonomické modely výmladkové plantáže RRD o rozloze 5 ha Výpočty byly provedeny pro následující předpoklady o základních vstupních veličinách modelu: nominální diskont: 9,2 % doba životnosti projektu: 21 let hodnocení v nominálních cenách z pohledu investora rozloha plantáže 5 ha Jedním z klíčových vstupů je výše výnosů biomasy, resp. tzv. výnosová křivka v době životnosti plantáže. Výše výnosů je především závislá na klimatických podmínkách, půdních podmínkách a případně sklonitosti a orientaci pozemku. Pro výpočty minimálních cen biomasy pomocí vytvořených ekonomických modelů byly použity dva scénáře: výnosová křivka pro průměrné lokality (Lprum) a výnosová křivka vzniklá kombinací průměrné a optimální lokality (Lkomb) viz graf 1. Průměrný výnos v tunách sušiny pro jednotlivé výnosové křivky viz graf 2.

100 80 60 40 20 0 3

6

9

12

15

18

21

roky Lkomb

Lopt

Lprum

Lnep

Graf 1: Výnosové křivky pro různé podmínky stanovišť vlhkost 52,5 %

46


14,0

12,2

12,0

10,0

[t/ha.rok]

10,0

7,1

8,0 6,0 4,0

2,5

2,0 0,0 Lopt

Lkomb

Lprum

Lnep

Graf 2: Průměrný hektarový výnos pro výnosové křivky Varianta s využitím sklizňové mechanizace Odhad výše výnosu biomasy (štěpky při 52,5 % vlhkos-

ti) při použití konzervativního předpokladu klimatických podmínek v každém z tříletých obmýtí uvádí tab. 1.

Tab. 1: Výnos biomasy v jednotlivých obmýtích 5 ha – pro výnos 7,1 t (suš.)/ha/rok Biomasa [t] Biomasa [GJ]

1. obmýtí 106,5 760,41

2. obmýtí 218 1556,52

3. obmýtí 308,5 2202,69

Při předpokladu nákladů na jednofázovou sklizeň ve výši cca 600 Kč/t sušiny pak spodní mez minimální ceny biomasy vychází cca 112 Kč/GJ. Za dobu existence výmladkové plantáže (21 let) lze množství vyprodukované energie ve štěpce odhadnout ve výši cca 11 660 GJ, což je cca 111 GJ/

4. obmýtí 308,5 2202,69

5. obmýtí 276,5 1974,21

6. obmýtí 223,5 1595,79

7. obmýtí 191,5 1367,31

rok/ha. Pomyslný energetický ekvivalentní výkon výmladkové plantáže je pak cca 3,5 kW/ha (počítáno pro roční časový fond 8 760 hodin, předpokládá se výhřevnost 7,14 GJ/t štěpky pro 52,5 % vlhkost). Rámcovou strukturu ceny biomasy uvádí následující graf 3.

Nájem pozemku 8%

Založení plantáže 26 %

Režie 13 %

Údržba plantáže 23 %

Sklizeň a štěpkování 30 %

Graf 3 Struktura plantáže RRD – mechanizovaná sklizeň tříleté obmýtí V nákladech na sklizeň jsou zahrnuty i náklady na přepravu štěpky na vzdálenost cca 15 km. Položka ostatní režie obsahuje všechny další nezbytné náklady související se zajištěním zázemí, řízením projektu, administrativní náklady,

atd. V zobrazené struktuře nákladů nejsou zahrnuty dotace na založení výmladkové plantáže ve výši 300 000 Kč, vypočtená minimální cena je však respektuje.

47


Tab. 2: Výnos biomasy v jednotlivých obmýtích 5 ha – pro výnos 10 t (suš.)/ha/rok Biomasa [t] Biomasa [GJ]

1. obmýtí 187,5 1312,5

2. obmýtí 325 2275

3. obmýtí 425 2975

4. obmýtí 437,5 3062,5

5. obmýtí 400 2800

6. obmýtí 300 2100

7. obmýtí 274,8 1923,6

Poděkování

Při předpokladu stejných nákladů na sklizeň jako v předchozím případě pak spodní mez minimální ceny biomasy vychází cca 91,5 Kč/GJ. Za dobu existence výmladkové plantáže (21 let) lze množství vyprodukované energie ve štěpce odhadnout ve výši cca 16 450 GJ, což je cca 156 GJ/ rok/ha. Pomyslný energetický ekvivalentní výkon výmladkové plantáže je pak cca 5,0 kW/ha (počítáno pro roční časový fond 8 760 hodin, předpokládá se výhřevnost 7,14 GJ/t štěpky pro 52,5 % vlhkost).

Tyto výsledky jsou součástí grantového projektu financovaného MŠMT 2B06131 „Nepotravinářské využití biomasy v energetice.“

Literatura BOYD, J.,CHRISTENSSON, L., DINKELBACH, L., (2000): Energy from Willow. 32 p., SAC, Edinburgh. BREALEY, J., MEYERS, M. (1992): Teorie a praxe firemních financí. Victoria Publishing. Praha. ISBN 80-85605-244. FRANK, R., BERNANKE, B. (2003): Ekonomie. Grada Publishing (český překlad Fialová et al.) Praha. ISBN 80-2470471-4. FROUZ, J. AND SYROVÁTKA, O. (1995): Communities of soil dwelling dipteran larvae in seminatural and drained peat meadows. Abstr. 8th Int. Bioindicators Symp., 27/1995. HAVLÍČKOVÁ, K., KNÁPEK, J., VAŠÍČEK, J. (2002): Model pro odvození ceny za cíleně pěstovanou biomasu – plantáž rychle rostoucích dřevin. In 3T. Teplo, technika, teplárenství, 12/5, s. 9–12. ISSN 1210-6003. HAVLÍČKOVÁ, K., KNÁPEK, J., VAŠÍČEK, J. (2003): Ekonomika plantáže rychle rostoucích dřevin. Lesnická práce. 2003, roč. 82, č. 6, s. 25–27. HAVLÍČKOVÁ, K., KNÁPEK, J., VAŠÍČEK, J. (2004): The Economics of Short Rottation Coppice– In 2nd World Conference Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Rome, ETA Florence and WIP-Munich, 561–564. ISBN 88-89407-04-2. HAVLÍČKOVÁ, K., KNÁPEK, J., VAŠÍČEK, J., WEGER, J. (2005): Biomasa jako obnovitelný zdroj energie ekonomické a energetické aspekty. Acta Pruhoniciana 79, VÚKOZ, Průhonice, 67 s. ISBN: 80-85116-38-3. KNÁPEK, J., (2001): Internalizace externalit v elektroenergetice – výsledky evropského projektu ExternE, In Energetika. 2001, č. 3. KNÁPEK, J., VAŠÍČEK, J., HAVLÍČKOVÁ, K., (2002): Economic Aspects of Biomass Utilisation for Electricity Genereration in Power Market Condition. In 12th European Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection. Amsterdam, 2002,

Závěr Současné znalosti o ekonomice výmladkových plantáží RRD jsou do jisté míry omezeny vzhledem k velmi malému množství realizovaných ploch, krátkosti pěstování (maximálně cca 12 let) a nevyřešené problematice mechanizované sklizně dřevin z rozsáhlých ploch, kdy již není možné využít manuální sklizně pomocí křovinořezu. Dalším faktorem, který bude mít vliv na ekonomiku je nedostatečná znalost vlivu zakomponování krajinných funkcí do rozsáhlých ploch výmladkových plantáží. V neposlední řadě je stále ještě předmětem výzkumu i optimalizace výběru stanovišť pro jednotlivé typy klonů (topolů a vrb) a produkční křivka výmladkové plantáže RRD po dobu její životnosti, která se na základě zahraničních zkušeností očekává v rozmezí 20– 25 let. Při využití dosavadních zkušeností a znalostí s výmladkovými plantážemi RRD lze minimální cenu biomasy odhadnout ve výši 90–120 Kč/GJ za předpokladu mechanizované sklizně pomocí sklízecího stroje Class Jaguar (náklady na sklizeň cca 600 Kč/t) a výnosu biomasy v rozmezí 110–160 GJ/ha/rok, při současné cenové úrovni ostatních požadovaných služeb. Tento odhad lze současně považovat za limitní pro úvahy o zásadním zvýšení biomasy pro výrobu elektřiny a/ nebo tepla. Klíčovým faktorem je zde samozřejmě zajištění sklizně (možnost zajištění sklizně jako služby) nebo při koupi speciální sklízecí techniky pak její vytížení. Obojí má však silnou souvislost s rozlohou plantáží RRD. Dokud nebudou realizovány plantáže o celkové rozloze stovek či spíše tisíců hektarů, je málo pravděpodobné, že by nějaký investor investoval do nákupu speciální mechanizace na sklizeň. Současně bude rozhodovat výše podpory státu na využití těchto forem energie, ale také pravděpodobný vývoj cen biomasy z plantáží rychle rostoucích dřevin.

48


1060–1063, ISBN 88-900445-5002X. LARSSON, S., MELIN, G., ROSENQUIST, H., (1998): Commercial Harvest of Willow Woodchips in Sweden. – In Proceedings of the International Conference Biomass for Energy and Industry, C.A.R.M.E.N.,Wurzburg, 200–203. LARSSON, S., (2003): Full scale implementation of short rotation willow coppice (SRC) in Sweden. – Agrobränsle AB, Svalov – Örebro. LARSSON, S. et al. (2003): Short rotation willow biomass plantations irrigated and fertilised with wastewaters. Resutls from a 4-year multidisciplinary field project in Sweden, France, Northern Ireland and Greece. No. 37, 2003, 53 p. Danish Environmental Protection Agency. MATOVIČ, A. (1984): Nauka o dřevě. Vysoká škola zemědělská v Brně, 107 s. WEGER, J. HAVLÍČKOVÁ, K. (2002): The first results of the selection of woody species for short rotation coppices in the transitional oceanic-continental climate of the Czech Republic. Twelfth European Conference Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Amsterdam, ETA Florence, p. 107–110, ISBN 88-900442-5-X. WEGER J., JECH D., HAVLÍČKOVÁ K., ŠÍR M. (2002): Výzkum krajinných funkcí cílené produkce biomasy (rychle rostoucími dřevinami) – zejména jejich přínosy pro diverzitu krajiny a hydrologický režim. 34 s. [Závěrečná zpr. pro-

jektu VaV320/3/99; In knih. VÚKOZ, Průhonice]. WEGER, J., SLADKÝ, V., LUŇÁČEK, M., HUTLA, P., (2002): Ověřování efektivních agrotechnik plantáží energetických plodin. – 74 s., ms. [Závěrečná zpr. projektu VaV320/ 3/99; In knih. VÚKOZ, Průhonice]. WEGER, J., HAVLÍČKOVÁ, K., a kol. (2003): Biomasa obnovitelný zdroj energie v krajině. Osvětová publikace, VÚKOZ, Průhonice, s. 51, ISBN 80-85116-32-4. WEGER, J., JECH, D., HAVLÍČKOVÁ, K., ŠÍR, M., SYROVÁTKO, O. (2004): Výzkum krajinných funkcí cílené produkce biomasy (rychle rostoucími dřevinami) – zejména jejich přínosy pro diverzitu krajiny a hydrologický režim, s. 39. [Závěrečná zpr. projektu VaV320/3/99; In knih. VÚKOZ, Průhonice]. WEGER, J., ŠÍR, M., SYROVÁTKA, O. (2004): Landscape functions of Short Rotation Coppice (SRCs) and possibilities for sustainable land management (In Print) – 2nd World Conference Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Rome, ETA Florence and WIP-Munich, ISBN 88-89407-04-02.

Kontaktní adresa: Kamila Havlíčková Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, Květnové nám. 391, 252 43 Průhonice, Jaroslav Knápek Jiří Vašíček České vysoké učení technické v Praze, FEL, Technická 2, 166 27 Praha 6 e-mail: [email protected] email: [email protected] e-mail: [email protected]

49


NORMOVÁNÍ A POSTUPY K ZAJIŠTĚNÍ JAKOSTI TUHÝCH PALIV NA BÁZI BIOMASY

P. Jevič, Z. Šedivá, P. Hutla Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha

Anotace Tuhá biopaliva se popisují podle pùvodu, zdroje, hlavních obchodovatelných forem a vlastností. Další úrovní klasifikace se urèuje, zda je biomasa vedlejší produkce nebo prùmyslový zbytek, nebo je-li to nepoužitý materiál. Tato klasifikace je pružná a výrobce nebo zákazník si mùže vybrat jakoukoliv tøídu vlastností, která odpovídá vyrobené nebo požadované jakosti. Uvádí se v návaznosti na klasifikaèní schéma tuhých biopaliv pøíklady specifikací pro polenové døíví, jakostní parametry pšenièné a øepkové slámy a systémy øízení jakosti.

Klíčová slova: tuhá biopaliva, standardizace, zajištění jakosti Title Standardization and procedures of solid fuels quality assurance on basis of biomass

Abstract Solid biofuels are described according to origin, resource, main marketable forms and properties. Other level of classification determines if the biomass is a by-product or industrial remainder, or if it is a virgin material. That is a flexible classification and producer or customer can choose any class of properties corresponding with produced or required quality. Presented is in connection with the classification scheme of solid biofuels, examples of specification for log wood, qualitative parameters of wheat and rapeseed straw and systems of quality control.

Key words: solid biofuels, standardization, assurance quality kací (přednorem). Jedná se s ohledem na obr. 2 o tyto dokumenty: Terminologie, definice a popis (1 přednorma) Specifikace a třídy paliv, zajištění kvality paliva (2 normy) Vzorkování, plán odběru vzorku, příprava vzorku a jeho dělení (3 přednormy) Fyzikálně-mechanické zkoušky (13 přednorem): mj. spalné teplo, výhřevnost, celkový obsah vody, obsah popela, teplota deformace popela, sypná hmotnost aj. Zkoušky chemických parametrů (6 přednorem): C, H, O, N. S, Cl, F, hlavní prvky, stopové prvky aj. Evropské normy označené EN se musí převzít do soustavy národních norem, tj. vzniká z nich ČSN EN a navíc se musí zrušit konfliktní ČSN. Technická specifikace (CEN/TS) je schválena pro přechodné použití. Doba platnosti této technické specifikace je omezena na tři roky. Po dvou letech jsou členové CEN (tj. i ČR) požádáni o připomínky, zvláště o odpověď, jestli může být CEN/TS převedena na evropskou normu, kterou je pak samozřejmě ČR povinna převzít pokud je odhlasována členy CEN. Členové CEN jsou žádáni oznámit existenci této CEN/TS a učinit tuto CEN/ TS dostupnou - oznámení je ve Věstníku ÚNMZ. Je přípustné udržovat konfliktní národní normy v platnosti (souběžně s CEN/TS), dokud se nedosáhne konečného rozhodnutí o možnosti převedení této CEN/TS na EN.

Absence evropských norem pro tuhá biopaliva (TB) byla jednou z hlavních překážek pro vytváření trhu s tuhými biopalivy. Tento trh je nezbytný k dosažení vytýčených cílů v oblasti rozvoje bioenergie (obr. 1). Technická komise Evropského výboru pro standardizaci CEN/TC 335 připravila v současné době řadu technických specifikací pro tuhá biopaliva. V souladu s udělením mandátu pro tvorbu norem spadají pod působnost technické komise (TC 335) pouze tuhá biopaliva pocházející z následujících zdrojů: produkty zemědělství a lesnictví; rostlinný odpad ze zemědělství a lesnictví; rostlinný odpad z potravinářského průmyslu; dřevní odpad, s výjimkou dřevního odpadu, který může obsahovat halogenované organické sloučeniny nebo těžké kovy důsledkem ošetření dřeva konzervačními látkami nebo nátěrovými hmotami a který především zahrnuje dřevní odpad pocházející ze stavebního a demoličního odpadu; vláknitý rostlinný odpad z výroby čisté (nepoužité) celulózy a z výroby papíru z celulózy, pokud je spoluspalován v místě výroby a vznikající teplo je využíváno; odpadní korek. Přednormy zpracované v oblasti tuhých biopaliv Doposud bylo zpracováno cca 25 technických specifi-

50


Obr. 1: Příklady různých forem tuhých biopaliv

Terminologie

Postup vzorkování

Požadavky na palivo a jeho rozdělení do tříd např. velikost částic, veškerá voda, obsah popela, obsah těžkých kovů atd., pro např. brikety, pelety, řezanku ze slámy, zrno atd.

Příprava vzorku a jeho dělení např. celkový (hrubý) vzorek, společný (obecný) vzorek, laboratorní vzorek

Zkušební metody např. pro stanovení velikosti částic, obsah popela

Management jakosti

Obr. 2: Části normování v oblasti tuhých paliv z biomasy Třídění tuhých biopaliv Klasifikace je založena na původu a zdroji biopaliv. Příklady pro paliva na bázi dřevin uvádí obr. 3 a pro stébelniny (byliny) obr. 4. Přesné stanovení vybraných vlastností polenového dříví popisuje tabulka 1. Možný způsob přípravy krátkého kusového dřeva a způsob dosoušení znázorňuje obr. 5. V tab. 2 jsou uvedeny požadované vlastnosti pro pelety z přírodního dřeva a v tab. 3 fyzikálně-mechanické a chemické vlastnosti topných pelet z řepkové a pšeničné slámy Zaručení jakosti tuhých biopaliv Přednorma CEN/TS 15234 z března 2006 [4] stanovuje postupy pro splnění požadavků na jakost a popisuje opatření, která dostatečným způsobem zaručují, že jsou dodrženy specifikované vlastnosti biopaliv.

Příklady dokumentace původu a zdroje a prohlášení o jakosti paliva v různých dodavatelských řetězcích biopaliv jsou znázorněny na obr. 6. Cílem zajištění jakosti je poskytovat záruku, že je nepřetržitě dosahováno stabilní jakosti v souladu s požadavky zákazníka. Opatření pro zajištění jakosti usnadňuje návrh systému pro zajištění jakosti paliva u výrobců a dodavatelů tuhých biopaliv. Jeho funkcí je ujistit se, že: existuje sledovatelnost; požadavky, které ovlivňují jakost paliva, jsou pod kontrolou; konečný uživatel může mít důvěru v jakost paliva. Požadavky na výrobu tuhých biopaliv se liší podle složitosti výrobního procesu, stejně jako podle požadavků na biopaliva (například mezi maloodběrateli, kteří mohou požadovat vysoce kvalitní biopaliva a velkoodběrateli, kteří

51


Dřevní paliva (1) Lesní a plantážní dřevo (1.1)

Dřevozpracující průmysl (1.2)

Použité dřevo (1.3)

Celé stromy (1.1.1) - listnaté (1.1.1.1) - jehličnaté (1.1.1.2) - rychlerostoucí dřeviny (1.1.1.3) - křoviny (1.1.1.4) - směsi a příměsi (1.1.1.5) Kulatina (1.1.2) - listnatá (1.1.2.1) - jehličnatá (1.1.2.2) - směsi a příměsi (1.1.2.3) Zbytky po těžbě dřeva (1.1.3) - čerstvé/zelené (1.1.3.1) - skladované (1.1.3.2) - směsi a příměsi (1.1.3.3) Pařezy (1.1.4) - listnaté (1.1.4.1) - jehličnaté (1.1.4.2) - rychlerostoucí dřeviny (1.1.4.3) - křoviny (1.1.4.4) - směsi a příměsi (1.1.4.5) Kůry (z lesních prací) (1.1.5) Dřevní biomasy z péče o krajinu (1.1.6)

Chemicky neošetřené Chemicky neošetřené dřevní zbytky (1.2.1) dřevo (1.3.1) - bez kůry (1.2.1.1) - bez kůry (1.3.1.1) - s kůrou (1.2.1.2) - kůra (1.3.1.2) - kůra z průmyslového - směsi a příměsi (1.3.1.3) zpracování (1.2.1.3) Chemicky ošetřené dřevo - směsi a příměsi (1.2.1.4) (1.3.2) Chemicky ošetřené - bez kůry (1.3.2.1) dřevní zbytky (1.2.2) - kůra (1.3.2.2) - bez kůry (1.2.2.1) - směsi a příměsi (1.3.2.3) - s kůrou (1.2.2.2) - kůra z průmyslového zpracování (1.2.2.3) - směsi a příměsi (1.2.2.4) Vláknité odpady rostlinného původu z celulózového a papírenského průmyslu (1.2.3) - chemicky neošetřené vláknité odpady (1.2.3.1) - chemicky ošetřené vláknité odpady (1.2.3.2)

Směsi a příměsi (1.4)

Obr. 3: Klasifikační schéma dřevních paliv podle původu a zdrojů [3] Bylinná biomasa (2)

Zemědělské a zahradní byliny (2.1) Obilniny (2.1.1) - celá rostlina (2.1.1.1) - části slámy (2.1.1.2) - zrna nebo semena (2.1.1.3) - lusky nebo slupky (2.1.1.4) - směsi a příměsi (2.1.1.5) Traviny (2.1.2) - celá rostlina (2.1.2.1) - části slámy (2.1.2.2) - semena (2.1.2.3) - slupky (2.1.2.4) - směsi a příměsi (2.1.2.5) Olejniny na semeno (2.1.3) - celá rostlina (2.1.3.1) - stonky a listy (2.1.3.2) - semena (2.1.3.3) - lusky nebo slupky (2.1.3.4) - směsi a příměsi (2.1.3.5) Kořenoviny (2.1.4) - celá rostlina (2.1.4.1) - stonky a listy (2.1.4.2) - kořen (2.1.4.3) - směsi a příměsi (2.1.4.4)

Průmysl zpracovávající byliny, vedlejší produkty a zbytky (2.2)

Směsi a příměsi (2.3)

Chemicky neošetřené bylinné zbytky (2.2.1) - obilniny a traviny (2.2.1.1) - olejniny na semeno (2.2.1.2) - kořenoviny (2.2.1.3) - luskoviny a květiny (2.2.1.4) - směsi a příměsi (2.2.1.5) Chemicky ošetřené bylinné zbytky (2.2.2) - obilniny a traviny (2.2.2.1) - olejniny na semeno (2.2.2.2) - kořenoviny (2.2.2.3) - luskoviny a květiny (2.2.2.4) - směsi a příměsi (2.2.2.5) Luskoviny (2.1.5) - celá rostlina (2.1.5.1) - stonky a listy (2.1.5.2) - plody (2.1.5.3) - lusky (2.1.5.4) - směsi a příměsi (2.1.5.5) Květiny (2.1.6) - celá rostlina (2.1.6.1) - stonky a listy (2.1.6.2) - semena (2.1.6.3) - směsi a příměsi (2.1.6.4) Bylinná biomasa z péče o krajinu (2.1.7)

Obr. 4: Klasifikační schéma bylinné biomasy [3]

52


Tabulka 1: Specifikace vlastností metrového dříví, polen [3] Rozměry jednotlivých polen (délka - L a tloušťka - D) (maximální průměr jednotlivého odřezku) L < 200 mm a D < 20 palivového dřeva P200L = 200 mm ± 20 mm a 40 mm ? D ? 150 mm P200 L = 250 mm ± 20 mm a 40 mm ? D ? 150 mm P250 L = 330 mm ± 20 mm a 40 mm ? D ? 160 mm P330 L = 500 mm ± 40 mm a 60 mm ? D ? 250 mm P500 L = 1 000 mm ± 50 mm a 60 mm ? D ? 350 mm P1000 P1000+ L > 1 000 mm aktuální hodnota, která byla určena a hodnota D, která byla určena Obsah vody (% m/m, původní) M20 ? 20 % Kulatina vysušená v sušárně. M30 ? 30 % Sušeno ve skladišti M40 ? 40 % Sušeno v lese M65 ? 65 % Čerstvý po uřezání v lese

Obr. 5: Způsob přípravy krátkého kusového dřeva systémem ROJEK Častolovice a distribuce k odběrateli

53


Tabulka 2: Specifikace vlastností pro pelety z přírodního dřeva [3] Rozměry pelet (průměr - D a délka - L) ? 6 mm ± 0,5 mm a L ? 5 x průměr D06 ? 8 mm ± 0,5 mm a L ? 4 x průměr D08 ? 10 mm ± 0,5 mm a L ? 4 x průměr D10 ? 12 mm ± 1,0 mm a L ? 4 x průměr D12 ? 25 mm ± 1,0 mm a L ? 4 x průměr D25 Popel (% m/m, v bezvodém stavu) A0.7 ? 0,7 % A1.5 ? 1,5 % A3.0 ? 3,0 % A6.0 ? 6,0 % A6.0+ > 6,0 % (aktuální hodnota, která byla určena) Množství jemných částic (% m/m, < 3,15 mm) po výrobě při výstupu ze závodu F1.0 ? 1,0 % F2.0 ? 2,0 % F2.0+ > 2,0 %

Voda (% m/m, původní) M10 ? 10 % M15 ? 15 % M20 ? 20 % Síra (% m/m, v bezvodém stavu) S0.05 ? 0,05 % S0.08 ? 0,08 % S0.10 ? 0,10 % S0.20+ > 0,20 % (aktuální hodnota, která byla určena) Mechanická odolnost (% m/m, pelet po zkoušení) DU97.5 DU95.0 DU90.0

? 97,5 % ? 95,0 % ? 90,0 %

Tabulka 3: Fyzikálně-mechanické a chemické vlastnosti topných pelet z řepkové a pšeničné slámy Æ 8 mm

Složení Voda Prchavá hořlavina Neprchavý zbytek Popel C H N S O Cl Tavitelnost popela ts (spékání) ta (měknutí) tb (tání) tc (tečení) Otěr (mechanická odolnost) Hustota pelety Spalné teplo Výhřevnost Sypná hmotnost

Jednotka % m/m % m/m % m/m % m/m % m/m % m/m % m/m % m/m % m/m % m/m o

C C o C o C % kg.m-3 MJ.kg-1 MJ.kg-1 kg.m-3 o

Poznámka: Výrobce pelet ATEA Praha Chrášťany

54

Řepková sláma 7,85 70,11 16,40 5,64 43,64 6,11 0,84 0,14 35,64 0,14

Pšeničná sláma 6,40 69,81 17,46 6,33 43,04 6,51 0,72 0,05 36,89 0,09

1 050 1 300 1 300 1 300 2,28 1 225,1 16,75 15,23 665,2

780 800 1 020 1 050 0,98 1 343,3 16,93 15,45 634,7


mohou využít výhodu flexibility spalovacích zařízení, co se týká paliva). To vede k různým opatřením a požadavkům na způsob zajištění jakosti. Metodika zajištění jakosti při výrobě musí být použita pro všechny procesy, ale musí být přizpůsobena požadavkům na výrobu v určitém příslušném výrobním řetězci.

Vhodná přeprava, manipulace a skladování jsou velmi důležitými faktory pro konečnou jakost biopaliva. Zaručují také, že je palivo uchováváno ve správných podmínkách. Mělo by být zabráněno negativním vlivům na tyto činnosti. Účastník musí dokumentovat postupy přepravy, manipulace a skladování po výrobě biopaliva. To může být učiněno například ve smlouvě o dodání.

BIOMASA PŮVOD/ZDROJ Biopaliva v sypkém stavu

DODAVATEL

Účastník nebo vlastník

Vlastníci zdroje biomasy

KONEČNÝ UŽIVATEL

Výrobce biopaliva = dodavatel

Konečný uživatel

Dodavatel biopaliva

Konečný uživatel

Maloobchodník s biopalivem

Konečný uživatel

Účastník

Výrobci biopaliva

Balená biopaliva Vlastníci zdroje biomasy

Účastník

Výrobce / dodavatel biopaliva

Dokumentace původu a zdroje

Prohlášení o jakosti paliva

Prohlášení o jakosti paliva

Obr. 6: Příklady dokumentace původu a zdroje a prohlášení o jakosti paliva v různých dodavatelských řetězcích biopaliva [4] Při výrobě, skladování a dodávání tuhých biopaliv by měly být použity vhodné metody a měl by být dán pozor na to, aby nedošlo ke znečištění a degradaci dodávky paliva. Příkladem nečistot jsou kameny, kovové částice a plasty. Degradace může být způsobena absorpcí vlhkosti. Výrobce/dodavatel musí vydat konečnému uživateli nebo maloobchodníkovi prohlášení o jakosti paliva pro tuhé biopalivo, které musí být vydáno pro každou vymezenou dodávku. Velikost dodávky musí být stanovena ve smlouvě o dodání.

Příklad výrobního řetězce pro dřevní pelety vysoké jakosti určené pro domácnosti uvádí obr. 7. Tento příklad zahrnuje dokumenty a požadavky na výrobce pelet v úseku výrobního řetězce. Zákazníkem je v tomto případě maloobchodník nebo domácnost.

55


Surovina

Velikost částic

Příjem suroviny Vzorkování

Vlhkost Obsah popela

Rozbor

Skladování různých frakcí v různých zásobnících a vzorkování Kontrola výrobního postupu

Mísení různých surovin

Požadovaná velikost částic

Třídění

Doprava a skladování v zásobníku surovin

Požadovaná velikost částic

Pára Proudění, teplota, tlak

Sušení

Velikost částic, proudění, teplota, vlhkost

Drcení

Peletizace

Tlak lisu, teplota, tlak, proudění, velikost lisu, přísady

Odpad Chladnutí

Proudění vzduchu, teplota

Třídění

Velikost částic, % odpadu Třídění

Skladování pelet Přeprava do přístavu k vývozu Třídění Vyložení

Třídění Velkoobjemová dodávka

Třídění Balení do velkých pytlů Dodání maloobchodníkovi

Prohlášení o jakosti paliva přikládané do pytlů Délka/průměr Vlhkost Obsah popela Mechanická odolnost Jemné částice Přísady

Konečný uživatel (domácnost)

Obr. 7: Výrobní řetězec dřevěných pelet [4]

56


Závěr

Literatura

Jednoznačnou klasifikací a specifikačními principy pro tuhá biopaliva původu dřevní a bylinné biomasy, včetně péče o krajinu, plody biomasy, směsi a příměsi byl vytvořen pružný nástroj umožňující efektivní obchodování. Současně klasifikace a specifikace zajišťují jejich přijatelnost na trhu s palivy a zvýšení důvěry veřejnosti. Technická specifikace usnadní porozumění mezi výrobci - prodávajícím a zákazníkem – spotřebitelem, nákup, přeshraniční pohyb, použití a kontrolu jakosti, jakož i dobrou komunikaci s výrobci konverzních zařízení. Dále urychluje povinné schvalovací postupy, předávání informací o využívání tuhých biopaliv a souvisejících problémech spojených se životním prostředím. Stanovení postupu a popisu pro splnění požadavků na jakost dává záruku, že jsou splněny požadované vlastnosti paliv na bázi biomasy.

1. JEVIČ, P., HULTA, P., ŠEDIVÁ, Z., PŘIKRYL, M.: Třídění kvality a specifikace tuhých biopaliv. In. 4. Zemědělská technika a biomasa 2005. VÚZT Praha, MZe ČR 2005, s. 120 – 126. ISBN 80-8684-07-4 2. CEN/TS 14588: Solid biofuels – Terminology, definitions and descriptions (VI.2003) – ČSN P CEN/TS 14588 „Tuhá biopaliva – Terminologie, definice a popis, září 2005 3. CEN/TS 14961: Solid biofuels – Fuel specifications and classes (III.2005) – ČSN P CEN/TS 14961 „Tuhá biopaliva – Specifikace a třídy paliv, říjen 2005 4. CEN/TS 15234: Solid biofuels – Fuel quality assurance (III.2006) – ČSN P CEN/TS 15234, říjen 2006 Práce obsahuje dílčí výsledky řešení výzkumného projektu MZe ČR QF 3153 „Energetické využití odpadů z agrárního sektoru ve formě standardizovaných paliv“.

Kontaktní adresa: Ing. Petr Jevič, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 302, fax: 233 321 507 e-mail: [email protected]

57


ENERGETICKÉ OBILÍ - MOŽNOSTI A PŘEDPOKLADY UPLATNĚNÍ JAKO TUHÉ PALIVO P. Jevič1),2), Malaťák, J.2), Dubrovin, V. O.3), Z. Šedivá1) Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 2) ČZU, Technická fakulta, Praha 3) NAUU (National Agricultural University of Ukraine), Kyjev, Ukrajina 1)

Anotace Pokles ceny zrnin v posledních letech způsobil, že lze z nich vyrobit energii levnějším způsobem než z topného oleje nebo lisovaných biopaliv ve formě pelet nebo briket. Příspěvek je zaměřen na možnosti a hranice uplatnění energetického obilí jako zdroje tepelné energie. V návaznosti na základní etické aspekty se hodnotí fyzikálně-chemické vlastnosti a stav spalovací techniky využívající obiloviny jako tuhé palivo.

Klíčová slova: energetické obilí, tepelná energie, spalování obilovin Title Energy cereal – possibilities and presumptions of its exploitation in form of solid fuel

Abstract Decrease of grain crops prices in recent years has caused they are more suitable for energy production as compared with heat oil or pressed biofuels in form of pellets or briquettes. Paper is aimed to possibilities and limits of energy cereal exploitation as a resource of thermal energy. In connection with basic ethical aspects the physical-chemical properties and state of combustion equipment the cereals are suitable as a solid fuel.

Keywords: energy cereal, thermal energy, cereals combustion Pokles cen obilovin při současně stoupajících cenách energie vzbuzuje především v zemědělské praxi zájem o alternativní zhodnocení, jako je získávání tepla také spalováním zrna a směsí zrna a slámy. V návaznosti na výzkumně vývojové práce v této oblasti se objevují také první spalovací zařízení certifikované pro využití obilovin jako paliva. Tento příspěvek je zaměřen na využití energetického obilí v malých zařízeních. Mnoho detailních problémů stále zůstává neobjasněno. Zde patří otázky emisí, koroze zařízení, stav techniky, právní rámcové podmínky a zejména etika spalování obilí.

Stav diskuse se pozvolna rozhořívá a lze očekávat, že energetické využití obilí se stane, podobně jako uplatnění zelené genetické techniky, předmětem „ritualizovaného sváru“. Východiskem etického hodnocení, zaměřeného na toto téma, musí být právo lidí prosadit opatření k zajištění svého fyzického a ekonomického (pře)žití. Z pohledu využití obilí musí být přitom konstatováno, že odedávna nalezlo uplatnění v mnoha oblastech. Vedle přísných kritérií jakosti obilí pro lidskou spotřebu, krmení hospodářských a užitkových zvířat, jeho určitá část vždy našla své uplatnění jako surovina pro oblečení, stavbu domů a topení. Tak by tomu mělo být i nadále. Z pohledu tří cílových dimenzí trvale udržitelného obchodu je třeba se ptát [2]: Je energetické využití všeobecně ekologicky nezá vadné? Je ekonomické – a zde také z globálního pohledu zastupitelné? Je sociálně únosné (hodnoty a morální důvody ve společnosti)? Pro a proti spalování obilí se diskutuje. Argumenty pro spalování obilí převažují, prostřednictvím objektivních diskusí se však musí obyvatelstvo vhodně poučit. Další etický problém spočívá v tom, že ceny obilí jsou tak nízké, že se musí pomýšlet na získávání tepla spalováním. Zde stojí etický problém proti rolníkům, kteří při produkci obilí mohou sotva něco vydělat nebo nevydělat vůbec nic.

Úloha etického hodnocení Technický aparát, kterým je topné zařízení využívající energetické obilí jako paliva, podléhá nejen samotnému technologicky racionálnímu hodnocení, ale jako každý lidský výrobek vložený do sociálního kontextu, i hodnocení etickému. To znamená, jak se to dotýká z hlediska hodnotových představ a základní morálky obyvatelstva. U energetického využití méně hodnotných šarží obilí je to obecně zřejmý případ. Zde hraje roli okolnost, že obilí je všeobecně spojováno s „denním chlebem“. „Denní chléb“ je ale tím, co je ještě mnohým upíráno. Proto se nelze divit, když „topení pšenicí“ se jeví některým institucím a skupinám, zabývajícím se právními otázkami, jako cynická bludná cesta chybně řízeného zemědělství převážně v systému hospodářství, který je nutno překonat.

58


do této skupiny patří také výhřevnost a tavitelnost popela (viz tab. 1, 2 a 3). Fyzikální vlastnosti charakterizují naproti tomu mimořádně zřetelné znaky, příp. způsob úpravy. Dají se popsat parametry jako jsou rozměry, sypná hmotnost, sypný objem, rozdělení podle velikosti, rozměr částic, mechanická odolnost, odolnosti proti otěru apod.

Energetické obilí – fyzikálně-chemické vlastnosti Do seznamu vlastností určujících jakost tuhých paliv se dá napsat velký počet znaků, jimž se v praxi přisuzuje různě velký význam. V podstatě je třeba rozlišovat dvě skupiny znaků: chemické složení a fyzikální vlastnosti. K chemickým znakům patří obsah prvků (především Cl, N, S, K a těžké kovy) a rovněž obsah popela, vody a spor hub. Vedle toho

Tab. 1: Různý obsah popela a prvků v zrně a ve slámě u obilí (% sušiny) [1]

Popel K Ca Si Cl S N

Ozimý ječmen sláma zrno 4,2 1,9 1,19 0,39 0,43 0,05 0,67 0,12 -

Jarní ječmen sláma zrno 4,8 2,3 1,27 0,52 0,31 0,06 0,64 0,69 0,15 0,1 0,1 0,76 1,72

Pšenice sláma zrno 3,5 1,4 0,76 0,35 0,25 0,03 0,65 0,005 0,36 0,07 0,1 0,1 0,44 2,13

Žito sláma 3,1 0,98 0,33 0,19 -

zrno 1,5 0,43 0,04 0,08 -

Tab. 2: Typické hodnoty pro zrno pšenice, žita a ječmene podle ČSN P CEN/TS 14961 [5]

Parametr Popel Spalné teplo Výhřevnost Uhlík, C Vodík, H Kyslík, O Dusík, N Síra, S Chlór, Cl Fluor, F Al Ca Fe K

Jednotka % (m/m) d MJ/kg daf MJ/kg daf % (m/m) daf % (m/m) daf % (m/m) daf % (m/m) daf % (m/m) daf % (m/m) daf % (m/m) daf mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d

Typ. hodnota 2 18,8 17,4 46 6,6 45 2 0,1 0,1 500 5 000

Parametr Mg Mn Na P Si Ti As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn

Jednotka mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d mg/kg d

Typ. hodnota 1 500 4 000 < 0,1 0,05 0,5 4 < 0,02 1,0 0,1 30

Poznámka: d = bezvodý stav (sušina), daf = hořlavina, bezpopelná sušina Obsah vody Obsah vody je veličina podstatně ovlivňující výhřevnost. Protože bezvodá biomasa se v přírodě prakticky nevyskytuje, musí se vždy během spalování nebo zplyňování odpařit větší nebo menší množství vlhkosti. Vedle výhřevnosti ovlivňuje obsah vody také vhodnost ke skladování. Obsah vody nad 16 % vede zpravidla k biologickým procesům odbourávání nebo transformace, které jsou spojeny se ztrátami. Odbourávání substance bakteriemi nebo houbami probíhá ale také souběžně se změnou složení paliva. Například vlivem růstu hub dochází příležitostně ke zvýše-

ní obsahu ligninu. Také je tendence ke zvyšování obsahu popela, protože anorganická masa zůstává stejná. Výhřevnost Výhřevnost je v praxi podstatně více ovlivňována obsahem vody než druhem biomasy. U absolutně suché stébelné hmoty je např. výhřevnost pouze asi o 6 % nižší než u sušiny dřevin. Pro výhřevnost sušiny je rozhodující látkové složení. Biomasa s vysokým obsahem ligninu má zpravidla vyšší výhřevnost než materiál obsahující převážně celulózu. Výhřevnost samotného ligninu je při 28,8 MJ/kg o

59


Tab. 3: Fyzikálně-chemické vlastnosti jednotlivých částí žita lesního Žito lesní Složení Jednotka celá rostlina stéblo Voda % m/m 6,94 7,71 Prchavá hořlavina % m/m 75,42 71,90 Neprchavý zbytek % m/m 13,12 16,78 Popel % m/m 4,52 3,61 C % m/m 43,73 44,44 H % m/m 6,53 6,65 N % m/m 0,86 0,85 S % m/m 0,07 0,06 O % m/m 37,22 36,45 Cl % m/m 0,13 0,23 Tavitelnost popela o ts (spékání) C 960 860 -1 Spalné teplo MJ.kg 16,97 17,34 Výhřevnost MJ.kg-1 15,55 15,90 Poměr hmotnosti klasů k hmotnosti stébel 0,68

klasy 7,75 76,14 13,15 2,96 42,26 6,26 <0,1 0,08 40,61 0,08 990 16,96 15,60

Poznámka: (vzorky poskytl ZV Troubsko, říjen 2006) Síra (S) Také pro oxidy S má primární význam obsah prvku v palivu. Síra přechází během spalování za tvorby SO2, SO3 a stupňů alkalisulfátů z největší části do plynné fáze. Jako v případě chloridu dochází během ochlazení kouřových plynů v kotli částečně ke zpětné kondenzaci, při které se alkalia erdalkalisulfáty buď srážejí na částicích polétavého popílku, případně jsou sulfaticky vázány. SO2 ve formě plynu a sulfát vázaný na neodstraněném prachu uniká do okolí. Síra může být také nepřímo zodpovědná za zvýšené riziko koroze. To spočívá v tom, že při vyšších koncentracích SO2 v kouřovém plynu dochází k vyšší sulfatizaci dispozičních alkalických a erdalkalických chloridů. Tím je uvolňován Cl2 podporující korozi. Vedle uvedených nedostatků může přítomnost S mít ale také pozitivní účinky. Při přítomnosti sulfátů je elementární chlor svázán s konkurenční reakcí, přičemž SO3 reaguje v následné reakci na kyselinu chlorosírovou. Cl2 + SO2 + H2O « SO3 + 2 HCl Sírou jsou mimoto měněny a inaktivovány katalyticky působící oxidy S při tvorbě dioxinu a furanu: CuO + SO2 + ½ O2 « CuSO4 Různými průzkumy je doloženo snižující působení PCDD/ F již od poměru Cl/S v palivu o hodnotě 1.

cca dvě třetiny vyšší než celulózy (cca 17,3 MJ/kg). Spalné teplo Spalné teplo je množství tepla, které je k dispozici, když se také zpětně získává kondenzační teplo z vodní páry, která se tvoří při spalování. K tomu musí být spaliny ochlazeny tak, aby mohla kondenzovat vodní pára z vazeb paliva obsahujících vodu ve formě vázané nebo volné. Protože teplo přitom uvolněné přispívá k výtěžku energie, leží spalné teplo stále výše než výhřevnost. Chlor (Cl) Význam obsahu Cl jako kvalitativní charakteristiky spočívá v jeho účasti při možné tvorbě HCl a polychlorových dibenzo-dioxinů/furanů (PCDD/F) při spalování. Kvantitativní souvislosti mezi obsahem Cl v palivu a emisemi PCDD/ F jsou popsány u různých autorů [1, 2, 3]. Vedle ekologických aspektů je Cl škodlivý svými korozními účinky. Tyto účinky se projevují ve spolupůsobení s alkalickými kovy a s SO2 na povrchu výměníku tepla a dalších kovových částí zařízení. Mimoto může zvýšený obsah Cl také vést ke snížené teplotě měknutí popela. Dusík (N) Obsah N v palivu působí přímo na produkci oxidu N, protože tento prvek přechází při spalování téměř úplně do plynné fáze. K vázání na popel téměř nedochází, neboť teploty popela zůstávají velmi nízké, což ovšem vede ke špatnému vyhoření a vysokým emisím CO a uhlovodíků CxHy. Oxidace množství N obsaženého v palivu představuje při využití biomasy s odstupem nejdůležitější mechanismus tvorby NOx [3].

Draslík (K) Obsah K v palivu určuje na jedné straně nepřímé působení při korozních procesech na výměníku tepla a dalších částech zařízení přicházejících do styku se spalinami a na druhé straně také ovlivňuje měknutí popela. Oproti Ca, který zvyšuje bod tání, K teplotu tání snižuje. Přitom zřejmě

60


záleží na poměru K : Ca. Spolupůsobení na korozních procesech u K (a sodíku Na) je dáno skutečností, že tyto prvky nejsou sice tak snadno prchavé jako Cl a S, ale při spalování mohou tvořit plynné alkalichloridy. Ty při ochlazení kondenzují na plochách výměníku nebo na částicích letícího prachu. Na výměníku tepla reagují tyto kondenzující alkalichloridy s SO2 ze spalin na alkalisulfáty a Cl2. Poslední difundují porézními vrstvami okují na ocelových stěnách výměníku tepla, na nichž dochází vlivem redukčních podmínek k tvorbě FeCl2. Vlivem velkých rozdílů v teplotě uvnitř obkladové vrstvy na výměníku tepla dochází k různým parciálním tlakům FeCl2, které vedou k tomu, že toto plynné vázání opět difunduje ven z ocelové stěny, přičemž na své cestě se opět dostává do oxidačních podmínek. Přitom se oxiduje železo, takže část uvolněného Cl je znova k dispozici pro proces koroze. Lze hovořit o oxidaci povrchové vrstvy kovu při zvýšené teplotě, tzv. tvorba okují. Vedle těchto nepříznivých účinků se ale také velký podíl K váže s popelem a je tak v případě zhodnocení užitečně k dispozici jako hnojivo. Podíl K v hrubém popelu z topení dřevem a kůrou je asi 5,3 % (6,4 % K2O). Podobně vysoké obsahy K přicházejí v úvahu v popelu z cyklonu, zatímco jemný polétavý popílek má v průměru asi 11,8 % (14,3 % K2O) [3]. Vápník (Ca), hořčík (Mg), fosfor (P) Ca a P působí zvýšení bodu tání popela z biomasy. Také Mg jsou připisovány takové účinky. U paliv s nepříznivými poměry měknutí popela může být prostřednictvím přísad obsahujících Ca dosaženo zlepšení poměrů tání popela. Další pozitivní účinky se ukazují při vázání problémových látek popelem. Vysoký obsah alkalických kovů (především Ca) vede např. k tomu, že velká část S zůstane v popelu, a tím se neprojeví ve spalinách jako problémová látka. Tři uvedené prvky samotné zvyšují mimoto hnojivou hodnotu popela. Těžké kovy Těžké kovy zůstávají z velké části v popelu a ovlivňují tím opětnou použitelnost jako hnojivo. Těžkými kovy jsou především Cd, Zn a Pb lehce prchající. Nacházejí se následkem rekondenzace na částicích polétavého popela opět ve zvýšené míře v jemném polétavém popílku (např. v tkaninových filtrech nebo elektrofiltrech). Odděleným zhodnocením příp. odstraněním ložního, cyklonového a jemného polétavého popele („frakční odlučování těžkých kovů“) mohou být minimalizována rizika vnesení škodlivin při zemědělském zhodnocení popela jako hnojiva. Teplota deformace popela, teplota měknutí Při termických procesech přeměny energie dochází na žárovém lůžku k fyzikálním změnám popela. Podle úrovně teploty dochází ke slepování („spékání“) až k úplnému roztavení částic popela (obr. 4). Tyto změkčovací poměry jsou charakterizovány teplotami počátku spékání, měknutí, polokulovitého tvaru (tání) a tečení. U paliv s nízkými teplotami měknutí popela, mezi které obilí patří, existuje vysoké

riziko, že překročení kritické teploty povede k připečeninám v topeništi, na roštu a na stěnách výměníku. Tyto připečeniny mohou vést k poruchám, přerušování provozu a ke změnám v přívodu spalovacího vzduchu a musí být mechanicky odstraňovány. Zamezení připečenin se může provádět nákladnými přídavnými zařízeními, jako jsou vodou chlazené roštové systémy nebo spalovací pánve, zpětná vedení spalin, drtiče popela, víření paliva apod., přesto je to většinou spojeno se zvýšením nákladů. Paralelně k tomu musí být často také omezena maximální teplota spalování. Protože tento pokles teploty není vždy kompenzován odpovídající větší dodatečnou spalovací zónou ke zvýšení doby trvání plynu, je tendence k následným účinkům na úroveň produkce škodlivin, neboť při klesajících teplotách probíhají spalovací reakce pomaleji a vyžadují tak delší reakční dobu, aby se zajistilo co možná úplné spálení nespálených částic spalin. Ke zjištění usazenin a emisí jsou v tab. 4 souhrnně uvedeny body tání a varu důležitých prvků v obilním zrnu a očekávaných sloučenin při spalovacím procesu. Dosavadní zkušenosti se spalováním obilí v zařízeních malých tepelných výkonů Při popisu výtopen na spalování slámy se zrnem se zatím vychází především z dánských zařízení. Také ve spalování zrna existuje z Dánska mnoho zkušeností. V Dánsku jsou již nabízeny výtopny na obilí šesti firmami, v Rakousku to jsou dvě firmy, v Německu především Ökotherm a WVT. Výtopny na štěpku fungují také dobře v případě přimíchání obilí až do 30 %. Při spalovacích experimentech s různým obilním zrnem a různou slámou se projevily velké rozdíly co do emisí škodlivin oproti palivu na bázi dřevin. Obilí vykazuje vyšší emise dusíku NOx. Vezme-li se ovšem v úvahu relace k emisím NOx vyvolaných automobilním provozem, potom se jeví zatížení okolního prostředí spalováním obilí jako zcela nevýznamné. Doporučuje se výtopny konstruovat tak, aby při spalování obilí byly technicky funkční (zamezení tvorby strusky), byly odolné vůči korozi chlorem a řešením spalovacího prostoru vykazovaly málo prachových emisí. Také přísady mohou zlepšit předpoklady spalování. Je však možno uvažovat také sekundární opatření na snížení emisí jako látkové filtry, elektrofiltry a katalyzátory, ty však spalování obilí značně prodražují. Ke snížení tvorby trusky a koroze se do obilí často přimíchává 1 – 2 % vápna. V rámci výzkumně vývojové činnosti VÚZT se již delší dobu také řeší problematika spalování obilní slámy a zrnin, jejich vliv na životní prostředí z pohledu emisí a k získání podkladů pro standardizaci paliv na bázi biomasy. U prototypů automatických teplovodních kotlů Pel Ling 27: jmenovitý tepelný výkon 25 kW s regulovatelným výkonem 7,5 – 25 kW (obr. 1), Verner A 25: jmenovitý tepelný výkon 25 kW s regulovatelným výkonem 7 – 26 kW (obr. 2), AM 24 Licotherm: jmenovitý tepelný výkon 24 kW s regulovatelným výkonem 7 kW (obr. 3) se ověřuje také energeticky ječmen, pšenice, kukuřice a oves.

61


Tab. 4: Body tání a varu prvků/sloučenin přicházející v úvahu při spalování obilí (oC) [1] Prvek/sloučenina Na K Mg Ca Cl P S NaCl KCl

Bod tání 98 64 649 839 -101 44 113 801 776

Bod varu 883 760 1 107 1 487 -35 280 445 1 413 1 500

Prvek/sloučenina MgCl2 CaCl2 HCl Na2SO4 K2SO4 MgSO4 CaSO4 H2SO4 H3PO4

Bod tání 708 782 -40 888 1 067 1 124 1 450 -15 21

Bod varu 1 412 2 000 85 1 689 310 158

Obr. 1: Schéma spalovacího systému se spodním přívodem paliva (Pel Ling 27) 1 - spalovací prostor s keramikou, 2 - retortový hořák, 3 - šnekový dopravník paliva, 4 - zásobník popela, 5 - ventilátor spalovacího vzduchu, 6 - zásobník paliva, 7 - elektromotor s převodovkou

Obr. 2: Schéma spalovacího systému se samospádovým přívodem paliva (Verner A 25) 1 - spalovací prostor s hořákem, 2 - roštnice, 3 - zásobník popela, 4 - ventilátor spalovacího vzduchu, 5 - topná tyč, 6 - šnekový dopravník paliva, 7 - elektromotor s převodovkou, 8 - pohon roštnic, 9 - zásobník paliva

62


Obr. 3: Pohled na automatický teplovodní kotel AM 24 Licotherm na zkušebním okruhu

Obr. 4: Pohled na spékání popelovin při spalování granulované slámy

Obr. 5: Pohled na spalování obilnin ve spalovací komoře(nutno zamezit především spékání a další deformaci popela) Z hlediska dokonalosti spalování průměrné hodnoty emisí při provozu zařízení o jmenovitém i nejmenším tepelném výkonu nepřekročily hodnoty CO = 2000 mg.mN-3 (suché spaliny, 0 oC, 101,325 kPa, 10 % O2) NOx = 950 mg.mN-3 (suché spaliny, 0 oC, 101,325 kPa, 11 % O2) OGC = 50 mg.mN-3 (suché spaliny, 0 oC, 101,325 kPa, 10 % O2) prach = 70 mg.mN-3 (suché spaliny, 0 oC, 101,325 kPa, 10 % O2). Přitom tyto hodnoty jsou výrazně nižší než limitní hodnoty dané normou ČSN EN 303-5:2000. Tato norma nestanovuje limitní hodnoty emisí NOx, ale jen CO, OGC a prach. Tato znečišťující látka je u nás sledována českou inspekcí životního prostředí. I když tyto výrobky patří do kategorie malých zdrojů znečišťování, je možné orientačně vycházet z požadavku na emisní limit platný pro střední zdroj znečišťování. Ten je podle nařízení vlády č. 352/2002 Sb. pro spa-

lovací zařízení využívající biomasu jako palivo 650 mg.mN-3 (suché spaliny, 0 oC, 101,325 kPa, 11 % O2). Tato hodnota však byla zatím vždy překročena. Automatický teplovodní kotel Verner A 25 na dřevní pelety a energetickou pšenici je zatím jediným zařízením tohoto typu, který je SZÚ Brno certifikován (číslo: B – 30 – 00092 - 06 do 28.2.2008).

Závěr Stát je pro zajištění výživy zavázán k zásobování kvalitním obilím. Méně kvalitní partie nebo zásoby, které na delší dobu nejsou nutné, by mohly být v případě potřeby využity k energetickým účelům. Vlivem dobré sypnosti se obilí dá výborně a s malými technickými náklady na příkon dávkovat do topného zařízení. Skladovatelnost suchého obilí je vynikající, sypná hmotnost kolísá podle druhu v rozmezí 500 – 800 kg.m-3. Vysoká výhřevnost vytváří příznivé předpoklady pro vytápění. Nedostatkem je však chemické složení obilního zrna, podstatně nepříznivější než u dřevin. Nevýhodou jsou také nízké teploty deformace a tavitelnos-

63


ti popela, vysoký obsah popela z pohledu emisí prachu. Další pozornost je nutné věnovat emisím NOx a také nebezpečí koroze topných zařízení při spalování obilí. Při základní intervenční ceně obilovin 101,31 EUR.t-1 od 1.11.2006 a ceně standardizovaných dřevních pelet 150 – 200 EUR.t-1, přičemž výhřevnost je prakticky obdobná, je v obilí tak výrazně levnější energie.

3. OBERNBERGER, I.: Nutzung fester Biomasse in Verbrennungsanlagen unter besonderer Berücksichtigung des Verhaltens Aschebildender Elemente. Habilitation am Institut für Verfahrenstechnik der TU Graz. 1997. Schriftenreihe thermische Biomassenutzung dbv-Verlag Graz. 124 s. 4. ŠEDIVÁ, Z., JEVIČ, P., PŘIKRYL, M.: Emissions and efficiency of heat water combustion boilers up to 25 kW for solid biofuels with both automated and hand stocked. In. The 4th Research and Development Conference of Central and Eastern European Institutes of Agricultural Engineering. Moscow, VIESH, May 12 – 13, 2005, s. 118 – 127 5. ČSN P CEN/TS 14961 “Tuhá biopaliva – Specifikace a třídy paliv, ČNI, říjen 2005

Literatura 1. STREHLER, A.: Energiegetreide im Vergleich zu anderen biogenen Festbrennstoffen – Einsatzmöglichkeiten und grenzen aus der Sicht von Forschung und Technik. In. Energetische Nutzung von Getreide in Kleinfeuerungsanlagen. Darmstadt, 2003, KTBL, s. 25 - 32 2. BUSCH, R. J.: Weizen zum Verheizen – Zur ethischen Bewertung der energetischen Nutzung von Getreide. In. Energetische Nutzung von Getreide in Kleinfeuerungsanlagen. Darmstadt, 2003, KTBL, s. 123 – 129

Práce obsahuje dílčí výsledky řešení výzkumného záměru MZe ČR 0002703101 – etapy 6 „Výzkum nových možností efektivního využití zemědělských produktů k nepotravinářským účelům“.

Kontaktní adresa: Ing. Petr Jevič, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 302, fax: 233 321 507 e-mail: [email protected]

64


VÝSLEDKY ČERPÁNÍ PODPOR V ZEMĚDĚLSTVÍ ČR ZA ROK 2005 A. Juřica Výzkumný ústav zemědělské ekonomiky Praha

Anotace Tento článek shrnuje výsledky využití podpory státního rozpočtu a fondů EU do Českého zemědělství v r. 2005 a jejich porovnání s rokem 2004. Analyzuje také účinek finančních podpor na ekonomiku zemědělských podniků ve sledovaných letech. Potom jsou uvedeny předpokládané údaje o využití podpor v zemědělství v r. 2006.

Klíčová slova: podpora farmám, zemědělské podniky, ekonomika podniků Title The results of agriculture supports utilisation in the CR in the year 2005

Abstract This paper resumes results of supports utilization from resources of the state budget and from EU funds in the CR agriculture in the year 2005 compared with the year 2004. It analyses also effect of supports and subsidies on economy of agricultural enterprises in monitored years. Then there are presented assumed data about supports utilisation in agriculture in the year 2006.

Keywords: farm subsidies, agricultural enterprises, enterprises economy 1. Úvod Pokračování v systému podpor EU a ČR v roce 2005, přineslo pro podnikatelské subjekty fyzických i právnických osob již očekávané výsledky. Dotace provozního a investičního charakteru, jako systém podpor poskytovaných do rozvoje zemědělství a venkova v České republice (dále jen ČR) po vstupu do Evropské unie (dále jen EU) představovaly v roce 2005, stejně jako v roce 2004, jeden z nejdůležitějších zdrojů finančních prostředků pro podnikatelské subjekty fyzických i právnických osob. Nejvýznamnější položkou těchto podpor byly od roku 2004 přímé platby. Systém přímých plateb vychází z podmínek vymezených Kodaňským summitem EU a navazující přístupové smlouvy v oblasti produkčních limitů a minimální výše přímých podpor ze zdrojů EU. Tyto podpory jsou vypláceny v systému SAPS (Single Area Payment Scheme), tj. zjednodušeným systémem plateb. V roce 2004 byla u většiny komodit tato výše na úrovni 25% podpor zemí EU 15, v roce 2005 dosáhla úrovně 30% podpor zemí EU 15. U přímých plateb byla vyjednána možnost jejich navýšení z národních zdrojů (tzv. Národní doplňkové platby) pro většinu komodit v roce 2004 na úroveň 55% a pro rok 2005 na úroveň 60% podpor stávajících zemí EU. V ČR administruje a kontroluje vyplácení přímých plateb Státní zemědělský intervenční fond (dále je SZIF) jako akreditovaná Platební agentura. K přímým platbám patří rovněž komoditní podpory mimo SAPS a národní doplňkové platby schválené EU jako národní podpory (state aid). 2. Souhrnná rekapitulace výdajů do agrokomplexu ČR podle hlavních směrů podpor Vstup ČR do EU znamenal výrazný nárůst objemu pod-

por do agrárního sektoru ČR jak v roce 2004, tak i v roce 2005. Hodnocení se týká podpor věcně se vztahujících k danému roku, avšak vyplacených k 30.6. následujícího roku (pro rok 2005 se jedná o předpoklad). Nejsou přitom uvažovány podpory ze strany spotřebitelů, ani podpory vyplácené z krajských zdrojů. Souhrnná rekapitulace výdajů na podporu agrárního sektorů v časové řadě 2003 – 2005 podle hlavních směrů podpor je uvedena v tab. č. 1. Největší podíl podpor připadá na přímé platby, tj. 44 – 45 % v roce 2004 i 2005. Výrazně přitom vzrostly podpory v rámci HRDP, Operačního programu Zemědělství a programu SAPARD, jejichž 20% podíl v roce 2004 se zvýšil v roce 2005 na zhruba 31% veškerých podpor. Podíl financování ze zdrojů EU na agrární politice ČR se zvýšil ze 40% v roce 2004 na 50% v roce 2005. 3. Hodnocení vlivu čerpání podpor provozního charakteru po vstupu ČR do EU na ekonomiku zemědělských podniků Systém podpor zemědělství uplatněný po vstupu ČR do EU od 1.5.2004 a jeho vliv na ekonomiku zemědělských podniků je možno hodnotit především na základě údajů zjištěných ve výběrovém šetření v souboru testovacích podniků FADN, které byly dosud zpracovány za roky 2003 a 2004. Rok 2005 nebyl dosud k dispozici. Současně je nezbytné zdůraznit, že hodnocení s využitím uvedených dat se týká zejména právnických osob, v jejichž výsledcích hospodaření jsou v podvojném účetnictví nejen již vyplacené podpory a dotace, ale také přiznané, které byly vyplaceny až v průběhu následujícího roku. (Viz tab. č.2).

65


Tab. 1:Rekapitulace výdajů do agrokomplexu ČR podle hlavních směrů podpor (mil.Kč.) Tab.1 - Rekapitulace výdajů do agrokomplexu ČR podle hlavních směrů podpor (mil. Kč) Podpory

ČR 4 262 0 0 4 262 2 642 1 507 1 135 187 69 118 0 0 0 6 761 4 342 994 665 760 3 460 278 3 182 4 106 2 799 1 307 21 418

Přímé platby - SAPS - národní doplňkové platby - ostatní přímé platby (dotace MZe) HRDP - platby LFA - agro-envi programy OP a SAPARD - SAPARD a OP - zemědělství, rybářství - SAPARD a OP - potrav. průmysl - SAPARD (MMR) a OP - venkov - OP - lesní hospodářství - OP - MPO Národní podpory rezortu MZe - výdaje MZe (dotace, NV, ost.) - podpory PGRLF - pozemkové úřady/úpravy2) - výdaje ost. institucí rezortu Národní podpory ost. rezortů - MŽP, MPO, MD - daňové a podobné úlevy Organizace trhu (SOT) - subvence vývozu - ostatní výdaje v rámci (S)OT Celkem

2003 EU 0 0 0 0 0 0 0 478 220 258 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 478

celkem 4 262 0 0 4 262 2 642 1 507 1 135 665 289 376 0 0 0 6 761 4 342 994 665 760 3 460 278 3 182 4 106 2 799 1 307 21 896

ČR 6 185 0 5 345 840 807 522 285 312 89 134 88 0 0 4 706 2 450 1 090 767 399 2 603 254 2 349 2 197 1 298 899 16 810

2004 EU celkem 6 379 12 564 6 379 6 379 0 5 345 0 840 3 226 4 033 2 088 2 610 1 138 1 423 1 313 1 624 463 552 407 542 442 530 0 0 0 0 0 4 706 0 2 450 0 1 090 0 767 0 399 0 2 603 0 254 0 2 349 303 2 500 212 1 510 91 990 11 221 28 031

ČR 6 993 0 6 906 87 1 162 492 670 1 286 863 104 279 35 6 4 254 2 443 1 013 396 402 2 279 325 1 954 339 0 339 16 313

20051) EU celkem 7 297 14 290 7 297 7 297 0 6 906 0 87 4 631 5 793 1 967 2 459 2 664 3 334 2 922 4 208 1 585 2 447 264 368 953 1 232 98 132 22 28 0 4 254 0 2 443 0 1 013 0 396 0 402 0 2 279 0 325 0 1 954 1 064 1 403 782 782 282 621 15 914 32 227

1) Předpoklad k 30. 6. 2006. 2) V rezortu MZe od 1. 2. 2003. Pramen: podklady MZe, SZIF, PGRLF a dalších institucí

Tab. 2: Dotace provozního charakteru a jejich vliv na hospodářský výsledek u právnických osob (Kč/ha z.p.) osob (Kč/ha z.p.) u právnických Zemědělská družstva Obchodní společnosti Ukazatel Dotace provozního charakteru Hospodářský výsledek po odpočtu dotací

2003

2004

2003

2004

Právnické osoby celkem meziroční 2003 2004 index

2 423

4 662

2 660

4 493

2 567

4 576

178,3

-3 408

-1 927

-2 972

-1 845

-3 185

-1 929

60,6

Pramen: Výběrové šetření FADN

Další hodnocení vlivu čerpání podpor provozního charakteru vychází z analýzy dat ze souboru FADN v roce 2004 s ohledem na zařazení sledovaných zemědělských podniků podle zastoupení jimi obhospodařované zemědělské půdy v méně příznivých oblastech – LFA. Vymezení půdně-klimatických podmínek podle klasifikace použité ve Zprávě o stavu českého zemědělství : podniky s více než 50% z.p. v LFA – horská - (H), podniky s více než 50% z.p. v LFA – ostatní a specifické (pokud nesplňují podmínku pro H) - (O), podniky s částečným zastoupením LFA (pokud nesplňují podmínky H a O) - (Z), podniky bez zastoupení pův LFA,v tzv.produkčních oblastech - (N).

Jedná se především o zemědělské podniky se zaměřením na smíšenou rostlinnou a živočišnou výrobu. Hodnocení vlivu čerpání podpor z těchto hledisek je uvedeno v tab. č. 3. Pro účely analýzy byl souhrn podpor a dotací provozního charakteru, které jsou v účetní evidenci zemědělských podniků účtovány na účtu ostatní provozní výnosy, rozdělen na 2 hlavní skupiny: 1. Podpory přiznávané zemědělským podnikům nárokovým způsobem podle ha, VDJ, ks apod. Do této skupiny patří podpory ve formě přímých plateb na plochu-zem.půdu (SAPS), národní doplňkové přímé platby (TopUp) na ornou půdu, skot, KBTPM, bahnice a kozy, osivo a posléze také vyrovnávací příspěvky méně příznivým oblastem.

66


Tab. 3:Dotacr provozního charakteru a hospodářský výsledek u zemědělských podniků právnických a fyzických osob za rok 2004 (údaje ze souboru FADN) Měrná jednotka

Ukazatel

Horská oblast (H)

Jiné než horské LFA (O)

ha

44

190

49

106

ha

909

963

1 118

589

Kč/ha z.p.

2 466

2 534

2 576

3 629

Kč/ha z.p.

4 413

4 035

3 618

3 435

Kč/ha z.p.

1 788

1 766

1 618

1 758

Kč/ha z.p.

889

1 077

1 139

1 318

Kč/ha z.p.

404

373

340

350

Kč/ha z.p.

17

3

-

-

Kč/ha z.p.

113

56

49

2

Kč/ha z.p.

3

14

9

7

1 199

746

463

-

1 042

921

996

750

5 455

4 956

4 614

4 185

Počet podniků 1) Průměrná výměra zemědělské půdy Hospodářský výsledek před zdaněním Podpory přiznané nárokovým způsobem podle ha, VDJ,ks, atd. celkem z toho: - přímé platby SAPS z toho: - přímé platby Top Up - orná půda z toho: - přímé platby Top Up - VDJ skotu z toho: - přímé platby Top Up - bahnice z toho: - přímé platby Top UP - KBTPM 2) z toho: - přímé platby Top Up - osivo

z toho: - vyrovnávací příspěvky méně Kč/ha z.p. příznivým oblastem Ostatní podpory přiznané jiným způsobem na základě Kč/ha z.p. projektů z OP zem., SAPARD, AEV opatření, atd. celkem Podpory úhrnem

Podniky bez zastoupení půdy v LFA, v tzv. produkčních Částečné zastoupení LFA (Z) oblastech (N)

Kč/ha z.p.

Hospodářský výsledek před zdaněním bez Kč/ha z.p. podpor úhrnem Hospodářský výsledek před zdaněním bez Kč/ha z.p. ostatních podpor

-

2 989

-

2 422

1 424

1 613

-

2 038

-

1 580

556

2 879

Pramen: vlastní výběrové šetření

1) Zahrnuje vybrané podniky ze souboru FADN se zaměřením na smíšenou rostlinnou a živočišnou výrobu. 2) KBTPM - jedná se podporu chovu krav bez tržní produkce mléka v rámci národních doplňkových přímých plateb

2.

Ostatní podpory přiznávané podnikům jiným způ sobem, např. podpory na agroenvironmentální opat ření, podpory na dotační programy podle „Zásad“ z rozpočtové kapitoly MZe, apod. Z výsledků analýzy dat z uvedené části souboru testovacích podniků FADN za rok 2004 je zřejmé, že největší podíl podpor a dotací provozního charakteru ve všech vy-

mezených oblastech představuje skupina podpor přiznávaných nárokovým způsobem (78,4-82,1%), především přímých plateb. Výsledky analýzy údajů konkrétních zemědělských podniků tak potvrzují rozložení struktury položek podpor a dotací v celkovém vyjádření v letech 2004 i 2005 (viz tab.1). V objemu těchto podpor přepočteném na 1 ha zemědělské půdy se projevuje klesající tendence směrem

67


Příspěvek byl zpracován v rámci řešení tématického směru 04 Výzkumného záměru PEF MZLU MSM 6215648904 Česká ekonomika v procesech integrace a globalizace a vývoj agrárního sektoru a sektoru služeb v nových podmínkách evropského integrovaného trhu a dále s využitím výsledků řešení výzkumného projektu MZe ČR NAZV QF 3269 „Metody komplexního hodnocení zemìdìlských podnikù pro formování agrární politiky“.

od horské oblasti (H) k produkční oblasti bez LFA (N). Objem ostatních podpor pøiznávaných jiným zpùsobem, pøedevším na základì projektù má pøi vyjádøení na 1 ha z.p. také podobnou tendenci, avšak mezi podniky existují výrazné rozdíly, napø. v pøípadì konkrétního podniku hospodaøícího v systému ekologického zemìdìlství, apod. 4. Předpokládaný vývoj v čerpání podpor a dotací v roce 2006 Ve smyslu podmínek stanovených Kodaňským summitem a navazující přístupovou smlouvou dojde ke zvýšení sazby jednotné platby na plochu (SAPS), která byla MZe ČR schválena v částce na 1 ha zemědělské půdy : - pro rok 2004 1830,40 Kč, - pro rok 2005 2110,70 Kč, - pro rok 2006 2517,80 Kč. Také národní doplňkové platby (Top Up) je umožněno vyplácet podle stejných nařízení a potom platby Top Up umožňují následující dorovnání úrovně přímých plateb v EU 15: - v roce 2004 do 55%, - v roce 2005 do 60%, - v roce 2006 do 65%. Na základě těchto změn lze předpokládat, že vývoj úrovně podpor a dotací v roce 2006, zejména v oblasti přímých plateb (SAPS a Top Up) bude mít, při relativně stejných podmínkách u ostatních podpor, podobnou predikci jako tomu bylo ve srovnání roku 2005 vůči roku 2004. Navíc je možné očekávat další zvýšené čerpání podpor získávaných nenárokovým způsobem, především na základě projektů, ať již u dotací provozního (u agroenvironmentálních opatření) či investičního charakteru (zejména prostřednictvím Operačního programu Zemědělství).

Literatura BEČVÁŘOVÁ, V.: Integration in Agribusiness and Policy Implications. In. “European Integration: Local and Global Consequences” Sborník z mezinárodní vědecké konference, MZLU Brno, září 2004, Conference Proceedings ISBN 80-7355-023-7 BEČVÁŘOVÁ,V.: The changes of the agribusiness impact on the competitive environment of agricultural enterprises. In. Agricultural Economics 10, Vol. 48. ÚZPI Praha, 2002, s. 449-455, ISSN 0139-570X BEČVÁŘOVÁ, V.: Vývoj SZP z hlediska principů nové ekonomiky. In. Agrární perspektivy XII. Nová ekonomika a rozšíření EU, Sborník z mezinárodní vědecké konference, Díl I., str.138-143, Praha, ČZU, 2003, ISBN 80-213-1056-1 JUŘICA,A. a kol.: Metody komplexního hodnocení zemědělských podniků pro formování agrární politiky. Závěrečná zpráva výzkumného projektu MZe ČR NAZV QF3269, VÚZE Praha, 2006, s.44 Zprávy o stavu zemědělství ČR 2003 – 2005. MZe ČR – VÚZE, 2004 – 2006.

5. Závěr Vývoj v čerpání podpor za léta 2004 a 2005 prokázal, že i při výkyvech ve sklizních, způsobených často počasím, představují podpory a dotace významný nástroj pro stabilizaci hospodaření v různých výrobních podmínkách při zvyšování multifunkčnosti zemědělství, ochrany životního prostředí a rozšiřování aktivit podporujících rozvoj venkova.

Kontaktní adresa: Ing. Alois Juřica, CSc. Výzkumný ústav zemědělské ekonomiky Mánesova 75 120 58 Praha 2 e-mail: [email protected]

68


ANAEROBNÍ FERMENTACE SMĚSNÝCH MATERIÁLŮ J. Kára, Z. Pastorek, I. Hanzlíková Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Bioplyn lze vyrábět z kejdy, chlévské mrvy, biologicky odbouratelných domovních odpadů, odpadů z ČOV a potravinářského průmyslu, ale i z energetické fytomasy k tomu účelu pěstované. Výroba bioplynu z účelově pěstované energetické fytomasy je v České republice ve stadiu modelových experimentů. V zahraničí věnuje tomuto problému pozornost celá řada interdisciplinárních pracovišť využívajících možností kombinace anaerobní digesce zemědělských vedlejších a druhotných surovin spolu s průmyslovými bioodpady. Hlavní důraz je ovšem kladen na zpracování zvířecích exkrementů a účelově pěstované vhodné energetické fytomasy. Tyto technologie úspěšněji zabezpečují stabilní intenzivní fermentační proces a navozují ekonomickou efektivnost celého systému včetně produkce následně aerobně stabilizovaného organického hnojiva, produkovaného kompostováním separovaných organických zbytků po fermentaci.

Klíčová slova: anaerobní digesce, kofermentace, směsné substráty, pěstovaná biomasa, vedlejší živočišné produkty Title Anaerobic fermentation of mixed materials

Abstract Biogas can be produced from slurry, farmyard manure biologically degradable domestic waste sewage treatment plant waste and food industry but also from energy phytomass grown for that purpose. Biogas production from purposefully grown energy phytomass in the Czech Republic is in stage of model experiments. Abroad this problem is in focus of many inter-disciplinary labour sites utilizing possibilities of anaerobic digestion of agricultural by-raw materials together with industrial bio-waste. Particular emphasis is put on the animal excrements processing and purposefully grown suitable energy phytomass. These technologies provide more effectively stabile intensive fermentation process and economical aspects of the whole system including production of consequently anaerobic stabilized organic manure, produced by composting of separated organic reminders after fermentation.

Keyword: anaerobic digestion, co-fermentation, mixed substratum, grown biomass, animal by-product Úvod Na základě výsledků experimentálních prací a hodnocení různých systémů hygienizačních zařízení byla vypracována doporučení pro konstrukci a provoz bioplynových stanic s hygienizačním zařízením a bylo provedeno modelové technicko-ekonomické hodnocení. V současném období se připravuje výstavba řady zemědělských bioplynových stanic. Ve stádiu projektové přípravy jsou i bioplynové stanice na zpracování BRKO. Část potenciálních provozovatelů vyžaduje z různých důvodů možnost zpracovávat v bioplynové stanici vedlejší živočišné produkty. Tato možnost zde existuje, ale je potřeba splnit mnoho podmínek. Vedlejší živočišné produkty jsou části poražených zvířat, které nejsou určeny pro přímou lidskou spotřebu, včetně uhynulých hospodářských zvířat a odpadu (tepelně zpracovaného či nezpracovaného) z veřejného stravování (kateringu – odpad z restaurací, kuchyní apod.), který obsahuje či byl v kontaktu s masnými produkty. Některé z těchto vedlejších živočišných produktů jsou používány jako živočišné proteiny - masokostní moučka, tuky, želatina, kolagen, krmivo pro domácí zvířata a jiné jako produkty pro technické účely – lepidla, kůže, mýdla, hnojiva aj. Jinou možností zpracování je jejich ničení, nejčastěji spalováním,

dalšími jsou pak již zmíněné zpracování v bioplynové stanici, nebo kompostárně. Některé zemědělské podniky v České republice mají rovněž dlouhodobé zkušenosti s využíváním bioplynu. Dodnes je v provozu jedna z prvních a zároveň největších evropských bioplynových stanic v Třeboni. Také dodávky technologie pro bioplynové stanice je zcela možno zabezpečit z tuzemských zdrojů. Základní překážkou pro rozvoj a šíření bioplynových technologií v ČR je jejich relativně vysoká pořizovací cena a z ní vyplývající výše výrobních nákladů na jednotku vyprodukované energie, která převyšuje současnou realizační cenu za tuto energii a náročné bezpečnostní požadavky, které jsou zejména u malých a středních bioplynových stanic významným omezením možnosti jejich rozšíření.

Materiál a metodika Pro anaerobní zpracování lze použít celou řadu zemědělských a průmyslových odpadů. Základní schéma kofermentační výroby bioplynu ukazuje obrázek č.1. Základ tvoří v zásadě statková hnojiva, která jsou základem fermentačního procesu v bioplynové stanici. Z kofermentačních materiálů jde o pěstovanou biomasu (hlavní a vedlejší produkty), rostlinné zbytky a živočišné

69


Postup stanovení výtěžnosti bioplynu Pro dodané vzorky organických matriálů byly v mezofilních podmínkách, (teplota procesu 42 oC zjišťovány produkce bioplynu a jeho chemické složení). V laboratorních pokusech byly vzorky testovány pro výrobu bioplynu na malých zařízeních o objemu 3 l. Sada fermentorů je ve vyhřívané vodní lázni. Každý fermentor má svůj plynojem pro odečet produkce bioplynu. Pokusy byly prováděny na principu jednostupňové (one-stage batch) anaerobní digesce se vsázkou o sušině 5 až 8 %.

zbytky. Zvláštní kapitolou jsou pak ostatní bioodpady, které mohou být zařazeny do samostatné skupiny (může jít o vedlejší, či odpadní produkty potravinářských výrob, nebo biologicky rozložitelnou složku komunálního odpadu – BRKO). V rámci řešení projektu QF 3160 „Výzkum nových technologických postupů pro efektivnější využití zemědělských a potravinářských odpadů“a QG 50039 „Zpracování konfiskátů a dalších odpadů bioplynovým procesem“ jsme laboratorně ověřovali řadu materiálů, které pro kofermentaci připadají v úvahu.

Obr. 1: Substráty pro kofermentační výrobu bioplynu v zemědělských bioplynových stanicích

Materiál K dispozici byly následující materiály: - Odpady z jatek – získané z podniku Kostelecké Uzeniny a.s. v Kostelci u Jihlavy - Drůbeží kostní drť (sušina = 39,8%). Drůbeží drť byla nařezána na částice o velikosti 12 mm. Hygienizace byla provedena v autoklávu. Materiál zpracován při teplotě 70°C po dobu 60 minut. - Kejda hovězího skotu získána z podniku Rabbit a.s., Trhový Štěpánov. - Stabilizovaný neodvodněný zbytek po anaerobní digesci – použit jako inokulum; získán z bioplynové stanice podniku Rabbit a.s., Trhový Štěpánov. - Hlízová šťáva ze škrobárny AMYLEX, LYCKEBY Horažďovice - Křídlatka z pěstebních pokusů VÚRV Ruzyně

Výsledky a diskuse Ve VÚZT zkoumané vzorky obsahovaly kostní drť v hmotnostních koncentracích 10%, 20%, 30% a 40% a vepřové šlachy ve stejných koncentracích, zbytek organické

hmoty tvořila směs kejdy, stejně jsme postupovali při ověřování anaerobní digesce hlízové vody a křídlatky. Nejvyšší kumulativní produkce bioplynu byla dosažena ve vzorku obsahujícím 40% kostní drti (381,5 l . kg-1 suš. a 561,0 l . kg1 organické sušiny) po 26 dnech, viz obr. 2. Po vyhodnocení vzorku s hlízovou vodou byla největší produkce bioplynu u vzorku s podílem 30 a 40 % hlízové vody po 29 dnech, obr. 3. U vzorku fermentované křídlatky obr. 4, došlo k nejvyšší produkci bioplynu u směsi 30 a10 % hmotnostního podílu biomasy křídlatky v sušině. Uvedené vzorky nejsou zcela reprezentativní co do průběhu reakce, či absolutní produkce bioplynu, ale co na nich chceme ukázat jsou dvě věci. Kofermentační anaerobní reakce jatečního odpadu dává prakticky stejnou produkci bioplynu jako kejda, (vzhledem k menším podílům sušiny jatečního odpadu v celkové sušině je ale jednotková produkce na kg odbourané sušiny vyšší). U různých kombinací hmotnostního podílu sušiny hlízové vody byla produkce bioplynu vyšší než u kejdy (to znamená výrazně vyšší jednotkovou produkci bioplynu pro

70


Obr. 2: Kumulativní produkce bioplynu – kejda + drůbeží kostní drť 400

350

litry na 1kg sušiny

300

250

200

150

100

50

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

den 1a - 100%kejda (50%kejda+50%fugát) 3a - 80%kejda+20%hlíz.šťáva 5a - 60%kejda+40%hlíz.šťáva

2a - 90%kejda+10%hlíz.šťáva 4a - 70%kejda+30%hlíz.šťáva

Obr. 3: Kumulativní produkce bioplynu – kejda + hlízová šťáva hlízovou vodu). U různých kombinací hmotnostního podílu sušiny křídlatky byla produkce bioplynu menší než u kejdy, což znamenalo rovněž výrazně nižší jednotkovou produkci bioplynu proti kejdě. Touto poznámkou chceme jen říci, že některé kosubstráty v porovnání s kejdou mají produkci bioplynu vyšší, jiné nižší. Obtíž je v tom, že vše závisí na kvalitě suroviny a jejím momentálním složení a podobné výsledky nemusí platit vždy. Velmi záleží na poměru C:N, optimální poměr je 30, anaerobní proces funguje bez větších problémů v rozmezí poměru cca 20 až 40. Pokus se anaerobní bakterie adaptují na dané prostředí, při dočasném poklesu produkce bioplynu může proces fungovat i při poměrech 15 až 60, ale s menším stupněm rozložitelnosti zpracovávaného substrátu. Jako příklad uvádíme v tabulce 1 poměr C:N pro několik vybraných substrátů. Druhou závažnou skutečností na kterou chceme upozor-

nit je doba zdržení materiálu ve fermentoru. U všech zatím uváděných vzorků se jednalo o snadno rozložitelné substráty a lze říci, že produkce bioplynu končí v zásadě do 30 dnů. Ve skutečnosti produkce bioplynu většinou velmi pomalu pokračuje dál, ale z hlediska praktického využití již nemá tato malá část plynu ekonomický význam. Prakticky je možné říci, že většina obdobných materiálů bude mít dobu zdržení 30 dnů a na tuto dobu bude navržena velikost fermentoru (podle množství a objemu materiálu pro denní náplň). Tuto skutečnost obecně shrnuje obrázek č. 5. Kumulativní produkce bioplynu dosahuje maxima přibližně ve třiceti dnech, denní produkce bioplynu v tomto retenčním čase klesá na minimální hodnoty. Odbouratelnost organické hmoty těchto substrátů se pohybuje od 50 do 80 % (běžně 40 až 60 %). Na zpracování těchto materiálů v bioplynové stanici obvykle stačí jeden reaktor s dobou zdržení od 30 do 50dnů.

71


400

350

litry na 1kg sušiny

300

250

200

150

100

50

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

den 1a - 100%kejda - (50%kejda+50%fugát) 3a - 80%kejda+20%křídlatka 5a - 60%kejda+40%křídlatka

2a - 90%kejda+10%křídlatka 4a - 70%kejda+30%křídlatka 6a - 10%kejda+90%křídlatka

Obr. 4: Kumulativní produkce bioplynu – kejda + křídlatka

Materiál Kejda skotu Zeleninový odpad Kuchyňský odpad Lihovarnické výpalky Jateční odpad Listí Dřevo

Jiná situace nastává u silážní kukuřice, zde se doba zdržení pro odbourání organické sušiny pohybuje od 50 ti do 140 dnů. Pro zpracování silážní kukuřice, případně podobných materiálů je potřeba spíše počítat se dvěma reaktory za sebou s dobou zdržení 30 - 40 dnů (celkem 60 až 80 dnů). Podle kvality a doby sklizně silážní kukuřice (sušina 28 až 35 %) se tak dostáváme na rozložitelnost organického podílu 50 až 60 %. U každé organické hmoty, probíhá rozkladná fáze poněkud jinak, viz obr. 6. Vyšší podíl hůře rozložitelné celulózy prodlužuje u kukuřice hydrolýzní i acidogenní fázi rozkladu. V tabulce 2 jsou uvedeny produkce bioplynu pro některé vybrané materiály běžně dostupné v zemědělské praxi. Hodnoty jsou maximální možné, v praxi je nutná korekce na rozložitelnost (40až 80 %). Z dalších výsledků experimentů

C:N 9,38 21,75 23,14 14,03 6,07 37,90 280,00

Tab. 1: Poměr C:N pro některé vybrané materiály

Obr. 5: Kumulativní produkce bioplynu, denní produkce bioplynu

72


v maloobjemovém zařízení je možno konstatovat, že kofermentace čerstvých hovězích exkrementů s fytomasou a to ve formě trávy i konzervované píce vede k zastavení metanogeneze v důsledku extremního snížení hodnoty pH. Již

množství fytomasy přes 20 % a to v čerstvé formě i ve formě sena, či senáže vede k zastavení reakce. Stejný efekt bohužel vykazuje čerstvá i silážní kukuřice s koncentrací sušiny pod 28 % .

Obr. 6: Fáze výroby bioplynu anaerobní fermentací

Tab. 2: Produkce bioplynu pro některé vybrané materiály Substrát

Hovězí kejda Prasečí kejda Silážní kukuřice Travní siláž Zbytky z krmení (silážní kukuřice, travní siláž) Podestýlka – Pšeničná sláma Žito - zrno Tuky z lapolů Kuchyňské odpady bohaté na tuky

Obsah sušiny

Organická sušina v sušině

%

%

8,8 6 33 35

85 85 96 89

34 86 87 5 18

92,5 91,5 98 90 92

73

Produkce bioplynu -1

Nm³.t-1 org. Nm³.t vlhké sušiny hmoty 280 21 400 20,4 586,1 185,3 583,8 182,3 585 369 701,7 1 000,0 761,5

184 290 597 45 126,5

Koncentrace metanu v bioplynu % 55 60 52,2 54,1 53 51 52 68 61,9


prasečí kejdu, v tabulce 4 je bioplynová stanice na prasečí kejdu a jateční odpady, v tabulce 5 je bioplynová stanice na prasečí kejdu, jateční odpady a silážní kukuřici. Jedná se o určitý model bioplynové stanice. Pro srovnání je vidět, jak s přidávanými kofermenty roste především instalovaný elektrický výkon a jak lze jejich pomocí i upravovat sušinu zpracovávaného substrátu. V tabulce 5 už je sušina směsi na čtrnácti procentech, což z hlediska čerpatelnosti směsi už vyžaduje ředění na 12%. Jinak je ale přidání kukuřičné siláže vhodným prostředkem ke zvýšení produkce bioplynu a zvýšení sušiny zpracovávané směsi (za určitých podmínek lze použít i travní siláž, ale je nutno počítat s menší produkcí bioplynu při porovnání s kukuřicí).

Překyselení reakce je možno zabránit přidáním zásadité látky (Ca(OH)2 ), nebo recyklovaného substrátu do metanogenní směsi. Přidání recyklovaného substrátu prodlužuje v laboratorních podmínkách dobu produkce bioplynu, což má význam při kontinuálním provozu bioplynové stanice. Vhodným způsobem vedená anaerobní reakce vykazuje dostatečnou pufrovací kapacitu pro překonání náhodných výkyvů procesu a umožňuje další bezporuchový provoz bioplynové stanice. Závěr - dimenzování bioplynové stanice s kofermentací V následujících třech tabulkách je porovnání možnosti výstavby bioplynové stanice při různých zdrojích biomasy pro provoz. V tabulce 3 je bioplynová stanice pouze na

Tab. 3: Zpracování prasečí kejdy Druh vsázky Prasečí kejda Celkem

t/rok 25 000 25 000

sušina % 7,1 Ø 7,1

prod bioplynu m3.t-1 400 Ø 400

sušiny t/rok 1 775 1 775

prod bioplynu m3.r-1 710 000 710 000

Instalovaný elektrický výkon bioplynové stanice 181 kWe průměrné množství bioplynu na 1t materiálu 28 m3 (substrát 7 % sušiny) průměrné množství bioplynu na 1t sušiny 400 m3 Tab. 4: Zpracování prasečí kejdy a jatečních odpadů Druh vsázky t.rok-1 Odpad z jatek 3 500 Prasečí kejda 25 000 Celkem

28 500

sušina %

sušiny t.rok-1

prod bioplynu m3.t-1

prod bioplynu m3.r-1

35 7,1

1 225 1 775

560 400

686 000 710 000

Ø11

3 000

Ø465

1 396 000

Instalovaný elektrický výkon bioplynové stanice 357 kWe (poměr jatečního odpadu v sušině 40 %) průměrné množství bioplynu na 1t materiálu 49 m3, (substrát 11 % sušiny) průměrné množství bioplynu na 1t sušiny 465 m3 Tab. 5: Zpracování prasečí kejdy a jatečních odpadů společně se silážní kukuřicí Druh vsázky Odpad z jatek Siláž kukuřice Prasečí kejda Celkem

t.rok-1

sušina %

sušiny t.rok-1

prod bioplynu m3.t-1

prod bioplynu m3.r-1

3 500

35

1 225

560

686 000

4 000 25 000

35 7,1

1 400 1 775

500 400

700 000 710 000

32 500

Ø14

4 400

Ø476

2 096 000

Instalovaný elektrický výkon bioplynové stanice 536 kWe (poměr jatečního odpadu v sušině 27 %) průměrné množství bioplynu na 1t materiálu 64 m3, (substrát naředěn na 12 % sušiny) průměrné množství. bioplynu na 1t sušiny 476 m3

74


Závěr Efektivnost bioplynových stanic je možné zvýšit kofermentací silážní kukuřice, jatečními odpady i travními porosty z údržby krajiny a komunální zeleně. Stabilizovaný zbytek po anaerobní digesci z bioplynové stanice je možné využít jako hnojivo. Zpracování jatečních odpadů v bioplynové stanici vyžaduje instalaci jednotky pro termickou úpravu vstupního substrátu. Kofermentace kukuřičné siláže umožňuje při zpracování exkrementů hospodářských zvířat zvýšení koncentrace sušiny a zrovnoměrnění chodu BP stanice. V kombinaci

s dalšími složkami, travní senáží, nebo kuchyňskými odpady, které produkují řádově dvojnásobek bioplynu z 1 kg sušiny než tráva, může být provoz bioplynové stanice stabilní v případě nedostatku základních substrátů. Tento příspěvek byl zpracován jako výsledek řešení projektů MZe QG 50039 a QD 3160.

Kontaktní adresa: Ing. Jaroslav Kára, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 334, fax: 233 321 507 e-mail: [email protected]

75


LABORATORNÍ MĚŘENÍ VÝNOSU PÍCNIN KAPACITNÍ METODOU J. Kmoch, F. Kumhála, Z. Kvíz, V. Prošek Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta

Anotace Tento článek popisuje kapacitní čidlo, určené pro zjišťování výnosu pícnin. Kapacitní senzor je možno použít ke zjišťování různých vlastností rostlinných materiálů. Princip kapacitního senzoru závisí na dielektrické konstantě kondenzátoru pokud je mezi jeho deskami pouze vzduch a její změnou pokud je mezi desky vkládán rostlinný materiál.

Klíčová slova: kapacitní senzor, výnos pícnin Title The laboratory measurement of forage crops using capacitance method

Abstract Capacitance sensor for the measurement of the forage crops yield is described in this paper. The capacitance sensors technique should be use for determination of different properties of plant materials. The function of capacitance sensors depends on the fact that the dielectric constant of the air/material mixture between parallel plates increases with material concentration.

Keywords: capacitance sensor, forag crops yield 1 Úvod

tovaným materiálem byly rostliny kukuřice nařezané na průměrnou délku 13 mm. Senzor byl nastaven na hodnotu nulového průchodu částic materiálu. Rozdíly hodnot kontrolní frekvence (nulový průchod) a frekvence při měření průchodnosti materiálu pak byly srovnány s hodnotami průchodnosti vlhkého materiálu. Předpokládala se závislost frekvence na průchodnosti materiálu, nebylo však dosaženo dobrých výsledků korelace. U statického laboratorního experimentu byly vzorky bojínku lučního a vojtěšky, umístěné do krabičky z plexiskla, vkládány mezi desky kondenzátoru. U měřeného materiálu byly zvoleny 4 proměnné, a sice množství materiálu, stupeň zralosti rostlin, délka částic materiálu a relativní vlhkost materiálu. Sledovaly se změny frekvence oscilátoru, jako hlavní proměnné, v závislosti na měřeném materiálu. Byla zaznamenána lineární závislost mezi frekvencí a množstvím materiálu. Eubanks a Birrell (2001) zkoumali použití deskového kondenzátoru při různých frekvencích měření, pro určení vlhkosti pícnin. Měřeným materiálem byly jeteloviny - vojtěška a jetel, trávy a směsi trávy, jetel a trávy, vojtěška. Měření bylo uskutečněno pro různé objemy materiálu, kdy objem materiálu v kondenzátoru byl 25 %, 50 % a 100 %, pro 2 úrovně stlačení materiálu a přibližné relativní vlhkosti 10 %, 20 %, 40 %, a 80 %. Pro měření byly použity frekvence v rozmezí od 900 kHz do 13 MHz s výjimkou frekvence 5 Hz, která byla použita u jetele. Pro získání frekvencí, které budou nejvhodnější pro měření vlhkosti materiálu byla provedena postupná lineární regrese všech určujících údajů. Získané vztahy pro stanovení vlhkosti testovaných materiálů byly složeny z různých parametrů, pro každý parametr byla využita jiná kombinace frekvencí. Nejlepších výsledků bylo dosaženo u vojtěšky a jetele,

Měření průchodnosti rostlinného materiálu při sklizni za účelem mapování výnosů je známo především u sklízecích mlátiček. Podobně jsou však známy i systémy pro měření průchodnosti píce u sklízecích řezaček. Některé pracují jako kontaktní (např. měření vzdálenosti vkládacích válců sklízecí řezačky, měření příkonu metače, nárazové desky, atd.), jiné jako bezkontaktní (přerušení světelného paprsku, měření profilu vrstvy materiálu vycházejícího ze stroje pomocí laseru atd.). Měření průchodnosti píce u žacích strojů je známo rovněž, jsou však používána kontaktní zařízení a jen v omezené míře. U samojízdných lištových žacích strojů se měří například síla nárazu na plechovou desku formující řádek. U traktorových nesených nebo návěsných rotačních žacích strojů vybavených překládacím dopravníkem se tento dopravník buď váží, nebo se měří tlak v hydraulickém obvodu jeho pohonu. Měření průchodnosti píce u traktorových rotačních žacích strojů, které nejsou překládacím dopravníkem vybaveny, není dosud odpovídajícím způsobem vyřešeno. Navíc kontaktní měřící zařízení jsou náchylná k poškození, například při vniknutí cizích těles, jako jsou kameny a pod., které v praxi bohužel nelze vyloučit. 1.1 Měření vlastností rostlinných materiálu kapacitní metodou Martel a Savoie (1999) zkoumali stanovení průchodnosti materiálu a rovněž vlhkosti materiálu pomocí měření změny frekvence na kondenzátoru. Za tímto účelem byl uskutečněn statický a dynamický laboratorní experiment. Při dynamickém experimentu byl materiál pomocí dopravníku vkládán do metače sklízecí řezačky a následně prošel odhazovou koncovkou, kde byl umístěn měřící senzor. Tes-

76


kdy koeficient determinace R2 mezi hodnotami vlhkostí určené pomocí kapacitní metody a vlhkosti určené vysoušením byl 0,95 pro vojtěšku a 0,91 pro jetel. Dobré výsledky byly též u trav a směsi trávy a vojtěšky. Nejméně úspěšné pak bylo měření vlhkosti směsi trávy a jetele. Výsledky měření nebyly ovlivněny stlačením ani množstvím materiálu v senzoru, je však zřejmé, že pro měření vlhkosti touto metodou je nutno provést cejchování pro každý druh rostliny. Bylo rovněž zkoušeno cejchování pro všechny měřené materiály, nebylo však v podmínkách tohoto experimentu úspěšné (R2=0,75).

elektrikum, který způsobuje změny kapacity kondenzátoru a tím i změny výstupního napětí senzoru. Hodnoty výstupního napětí převedené na počet impulsů za časový úsek (např. 1 s) jsou jako jeden datový údaj sloučeny do věty. Tato datová věta je periodicky ukládána do paměti EEPROM (elektricky vymazatelná paměť). Z vět vzniklý textový datový soubor je po ukončení měření a následném přenosu dat z EEPROM do PC (osobní počítač) zpracován příslušným programem (MS-Excel) na údaje průchodnosti a množství sklízeného rostlinného materiálu s možností tvorby výnosových map.

2 Materiál a metodika

2.2 Schéma měřícího zařízení Rozměry deskového kondenzátoru pro zjišťování průchodnosti pícnin použitého při laboratorním měření byly voleny tak, aby bylo možno tento kondenzátor (bez jakýchkoliv úprav) připevnit na rotační žací stroj ŽTR 165.

2.1 Popis měřícího zařízení Námi sestrojené měřící zařízení umožňuje kontinuální měření průchodnosti pícnin. Řešení spočívá v tom, že mezi dvěma deskami tvořícími kondenzátor prochází materiál-di-

1

2

3

4

5

1-deska kondenzátoru (zemnící), 2-krabice s elektrickým obvodem, 3-deska kondenzátoru (měřící), 4-stínící deska (pro odstranění vlivů okolního prostředí), 5-pořadač (pro určení optimální vzdálenosti stínící desky od měřící desky kondenzátoru)

Obr. 1: Schéma kondenzátoru

1-pásový dopravník, 2-zkušební materiál, 3-kondenzátor

Obr.2: Měřící aparatura

77


2.3 Postup měření Na pásový dopravník viz. pozice 1 na obrázku 2 se umístí předem stanovené množství píce. Tato píce se rovnoměrně rozmístí po celé délce dopravníku. Spustí se program, který zaznamenává hodnoty výstupního napětí resp. počet impulsů za určitý časový okamžik. Pak se pustí pásový dopravník a píce na něm rozmístěná propadne mezi deskami kondenzátoru. V případě většího množství píce je nutné v průběhu měření odstranit píci z prostoru pod kondenzátorem.

3 Výsledky a diskuse Všechna laboratorní měření byla provedena na Katedře zemědělských strojů České zemědělské univerzity v Praze. Výstupní napětí ze senzoru je přivedeno na modul převodníku napětí – frekvence. Počet impulsů je měřen programovým čítačem mikropočítače po nastavenou konstantní dobu, která byla nastavena na 0,5s. Doba na otočení pásu na dopravní je 6s. tzn., že z každého měření bylo získáno 12 hodnot frekvence pro danou hmotnost měřeného materiálu. Pro sestrojení jedné křivky bylo nutno udělat 27 měření. Vlhkost měřeného materiálu se pohybovala v rozmezí (69,177,4) %. Naměřené hodnoty jsme vynesli do grafu a získali závislost frekvence kapacitního měřícího přístroje na hmotnosti měřeného materiálu.

Na pásový dopravník byl rozmístěn rostlinný materiál (luční tráva) o hmotnostech (4,6,8………22) kg. Měření bylo 3x opakováno. Vždy při novém měření byla vždy zjištěna vlhkost měřeného materiálu. 18 Frekvence přístroje (Hz)

16

y = 0,6439x + 1,3268 R 2 = 0,9608

14 12 10 8 6 4 2 0 0

5

10

15

20

25

Hm o tn o st vz o rku (kg )

Obr.3: Příklad závislosti frekvence kapacitního měřícího přístroje na hmotnosti materiálu 4 Závěr Z výsledku zpracovaných naměřených hodnot je patrné, že existuje závislost mezi frekvencí kapacitního měřícího přístroje a hmotností měřeného materiálu (píce). Z grafu na obrázku 3 je vidět, že tato závislost má lineární průběh (s rostoucí hmotností materiálu roste frekvence měřícího přístroje). Koeficienty determinace R2 získané zpracováním naměřených hodnot se pohybovali v rozmezí (0,9-0,96). Podle dosažených hodnot koeficientu determinace je patrné, že lze tuto metodu použít pro měření výnosu pícnin. Je však nutné ještě její ověření v praxi při polním měření.

Příspěvek vznikl za podpory prostředků z výzkumného záměru MŠMT číslo MSM 6046070905

Literatura

Kontaktní adresa: Ing. Jiří Kmoch ČZU v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů Kamýcká 129 165 21 Praha 6 Suchdol e-mail: [email protected]

EUBAKS J.C., BIRRELL S.J., 2001: Determinig moisture content of haz and forages using multiple freguency parallel plate capacitor. ASAE paper No.01-1072, ASAE, St. Joseph, Michigan, USA 2001, 14s. MARTEL H., SAVOIE P. : Sensors to measure forage mass flow and moisture continounsly. ASAE paper No.991050, ASAE, St. Joseph, Michigan, USA 1999, 19s.

78


ZAKLÁDÁNÍ, PRŮBĚH A ŘÍZENÍ KOMPOSTOVACÍHO PROCESU PROBÍHAJÍCÍHO NA VOLNÉ PLOŠE

M. Kollárová, P. Plíva Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Kompostování na volné ploše představuje smysluplný způsob zpracování biologicky rozložitelných odpadů přímo v místě jejich vzniku. Zároveň lze kompostování považovat za součást technologických systémů pro údržbu krajiny. Uplatnění nachází při zhodnocování zbytkové biomasy, která vzniká při údržbě extenzivně využívaných zemědělských ploch, ploch veřejné zeleně, ale i parkových a rekreačních ploch. Při malém objemu zpracovávaných surovin a při vyhovění všem právním předpisům lze kompostování po omezenou dobu provozovat i na vodohospodářsky nezabezpečené ploše. Stává se tak ekonomicky přijatelnou technologii, která je šetrná i k životnímu prostředí. Příspěvek pojednává o základních podmínkách kompostovacího procesu na volné ploše v pásových hromadách.

Klíčová slova: kompostování na volné ploše, údržba krajiny, biologicky rozložitelný odpad (BRO), zbytková biomasa, řízení kompostovacího procesu

Title Foundation, course and management of composting process at open area

Abstract Composting at open area is a meaningful way of biodegradable wastes processing in their place of origin. As well we can consider composting as a technological system of landscape maintenance. We can use composting for residual biomass processing from extensively farming areas, urban green areas, park areas and recreational areas. Where there is a small amount of raw material and we comply with all rules of law, we can practice it at uncovered surface. It becomes technology which is economically acceptable and environmentally friendly. Contribution concern with the basic condition of composting at open area in belt pipes.

Keywords: composting at open area, landscape maintenance, biodegradable waste, residual biomass, composting process management

1. Úvod Kompostování je člověkem záměrně vyvolaná a řízená intenzivní biodegradace BRO. Při tomto procesu organické látky postupně zetlejí do forem vhodných pro přímou aplikaci do půdy jako zdroj živin a energie pro růst rostlin. Jde o stejný proces, který spontánně probíhá v přírodě. Na tento způsob zpracování BRO je příroda zvyklá a umí ho. Při kompostování jde jen o to vhodné odpady ve vhodné formě přírodě „podstrčit“ a pak už ji nechat pracovat samotnou, jen se snažit její činnost všemožně podpořit. Kompostování představuje: I. přirozené zpracování biologicky rozložitelných odpadů (dále BRO), které nevyžaduje žádnou další přídavnou energii, II. uzavření koloběhu prvků v přírodě, III. možnost doplnění nezastupitelného humusu do půdy.

Z technologického hlediska se rozlišují následující základní způsoby výroby kompostů: Ø kompostování na volné ploše · kompostování v pásových hromadách, · kompostování v plošných hromadách, Ø intenzivní kompostování · kompostování v biofermentorech (bioreaktorech), · kompostování v boxech nebo žlabech, Ø kompostování ve vacích (Ag Bag kompostování), Ø vermikompostování. Technologie kompostování na volné ploše v pásových hromadách je ideální výchozí technologií pro technologii kontrolovaného mikrobiálního kompostování (v zahraničí označována jako CMC - controlled microbial composting, u nás jako řízené kompostování či rychlokompostování), která

79


umožňuje vysoký stupeň mechanizace a využití vhodné techniky. Omezené prostorové možnosti a zvyšující se množství organických odpadů vhodných ke kompostování vede ke snaze maximálního zefektivnění výroby kompostu. A právě řízené kompostování lze charakterizovat příznivými ekonomickými ukazateli, možností smysluplně zpracovávat zbytkovou biomasu z vlastní produkce přímo v místě jejího vzniku, obohacováním pozemků o nedostatkovou organickou hmotu a konečně i skutečností, že pro její realizaci lze využívat techniku malé a střední kategorie. Hlavní podmínky pro urychlení celého procesu lze shrnout do následujících bodů: Ø využívání zařízení zajišťujících vhodné procesní podmínky · provzdušňování a promíchávání kompostu – překopávání, · úprava vlhkosti kompostu, Ø volba správného surovinového složení zakládky kompostu · výběr vstupních surovin, · příprava surovin do zakládek kompostu, Ø sledováním procesních podmínek · měření fyzikálně–chemických vlastností (teplota, vlhkost, stupeň provzdušnění apod.) · přikrývání kompostu kompostovací plachtou (mikroklima v hromadě). Při dodržování uvedených podmínek lze předpokládat, že se doba zrání kompostu při živelném průběhu (neřízeného procesu), která je 3 – 6 měsíců a o jejíž délce rozhoduje zejména surovinová skladba, homogenita surovin v hromadě a např. i roční období, výrazně zkrátí. Kompostovací proces (řízený), kdy je každý zásah přesně načasován a má své opodstatnění, proběhne za dobu 6 - 8 týdnů. Jeden z výstupů projektu QF3148 „Přeměna zbytkové biomasy zejména z oblasti zemědělství na naturální bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU“ podpořeném NAZV Praha je vydání příruček, určených zpracovatelům BRO, které mají napomoci při řešení problematiky řízeného kompostování v pásových hromadách. V příručce č.1/2004 „Právní aspekty kompostování“ jsou popsány všechny legislativní náležitosti, podle kterých je nutno se řídit při provozování kompostárny, v příručce č.1/ 2005 „Technika pro kompostování v pásových hromadách“ jsou podrobně popsány zařízení zajišťujících vhodné procesní podmínky. V nově vydané příručce č.1/2006 „Technologie zakládání a řízení kompostovacího procesu“ jsou popsány zásady volby správného surovinového složení zakládky kompostu a zásady pro sledováním průběhu procesních podmínek.

Ø Ø

výběr vstupních surovin – optimální surovinová skladba, příprava vstupních surovin.

2.1 Surovinová skladba zakládky kompostu Jedním ze základních předpokladů pro správný průběh kompostování je vhodný výběr surovin do zakládky kompostu. Optimální surovinovou skladbu ovlivňuje celá řada faktorů, přičemž největší význam má správný poměr uhlíku a dusíku (poměr C:N) a počáteční vlhkost. Hodnota poměru C:N u čerstvě založeného kompostu by se měla pohybovat v rozmezí (20 - 40) : 1 v lepším případě (30 - 35) : 1. Spolu s hodnotou poměru C:N je třeba zaručit počáteční vlhkost v rozmezí 50 - 60 %.V praxi je běžné, že kompostáři mnohdy surovinovou skladbu odhadují, což vzhledem k výše uvedeným faktům není úplně nejvhodnější. Jako pomůcka může posloužit tabulka č.1, kde lze jednoduchým způsobem zjistit přibližnou skladbu surovin do kompostu. Přesněji lze surovinovou skladbu zakládaného kompostu určit pomocí programu na výpočet surovinové skladby zakládaných kompostů, kterých existuje celá řada. Programy se od sebe většinou liší v počtu vstupních parametrů, které je nutné zadat. Vedle programů, které si vytvářejí organizace, zabývající se kompostováním pro svoji vlastní potřebu, existuje několik programů pro optimální složení surovinové zakládky, které jsou k dispozici na webových stránkách. Mezi tyto adresy, které programy nabízejí, patří: http://www.biom.cz, http://www.komposty.cz/pub.html 2.2 Příprava vstupních surovin Aby bylo možné kompost založit podle receptury optimální surovinové skladby, musí být zpracovávány suroviny, které budou splňovat alespoň základní požadavky pro kompostování. Proto musí být věnována pozornost přípravě zakládaných surovin, případně i jejich vhodnému uskladnění před samotným založením do kompostovaných hromad. Příprava zahrnuje procesy, které vedou k dosažení optimální velikosti částic, rovnováhy živin a obsahu vlhkosti vstupních surovin v rozmezí 50 až 60 % pro podporu mikrobiální aktivity. Zejména dřevní biomasa, zakládaná do kompostovaných hromad, vyžaduje pro snadnější promíchání a homogenizaci kompostovaných surovin rozmělnění či rozdrcení (jemnou desintegraci). Pro jemnou dezintegraci obecně platí: Ø čím menší jsou částice surovin, tím je větší oxidační a styčná plocha a biodegradabilní proces probíhá účin něji, Ø čím surovina lépe degraduje, tím větší mohou být její částice v zakládce, Ø čím menší částice jsou do zakládky požadovány, tím větší jsou ekonomické náklady na jejich rozmělnění, Ø je možné ji provádět dvěma typy strojů, označovaných jako drtič a štěpkovač.

2. Volba správného surovinového složení zakládky kompostu Pro správně nastartování procesu kompostování jsou důležité zejména dva následující kroky:

80


3. Sledování procesních popdmínek

postovacího procesu se vyznačují charakteristickým průběhem teplot, který velmi úzce souvisí s intenzitou činnosti specifických skupin mikroorganismů. Dosažení a udržení požadované hodnoty teploty na určitý čas je nutné i pro hygienizaci kompostovaných surovin. Kvalita a hygienická nezávadnost hotového kompostu je posuzována na základě jeho mikrobiologického a chemického hodnocení a stanovováním biologické stability. Znalost optimálních a monitorování aktuálních hodnot fyzikálních, chemických a mikrobiologických vlastností kompostovaných surovin umožňuje včas provést vhodný zásah do kompostovacího procesu a poskytuje informace o jeho ukončení. Mezi nejčastěji zjišťované hodnoty patří (viz obr.1): Ø měření teploty kompostu Ø hodnocení vlhkosti kompostu Ø měření obsahu kyslíku v kompostu Ø stanovení stability a zralosti kompostu Ø mikrobiologické hodnocení kompostu Ø chemické a fyzikální hodnocení kompostu

Zabezpečení optimálních podmínek pro existenci a činnost mikroorganismů je základní podmínkou pro správný průběh kompostovacího procesu a dosažení požadované kvality výsledného produktu. Optimální podmínky pro mikroorganismy lze zajistit monitorováním fyzikálních, mikrobiologických a chemických vlastností zpracovávaných surovin a řízením celého procesu. Aerobní mikroorganismy potřebují pro svoji činnost kromě živin i dostatek vlhkosti a vzdušného kyslíku. Zakládka kompostu proto musí splňovat předpoklady pro možnost výměny plynů mezi kompostovanými surovinami a okolím. Musí být porézní a kyprá, nesmí být ani příliš suchá, ani příliš převlhčená. Na vlhkost zakládky má vliv i složení a struktura kompostovaných surovin, zejména jejích pórovitost. Pravidelné monitorování obsahu kyslíku a vlhkosti v hromadě kompostu je potřebné z důvodu zachování aerobních podmínek během celé doby kompostování. Dalším snadno měřitelným ukazatelem zrání kompostu je teplota kompostovaných surovin. Jednotlivé fáze kom-

Obr.1: Monitorované hodnoty při kompostování 3.1 Měření teploty kompostu Teplota kompostu je nejjednodušeji ukazatelem zrání kompostu, který koresponduje s intenzitou činnosti mikroorganizmů. Měření a evidence teplot je proto základní podmínkou kontroly správného kompostovacího procesu. Jestliže po založení kompostu a první překopávce teplota nestoupá nebo po předchozím vzestupu teploty nastává výrazný pokles, jsou podmínky pro mikroorganismy nepříznivé. Příčina může být především ve špatném surovinovém složení, v nadměrné vlhkosti surovin, v omezeném obsah kyslíku v kompostu apod. Pokles teploty však nastává i při malé vlhkosti kompostovaných surovin, při vyschnutí kompostu.

3.2 Hodnocení vlhkosti kompostu Při zakládání kompostu a během celého kompostování patří vlhkost mezi parametry, které velkou měrou ovlivňují zdárný průběh kompostovacího procesu. Jako každý živý organismus potřebují také mikroorganismy obsažené v kompostu určité množství vody. Při nedostatku vlhkosti zpomalují či zastavují svou činnost na tak dlouho, než je vlhkost opět uvedena do potřebného rozmezí. Při nadbytečné vlhkosti dochází k nežádoucím hnilobným procesům a ke zkysnutí kompostu. Optimální vlhkost je taková, při níž je 70 % pórovitosti kompostu zaplněno vodou. Pro zakládání kompostu platí tato zásada: „Jestliže si nejsme jisti optimální vlhkostí kompostu, volíme raději nižší vlhkost, která se snadněji koriguje závlahou kompos-

82


tu. Převlhčenost kompostu se upravuje mnohem obtížněji.“ Metody určování vlhkosti Ø gravimetrická metoda stanovení vlhkosti Ø měření vlhkosti surovin přenosnými vlhkoměry Ø orientační zkouška vlhkosti 3.3 Měření obsahu kyslíku v kompostu a dalších plynů Provzdušňování kompostu s cílem vytváření aerobních podmínek je hlavní zásadou aerobního kompostování. Mikroorganismy, přeměňující organickou hmotu při kompostování, mají vysoké nároky na kyslík a produkují oxid uhličitý. Technologie kompostování musí umožnit výměnu plynů mezi zrajícím kompostem a okolím tak, aby v substrátu bylo dostatek čerstvého vzduchu s kyslíkem (vzdušného kyslíku). Obsah vzdušného kyslíku ve vzdušných pórech zrajícího kompostu by měl být minimálně 6% obj. Nově založený kompost (promíchané suroviny) by měl být kyprý, porézní a nepřevlhčený, musí obsahovat dostatek kyslíku pro počáteční nastartování procesu. Způsoby zabezpečování dostatečného množství vzdušného kyslíku v průběhu zrání se liší podle použitých kompostovacích technologií. U kompostování na volné ploše v pásových hromadách je nejčastěji využíváno překopávání vhodným překopávačem kompostu.

4. Závěr Problematika zpracování zbytkové biomasy ze zemědělských nevyužívaných ploch, extenzívně využívaných ploch, ploch městské zeleně ale i rekreačních ploch je v současné době velice aktuální. Nejvhodnějším a ekonomicky nejpřijatelnějším způsobem zpracování této zbytkové biomasy je její přeměna na humusové zeminy - komposty. Lze předpokládat, že kompostárenství v ČR se bude nadále vyvíjet, podobně jako je tomu v jiných evropských státech. Jaká budoucnost ho čeká záleží na tom, zda bude v dohledné době přijat vhodný právní předpis, který stanoví jednoznačné podmínky pro kompostování. Výrazně do problematiky kompostování vstupuje zákon č. 185/2001 o odpadech, který byl v roce 2006 novelizován a zákon č. 156/1998 o hnojivech, pomocných půdních látkách, pomocných rostlinných přípravcích a substrátech a o agrochemickém zkoušení zemědělských půd (zákon o hnojivech). Novela zákona o odpadech by kromě jiného měla umožnit obcím a městům vydat obecně závaznou vyhlášku, která určí systém kompostování a způsob využití „zeleného kompostu“ k údržbě a obnově veřejné zeleně na území obce. Dále by měla podpořit vznik malých zařízení, tím, že výrazně usnadní schvalování jejích provozu. V článku jsou použity poznatky získané při řešení projektu QF3148 „Přeměna zbytkové biomasy zejména z oblasti zemědělství na naturální bezzátěžové produkty, vyu-

žitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a EU“ podpořeném NAZV Praha.

5. Literatura 1. GRODA, B.: Technika zpracování odpadů. Skripta MZLU v Brně, 260s, první vydání 1995, č. publ.1489, ISBN 80-7157-164-4. 2. JELÍNEK, A. a kol.: Malá mechanizace. AGROSPOJ, „Zemědělská knižnice Agrospoje semafor na křižovatce Vašich cest a plánů“, r. 2000. 3. JELÍNEK, A. a kolektiv autorů: Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem. Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy, Praha 2002, ISBN: 80–238-8539-1. 4. KOLLÁROVÁ, M., JELÍNEK, A.: Problematika biologických odpadů z trvalých travních porostů při údržbě krajiny. Odpadové fórum, 2006, č. 3/2006, s. 13-14. ISSN 1212-7779 5. PLÍVA,P.; ALTMAN,V.; JELÍNEK,A.; KOLLÁROVÁ,M.; STOLAŘOVÁ,M.: Technika pro kompostování v pásových hromadách. VÚZT Praha, 2005, 72 stran ISBN 80-86884-02-3. 6. PLÍVA,P.; BANOUT,J.; HABART, J.; JELÍNEK,A.; KOLLÁROVÁ,M.; ROY,A.; TOMANOVÁ,D.: Zakládání, průběh a řízení kompostovacího procesu. VÚZT Pr a h a , 2006, 65 stran, ISBN: 80-86884-11-2 3. 7. PLÍVA, P., JELÍNEK, A.: Vliv kvality prosetí a formy expedice kompostu na zlepšení jeho prode jnost i . Odpadové fórum, 2006, č. 4/2006, s. 16-18. ISSN 1212-7779. 8. VÁŇA, J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství. Institut výchovy a vzdělávání, MZe ČR Praha, 1997. 9. VÁŇA J.: Kompostování bioodpadů. In: Váňa J., Balík J., Tlustoš P.: Pevné odpady (učebnice), str. 119 - 148, ČZU Praha 6, 2004 10. ZEMÁNEK, P.: Speciální mechanizace – mechanizační prostředky pro kompostování. MZLU v Brně, r. 2001

Kontaktní adresa: Ing. Mária Kollárová, Ing. Petr Plíva, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 457 e-mail: [email protected] tel.: 233 022 367 e-mail: [email protected]

83


HODNOCENÍ POVRCHOVÉHO ODTOKU VODY NA TRAVNÍCH POROSTECH P. Kovaříček, D. Andert, R. Šindelář1), J. Frydrych2) 1) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2) OSEVA PRO, Zubří;

Anotace V České republice vzrůstá podíl trvalých travních porostů zejména v marginálních oblastech. S ohledem na ochranu před následky přívalových dešťů jsou sledovány hydrologické vlastnosti těchto ploch a rovněž vliv druhů travních porostů. Zatím se ukazuje velmi příznivý vliv směsných porostů. Monokultury pěstované na množitelských plochách nemají tak příznivé infiltrační schopnosti.

Klíčová slova: infiltrace, půdní eroze Title Evaluation of surface water run-off on grassland

Abstract In the Czech Republic increases share of permanent grassland particularly in marginal areas. With regard to protection against impact of rainstorm the hydrological properties of these areas are investigated as well as effect of grassland varieties. So far the mixed grassland effect is very favourable. Monocultures grown on natality areas have not so favourable infiltration abilities.

Keywords: infiltration, soil erosion Úvod

Vlhkost půdy do 50 mm - 15,7 % hm. Svažitost - 8,7°. Půda hlinitá, drobtovitá struktura Druhové zastoupení: 50 % - jetel plazivý, 25 % - srha laločnatá 15 % - kostřava luční 5 % - pampeliška srstnatá 5 % smetánka lékařská Využití: Porost využíván pro sklizeň sena, 5 týdnů po seči, na jaře smykování a vláčení, poslední seč prováděna do konce září

Povrchový odtok vody v krajině je velmi ovlivňování zemědělskou činností. Omezení povrchového odtoku vody patří jednomu z cílů řízení zemědělské výroby. Z hlediska ochrany životního prostředí a vodního hospodářství má zásadní význam rychlost pohybu vody v půdě. Snižování propustnosti půdy pro vodu vede ke zvyšování povrchového odtoku a erozi půd. Splav zeminy vodou ze srážek může mít výrazný vliv na degradaci půdy zejména na svažitých pozemcích. Na svažitých i dalších vyčleněných pozemcích především v marginálních oblastech se předpokládá pěstování energetických plodin. Patří mezi ně i traviny. Podle Janečka (2002) je povrchový odtok vody u směsných travních porostů ve srovnání s úhorem a řádkovými plodinami s malou pokryvností v průměru desetinásobně nižší. Naším cílem je ověřit, zda tomu tak je i u travních monokultur s vysokou výnosností hmoty.

Kostřava červená – monokultura Vlhkost půdy do 50 mm – 9,7 % hm. Svažitost - 6,2°. Půda hlinitá, zastoupení štěrku, souvislý drn,trsy - povrch půdy mezi trsy spojitý, podíl volné půdy cca 20 %. Využití: Porost využíván pro semenářské účely, 3. týden po sklizni, v 5. užitkovém roce, pravidelné sečení a odvoz hmoty na podzim každoročně umožňující odnožování a tvorbu kořenové hmoty a podporující zapojení porostu.

Metoda Pro hodnocení jsme provedli srovnávací měření na pozemku s trvalým travním porostem 5 týdnů po seči, se strništěm kostřavy červené 1 týden po sklizni a s půdou bez porostu. Pro stanovení propustnosti půdy pro vodu a povrchového odtoku vody jsme použili metodu měření rychlosti infiltrace.

Volná půda bez porostu Vlhkost půdy do 50 mm– 15,5 % hm. Svah - 5,8°. Půda hlinitá, zastoupení štěrku, 12dnů po celodenních srážkách 25 mm (30.6.2006), povrchový škraloup Využití: V září po sklizni pokusu s obilovinami a travami na semeno v roce 2005 provedena podmítka, v listopadu 2005 orba na zimu. 2006 v dubnu vláčení těžkými branami. Koncem května 2006 aplikován Roundup proti plevelům v dávce 3 l.ha-1. V září 2006 byly na stanovišti založeny pokusy s travami pro pícní využití.

Charakteristiky hodnocených stanovišť Trvalý travní porost

84


Obr.1: Trvalý travní porost

Obr.2: Porost kostřavy červené

Obr.3: Volná půda bez porostu Použité zařízení umožňuje nastavit intenzitu kropení měřicího stanoviště o ploše 0,5 m2 vodou, udržovat tuto intenzitu na konstantní úrovni po celou dobu měření a odtok vody z ohraničené plochy měřicího stanoviště odečítat ve stanoveném časovém intervalu. Ze známé intenzity kropení a časového průběhu odtoku vody z měřicí plochy se vypočítá rychlost infiltrované vody do půdy a rychlost povrchového odtoku vody. Měřicí plocha je vymezena do půdy zapuštěnými plechy. Ve výšce nad středem měřicí plochy je tryska. Kontrolní tlakoměr postřikového tlaku je ve shodné výšce s tryskou. Ve směru spádu je sběrač nálevkovitého tvaru, z něho se odtékající voda z měřicí plochy potrubím odvádí mimo dosah rozstřiku trysky. V odměrné nádobě umístěné pod výtokem se v pravidelném časovém intervalu odečítá objem zachycené vody. Měření se ukončuje po ustálení povrchového odtoku vody, průměrná doba měření se pohybuje v

Obr. 4: Pohled na měřící stanoviště rozmezí 30 až 60 minut. Tryska je napájena čerpacím agregátem. Vlivu větru na postřik se zabraňuje umístěním clony na návětrnou stranu.

Výsledky a diskuze Pro porovnávací měření byl pro všechny varianty zvolen postřikový tlak 200 kPa, při něm je intenzita postřiku 1,98 l.min -1.m -2. To odpovídá rovnoměrné dešťové srážce 118 mm.h-1. Stanoviště byla vybrána tak, aby se co nejméně odlišovala ve svažitosti a v půdním druhu. Vlhkost před postřikem je u variant s trvalým travním porostem a úhorem bez porostu na shodné úrovni cca 15 % hm..U kostřavy červené je o téměř 6 % nižší. Drsnost půdy byla hodnocena pouze ve variantě na půdě bez porostu.

85


Tabulka 1: Souhrn charakteristik a povrchový odtok vody u hodnocených variant Svažitost

Drsnost povrchu půdy

Vlhkost před kropením

Postřikový tlak

Doba postřiku

Intenzita srážky

Počátek výtopy

Celkový povrchový odtok

(stupeň)

(mm)

(% hm.)

(kPa)

(h)

(mm.h-1)

(min)

(l)

Trvalý travní porost

8.7

neměřeno

15.73

200

0.97

207.67

12,0

1.43

Kostřava červená

6.2

neměřeno

9.73

200

0.5

118.8

4,3

9.91

Úhor

5.8

21.39

15.47

200

0.417

101.333

0,8

22.32

Varianta

-1

-2

rychlost infiltrace [l.min .m ]

Rychlost odtoku [l.min-1 .m-2 ]

Pro vzájemné porovnání propustnosti půdy pro vodu (infiltrace) a povrchového odtoku vody mezi variantami jsme naměřené hodnoty převedli na jejich okamžité jednotkové rychlosti v průběhu zaznamenaných časových intervalů (obr. 2 až 4). Tato metoda umožní porovnávat i hodnoty z měření, které nemají shodný interval měření. Kromě rychlosti odtoku a rychlosti infiltrace je důležitým ukazatelem počátek výtopy. Je jím začátek výtoku povrchové vody do měřicí nádoby. Zvolená intenzita kropení 118 mm.h-1 převyšuje hodnoty

2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

u běžných dešťových srážek. Umožnila nám ale zkrátit dobu měření. Hodnoty všech 3 prezentovaných faktorů – doba výtopy, intenzita odtoku a intenzita infiltrace, dávají jejich poměrné srovnání u hodnocených variant. U trvalého travního porostu s plně zapojeným porostem i propojeným kořenovým systémem byla za shodných podmínek propustnost půdy pro vodu 4krát vyšší než na černém úhoru a téměř 2krát vyšší než v monokultuře kostřavy červené, kde do mezer mezi nepropojenými trsy voda stéká a její odtok se urychluje.

-1

tp=12.0 min

5

10

15

20

25

Obr. 5: Trvalý travní porost 2.2

-2 -1


-1

-2

Rychlost odtoku [l.min .m ],

30

35

40

45

50

55

60

Čas [min] -1

Intenzita kropení

-2

Intenzita kropení 1.98 l.min .m

2 1.6

Intenzita kropení Odtok Infiltrace Počátek výtopy tp

Vlhkost před kropením 15.7 % hm.

0

1.8

-2


Odtok Infiltrace


Počátek výtopy tp

1.4 1.2 1

tp=4.3 min

0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

5

10

Obr. 6: Kostřava červená

15

20 Čas [min]

86

25

30

35


2.2

-1

-2

1.6


-2 -1

-1

Rychlost odtoku [l.min .m ],

1.8

-2


2

1.4 1.2

Intenzita kropení

1

Odtok

tp=0.8 min


0.8

Infiltrace Počátek výtopy tp

0.6 0.4 0.2 0 0

5

10

15

20

25

30

35

Čas [min]

Obr. 7: Úhor – volná půda bez porostu

Závěr Měření potvrdila příznivý vliv travních porostů na hydromechanické vlastnosti půdy. Nejvyšší infiltrace dosahujeme u směsných travních porostů. Monokultura kostřavy červené má výbornou ochranu proti půdní erozi, avšak její infiltrace vody je malá. Příští měření budou směřována na další travní monokultury jako ovsík vyvýšený, sveřep či psineček veliký.

Literatura [1] JANEČEK M. et al., 2002: Ochrana zemědělské půdy před erozí. Praha, ISV nakladatelství: 201.

Poznámka Tyto výsledky jsou součástí grantového projektu č.QG 60093 „Hospodaření na půdě v horských a podhorských oblastech se zřetelem na trvalé travní porosty“ podporovaného NAZV ČR a metodika měření byla vypracována při řešení výzkumného záměru MZE 0002703101 „Výzkum nových poznatků vědního oboru zemědělské technologie a technika a aplikace inovací oboru do zemědělství České republiky“ podporovaného MZe ČR.

Kontaktní adresa: Ing. Pavel Kovaříček, CSc., Ing. David Adert,CSc, Ing.Rudolf Šindelář Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 236 fax: 233 312 507 e-mail: [email protected] Ing.Jan Frydrych Oseva Pro Zubří

87


MOŽNOSTI VYUŽITÍ DŘEVNÍ ŠTĚPKY V PROCESU KOMPOSTOVÁNÍ P,Kulík, P. Burg Ústav zahradnické techniky MZLU v Brně

Anotace Zahradnická produkce je producentem poměrně velkého množství odpadů. Jedná se např. o nať, úlomky kořenů, nepoživatelné části při zpracování-stopky,košťály, slupky, semínka, třapiny bobulového ovoce, travní hmotu z údržby travníků a stařinu, bramborovou nať, atp. Perspektivní řešení likvidace těchto odpadů představuje kompostování. Jedná se o aerobní proces rozkladů organické hmoty působením mikroorganismů. Tomuto rozkladu velmi snadno podléhají odpady s úzkým poměrem C:N (10-30:1) jako je např. travní hmota, odpad ze zeleniny, listí, chlévská mrva a jiné odpady živočišného původu. Obtížně rozložitelné jsou naopak suroviny se širokým poměrem C:N (60 -100:1) mezi které se řadí také dřevní štěpka. V procesu kompostování sehrává dřevní štěpka významnou roli. Důvodem jsou její vhodné fyzikální vlastnosti, díky kterým zabezpečuje pórovitost a vhodnou vzdušnost kompostové zakládky. Obecný požadavek na maximální velikost jednotlivých segmentů štěpky je 5000 mm3. Menší částice mají větší oxidační a styčnou plochu, což je vhodnější pro biologické procesy rozkladu, které pak probíhají účinněji (optimální velikost štěpky je 15 – 20 mm). Cílem pokusných pozorování bylo ověření průběhu kompostovacího procesu a navržení receptury zakládek, při kterých by byl rozklad dřevní štěpky optimální. V polně laboratorních podmínkách byly založeny 4 varianty kompostových zakládek s různými podíly dřevní štěpky v rozpětí 20 - 50%. Z těchto byla vybrána varianta s nejrychlejším rozkladem štěpky, která je nyní ověřována v poloprovozních podmínkách.

Klíčová slova: kompost, kompostování, døevní štìpka Title Posibilities of using of wooden chips by composting

Abstract Gardening productin is a producer of relatively large quantity of waste. It discusses tops, fragments of roots, inapplicable parts at elaborating – stems, stalks, skins, seeds atd… The perspective method of solution liquidation of these wastes realizes by composting. This is a process in which organic materials are decomposed by working of microorganisms. The waste with narrow rate C:N (10-30:1) such is for example waste from vegetable, leaves and waste of animal origin very easy succumbs in this analysis. Row materials with wide rate C:N (60 – 100:1) for example wooden chips are difficulty decomposable. Wooden chips acts an important part in composting. The reasons for this are its acceptable physical qualities which are secured by porosity and propor aeration of foundation. Common demand on maximum size of a single chip is 5000 cu mm. Smaller chips have bigger oxidizing and contact surface which is more proper for biological process of more effective putretaction (optimum size of the wooden chips is 15 – 20 mm). Purpose of the experiments was to prove composting process and to suggest prescriptions of foundation of composts with optimal effect. There were founded four variants of composting foundations with different parts of wooden chips with capacity of 20 – 50% in field-laboratory conditions. From these variants were chosen the variant with the fastest analysis of chip which is verifying in real conditions.

Keywords: kompost, composting, wooden chips Úvod Dřevní štěpka je důležitým doplňkem surovinové skladby kompostů zabezpečující pórovitost kompostu. Představuje surovinu, získanou drcením nebo štěpkováním dřevní hmoty. Mikrobiologická přeměna dřevní štěpky při kompostování je ve srovnání s řadou ostatních surovin (travní hmota, odpad ze zeleniny apod.) velmi pozvolným procesem. Tato skutečnost platí zejména pro tzv. zelenou štěpku z větví a vršků jehličnatých dřevin, obsahující pryskyřičné látky.

Poměr C:N se u dřevní štěpky pohybuje v rozpětí 80 120:1. Při využití většího podílu štěpky jako suroviny do kompostové zakládky vzniká zpravidla vždy nutnost úpravy celkového poměru C:N na hodnotu 30-35:1. Cílem prací při řešení problematiky kompostování dřevní štěpky bylo ověření průběhu kompostovacího procesu a navržení receptury zakládky, u níž se docílí co nejvyšší účinnosti rozkladu.

88


Materiál a metodika 1) Příprava kompostérů Polně-laboratorní experiment byl založen ve 4 variantách kompostových zakládek. Každá z variant byla umístěna v kompostéru z dřevěného latění o půdorysných rozměrech 1,2 x 1,2 m a výšce 0,8 m. Objem každého ze 4 kompostérů činil 1,1 m3 . Kompostéry byly umístěny na zastíněném stanovišti v areálu Zahradnické fakulty v Lednici. 2) Založení zakládek Hlavním kritériem byla možnost využití a ověření rychlosti rozkladu dřevní štěpky pocházející z údržby okrasné zeleně v areálu Zahradnické fakulty. V každé z pokusných variant byla dřevní štěpka zastoupena v různém objemu s cílem ověřit rychlost jejího rozkladu. Velikost částic dřevní štěpky byla do 20,0 mm. Poměr C:N u zakládek byl vypočítán podle metodiky, kterou uvádí VÁŇA (1997). Vedle dřevní štěpky byly do zakládky přidávány i další vstupní suroviny. Jednalo se o travní hmotu z údržby travníkových ploch, zeminu a chlévský hnůj. Receptury jednotlivých variant kompostových zakládek jsou uvedeny v tab. 1. 3) Hodnocení parametrů zakládek Byly hodnoceny hlavní parametry, které ovlivňují proces kompostování: Teplota byla v průběhu kompostovacího procesu měřena vždy ve stejném místě pomocí zapichovacího teploměru. První týden od založení zakládek byla sledována každý

den, v následujícím období pak v týdenních intervalech. Teplotní průběh u jednotlivých variant zakládek uvádí Graf 1. Vlhkost kompostu v průběhu kompostování byla upravována dle orientační zkoušky vlhkosti, která spočívá v mačkání kompostovaných surovin v lidské dlani. Při optimální vlhkosti se nesmí mezi prsty objevit voda a při otevření pěsti musí surovina zůstat pohromadě. Po ukončení kompostovacího procesu byla vlhkost kompostu určena gravimetrickou metodou. Objemová hmotnost byla zjišťována na začátku a na konci kompostování vážením dílčího vzorku o objemu 10 dm3 a následným přepočtem na 1 m3 (Tab. 1) a (Tab. 2). pH reakce byla zjištěna potenciometrickým měřením v extraktu kompostu destilovanou vodou. Zrnitost kompostu byla zjišťována pomocí laboratorních sít o rozměrech ok 10-12 mm, vzorky byly rozděleny do 3 zrnitostních frakcí a následně vyjádřeny v % (Tab. 2). 4) Založení poloprovozní zakládky Ze čtyř hodnocených variant kompostových zakládek byla na základě získaných výsledků vybrána varianta s pracovním označením II. Tato varianta je v současnosti ověřována v poloprovozních podmínkách.

Výsledky a diskuze Tabulka 1 uvádí přehled 4 receptur polně-laboratorních zakládek z experimentálního stanoviště ZF v Lednici, doplněný o hodnoty objemových hmotností.

Tab. 1: Receptura kompostových zakládek Pokusná varianta I. II. III. IV.

Dřevní štěpka [%] 20 30 40 50

Tráva [%] 40 30 20 10

Chlévský hnůj [%] 30 30 30 30

Zemina [%]

C:N (vypočten)

10 10 10 10

37 45 54 65

Objemová hmotnost [kg.m-3] 435 430 435 425

Pozn.: v tabulce je tučně zvýrazněna receptura, která je ověřována v poloprovozních podmínkách Délka kompostovacího cyklu činila od založení zakládek po vyskladnění finálního kompostu 16 týdnů. Výsledné hodnoty vlhkosti, poměru C:N, pH, objemové hmotnosti a zrnitosti u 4 hodnocených variant uvádí tab.2 a tab.3. V Grafu 1 je znázorněn teplotní průběh u jednotlivých variant zakládek, který je doplněný o termíny překopávání. V Grafu 2 je zachycen teplotní průběh v poloprovozní zakládce.

Řada autorů např. VÁŇA (1997), JELÍNEK (2002) uvádí, že dřevní hmota představuje surovinu se širokým poměrem C:N , která velmi omezeně podléhá mikrobiálnímu rozkladu. Tato teze byla v zásadě potvrzena. Rychlost rozkladu přímo souvisí s velikostí jednotlivých částic. Např. PLÍVA (2005) uvádí, že u kompostových zakládek s vyšším podílem dřevní štěpky se proces kompostování může natáhnout až na dobu 32 týdnů. Naopak výsledky získané na ZF MZLU prokázaly možnost přídavku dřevní štěpky do kompostových za-

89


Tab. 2: Parametry výsledného kompostu z experimentálních zakládek Sledovaný parametr Pokusná varianta I. II. III. IV.

Vlhkost [%]

C:N

pH

40,3 40,9 41,3 48,0

30 34 37 42

7,7 7,6 7,7 7,9

Objemová hmotnost [kg.m-3] 550,0 600,0 620,0 570,0

Tab. 3: Zrnitostní složení kompostu Pokusná varianta I. II. III. IV.

Podsítná frakce do 10 mm [%] 81,5 86,7 79,8 74,0

Nadsítná frakce 10 – 12 mm [%] 5,5 5,0 7,3 7,0

Nadsítná frakce nad 12 mm [%] 13,0 8,3 12,9 19,0

n teplotní průběh u jednotlivých variant zakládek, který je doplněný o termíny překopávání.

Graf 2: Průběh teploty v poloprovozní zakládce

90


kládek i ve větším množství tj. 20 – 50 % z celkového objemu vstupních surovin. Délka kompostování zde nepřesáhla 16 týdnů. Na základě rozborů kompostu získaného z polně-laboratorního experimentu byla vybrána jako nejvhodnější receptura s 30% podílem dřevní štěpky. U této varianty došlo k nejlepšímu rozkladu dřevních částic, což dokazují výsledky zrnitostního rozboru. Podíl částic o velikosti do 10 mm zde činil až 86,7 %. Navržená receptura s 30% podílem dřevní štěpky je v současnosti ověřována v poloprovozních podmínkách. Jedná se o zakládku lichoběžníkového tvaru o šířce základny 2,5 m a výšce 1,3 m. Celková délka zakládky je 10,0 m. Jak naznačuje Graf 2, proces kompostování doposud není ukončen (délka procesu od založení zakládky činí 14 týdnů). Z téhož důvodu doposud nejsou s výjimkou teplot k dispozici další sledované parametry.

Literatura VÁŇA, J.: Využití kompostů v zemědělství, Institut výchovy a vzdělávání Mze ČR, Praha, 1997, s. 10-34, ISBN 807105-144-6. PLÍVA, P., ALTMAN, V., JELÍNEK, A., KOLLÁROVÁ, M.: Technika pro kompostování v pásových hromadách, VÚZT, Praha, 2005, ISBN 80-86884-02-3 JELÍNEK, A., kolekiv autorů: Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním kompostováním, VÚZT, Praha, 2002, s. 13-19, ISBN 80-238-9749-7 ZEMÁNEK, P.: Speciální mechanizace-mechanizační prostředky pro kompostování, MZLU, Brno, 2001, s. 15, ISBN 80-7157-561-5 GRODA, B.:Technika zpracování odpadů II, MZLU, Brno, 1997, s.117-121, ISBN 80-7157-264-0

Závěr Na ZF MZLU byly v polně laboratorních podmínkách založeny 4 varianty kompostových zakládek s cílem ověřit možnost kompostování dřevní štěpky z údržby okrasné zeleně. Výsledky pokusů prokázaly účinnost kompostovacího procesu při rozkladu štěpky. Doba kompostování nepřesáhla 16 týdnů. Vzniklý kompost splňoval parametry stanovené normou. Nejlepší z těchto variant (pracovní označení II) s ohledem na největší podíl nejmenších částic (velikost do 10 mm) byla vybrána pro další poloprovozní experiment.

Kontaktní adresa Ing. Přemysl Kulík Ing. Patrik Burg, Ph.D, Ústav zahradnické techniky, ZF MZLU v Brně, ul. 17. listopadu 1a, 690 02 Břeclav, CZ e-mail: [email protected] [email protected]

Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu NAZV č. 1G57004 „Komplexní metodické zabezpečení údržby trvalých travních porostů pro zlepšení ekologické stability v zemědělské krajině se zaměřením na oblasti se specifickými podmínkami“

91


TRVALÉ TRÁVNE PORASTY AKO MULTIFUNKČNÝ ZDROJ ROZVOJA HORSKÝCH REGIÓNOV

(1)

M. Kunský (1), Ľ. Gonda (1), J. Gaduš (2) Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva - B. Bystrica (2) Slovenská poľnohospodárska univerzita – Nitra

Anotácia V príspevku je hodnotená ekonomická strata pre región, ktorú v horských výrobných oblastiach spôsobujú plochy nevyužívanej poľnohospodársky pôdy (PP). Produkčne nevyužívané plochy na monitorovanom území Slovenska predstavujú 10 až 20 % PP. Jednou z možností ich progresívneho riešenia je využitie inak nepoužitej biomasy na energetické účely. Bioplynový energetický potenciál tráv v kofermentácii s maštaľným hnojom je environmentálna cesta pri hľadaní energetického zdroja s možnosťou širšieho využitia druhotného produktu na výrobu kvalitného organického hnojiva. Výroba bioplynu z trávnej hmoty má niekoľko predností oproti priamemu spaľovaniu. V prvom rade je to bezodpadová technológia s dopadom na redukciu skleníkových plynov, s možnosťou skladovania bioplynu, bez požiadavky na predsušenie hmoty a s výrobou hnojiva. Takto sa získajú finančné zdroje, ktoré pri agroenvironmentálnom spôsobe hospodárenia zabezpečia pre región tržby cez produkciu mlieka vo výške 17 363,- Sk. ha-1 alebo mäsa 8 706,- Sk. ha-1. Pri kombinovanom využití PP hospodárskom s mimoprodukčným, je možné v kofermentácii (90 % hnoj + 10 % trávna siláž) získať okrem organického hnojiva aj 3 750 m3 bioplynu, čo predstavuje pri kogenerácii 6 600 kWe, t. j.16 500,-Sk. ha-1.

Kľúčové slová: bioplyn, produkčne nevyužívaná pôda, agroenvironment, produkčná účinnosť porastu, cena pôdy, daň z pozemkov, ročné využitie strojov

Title Permanent grassland as a multifunction source of development for mountain regions

Abstract Regional economical loses resulting from non-utilised agricultural land (AL) in mountainous production areas are assessed. The non-utilised areas represent 10 to 20 % of AL at the monitored territory of Slovakia and the redundant biomass could be used for the production of energy. The biogas produced by co-fermentation of grass with farmyard manure could be an environmental way to receiving a secondary source of energy and another byproduct – an organic fertiliser. The production of biogas from grassland herbage by fermentation is in many aspects better than burning this biomass as fuel, namely: it is a waste-free technology reducing the green-house gasses; biogas can be stored; it is not necessary to dry biomass in advance; organic fertiliser is obtained as another product. At agroenvironmental management of the non-utilised AL , 17,363.00 SKK ha -1(Slovak crowns) income from milk or 8,706.00 SKK ha-1 from meat production sales, respectively, could be received as the regional sources of finance. If the production and the non-production management were combined at those regions, the co-fermentation (90 % manure, 10 % grass silage) might produce not only the organic fertiliser, but also 3,755.00 m3 of biogas representing at cogeneration 6,600.00 kWe, i.e. 16,500.00 SKK ha-1.

Keywords: biogas, set-aside land, agroenvironment, production efficiency of grassland, land prices, land tax, annual exploitation of machinery

Úvod

nársky málo hodnotných, spôsobuje hlavne na plochách so svahovitosťou nad 18° zhoršenie životného prostredia s eróznym a lavínovým ohrozením. Progresívnym riešením hospodárenia na produkčne nevyužívaných plochách by bolo ich využitie na produkciu biomasy na energetické a iné účely. Bioplynový energetický potenciál fytomasy z krmovinársky nevyužívaných plôch TTP tvorí ďalšiu možnosť pri hľadaní zdroja širšieho využitia .Výroba bioplynu z fytomasy má niekoľko environmentálnych a technologických predností oproti priamemu spaľovaniu (re-

Efektívne využívanie poľnohospodárskej pôdy udržiava nielen kultúrny ráz krajiny, ale vytvára aj ekonomický prínos z obhospodarovanej pôdy v regióne. Sústavné znižovanie stavov hospodárskych zvierat hlavne prežúvavcov spôsobuje porušovanie technologickej disciplíny na trvalých trávnych porastoch (TTP) čím dochádza k viacerým negatívnym javom vo vývoji vegetácie a krajiny. Postupné zarastanie plôch nelesnou drevitou vegetáciou a spoločenstvami vysokých druhov tráv a bylín krmovi-

92


dukcia skleníkových plynov, možnosť skladovania bioplynu, odstránenie potreby sušenia hmoty, výroba kvalitného hnojiva , ako druhotného technologického produktu a iné.), ktoré v súčasnom období nie sú dostatočne využité.

Materiál a metodika Pre modelové hodnotenie výroby krmovín na TTP sme vybrali tri prevládajúce tendenčné smery, ktorými sú: agroenvironment – základná schéma poloextenzívne obhospodarovanie mimo produkčné – udržiavacie obhospodarovanie. V súčasnom období najrozšírenejší spôsob hospodárenia je agroenvironmentálne obhospodarovanie, ktoré je charakterizované okrem zaťaženia plôch dobytkom aj dávkou hnojenia. Stanovuje sa obmedzujúci limit hnojiť hospodárskymi hnojivami v takom množstve, aby obsah dusíka obsiahnutého v týchto hnojivách neprevýšil 135 kg na jeden hektár obhospodarovanej poľnohospodárskej pôdy

ročne, pri využití: 1 kosnom + 1-2 x spásanie mládzí; a pri úrode :2,0 – 3,0 t.ha-1 sušiny z produkčnej plochy. Druhý najrozšírenejší spôsob je poloextenzívne obhospodarovanie, ktoré je charakterizované: - dvojkosným využitím +1-2 x dopásanie mládzí, - hnojením 50 - 70 N + 22 P + 40 K (minerálne aj organické hnojivo) - úrodou :3,4-4 t ha-1 sušiny z produkčnej plochy, alebo pri pasienkoch 4 cykly spásania Konečne mimoprodukčná možnosť bez hnojenia s minimálnymi nárokmi na krmovinársku hodnotu porastu, kde úrodu trávnej hmoty je možné použiť na výrobu energie, alebo kompostu.

Výsledky a diskusia Úroveň vstupných parametrov pre výpočet nákladov na spôsoby pestovania krmovín zodpovedá súčasnej úrovni cien nájomného , hnojiva, práce a výške dani z pozemkov.

Tab. 1: Štruktúra nákladov na pestovanie krmovín na TTP Ukazovateľ Náklady na [Sk ha-1 rok-1] Agroenvironment Poloextenzívne Mimoprodukčné Nájomné 201,201,201,Daň 54,54,54,5 278,Hnojivo 3 000,2 027,180,Hnojenie -1 -1 Spolu [Sk ha rok ] 5 282,5713,255,Úroda sušiny [t ha-1 ] 2,5 3,7 1,5 -1 Spolu [Sk t ] 2 113,1 544,170,V štruktúre nákladov je v súčasnom období rozhodujúci technologický postup hnojenia organickým hnojivom. I keď oceňovanie maštaľného hnoja cez čisté živiny /č.ž/ nedosahuje úroveň minerálnych hnojív v dôsledku ich nízkej koncentrácii. náklady na aplikáciu maštaľného hnoja niekoľkonásobne prevyšujú náklady na rozmetanie minerálnych hnojív.

Pre využitie mimoprodukèného spôsobu obhospodarovania na energetické využitie, alebo na výrobu kompostu uvažujem s nákladmi na jeden zber a jedno mulèovanie, ktoré je potrebné na zabránenie rozširovaniu burín. Potom náklady na pestovanie sú 255,-Sk. ha-1; kosenie 854,- Sk. ha-1 , na zber 764,- Sk. ha-1 a na mulèovanie 1 094,- Sk. ha-1.

Tab. 2: Celkové náklady na zber a skladovanie krmovín pri polo - extenzívnom spôsobe hospodárenia

Mer. jed. Nákladová položka Pestovanie krmiva Príprava pokosu Zber Doprava Uskladnenie – silážny žľab Uskladnenie - senník Kombinované oplotenie Mulčovanie Spolu náklady Spolu náklady (sušina)

Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk.ha-1 Sk t -1

Konzervované krmivo Siláž Seno 5 713,5 713,3 050,3 681,4 189,1 411,842,1 545,5 007,15 339,4 146,-

93

15 812,4 274,-

Pasienkový porast 5 713,2 278,1 094,9 085,2 455,-


Tab. 3: Celkové náklady na zber a skladovanie krmovín; agroenvironment – základná schéma

Nákladová položka Pestovanie krmiva Príprava pokosu Zber Doprava Uskladnenie – žľab Uskladnenie – senník Elektrický oplôtok Mulčovanie Spolu náklady Spolu náklady (sušina)

Mer. Konzervované krmivo jed. Siláž Seno Sk.ha-1 5 282,5 282,-1 Sk.ha 1 533,1 873,Sk.ha-1 2 373,764,-1 Sk.ha 469,Sk.ha-1 1 334 ,Sk.ha-1 3 300,-1 Sk.ha Sk.ha-1 -1 Sk.ha 10 991,11 219,Sk. t -1 4 3964 488,-

Pasienkový porast 5 282,1 064,1 094,7 440,2 976,-

Ekonomickú cenu sena som stanovil v tab. č. 4.

Pre stanovenie ceny krmoviny je potrebné poznať výšku štátneho príspevku pre jednotlivé spôsoby hospodárenia.

Tab. 4: Kalkulácia nákladov a stanovenie ekonomickej ceny sena pre jednotlivé spôsoby výroby krmovín

Ukazovateľ Úroda sušiny [ t ] Celkové náklady na 1 ha Celkové náklady na 1 t Jednotná platba na plochu Agroenvironmentálna podpora LFA H2 Spolu dotácie Kalkulovaná hodnota produkcie z 1 ha Kalkulovaná hodnota produkcie na 1 t Ekonomická cena sena (20%) Sk .t -1

Kalkulácia nákladov pri výrobe sena podľa spôsobov obhospodarovania (Sk.ha-1/t-1) Agroenvironment(3) Polo extenzívne(4) Mimo produkčné(5) 2,5 3,7 1,5 11 219,15 812,2 967,4 488,4 274,1 978,2 099,70 2 099,70 2 099,70,1 345,4 001,7 445,7 3773,30

4 001,6 100,7 9 711,30

2 099,70867,30,-

1 509,-

2 625,-

578,2,-

1 811,-

3 150,-

694,-

Kalkulovaná hodnota produkcie je vypočítaná , keď od nákladov odpočítame dotácie. K výslednej cene krmovín (biomasy) z TTP ako medziproduktu pre ďalšie využitie je potrebné pripočítať uvažovaný zisk, ktorý tvorí 15-30 %

z hodnoty produkcie . Takto získaná cena krmoviny pre chov prežúvavcov alebo produkciu biomasy na energetické a iné nepoľnohospodárske využitie sa premietne do finálneho výrobku.

94


Tab. 5: Efektívnosť dotácií pri hospodárskom využití TTP na produkciu mlieka Spôsob obhospodarovania Agroenvironment -1 Úroda sušiny ( t.ha ) 2,5 Produkčná účinnosť porastu na produkciu 11,2 ** mlieka (kg.ks-1) Potreba sušiny (kg.ks-1) 15,0 Produkcia mlieka (kg.ha-1) 1 867 Realizačná cena (Sk.kg-1 ) 9,30 *** Tržby z realizácie (Sk.ha-1) 17 363,-1 Platba na plochu ( SAPS) (Sk.ha ) 2 099,70 Agroenvironment (Sk.ha-1) 1 345,-1 Horské oblasti H2 (Sk.ha ) 3 923,-1 Spolu platby (Sk.ha ) 7 367,70,Rozdiel: Tržby - platby na ha +9 995,Ekonomický prínos dotácií 235,67 ( Tržby na 100 Sk dotácií)

Poloextenzívne 3,7 12,5 * 15,0 3 083 9,30*** 28 671,2 099,70 3 923,6 022,70 + 22 649,476,06

Mimoprodukčné 1,5 2 099,70 3 923. 6 022,70,- 6 022,70,-

Tab. 6: Efektívnosť dotácií pri hospodárskom využití TTP na produkciu mäsa Spôsob obhospodarovania Agroenvironment -1 Úroda sušiny ( t.ha ) 2,5 Produkčná účinnosť porastu na produkciu 0,56 – 0,710* mäsa (kg.ks-1) Ø = 0,635 Potreba sušiny (kg.ks-1) 6,0 – 8,8 * Produkcia mäsa(kg.ha-1) 215 -1 Realizačná cena (Sk.kg ) 40,58** Tržby z realizácie (Sk.ha-1) 8 725,-1 Platba na plochu ( SAPS) (Sk.ha ) 2 099,70 Agroenvironment (Sk.ha-1) 1 345,-1 Horské oblasti H2 (Sk.ha ) 3 923,-1 Spolu platby (Sk.ha ) 7 367,70,Rozdiel: Tržby - platby na ha + 1 357,30,Ekonomický prínos dotácií 118,16 ( Tržby na 100 Sk dotácií) Efektívnosť mimoprodukčného využitia trávnych porastov Ďalšie ekonomické prínosy je možné dosiahnuť využitím prebytočnej fytomasy z trávnych porastov v kofermentácii s kejdou maštaľného hnoja na výrobu bioplynu, čím sa dosiahne ďalšie ekonomické zhodnotenie produkcie. Podklady pre výpočet vychádzajú z výsledkov dosiahnutých na bioplynovej stanici Kolíňany, kde sme v spolupráci so SPU overovali možnosti výroby bioplynu v kofermentácii trávnej siláže s exkrementami H.D.

-

95

Poloextenzívne Mimoprodukčné 3,7 1,5 0,71 -0,94 * Ø = 0,825 6,0 – 8,8 * 413 40,58** 16 760,2 099,70 2 099,70 3 923,3 923. 6 022,70 6 022,70,+ 10 737,30,- 6 022,70,277,94 -

Zloženie kofermentátu je 90 % hnoja + 10 % trávna siláž pri priemernej 10 %-nej sušine. Denná dávka 5,0 m3 = 4,8 t = 120 m3 bioplynu ;kogenerá cia =211,2 kWe Kofermentácia . 0,48 t trávna siláž + 4,32 t hnojovice 0,48t tráv siláž = 120 m3 bioplyn; z 15 t.ha-1(10 % suš.) = 3 750 m3 bioplyn= 6 600 kWe x 2,5 Sk.kWe-1= 16 500 Sk.ha-1.


Závery

Literatúra

Zabezpečenie ekonomického rozvoja horských oblastí je vo využívaní zdrojov, ktorým je aj hospodársky nevyužívaná poľnohospodárska pôda s trávnymi porastmi. Využitie bioplynového energetického potenciálu tráv je to bezodpadová technológia z dopadom na redukciu skleníkových plynov s možnosťou skladovania bioplynu. V kofermentácii s maštaľným hnojom je to environmentálna cesta pri hľadaní energetického zdroja s možnosťou širšieho využitia druhotného produktu na výrobu kvalitného organického hnojiva . Takto získané finančné zdroje, ktoré cez produkciu mlieka pri agroenvironmentálnom spôsobe hospodárenia zabezpečia pre región tržby vo výške 17 363,- Sk. ha-1 alebo mäsa 8 706,- Sk. ha-1. Pri kombinovanom využití hospodárskom s mimoprodukčným je možné v kofermentácii (90 % hnoj + 10 % trávna siláž) získať okrem organického hnojiva aj 3 750 m3 bioplynu, čo predstavuje pri kogenerácii 6 600 kWe t.j. 16 500,-Sk. ha-1.

1. GADUŠ, J. a kol.: Kofermentácia živočíšnej a rastlinnej biomasy In: Možnosti zvýšeni výroby bioplynu u stávajících zařízení, Sborník referátů z mezinárodní vědecké konference (Třeboň, X.2005). Praha: CZ BIOM, s.115122, ISBN 80-239-5769-4 2. GONDA, Ľ.: Energetické zdroje na produkčne nevyužívaných trvalých trávnych porastoch [Výskumná správa] Banská Bystrica, VÚTPHP 2005, 40s 3. GONDA, Ľ. – GADUŠ, J. – KUNSKY, M. – JAVORKA, J.: Alternatívne využitie krmovinársky nevyužívaných plôch trávnych porastov na energetické účely . ALTERNATIVE UTILIZATION OF GRASSLAND FOR ENERGY PRODUCTION. In: Zborník z medzinárodnej vedeckej konferencie. B. Bystrica 27-28 IX 2006, s. ISBN 8088872-56-1; EAN 9788088872566 4. KUNSKÝ, M.: Ekonomické hodnotenie trvalých trávnych porastov s ohľadom na novú typológiu, klasifikáciu a možnosti uplatnenia špecifickej horskej mechanizácie dostupnej v EU. Záverečná správa ,Úloha V a V 2003 SP27/ 028 OD 01 ČÚ: 02, VE 05, SE 04, október 2005

Kontaktná adresa: Doc. Ing. Ľubomír Gonda, CSc. Ing. Marian Kunský Slovenské centrum poľnohospodárskeho výskumu Nitra Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Mládežnícka 36, 974 21Banská Bystrica tel. 048/4132541-3; e-mail: [email protected] , tel. 048/4132541-3; e-mail: [email protected]

96


PRAKTICKÉ ZKUŠENOSTI SE SPALOVÁNÍM ALTERNATIVNÍCH PELET

Z.Lyčka LING Krnov s.r.o.

Anotace Příspěvek se zabývá problematikou spalování alternativní biomasy. Uvádí některé praktické zkušenosti se spalováním pelet z alternativní biomasy v teplovodním kotli o jmenovitém výkonu 24 kW. Alternativní pelety jsou perspektivní palivo, které lze ve většině případů úspěšně spalovat v malých kotlích s retortovými peletovými hořáky. Nicméně není možné přehlížet jejich specifické vlastnosti vyplývající z jejich prvkového složení, které negativně ovlivňují spaliny. Vedle hledání vhodných druhů energetických rostlin a aditiv by se měl aplikovaný výzkum začít intenzivněji zabývat samotným problémem spalování.

Klíčová slova: obnovitelné zdroje energie, biomasa, pelety, emise Title Practical experiences with alternative pellets incineration

Abstract The paper is focused to problems of alternative biomass incineration. Presents some practical experiences with alternative biomass pellets incineration in heat – water boiler of nominal output 24 kW. The alternative pellets are perspective fuel which can by mostly successfully incinerated in small boilers with retorted pellet burners. Nevertheless it must be taken into account their specific properties resulting from elements composition negative influencing combustion products. Besides looking for suitable types of energy crops and additives the applied research should start with more intensive proper incineration problem.

Key words: solid biofuels, standardization, assurance quality Úvod V různých úvahách o využívání obnovitelných zdrojů energie se stále výrazněji hovoří o spalování biomasy vypěstované na zemědělské půdě, ať se již jedná o nevyužitý zemědělský odpad nebo cíleně pěstovanou energetickou biomasu. Donedávna se především řešil problém co a v jaké formě , v poslední době se konečně stále intenzivněji řeší také problém jak a v jakých zařízeních tuto tzv. „alternativní“ biomasu spalovat . U spalovacích zařízení malých výkonů do 100 kW lze k tomuto účelu úspěšně využívat hořáky určené pro spalování méněhodnotných dřevních pelet, tedy např. tzv. katrových pelet s příměsí kůry. V těchto hořácích lze spalovat jak zrno obilovin ( či hořčičné a řepkové semeno), tak také granulované zbytky rostlin ( seno, slámu, otruby, plevy,…). S rostoucím zájmem o spalování pelet a rostoucí cenou dřevních pelet se tento často původně krmný granulát stále více uplatňuje i jako palivo – tzv. „alternativní“ pelety. V následujících řádcích popíši některé praktické zkušenosti se spalováním těchto pelet v teplovodním kotli o jmenovitém výkonu 24 kW. Teoretické předpoklady Na úvod si uveďme, co vše lze teoreticky očekávat při spalování alternativní biomasy, resp. v čem se toto spalování může lišit od spalování běžné dřevní biomasy. Hodně napoví srovnání prvkového složení těchto paliv. V tab.1

jsou uvedeny typické hodnoty pro dřevní hmotu, slámu , zrno a seno dle ČSN CEN/TS 14961 Pevná biopaliva – Specifikace a třídy paliv, (příloha C) [1]. Jedná se o údaje vzniklé spojením převážně švédských, finských, dánských, holandských a německých výzkumů, takže se podle jednotlivých regionů určitě liší, nicméně pro charakteristiku jednotlivých surovin jsou postačující. Hmotnostní podíl základních prvků v hořlavině (C, H, O ) je prakticky shodný, proto i paliva z těchto surovin mají přibližně shodnou výhřevnost ( okolo hranice 17 MJ/kg při vlhkosti 10% ). Mnohonásobně vyšší podíl dusíku, síry a chlóru však napovídá, že ve spalinách lze očekávat vyšší koncentrace oxidů dusíku, síry a chlorovodíků. Potažmo pak v kondenzátu korozivní sulfáty, nitráty a chloridy společně s organickými kyselinami ( mravenčí, vinná) [2]. Podobnì pak znaèný podíl sodíku, hoøèíku a fosforu negativnì ovlivòuje vlastnosti popelovin ( teplota tavení popelovin 800-900 °C u alternativní biomasy oproti 1100-1200 °C u døevní hmoty). Z pohledu konstrukce spalovacího zaøízení lze tedy oèekávat zvýšené nároky na spalovací èást ( rošty) v dùsledku spékání popelovin a agresivnìjší prostøedí ve výmìníkové èásti kotle. Praktické porovnání Pro praktické srovnání použiji výsledky měření, které byly provedeny na teplovodním kotli AM24 Licotherm o jmeno-

97


Tab.1 Typické hodnoty pevných paliv z biomasy dřevní hmota sláma zrno seno 1

…[ w - % daf ]

2

C1 50 49 46 49

H1 6,2 6,3 6,6 6,3

O1 43 43 45 43

N1 0,1 0,5 2 1,4

S1 0,02 0,1 0,1 0,2

Cl1 0,01 0,4 0,1 0,81

Na2 Mg2 P2 35 170 80 500 700 1000 50 1500 4000 1000 1700 3000

… [ mg/kg sušiny ]

vitém výkonu 24 kW. Kotel je opatřen retortovým hořákem LING, který je svojí koncepcí „spodního“ přikládání vhodný pro spalování spékavých paliv o zrnitosti do 25 mm. V tomto kotli jsme testovali již několik desítek druhů tzv.alternativních pelet a zrna obilovin. Během testů se jako jedny z nejvhodnějších pro samotné spalování ukázaly pelety o Ř8,5 mm z ovesných slupek a otrub (50%) a ječných omelků (50%), které se používají jako běžné granulované

krmivo. Tyto pelety nevyžadovaly žádnou zvláštní úpravu roštu ani samotného režimu spalování oproti dřevním peletám. Pro názornost jsem provedl srovnání 10 hod provozu s těmito peletami a provozu s běžnými dřevními peletami s příměsí kůry. V tab. 2 jsou uvedeny rozbory jednotlivých paliv ( ÚVVP Běchovice pro alternativní a SZÚ Brno pro dřevní ) , v tab.3 pak průměrné naměřené hodnoty emisí .

Tab.2 Rozbor paliva Popel Voda Výhřevnost Uhlík Vodík Síra Dusík Kyslík Chlór

A W Qi C H S N O Cl

jednotka % % MJ/kg % % % % % %

dřevní 0,9 8 17 47 6,5 0 0,21 37,4 -

alternativní 3 8,2 16,5 43 5,8 0,07 1,8 37,3 0,03

Tab.3 Naměřené a vypočtené hodnoty emisí O2 CO2 CO CO1 NOx NOx1 HCl HCl1

jednotka % % ppm mg/m3 ppm mg/m3 ppm mg/m3

Co se naměřených emisí týče, potvrdil se předpoklad o zvýšené koncentraci oxidů dusíku a chlorovodíku ( oxidy síry nebyly bohužel měřeny), i když obsah chlóru v původním palivu nebyl oproti předpokladu nijak vysoký. Lze tedy předpokládat, že u pelet s příměsí slámy či sena se emise chlorovodíku podstatně navýší. Při provozování kotle na hranici jmenovitého výkonu jinak není mezi jednotlivými palivy pozorován žádný podstatný rozdíl. Pokud se teplota spalin na výstupu z kotle pohybuje v rozmezí 200 -220

dřevní 11,5 8,8 236 341 81 196 36 69,2

alternativní 10,7 9,5 897 1197 381 748 132 234

°C je i teplota ve spalovací, dohořívací i výměníkové části kotlového tělesa dostatečně vysoká. Objem popelovin u alternativních pelet je o poznání větší jak na samotném roštu, tak samozřejmě v popelníkovém prostoru, nicméně díky vysoké teplotě ve spalovacím prostoru nedochází k výraznému napékání a „tekutý“ popel bez problémů přepadává přes hranu litinového roštu do popelníku. Rozdíly se začínají projevovat při snižování výkonu a při tzv. „útlumových režimech“ , kdy po natopení na požadovanou tep-

98


lotu se hořák kotle na určitou dobu vypíná (podobně jako u plynového kotle). Jakmile klesne teplota spalin v kouřovodu pod 180°C, začíná se u alternativních pelet podstatně rychleji zanášet kotlové těleso. Markantní rozdíl nastává při odstavení hořáku a také při jeho opětovném spuštění. V těchto přechodových stavech, při kterých dochází k značně nedokonalému spalování, se projevuje rozdíl nejvíce. U dřevních pelet trvá tento nepříznivý stav velice krátce ( v řádech několika málo desítek sekund), u alternativních podstatně déle ( v řádech několika minut). Po otestování mnoha druhů alternativních pelet jsem vypozoroval , že všechny potřebují pro „nahoření“ podstatně vyšší zápalnou teplotu – tedy, že poměrně hůře uvolňují prchavou hořlavinu. Projevuje se to právě při snížených výkonech a při „náběhu“ hořáku do provozní teploty, kdy je spalovací prostor relativně studený a rošt se poměrně rychle zaplní nenahořelými peletami. Po několikaměsíčním provozování kotle na nižší výkon byly na kotlovém tělese patrny známky koroze, které jsou podobné korozi kotlového tělesa dřevozplyňujícího kotle spalujícího vlhké dřevo. I při ideálním provozu, kdy z komína jde pouze pára, zanechávají alternativní pelety v okolí znatelnou „pachovou“ stopu, která není tak výrazná u dřevních pelet a dokonce ani při spalování hnědého uhlí v retortovém hořáku.

ZÁVĚR Alternativní pelety jsou velice perspektivní palivo, které lze ve většině případů úspěšně spalovat např. v malých kotlích s retortovými peletovými hořáky. Nicméně není možné přehlížet jejich specifické vlastnosti vyplývající z jejich prvkového složení. Provozováním kotlů na vysoké výkony zabráníme nízkoteplotní či tzv. „chlorové“ korozi kotlového tělesa, ale problém s vyšší agresivitou spalin přeneseme do okolního prostředí. Vedle hledání vhodných druhů energetických rostlin by se měl aplikovaný výzkum začít intenzivněji zabývat samotným problémem spalování. Proces peletizace má jednu velkou výhodu v tom, že lze do paliva velice jednoduše a homogenně aplikovat vhodná aditiva, která jsou v samotném procesu spalování schopná eliminovat spoustu nepříjemných vlastností původní suroviny.Ve Švédsku mají např. velice dobré zkušenosti s uhličitanem sodným, který váže síru, chlór a jiné škodliviny do popelovin [2].

Literatura [1] ČSN CEN/TS 14961 Pevná biopaliva – Specifikace a třídy paliv [2] BENGT-ERIK LÖFGREN : Pellets from Agricultural land-A crosscut or a detour? Serious Cereal Heating

Kontaktní adresa Ing.Zdeněk Lyčka LING Krnov s.r.o. nám.Osvobození 2057/8 794 01 Krnov e-mail : [email protected]

99


KOMPOSTOVÁNÍ VINNÉHO RÉVÍ S TRAVNÍ HMOTOU

O. Mužík, V. Scheufler, P. Plíva, A. Roy Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Příspěvek se zabývá kompostováním substrátu složeného ze štěpkovaného réví a travní hmoty. Substrát byl kompostován v pásové hromadě technologií pro experimentální kompostování. Výsledky kompostování štěpky z réví a travní hmoty nejsou uspokojivé; kompost neměl odpovídající jakostní znaky. Přesto je vhodné ve výzkumu kompostování réví pokračovat.

Klíčová slova: réví, kompostování, surovinová skladba kompostů Title Composting of vine cane with grass

Abstract The paper deals with the substratum composting consisting of chipped vine cane and grass. Substratum was composted in the belt heap by technology for experimental composting. Results of chipped vine cane and grass composting are unsatisfactory; compost did not show appropriate qualitative signs. Despite it is suitable to continue the vine cane research.

Keywords: vine cane, composting, composts raw material composition Úvod Odstraňování réví z vinic je velmi důležité – ponechá-li se na hromadách poblíž vinic, hrozí nebezpečí, že se hromady starého réví stanou zdrojem infekce houbovými chorobami pro vinné keře. Odstraňování starých hromad réví je potřeba provést ještě před začátkem řezu, jinak se může stát, že nákaza se dostane na povrch čerstvých neošetřených ran po řezu révy, spory vyklíčí a mycelium houby bude pronikat dál do dřeva. Možností, jak réví zpracovávat, resp. smysluplnì využívat, není mnoho. Dosud bìžné spalování réví na pokraji vinic je v rozporu se zákonem o ovzduší, takže zbývá možnost drcení réví pøímo v meziøadí, které je nejèastìji vinaøi provádìno, dále jeho využití jako suroviny pro výrobu pevných biopaliv nebo jako surovinu do kompostu.

Materiál a metodika Produkce a vlastnosti réví V ČR je v současné době cca 18 000 ha vinic, z toho něco přes 16 000 ha ve stádiu plodnosti. Množství odpadního dřeva – réví po řezu vinic závisí na odrůdě, stáří a hlavně na typu vedení (počtu keřů na 1 ha). Průměrné hodnoty se pohybují v množstvích 0,45 – 0,70 kg na keř, což v průměru představuje asi 3,50 t.ha-1. Kromě spalování je možné drcené réví zpracovávat jako surovinu do kompostu. Objemová hmotnost réví závisí na vlhkosti, při 30 - 35 % vlhkosti se pohybuje od 250 do 350

kg.m-3. Poměr C : N je velmi široký a činí (100-120):1. Tento materiál je tedy možné kompostovat pouze ve směsi s materiály s vyšším obsahem dusíkatých látek. Dřevní štěpka z réví je kvalitní nasávací komponent pro prasečí kejdu i kejdu skotu a vhodným mísením s kejdou lze dosáhnout příznivého poměru C : N, čímž lze splnit požadavek na optimální složení zakládky kompostu. Metodika pokusů kompostování réví V průběhu roku 2006 bylo v našem ústavu zkoušeno kompostování réví z vinic VSV Karlštejn. Réví bylo sesbíráno a dovezeno v březnu 2006 v množství cca 30 m3, štěpkování réví štěpkovačem Viking GE 250 bylo provedeno v dubnu. Vzniklá štěpka o objemu cca 3 m3 měla rozdílnou velikost částic, od drobných částeček až po částice dlouhé 6,5 cm. Založení kompostu bylo provedeno 16. května 2006 na pozemku, jehož sklon nepřesahuje 5°. Štěpka byla smíchána s travní hmotou z vyšehradských parků v poměru 3:1. Délka pásové hromady kompostu byla 10 m, šířka v patě hromady 1,5 m, výška 1 m. Surovinová skladba je uvedena v tabulce 1. Pohled na zakládku kompostu je znázorněn na obrázcích 1 a 2. Takto získaný substrát byl zpracován technologií kompostování v pásových hromadách podle interní normy pro experimentální kompostárnu VÚZT. Po navršení byl kompost překryt kompostárenskou folií typu Top Tex. Zavlažování kompostu nebylo prováděno.

100


Tab. 1 Surovinová skladba zakládky kompostu Surovinové složení Objem (m3) travní hmota štěpka z réví celkem

Podíl (%)

9 3 12

Objemová hmotnost vzorku zakládky kompostu (kg.m-3)

75 25 100

503,3

Obr. 1: Detail surovinové skladby kompostu

Obr. 2: Pásová hromada kompostu před homogenizační překopávkou

Komposty byly po dobu zrání celkem 5 × překopávány překopávačem. Ukončení prací (měření) bylo 22. června a 19. července byly odebrány vzorky na chemický rozbor kompotu (viz tabulka 2). V dalších dnech byl kompost proset, získaný produkt o stejnoměrné zrnitosti odvezen a částice o větší zrnitosti (nezetlelé části réví a malé hrudky) byly použity jako očkovací základ do nových kompostů.

kdy nedostaly na obvyklou hodnotu ve fázi rozkladu, tj. 50 – 70 °C. Hodnoty obsahu vzdušného kyslíku byly vyšší než je obvyklé, což bylo zpùsobeno vìtší mezerovitostí kompostovaných surovin a jejich nižších vlhkostí.

Výsledky a diskuse Výsledky měření teploty Průběžné měření teploty bylo prováděno sondážním teploměrem Testostor 175-1. Obsah kyslíku byl sledován měřidlem ASEKO ASIN 02. Rovněž bylo prováděno ruční kontrolní měření teploty zapichovacím teploměrem ZT-04 v pravidelných intervalech každý druhý den. Naměřené hodnoty teplot jsou uvedeny na obr. 3. Teplota byla měřena dvěma teploměry v jedné a ve dvou třetinách délky hromady. Hodnoty teplot z obou teploměrů jsou téměř stejné, z čehož vyplývá, že proces zrání probíhal rovnoměrně v celé hromadě kompostu. Teplota založeného kompostu vždy výrazně klesla po překopávce, a později se opět zvyšovala na původní hodnotu. Teploty se však ni-

Výsledky půdního rozboru V červenci byly odebrány vzorky kompostu na chemický rozbor kompostu. Jakostní znaky kompostu v mnoha bodech neodpovídaly ČSN 46 5735 „Průmyslové komposty“. Kompost měl nižší vlhkost a obsah spalitelných látek. Poměr uhlíkatých a dusíkatých látek byl příliš úzký. Výsledky chemického rozboru kompostu jsou uvedeny v tabulce 2. Výsledky kompostování štěpky z réví a travní hmoty nejsou uspokojivé z několika důvodů: - réví již při štěpkování mělo nízkou vlhkost (cca 25 – 30 %). - během kompostování nebyla vlhkost surovin řízena. Z výsledných rozborů kompostu na obsah vlhkosti (15,43 %) vyplývá, že obsah vody v kompostu byl níz ký a byla tak omezena mikrobiální aktivita kompostova cího procesu; ideální vlhkost hotového kompostu se pohybuje v rozmezí 40 – 60 %, pro prosévání 35 – 40 % vody.

101


40

35 Teplom ěr 1 Teplota [°C]

Teplom ěr 2 30

25

20

15 23.5. 24.5. 26.5. 29.5. 2.6.

6.6.

7.6.

8.6.

9.6. 12.6. 13.6. 16.6. 19.6. 20.6. 22.6.

Datum

Obr. 3: Naměřené teploty založeného kompostu za sledované období Tab. 2: Výsledky chemického rozboru kompostu % vlhkosti % C v suš. % N v suš. pH C:N 15,43 13,85 1,73 8,87 8,01 -

štěpka z réví byla hrubá, její příliš malá aktivní plocha, přicházející do styku s bakteriemi zajišťujícími rozklad, neumožnila její dokonalé rozložení. Bylo by vhodnější využívat místo štěpkovače drtiče s výkonem motoru cca 10 kW, které připraví surovinu pro kompostování daleko vhodnějším způsobem (velká plocha suroviny).

Závěr Výsledný produkt nebyl uspokojivé kvality, vedle výše zmíněných neodpovídajících jakostních znaků kompostu (vlhkost, poměr C:N, obsah spalitelných látek), obsahoval velký podíl nezetlelých částí réví a tvrdé hrudky, které nešly prosít přes síto. Zjištěné výsledky ukazují, že při vhodné surovinové skladbě (C:N a vlhkost) a dodržení optimálního technologického postupu réví kompostovat lze, je však potřeba počítat s delší dobou zrání kompostu. I přes neuspokojivé výsledky pokusů doporučujeme pokračovat ve výzkumu účinných způsobů kompostování réví. Příspěvek byl zpracován na základě řešení výzkumného projektu Mze NAZV – IG46082 „Technologické systémy a ekonomika integrované produkce zeleniny a révy vinné“.

ŽUFÁNEK, J., ZEMÁNEK, P.: Bilance zdrojů biologických odpadů ve vinohradnictví a ovocnictví. Sborník mezinárodní vědecké konference „Ekologické aspekty výzkumu, vývoje a provozu zahradnické techniky“, Lednice 1998, str. 203 – 207. ISBN 80-7157-301-9 JELÍNEK A., PLÍVA, P.: Kompostování zbytkové biomasy. Metodiky pro zemědělskou praxi č. 12/1999, ÚZPI Praha, ve spolupráci s Mze PLÍVA, P., a kol.: Zakládání, průběh a řízení kompostovacího procesu. Příručka č. 1/2006, VÚZT Praha. ISBN 8086884-11-2 JIŘÍČEK J.: Návrh mechanizačních prostředků pro úpravu surovin v kompostovacích zakládkách. Diplomová práce, Lednice 2003 KOLEKTIV AUTORŮ: Kompostování, moderní zpracování rostlinných zbytků. Sborník referátů. Velké Bílovice 1996 Kontaktní adresa: Ing.Oldřich Mužík, Vladimír Scheufler, Ing. Petr Plíva CSc., Ing. Amitava Roy Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 386 fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

Literatura VÁŇA, J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství. Institut výchovy a vzdělávání Ministerstva zemědělství v ČR v Praze, 1997

102


VYUŽITIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASY NA ENERGETICKÉ ÚČELY A MOŽNOSTI JEJ NÁHRADY. Š. Pepich Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky, Rovinka

Anotácia Na Slovensku je teoreticky možné v súčasnosti na energetické účely využívať až 1,8 mil. ton slamy z hustosiatych obilnín, kukurice, slnečnice a repky, čo predstavuje z energetického hľadiska celkový energetický ekvivalent 25,5 PJ. Energetický ekvivalent slamnatej biomasy je možné zvýšiť aj o hodnotu drevnej poľnohospodárskej biomasy (sady, vinohrady, nálet drevín z trvalých trávnych porastov) čo predstavuje 2,7 PJ. Celkový energetický potenciál poľnohospodárskej biomasy vhodnej na spaľovanie je 28,3 PJ. Pri využívaní biomasy na energetické účely sa do pôdy dostáva menej organických látok, čo môže mať negatívny vplyv na úrodnosť pôdy. Zdrojom organických látok sa potom stávajú korene, strnisko, odrol pri zbere a zelené hnojenie.

Kľúčové slová: slama, energia, spaľovanie, úroda Title Utilization of agricultural biomass for energetic purposes and possibilities of its substitution.

Abstract There is a theoretical possibility in Slovakia to use already 1,8 million tons of straw from high-density sown cereals, corn, sunflower and rape for energetic purposes. It is, from energetic point of view global energetic equivalent 25,5 PJ. The energetic equivalent of straw biomass is possible to increase also of a value of agricultural wood biomass (orchards, vineyards, advanced growth from permanent grasslands, which is 2,7 PJ. The global energetic potential of agricultural biomass suitable for combustion is 28,3 PJ. When we use biomass for energetic purposes, less organic matters get into the soil, what can have a negative effect on soil fertility. The sources of organic matter are then roots, stubble and green fertilisation.

Keywords: straw, energy, combustion, crop Úvod Z poľnohospodárskej biomasy vhodnej na energetické účely pripadá najväčší podiel na slamu, či už obilnú, kukuričnú alebo repkovú. Vzhľadom k výraznému poklesu objemu živočíšnej výroby v deväťdesiatych rokov sa znížila aj potreba slamy pre kŕmenie a podstielanie. Pri obilninách je potrebné ďalej zohľadniť výživovú hodnotu slamy ako hnojiva. Je obecne známe, že slama môže byť veľmi dobrým palivom, pričom jej merná výhrevnosť s hodnotou okolo 15 MJ.kg-1 je až o 30 % vyššia ako výhrevnosť hnedého uhlia.

Najjednoduchšie energetické využitie slamy je priame spaľovanie v špeciálnych kotloch, v ktorých je možné spaľovať slamu drvenú alebo vo forme celých balíkov rôznych rozmerov. Keď sa slama prepravuje na krátke vzdialenosti, stáva sa často najlacnejším palivom. Z hľadiska ekonomického je veľmi výhodné energetické využívanie slamy priamo v podniku, ktorý ju produkuje pre minimalizáciu nákladov spojených s jej produkciou, zberom, dopravou a uskladnením. Úrody jednotlivých druhov slamy sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1: Úrody jednotlivých druhov slamy Druh biomasy Druh slamy Slama pšeničná jačmenná ražná triticale ovsená repková kukuričná slnečnicová

103

Produkcia v t.ha-1 2,7 2,5 3,7 2,1 1,5 2,0 5,9 3,6


hov slamy na základe výmery pestovania plodín a priemerných úrod slamy.

V tabuľke 2 je uvedená ročná produkcia jednotlivých dru-

Tabuľka 2: Ročná produkcia jednotlivých druhov slamy Plodina pšenica raž jačmeň ovos triticale hustosiate obilniny spolu kukurica slnečnica repka slama spolu

Výmera v ha 416 276 35 639 170 790 15 400 10 463 648 568

Úroda biomasy v t.ha-1 2,7 3,7 2,5 1,5 2,1 2,66

113 200 61 010 103 285 926 063

Slama z hustosiatych obilnín je využívaná v živočíšnej výrobe na kŕmne účely a na postielanie. Slama, hlavne jačmenná sa pridáva do kŕmnej dávky hovädzieho dobytka v priemere v hodnote 1,6 kg na kus HD a deň. Na základe

5,9 3,6 2,0 3,05

Produkcia biomasy v t za rok 1 123 945 131 864 426 975 23 100 21 972 1 727 856 667 880 219 636 206 570 2 821 942

štatistických údajov o počtoch HD bola stanovená ročná potreba slamy na kŕmne účely. Hodnoty sú uvedené v tabuľke 3. Ročne je na kŕmne účely potrebných 342 528 ton slamy.

Tabuľka 3: Potreba slamy na kŕmne účely Počet kusov HD 586 520

Denná dávka v kg

Dávka na kus za rok v kg

Celková potreba vt

1,6

584

342 528

Časť produkcie slamy sa spotrebováva v ŽV aj na podstielanie. Pri chove hovädzieho dobytka je uvažované s podstielkou pri 60 % početných stavov a potrebe 3,8 kg slamy na kus a deň. Potreba slamy na podstielanie podľa

druhov zvierat je v tabuľke 4. Pri hydine je uvažované so 70 % počtov, ktoré sú chované na hlbokej podstielke. Pri ovciach sa počítala potreba na 6 mesiacov, keď nie sú na pastve.

Tabuľka 4: Potreba slamy na podstielanie Hospodárske zvieratá hovädzí dobytok prasnice ovce hydina

Potreba podstielky na kus a deň na kus a rok 3,8 kg 1,4 t 1,4 kg 511 kg 1,1 220 kg 3,3 kg

Z uvedených údajov a zo štatistických údajov o stavoch hospodárskych zvierat bola stanovená ročná potreba sla-

my na podstielanie. Táto hodnota predstavuje 656 375 ton. Údaje sú v tabuľke 5.

104


Tabuľka 5: Ročná potreba slamy na podstielanie Hospodárske zvieratá hovädzí dobytok prasnice ovce a barany hydina Spolu

Počet kusov na podstielke 351 900 153 013 280 259 7 258 519

Pri výpočte teoretického množstva slamy, ktorá by mohla byť použitá na energetické účely sa vychádzalo z ročnej produkcie od ktorej bola odpočítaná slama, ktorá sa spotrebuje na kŕmenie a podstielanie. Energetický potenciál

Potreba slamy na 1 ks a rok 1,4 t 511 kg 220 kg 3,3 kg

Ročná potreba spolu vt 492 660 78 190 61 557 23 950 656 357

slamy a drevného odpadu v poľnohospodárstve, ktorý by sa dal energeticky využiť spaľovaním, je uvedený v tabuľke 6.

Tabuľka 6: Energetický potenciál poľnohospodárskej biomasy vhodnej na spaľovanie Druh biomasy slama obilná kukurica repka slnečnica drevný odpad biomasa spaľovanie spolu

Možná ročná produkcia na energetické účely v t 729 000 668 000 206 000 220 000 208 000 na 2 031 000

Z teoretického množstva energie vyrobenej spaľovaním biomasy 28,6 PJ by bolo možné za priaznivých podporných mechanizmov využiť v odvetví poľnohospodárstva 10 až 30 %. Na trhové účely vo forme paliva (balíkovaná slama, brikety, pelety) alebo energie (teplo, elektrina) by bolo možné využiť 10 až 20 % hlavne predajom paliva, poprípade tepelnej energie pre komunálnu sféru (obce). V prípade nahradenia časti fosílnych palív biomasou aj vo veľkých energetických zdrojoch (teplárne, elektrárne), by podiel biomasy ponúknutej na trh mohol predstavovať až 30 – 50 %.

Cieľ práce K najrozšírenejším zdrojov energie z biomasy na Slovensku patrí slama rôzneho druhu. Na energetické účely je možné využívať slamu rezanú, lisovanú do balíkov rôznej veľkosti i briketovanú a peletovanú. Cieľom práce bolo zistiť množstvo organickej hmoty, ktorá ostáva v pôde a na poli po zbere slamy.

Materiál a metodika -

Na splnenie stanoveného cieľa bolo potrebné: zistiť množstvo organickej hmoty, ktorá zostáva v pôde a na poli po zbere pšeničnej, jačmennej, repkovej a kukuričnej slamy, vo forme koreňov, strniska a odrolu častí rastlín,

Energetický ekvivalent TWh 2 ,8 2 ,61 0,82 0,81 0,9 7 ,94 -

PJ 10, 4 9 ,4 2 ,9 2, 8 3, 1 28 ,6

stanoviť percentuálny podiel hmoty, ktorá zostáva v pôde a na poli, k hmote pozberanej, stanoviť podiel zrna k pozberanej slame, zistiť množstvo organickej hmoty, ktoré je možné využiť ako zelené hnojenie 60 dní po zbere zrnín,

Výsledky a diskusia Slama z hustosiatych obilnín sa pri zbere zrna z časti drví priamo obilnými kombajnmi, rozprestiera po povrchu poľa a následne zapracováva do pôdy ako zdroj živín. Časť slamy sa spotrebováva v živočíšnej výrobe. Podľa niektorých odborníkov z oblasti agronómie je možné pozberať bez nebezpečenstva zníženia úrodnosti pôdy okolo 25 až 50 % slamy . Po zbere slamy zostáva na poli určité množstvo organickej hmoty vo forme koreňového systému, strniska a medzi strnisko spadnutých stebiel a ďalších častí rastlín, ktoré obilný kombajn nepozbieral. Tieto zvyšky sa dostanú do pôdy ako zdroj živín. V tabuľke 7 je uvedený celkový podiel biomasy vybraných plodín, podiel koreňov so strniskom, podiel zrna a pozberanej slamy v tonách a percentách.

105


Tabuľka 7: Podiel častí rastlín jednotlivých plodín rastlina kukurica Aude pšenica Istrodur jačmeň Expres repka Indián repka hybrid Extra

%

hmotnosť v tonách na 1 hektár zrno % vreteno, % slama úbor 10,6 31 2,2 6 8,5

koreň + strnisko 12,9

38

10,0

34

6,3

22

-

13,0

44

29,7

9,8

36

8,9

33

-

8,4

31

27,2

7,8

28

3,4

12

-

16,7

60

27,9

8,5

28

4,4

14

-

17,7

58

30,6

Ako je zrejmé z tabuľky najväčší podiel koreňa so strniskom, k hmotnosti celých rastlín bol nameraný pri kukurici odrode Aude a to 38 %, čo predstavovalo 10,6 tony na hektár. Najvyšší podiel zrna z celkovej hmoty celých rastlín bol nameraný pri jačmeni odrody Expres 33 % pri úrode 8,9 t.ha-1 . Najvyšší podiel slamy k hmotnosti celých rastlín bol nameraný pri repke odrode Indián a to 60 % čo predstavovalo 16,7 t.ha-1. Minimálna hodnota hmotnosti koreňov so strniskom bola 7,8 t.ha-1 a tak možno konštatovať, že je to zároveň minimálna hodnota organickej hmoty ktorá sa do-

%

celá rastlina 25 34,2

stane do pôdy po zbere slamy. Je treba zdôrazniť, že tieto hodnoty boli namerané počas dvojročného sledovania a preto sa nedajú zovšeobecniť. Merania boli uskutočnené na poľnohospodárskom družstve Dunajská Lužná. Úroda biomasy je závislá od rôznych ukazovateľov ako je odroda plodiny, klimatické podmienky, zloženie pôdy a pod. Z nameraných hodnôt bol stanovený podiel zrna a slamy pri jednotlivých sledovaných plodinách, ktorý je uvedený v tabuľke 8.

Tabuľka 8: Podiel zrna a slamy vybraných plodín Plodina

Pšenica ISTRODUR Jačmeň odroda EXPRES Kukurica odroda AUDE Repka Hybrid EXTRA

Celková Hmotnosť Úroda Úroda úroda koreňa a slamy na zrna fytomasy strniska v t.ha-1 energeticv t.ha-1 v t.ha-1 ké účely 29,7 10 6,3 13,0

Straty odrolom

Podiel zrno:slama

t.ha-1 0,4

1 : 2,06

27,2

9,8

8,9

8,4

0,1

1 : 0,96

34,2

12,9

10,6

8,5

1 : 0,80

30,6

8,5

4,4

17,2

2,2 aj vreteno 0,5

Podiel zrna ku slame sa pohyboval od 1: 0,8 až po 1: 6,48 v závislosti od plodiny a odrody. Ako možný zdroj organickej hmoty po zbere slamy na energetické účely sa javí aj zelená hmota vyrastajúca zo stratových zŕn počas zberu plodín. Merania hmotnosti zelenej organickej hmoty sa uskutočnili 60 dní po zbere, tesne pred jej zapracovaním do pôdy vo forme zeleného hnojenia. Ani tieto hodnoty sa nedajú zovšeobecniť nakoľko

1 : 6,48

merania prebiehali len v rokoch 2004 a 2006. Výsledky však poukazujú na možný spôsob náhrady organickej hmoty po zbere slamy na energetické účely. Úrody zelenej hmoty zo stratových zŕn sú uvedené v tabuľke 9.

106


Tabuľke 9: Úrody zelenej hmoty 60 dní po zbere zrnín Plodina jačmeň pšenica repka

Úroda zrna v t.ha-1

Počet rastlín na 1 m2

4,05 5,62 3,5

422 502 938

Ako je zrejmé z tabuľky pri repke hybrid Extra bola hmotnosť zelenej hmoty až 24,3 t.ha -1 . Spolu s koreňom a strniskom pri zbere predstavuje hmotnosť organickej hmoty, ktorá sa dostane do pôdy po zbere repkovej slamy hodnotu 32,8 t.ha-1 , pri pšenici odrody Istrodur je to 20,2 t.ha-1 a pri jačmeni odrody Expres je to hodnota 15,5 t.ha-1 .

Záver Po zbere slamy pri jej energetickom využívaní je možné namiesto pozberanej hmoty dodať do pôdy určitý objem organickej hmoty vo forme koreňov, strniska a odrolu častí rastlín počas zberu ale aj hmotu vo forme zeleného hnojenia zo stratových zŕn, ktoré za priaznivých poveternostných podmienok vyklíčia. Táto organická hmota je len časťou náhrady za pozberanú slamu. Aj naďalej treba venovať pozornosť správnej agrotechnike, hnojeniu organickými hnojivami, hlavne maštaľným hnojom a kejdou, aby pôda nebola ochudobnená o živiny a nestrácala svoju úrodnosť. V blízkej budúcnosti sa javí ako kvalitný zdroj organických látok pri hnojení poľnohospodárskej pôdy aj vyfermentovaný substrát z bioplynových staníc.

Výška Straty počas Hmotnosť porastu v cm zberu v % zelenej hmoty v t.ha-1 27 4,5 5,7 41 3,4 10,2 38 2,1 24,3 Literatúra PEPICH, Š.: Pilotný projekt energetického využitia slamy. Výskumná správa, Rovinka, 2005 PEPICH, Š.: Možnosti využívania obnoviteľných zdrojov energie v podmienkach slovenského poľnohospodárstva. Výskumná správa, Rovinka, 2005 ZAUJEC, A.: Bude našim pôdam chýbať slama využitá ako palivo? Naše pole č.9, Bratislava, 2006 STŘALKOVÁ, R.: Obsah kořenové biomasy v ornici u ozimé pšenice a jarního ječmene. Úroda č.5, 2006

Kontaktná adresa Ing. Štefan Pepich, Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky 900 41 Rovinka Tel: 0907 158 005 e-mail: [email protected]

107


ENERGETICKÉ ROSTLINY – VÝZNAMNÝ ZDROJ ENERGIE V. Petříková CZ BIOM

Anotace Cíleně pěstované energetické rostliny mají v ČR zásadní význam pro zajištění dostatku biomasy. Potenciálně vhodné druhy pro využití v energetice jsou zahrnuty do seznamu rostlin dotovaných v rámci MZe částkou 2000 Kč/ha/rok. Výhodou je možnost jejich snadného pěstování na orné půdě, ale je nutné jejich ověření v provozních podmínkách. Nejdůležitější jsou víceleté a vytrvalé rostliny, jako např. krmný šťovík, který má dosud nejlépe vypracovanou agrotechniku a vysoké robustní trávy i některé další druhy.

Klíčová slova: biomasa, fytomasa, energetické rostliny, rostlinné brikety, rostlinné pelety Title The Energetic Crops – Important Source of Biomass

Abstract The energetic crops have the fundamental significance in the Czech Republic for the biomass ensuring. The suitable species in the list of Ministry of Agriculture are support by 2000 CZK per ha and year. It is the advantage that energetic crops are easy grown up on the arable soils. For practical utilization, it is necessary to average these crops directly in the agricultural farms. The most important are the perennial ones as for example Rumex OK 2 (the sorrel) with the best know cultivation and some of the high grasses.

Keyword: biomass, phytomass, energetic crops, crops briquettes, crops pellets Úvod Energetickou biomasu je třeba využívat v nejrůznějších formách a nejrůznějšími způsoby. Dřevní či lesní odpady, nebo sláma jako vedlejší produkt zemědělství jsou materiály, které je třeba využívat v první řadě, neboť jsou nepochybně méně nákladné, než přímá záměrná produkce biomasy. Pro získání potřebného množství biomasy se ale bez cíleného pěstování vybraných energetických bylin neobejdeme. Důležitým a velmi významným základem programu pěstování energetických rostlin jsou výsledky vzniklé pokusným sledováním různých druhů rostlin, které probíhalo před časem ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby v Praze a v Chomutově. Na základě těchto výsledků a za přispění CZ Biom, byl nakonec sestaven seznam vybraných rostlin, na které lze získat dotace MZe. V letošním roce je poskytovaná dotace v částce 2000 Kč/ha a to v rámci programu 1.U. Výsledky z pokusů je ale nezbytné pro praktické využití ověřit v provozních podmínkách a vypracovat při tom zásady agrotechnických opatření pro každou zvolenou plodinu. Ověřování energetických rostlin v provoze Provozní ověřování vybraných rostlin pro energetické využívání bylo zahájeno v r. 2000, založením porostu krmného šťovíku označeného Rumex OK 2. Tato rostlina byla vytipována jako jedna z nejzajímavějších a pro fytoenergetiku nejperspektivnějších druhů. V té době nebyly ještě poskytovány žádné dotace na tento druh pěstované biomasy a ani nebylo toto ověřování oficiálně podporováno

žádnou ze státních institucích. Založení tohoto porostu byla tedy výhradně iniciativa soukromá, se všemi důsledky, včetně jeho financování. Díky tomuto porostu jsme ale získali velmi důležité výsledky, které jsou skutečně unikátní. Jedná se přitom o nejstarší provozní plochu (výměra 20 ha) ve střední Evropě, neboť je tento porost v letošním roce již sedmiletý. Lze proto oprávněně předpokládat, že vytrvalost Rumexu OK 2 dosáhne spolehlivě proklamovaných 10ti let, pokud se bude porost řádně ošetřovat. Ověřování dalších druhů rostlin, které jsou v seznamu dotovaných energetických bylin, bylo zahájeno teprve v r. 2005, za podpory MZe. Založením, sledováním a hodnocením jejich porostů, ve spolupráci s provozními podniky, byl pověřen CZ Biom. Pro provozní ověření byly vybrány tyto druhy rostlin : Amaranthus (laskavec), světlice barvířská (saflor) a sveřep bezbranný, jako představitel jedné z „energetických“ trav. V 2006 roce bylo toto ověřování rozšířeno na následující druhy rostlin : hořčice sareptská a na energetické trávy – psineček veliký a ovsík vyvýšený. Jelikož je sveřep bezbranný vytrvalá tráva, která v prvém roce po zasetí neposkytuje v podstatě ještě žádné výnosy, je jeho porost založený v r. 2005 zařazen logicky též do sledování v r. 2006. Získané výsledky z těchto posledních 2 let jsou sice rovněž velmi důležité, ale vzhledem k jejich krátkodobému ověřování mají v současné době zatím omezenou platnost a bude proto u některých druhů rostlin nutné zajišťovat jejich dlouhodobější sledování. Praktické zkušenosti z pěstování Jak bylo již uvedeno, nejvíce zkušeností je zatím

108


k dispozici s provozním pěstováním Rumexu OK 2, i když je stále ještě třeba dosavadní zkušenosti doplňovat a pěstitelskou technologii tomu přizpůsobovat. Cílem je především dosažení dostatečně vysokých výnosů (alespoň 7 – 8 t/ha suché biomasy). Podle nově získaných zkušeností je třeba zajistit následující opatření : zvýšit výsev z dosud používaných 5 kg/ha, alespoň na 7 – 8 kg/ha, aby byl porost hustší a zajistilo se tak větší množství lodyh, které jsou podstatou výnosů zajistit sklizeň ve správném termínu, tj. v době, kdy ukončuje přirozený vývoj a dozrává, což je zpravidla do července. Poté začne obrůstat novými přízemními listy. Pokud se porost včas nesklidí jsou součástí sklizně i nově narostlé listy, které pak zvyšují celkovou vlhkost šťovíkové biomasy. Takže se může naopak stát, že při záměrně oddalované sklizni za účelem dokonalého vysušení biomasy, se vlivem posečených zelených listů vlhkost naopak zvýší. Pravidelně po letní sklizni provzdušňovat půdu (např. lehkým diskováním), aby se dostal vzduch ke kořenům. Pokud se půda s porostem Rumexu OK 2 neprovzdušní, dochází rychle k degradaci porostu, který pak nevydrží dostatečně dlouhou dobu v řádném stavu Spolehlivé vzcházení zasetého osiva se lépe zajistí při podzimním setí. Osivo šťovíku vzchází poměrně pozvolna a potřebuje k tomu dostatek vlhkosti v půdě. Při jarním setí není nikdy záruka, bude-li na jaře dostatek srážek, kdežto při setí podzimním zajistí zimní vláha dobré vzcházení osiva, i když třeba až na jaře. Osivo zaseté na podzim se během zimy nijak nepoškodí a na jaře spolehlivě vzejde. Bylo to pro kázáno na několika příkladech, v různých lokalitách. Pěstování nových netradičních plodin, včetně Rumexu OK 2 má tudíž mnoho nových aspektů, kdy je nutné důsledně uplatňovat předem vypracované agrotechnické postupy. Pro úspěšné pěstování jednotlivých druhů energetických rostlin je proto třeba zajistit tyto 3 postupně na sebe navazujících kroky : 1. vypracování spolehlivé pěstitelské technologie. Zemědělci se pak musí naučit energetické rostliny pěstovat 2. o získaných zkušenostech musí být pěstitel řádně informován 3. tyto ověřené agrotechnické zásahy musí pak pěstitel skutečně realizovat Jak vyplývá z dosavadních zkušeností, bohužel nejsou vždy všechny 3 výše uvedené podmínky v mnoha případech realizovány. Není pak možné se divit, že se úspěch nedostaví. První podmínka je, zejména v případě Rumexu OK 2 již v zásadě plněna, i když je stále ještě co vylepšovat (musíme se všichni učit „za pochodu“). Horší je to již s předáváním informací pěstitelům. Dosud se zkušenosti předávají individuelně, zpravidla přímo od ověřovatelů pěstitelských tech-

nologií. Široký rozsah potřebný pro zásadní rozvoj tohoto programu se ale neobejde bez řádných systematických informací. Zde by měl významně přispět systém poradenství MZe, který by se na to měl co nejdříve připravit. Zaměření zemědělských poradců na tento program by byl i obecně prospěšný, neboť zdůraznění nepotravinářské produkce se bude nepochybně stále více prosazovat. Třetí výše uvedený krok pro úspěšné pěstování energetických rostlin (zde konkrétně šťovíku) je ale zcela otázkou individuelního přístupu jednotlivých pěstitelů. Je logické, že se zde uplatňují vlastní zkušenosti získané při pěstování běžných zemědělských plodin, které se ale mnohdy tvrdošíjně uplatňují i v případě zcela netradičních plodin. Bohužel se často nedaří vysvětlit některým pěstitelům potřebu odlišného způsobu ošetření těchto porostů a nic je o tom nepřesvědčí. Navíc je mnohdy zakládají na půdách podmáčených i přes jednoznačné varování, že tyto půdy nejsou pro Rumex OK 2 vhodné. Stále jej bohužel často ztotožňují s plevelnými druhy. Výsledky jsou pak tristní a pak je lepší, když se špatně ošetřovaný porost zlikviduje, protože se pak šíří fámy, že Rumex OK 2 není dobrá plodina (viz např.špatně ošetřovaný porost na obr. 1). Zásadní rozdíl je v případě, kdy se porost Rumexu OK 2 ošetřuje správně a pravidelně se provzdušňuje, jak je zřejmé z Obr. 2. V poslední době se šíří bohužel i další nepravdivé fámy o údajně vysoké ceně osiva Rumexu OK 2. Proto je třeba poskytnout zemědělské veřejnosti objektivní informace: osivo na založení porostu se pohybuje podle velikosti osevní plochy od 2.450 Kč do 3.500 Kč, obvykle 2.800 Kč/ha. Další licenční poplatky pěstitelé neplatí. Přitom je třeba zdůraznit, že se jedná o osivo na cca 10 let, což odpovídá ročním nákladům asi 280 Kč/ha. Je to tedy cena naopak podstatně nižší, než např. za osivo kukuřice, kterou je nutné kupovat každý rok a dosahuje kolem 2000 Kč/ha. Provzdušnění má rovněž rozhodující význam pro omezení zaplevelenosti porostů šťovíku. Odstranění plevelů se dobře zajišťuje též mechanicky, odplevelovací sečí. Bezplevelný stav Rumexu OK 2 se proto lépe zajišťuje při sklizni na zeleno, kde plevel nestačí dozrát a plně se uplatnit. Na zeleno se šťovík sklízí v termínu, kdy je plně zapojen a případný plevel se proto touto sklizní zlikviduje. Využití šťovíku při výrobě bioplynu má dobré předpoklady, protože je to plodina s vysokou krmivářskou hodnotou, jak je zřejmé z připojeného přehledu : Uvedené hodnoty svědčí nesporně o kvalitním objemném krmivu, takže lze oprávněně předpokládat, že je to též dobrý substrát pro vývin bioplynu. Nicméně, pro tyto účely je třeba jeho uplatnění řádně odzkoušet. Rumex OK 2 by pak mohl být velmi efektivní náhradou za kukuřici, která se v současné době všeobecně doporučuje, zvl. v Německu či Rakousku. Výhodou je jeho vytrvalost – kukuřici je nutné každoročně znovu set a dále možnost více sečí (minimálně 2 do roka), přičemž 1. seč lze sklízet již začátkem května (kdy kukuřice zpravidla vzchází a mnohde se teprve seje). Rumex OK 2 v té době dosahuje zpravidla již výšky 1,2 až 1,5 m. – viz obr. 3.

109


Obr.1. Porost Rumexu OK 2, který nebyl ani jednou za 4 vegetační roky provzdušněn a navíc byl zaset do částečně podmáčené půdy. Tab. 1: Siláž z různých druhů rostlin g/kg v sušině šťovík NL – dusíkaté látky Tuk Vláknina Popeloviny BNVL - bezdusíkaté látky výtažkové

vojtěška

kukuřice(mladá)

194,56 20,45 157,99 121,10

166,7 36,6 345,5 121,9

113,1 29,8 309,5 93,3

508,62

329,3

433,4

Obr. 2. Porost při sklizni (10.7.06) v sedmém roce vegetace, od třetího roku pravidelně provzdušňován lehkým diskováním.

110


Obr. 3. Porost Rumexu OK 2 v sedmém roce vegetace, na začátku května, ve stádiu vhodném pro sklizeň na zeleno. Zkušenosti s provozním pěstováním Rumexu OK 2 jsou již poměrně dostatečné, jak je též zřejmé v uvedených údajů. Je to dáno především delší dobou jeho provozního pěstování a ověřování. Bohužel, v případě dalších energetických rostlin není jejich pěstování v provoze ještě dostatečně ověřené, což je značný nedostatek. Škoda, že nebylo možné s jejich ověřováním začít dříve. Je zvlášť důležité pro víceleté a vytrvalé druhy rostlin. Nicméně, z výsledků ze sledování nově ověřovaných rostlin v loňském roce lze již některé poznatky uplatnit. Jde především o jednoleté rostliny, jako je Amaranthus (laskavec), či saflor.

´

termín % sušiny sklizně 13.11.05 37,5 12.1.06 55,0 13.4.06 91,0

Amarantus je rostlina vysoce vzrůstná, takže lze předpokládat, že bude vytvářet vysoké výnosy. Je to ale plodina teplomilná, proto se seje až v pozdním jaru a vzchází někdy až v červenci. Proto má také velmi dlouhou vegetační dobu a ještě v pozdním podzimu je zelená, téměř v plné vegetaci. Pro přímé spalování je třeba jej sklízet v co nejsušším stavu. Z tohoto důvodu byla odzkoušena i etapová sklizeň v průběhu zimy, až do jara. Otázkou bylo, zda mráz dokáže tento porost dostatečně vysušit. Poslední sklizeň – v dubnu, poskytla již biomasu dostatečně suchou, úměrně tomu ale klesl její výnos, jak je zřejmé z následujícího přehledu:

výnos celkem odhad ruční sklizeň v sušině provozní sklizně 12,2 6,71 5,5 6,8 6,12 4,89

Snížení výnosu při jarní sklizni je dáno značnými sklizňovými ztrátami v průběhu zimní povětrnosti. Z těchto výsledků lze vyvodit závěr, že Amarantus pro přímé spalování není vhodný bez případného efektivního dosoušení. Může ale být velmi vhodný jako přídavek do fermentoru při výrobě bioplynu. To ale musí být rovněž předmětem dalšího dlouhodobějšího sledování. Saflor byl ověřován na provozních plochách na Chomutovsku a v Troubsku u Brna, s cílem možnosti spalování celkové nadzemní hmoty včetně semene. Bylo zjištěno, že výhřevnost safloru je díky olejnatým semenům vysoká a to 20,5 MJ/kg, ale přesto je z ekonomického hle-

diska vhodnější sklidit semeno na prodej a pak příp. využít slámu jako energetickou biomasu. Celkové výnosy byly překvapivě vyšší na Chomutovsku, než u Brna, čímž bylo potvrzeno, že na výnos má zásadní vliv počasí v konkrétní lokalitě. V období kvetení bylo totiž v r. 2005 na Brněnsku velmi chladno, takže včely špatně saflor opylovaly. Z toho rovněž vyplývá, že jednoleté výsledky nemohou být plně zobecněny a že je proto nutné víceleté ověřování. Sveřep bezbranný - Tabrom byl nově vyset na 1 ha v Chomutově, ale protože se jedná o víceletou trávu, která v prvním roce netvoří výnosy, nejsou z této plochy zatím výsledky. Pro srovnání byly využity semenářské kultury

111


ve firmě Tagro v Červeném Dvoře u Tábora. Sloučením sklizně semene a slámy byl zde zjištěn výnos celkové suché hmoty 9 t/ha. Je to výnos relativně dobrý a to i přesto, že byl vyset do širokých řádků, jak je běžné pro sklizeň na osivo. Pro sklizeň na celkovou biomasu se předpokládá setí do užších řádků, kdy by mohl být výnos celkové biomasy dále zvýšen. Proto se tento sveřep jeví jako jedna z velmi vhodných energetických plodin. Konkrétní výsledky budou k dispozici v r. 2006, při sklizni z loňského výsevu. V r. 2006 byly provozně ověřovány tyto další 3 druhy rostlin: hořčice sareptská a trávy - ovsík vyvýšený a psineček veliký. Z těchto výsledků je zřejmé, že jednoletá hořčice sareptská v letošním roce v provozních podmínkách měla rovněž nižší výnosy, než v předchozích pokusech. Výnosy se pohybovaly jen kolem 4 – 5t/ha suché hmoty. V případě energetických trav bylo zjištěno, že výnosy celkové biomasy včetně semene jsou v provoze v téměř stejné, jako sláma po sklizni semene. Proto lze k energetickému využití doporučit především slámu ze semenářských kultur. Náklady na tuto energetickou slámu se pak uhradí prodejem osiva trav. Uplatnění energetické biomasy Zásadní podmínkou rozvoje „fytoenergetiky“je dále bezprostřední návaznost na odběratele, tedy energetický resort. Je paradoxní, že v současné době, kdy začíná být o biomasu zájem, nejsou zemědělci schopni ji zajistit dostatek. Trh s biomasou je u nás v naprostém začátku a je v současné době chaotický. Příčiny jsou různé : zemědělci se obávají porosty založit, protože nemají jistotu odběru biomasy, energetici naříkají, že ji zemědělci neprodukují ve velkém a ve vhodné formě. Obavy pěstitelů jsou v současné době celkem opodstatněné, především tam, kde není energetické zařízení v dostatečné blízkosti pěstitelské plochy a kdy pro biomasu nemají odbyt, případně za neúnosně nízké výkupní ceny. Nicméně, začínají se pozvolna uplatňovat různé způsoby využití biomasy, jak vyplývá již z konkrétních realizovaných příkladů : 1. Využívání vypěstované biomasy ve vlastním energetickém zařízení. V mnohých zemědělských podnikách jsou zastaralé kotle na uhlí vyžadující renovaci. Starý kotel byl vyměněn za nový spalující biomasu, zemědělský podnik si pěstuje energetické rostliny na svých polích a zajišťuje si tak vlastní palivo. 2. Drobní pěstitelé (s minimální osevní plochou 1 ha) pěstují biomasu především pro úspory při vytápění rodinných domů. Biomasa se sklízí převážně řezačkou a vzniklá řezanka se pak mísí s dřevní štěpkou, nebo se spaluje se dřevem, či s uhlím. 3. Zemědělský podnik přímo a dlouhodobě spolupracuje s obecními aktivitami : nejjednodušší případ je výkup vypěstované suché biomasy obecní biokotelnou. 4. Výkup biomasy od pěstitelů velkými teplárenskými provozy, dle sjednané ceny. Tyto případy jsou zatím nejčastější, ale dosud nejsou realizovány většinou na zá-

kladě dlouhodobějších prodejních smluv, což bude do budoucna třeba stabilizovat. Biomasa se vykupuje ve formě balíků, řezanky, nebo i lisovaných biopaliv. 5. Připravuje se záměrné pěstování šťovíku pro využití v obecní bioplynové stanici. 6. Lisování biopelet z vypěstované fytomasy. K lisování se využívá zařízení obdobné jako pro lisování krmných granulí z tradičních pícnin. Ve 2 posledních letech bylo takto každoročně vyrobeno přes 100 tun těchto kvalitních pelet. 7. Výroba biobriket z pěstovaných energetických rostlin. V současné době se začínají vyrábět již na 2 místech brikety z fytomasy, převážně na bázi šťovíku, případně ve směsi s dalšími druhy rostlin. Tyto brikety jsou vhodnou náhradou za polena do krbů a kamen. Způsoby využívání biomasy lze dále zdokonalovat anebo je kombinovat, vždy podle místních podmínek. Každopádně je „pěstování“ energie pro zemědělce nový významný program, který přispěje k řešení současné neutěšené situaci na trhu s nadbytečnými potravinami. Úspěšní budou především ti, kteří se rychle naučí pěstovat speciální energetické rostliny a efektivně využívat vzniklou biomasu. Podpora cíleného pěstování energetických rostlin Pro zásadní rozvoj „fytoenergetiky“ má rozhodující význam výše podpory pro jejich pěstování. Jedná se převážně o nové netradiční druhy a tak k nim mají zemědělci všeobecně nedůvěru a také proto je podpora nutná. Jak bylo již uvedeno, je pěstování energetických rostlin podporováno MZe v částce 2000 Kč/ha. Jakákoliv dotace je pro rozvoj pěstování energetických rostlin nepochybně velmi důležitá. Tato dotace se ale od r. 2004 každoročně projednává a vždy znovu se o ní rozhoduje. Tento systém bohužel není příznivý pro rozhodování pěstitelů, kteří tak nemají dlouhodobější jistotu této podpory. Svědčí o tom též nedostatečné čerpání dotací: např. v r. 2005 bylo z vyčleněných 10 mil. Kč vyčerpáno pouze něco přes 1,700 tis. Kč. Proto se také plochy těchto nepotravinářských plodin nijak významně nerozšiřují. Nezájem zemědělců o tyto plodiny je navíc způsoben výhodnějšími dotacemi např. na zatravňování i na další běžné plodiny. Tato situace je někdy i příčinou, proč se pěstitel rozhodne porost šťovíku raději zaorat, zvláště je-li zaplevelen v důsledku nedostatečného ošetřování a pozemek zatravnit. Dotace má tak jisté a výhodnější, tak se snadno rozhoduje. Důsledkem tohoto systému dotací pak je, že se plochy energetických bylin nejen nezvyšují, ale celkově se dokonce snižují, což není dobrý výsledek pro žádoucí rozvoj fytoenergetiky v ČR. V r.2006 je osevní plocha bylin pro energetické využití kolem 1.270 ha, z toho 1.140 ha vytrvalých a 130 ha jednoletých rostlin. Tato plocha je sice řádově větší než plocha rychle rostoucích dřevin (jen asi 100 ha), ale vzhledem k možnosti snadného zakládání a způsobu pěstování bylin, je žádoucí jejich plochy zásadně rozšířit. Pěstování vytrva-

112


lých energetických rostlin, např. šťovíku či energetických trav má navíc velký význam v krajině. Plní stejnou funkci jako běžné zatravňování, neboť má vynikající protierozní účinky – porost je v plné vegetaci od brzkého jara do pozdního podzimu a tak spolehlivě fixuje ornici na svém stanovišti, což je dokonalá protierozní ochrana. To je z ekologického hlediska jednoznačně přínosné rovněž v případě Rumexu OK 2, což se nijak neuplatňuje, ale zdůrazňuje se pouze tradiční zatravňování. I přes tyto, snad jen dočasně ne právě výhodné podmínky, jsou ale někteří „osvícení“ zemědělci, kteří o tyto nové programy zájem mají a porosty energetických rostlin zakládají. Usuzují tak správně, že nepotravinářské plodiny mají nepochybně velkou perspektivu, jak z hlediska přetlaku potravin na trhu, tak zejména s ohledem na požadavky na produkci energetické biomasy, které se budou stále více zvyšovat. Výhoda těchto pěstitelů pak spočívá v tom, že se pěstování těchto netradičních rostlin naučí včas a mohou tak mít významný vliv na trhu s touto novou komoditou.

rostlin MZe se začaly ověřovat teprve od r. 2005 a proto je nezbytné jejich rozsah rozšířit a důkladně je v provoze vyzkoušet, což je dlouhodobý program. Získané zkušenosti je pak nutné systematicky a důsledně předávat pěstitelům, např. v rámci systému zemědělských poradců MZe. V zájmu zásadního rozvoje fytoenergetiky je nezbytné začít se tomuto úseku nepotravinářské produkce důkladně věnovat. K tomu je také zcela nepostradatelná změna v dotační politice v zájmu energetických rostlin. Pokud budou i nadále vyšší dotace na tradiční plodiny, nebudou se osevní plochy energetických rostlin rozšiřovat, ke škodě nejen širšího využívání biomasy pro energii, ale i zemědělců, kteří by jinak mohli půdu účelně využívat pro produkci biomasy, která je na trhu vyžadována.

Závěr Pro zajištění dostatku energetické biomasy je bezesporu nutné rozšířit plochy cíleně pěstovaných rostlin. Vybrané druhy rostlin je nutné ověřit v provoze a vypracovat jejich agrotechnické zásady. Zatím nejvíce zkušeností je při pěstování Rumexu OK 2, protože se v ČR ověřuje již 7 let. Ostatní potenciálně vhodné druhy, uvedené v seznamu dotovaných

Kontakt: Ing. Vlasta Petříková, DrSc. CZ BIOM Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233 356 940, 736 171 353 e-mail: [email protected]

113


ZKUŠENOSTI S VÝSTAVBOU A PROVOZEM BIOPLYNOVÝCH STANIC R. Řeháček Tomášek SERVIS s.r.o.

Anotace Jeden z nejrozšířenějších způsobů anaerobního zpracování organického odpadu je u nás dlouhá léta provozován na velkých čističkách odpadních vod jako doprovodný proces při čištění odpadních vod. Primární a aktivovaný kal jsou čerpány do vyhnívacích nádrží a vzniklý bioplyn je spalován v teplovodních kotlích nebo nověji v kogeneračních jednotkách. Stejný anaerobní proces (tzv. fermentace) probíhá i v zemědělských bioplynových stanicích. Rozdíl je však v tom, že u ČOV je bioplyn pouhým energetickým přilepšením, kdežto bioplynové stanice musí být zcela rentabilní. Nejrentabilnějším a v současné době i nejrozšířenějším řešením je spalování bioplynu v kogeneračních jednotkách. Zde se vyrábí elektrická energie a jako vedlejší produkt teplo ve formě teplé vody. Prodej el. energie rozvodným závodům za státem dlouhodobě garantované vysoké výkupní cenu se dnes jeví jako ekonomicky nejefektivnější využití bioplynu. Problémovější je využití tepla a to zejména v letních měsících. Tento faktor by měl být brán v úvahu již při přípravě projektu a umístění bioplynové stanice. Příklad bioplynové stanice a kotelny na biomasu vyřešen v obci Kněžice.

Klíčová slova: bioplyn, kofermentace Title Experiences with biogas plants construction and operating

Abstract One of the most utilized ways of the organic waste anaerobic treatment in the Czech Republic is for many years at the large sewage water cleaning plants as by-process of water cleaning. Primary and activated sludge are pumped into digester tanks and generated biogas is combusted in hot-water boilers or in co-generating units. The same anaerobic process (so called fermentation) is performed also in biogas plants. Difference is a fact that at the sewage water cleaning plant biogas is solely energy additive is contrast with the biogas plant where its production must by quite profitable. The most profitable and currently most extensive solution is biogas combustion in co-generation units. The electricity is produced and heat in form of hot water as by-product. Electricity sale for district grid network for long–time provides high sale price appears the most effective biogas utilization. Problematic is a heat utilization particularly in summer period. That factor should be considered even during the project preparation and biogas plant location. An example of biogas plant and boiler room for biomass is resolved in village Kněžice.

Keywords: biogas, co-fermentation Úvod Jeden z nejrozšířenějších způsobů anaerobního zpracování organického odpadu je u nás dlouhá léta provozován na velkých čističkách odpadních vod jako doprovodný proces při čištění odpadních vod. Primární a aktivovaný kal jsou čerpány do vyhnívacích nádrží a vzniklý bioplyn je spalován v teplovodních kotlích nebo nověji v kogeneračních jednotkách. Stejný anaerobní proces (tzv. fermentace) probíhá i v zemědělských bioplynových stanicích. Rozdíl je však v tom, že u ČOV je bioplyn pouhým energetickým přilepšením, kdežto bioplynové stanice musí být zcela rentabilní. Nejrentabilnějším a v současné době i nejrozšířenějším řešením je spalování bioplynu v kogeneračních jednotkách. Zde se vyrábí elektrická energie a jako vedlejší produkt teplo ve formě teplé vody. Prodej el. energie rozvodným závodům za státem dlouhodobě garantované vysoké výkupní cenu se dnes jeví jako ekonomicky nejefektivnější využití bioplynu. Problémovější je využití tepla a to zejmé-

na v letních měsících. Tento faktor by měl být brán v úvahu již při přípravě projektu a umístění bioplynové stanice. BIOPLYNOVÁ STANICE KNĚŽICE Celý energetický komlex v obci Kněžice se skládá z bioplynové stanice s kogenerační jednotkou, z výtopny na spalování slámy a dřevního odpadu a z teplovodního rozvodu tepla z předizolovaného potrubí v celé vesnici. V jednotlivých objektech jsou předávací stanice a celoročně se dodává teplo z kotelny a z bioplynové stanice pro vytápění a pro ohřev teplé užitkové vody do téměř všech domů v obci. V hale u kotelny je rovněž peletizační linka na výrobu topných pelet z biomasy, kterou již obec dva roky provozuje zatím v prozatímních prostorách. Bioplynová stanice má příjmovou homogenizační jímku s obsahem 180 m3, hygienizační linku s kapacitou 10 tun materiálu za den, jeden vytápěný fermentor o objemu 2500 m3 s nasazeným plynojemem 1000 m3, jednu kogenerační jednotku s elektrickým výkonem 330 kW a s tepelným vý-

114


konem 400 kW, a dvě skladovací nádrže s objemem 2 x 6500 m3 na vzniklé hnojivo - tekutý vyfermentovaný substrát. Součástí stanice je trafostanice 22/0,4 kV, pro vyvedení elektrického výkonu kogenerační jednotky do elektrizační sítě. Kotelna na biomasu má dva kotle. Jeden kotel o výkonu 800kW na spalování slámy a druhý o výkonu 400 kW na spalování štěpky a dřevního odpadu. Provozní zásobník slámy je na přibližně 8 hodin nepřetržitého automatického provozu kotle na slámu, provozní zásobník štěpky na více než jednodenní automatický provoz kotle na štěpku. Krytý sklad paliva je na několik týdnů provozu kotelny. Kotle budou normálně v provozu pouze v topném období, kdy přebytečné teplo z bioplynové stanice nebude stačit na pokrytí potřeby tepla v soustavě CZT. V létě budou kotle odstaveny, přičemž menší kotel bude tvořit zálohu pro dodávku tepla do soustavy pro případ výpadku koge-

nerační jednotky a nebo při jejím odstavení při plánované opravě. Rozvod tepla v obci je bezkanálový, z předizolovaného potrubí s diagnostickým systémem případných poruch a netěsností, a bude mít celkovou délku tras včetně přípojek cca 6000 metrů. Jmenovité teploty topné vody budou 105/ 70°C. Předpokládaná nejvyšší spotřeba tepla soustavy CZT, včetně ztrát teplovodů, bude cca 1500 kW. Provoz celé soustavy CZT včetně bioplynové stanice, kotelny a předávacích stanic je automatický. Zařízení kotelny a bioplynové stanice vyžaduje dozor 1x za 8 hodin provozu, plánovanou údržbu a servis a případně zásahy při poruchách. Ve větší míře bude potřeba práce obsluhy jen při manipulaci s palivem a surovinami při příjmu a při jejich přípravě ke zpracování, při manipulaci s popelem z kotlů a při vyskladňování hnojiva z bioplynové stanice.

Tab. 1: Vstupní suroviny BS KNĚŽICE Množství t/rok

Množství t/den

Obsah sušiny %

Celkem sušina kg/den

Kejda prasat

16 790

46

7

3 220

Kejda prasat

7 300

20

2,5

500

547

1,5

1,5

23

Kejda slepic

3 650

10

9

900

Drůbeží trus

584

1,6

40

640

Vedlejší živočišné produkty Jičín

2 007

5,5

9,3

512

Vedlejší živočišné produkty Pedersen

1 460

4

9

360

Klihovková voda

3 467

9,5

8,4

800

Odvodněný kal ČOV Poděbrady

2 190

6

18

1 080

Neodvodněný kal ČOV Městec Králové

3 650

10

2,5

250

Σ 41 645 m3/r

Σ 114,1 m3/d

Ø TS = 7,3

8 285 kg/den

Uvažovaná surovina

Septiky

Projektovaná produkce bioplynu: 3 620 m3/den = 150 m3/hod Plánovaná výroba el. energie: 2 700 000 kWhel/rok Vstupním materiálem pro bioplynovou stanici je to především organický odpad z místní zemědělské farmy,kejda hospodářských zvířat, ale i závadná a stará biomasa (siláž, traviny, šrot a podobně). Další surovinou pro bioplynovou stanici je záměrně pěstovaná biomasa, například kukuřice a jeteloviny. Stanice je vybavena i tepelnou hygienizací rizikových vstupních surovin a bude tudíž schopna zpracovávat a ekologicky likvidovat zbytky jídel z restauračních zařízení a odpady z jatek. Všechny tyto vstupní suroviny se po průchodu bioplynovým reaktorem promění v biolo-

gicky a hygienicky nezávadné hnojivo. To se bude skladovat ve skladovacích nádržích stanice, a ve vhodných agrotechnických lhůtách se bude vyvážet na zemědělské pozemky. Vznikající bioplyn je trvale spalován v kogenerační jednotce, která vyrábí elektřinu a teplo. Elektřina z jednotky se bude za regulované ceny prodávat do elektrizační sítě. Teplo z jednotky se z menší části využije pro ohřev fermentoru a veškeré zbylé teplo se trvale dodává do rozvodu tepla v obci.

115


Obr. 1: Schema bioplynové stanice Kněžice

Obr.2: Pohled na reaktor v Kněžicích

Obr. 3: Bioplynová stanice Klokočov

116


Závěr Cesta k lepší ekonomické efektivnosti podobných projektů vede přes snižování ceny všech instalovaných zařízení a staveb, snížení ceny vstupních surovin a snížení mzdových nákladů, a na druhé straně přes zvýšení ceny energie, získávané z neobnovitelných, fosilních zdrojů. V

zájmu rovných podmínek musí být do cen energie ze všech zdrojů promítnuty i externí náklady, které jsou zatím většinou hrazeny z jiných společenských prostředků. To je ovšem více politická než technická nebo ekonomická záležitost. Kontaktní adresa: Radomír Řeháček, Tomášek SERVIS s.r.o. Ostravská 314/3 743 01 Bílovec Tel: 607 569 879 e-mail: [email protected]

117


BIOBUTANOL - ALKOHOL NAHRAŽUJÍCÍ BENZIN

V. Sladký Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Butanol je čtyřuhlíkový alkohol, který se průmyslově vyrábí hydratací butanu a je používán v průmyslu jako ředidlo. Nově se získává patentovaným kvasným procesem z biomasy (kvasinky Clostridium tyrobutyricum a Cl. acetobutyricum). Je až o 30 % výhřevnější než bioetanol a jen o 5 % méně výhřevný než benzin, se kterým se může mísit v širším poměru. Cenově i vlastnostmi je srovnatelný s benzinem. Firmy DuPont a BP staví závod na výrobu 41 000 t/r biobutanolu.

Klíčová slova: Biobutanol Title Butanol-alcohol as a substitution for petrol

Abstract Butanol is a four carbon alcohol which ist produced by the hydratation from butan and is used in the industry as a solvent. New patented fermentation technology allows to gain butanol from biomass (yeasts Clostridium butyricum and Cl. acetobutyricum). It is by 30 % more effective as energy regards as compared with bioethanol and only by 5 % less effective than petrol, with which can be mixed in a broader ratio. Production costs and main properties are the same as by petrol (gas). Enterprices DuPont and BP build a new biobutanol-mill with the capacity 41 mil t/year and prepare 25 000 filling-stations since 2007.

Keywords: Biobutanol Úvod Butanol je čtyřuhlíkový alkohol, čtvrtý v řadě základních alkoholů (metanol, ethanol, propanol, butanol. Jeho molekula má dvojnásobný počet atomů uhlíku než ethanol, což se projevuje vyšší energetickou hustotou a více než 25 % vyšší výhřevností. Svými vlastnostmi se více přibližuje k benzinu než ethanol. Dnes je významnou komoditou, průmyslovým ředidlem vyráběným hydratací z butanu, vedlejšího produktu při zpracování ropy, ve světě v množství 14,44 mil hektolitrů ročně. Při motorových zkouškách se prokázaly velmi dobré palivové vlastnosti butanolu a na základě požadavků neustálého zvyšování podílu náhrady fosilních paliv biopalivy byly uskutečněny dlouhodobé výzkumné práce v USA a VB, jejichž výsledky se už zavádějí co výroby kapalných paliv. Butanol je alkohol, který může, ale i nemusí být přimícháván do motorových fosilních paliv a může být používán samostatně.Butanol využívaný jako pohonné palivo v motorech s vnitřním spalováním neprodukuje SOx , NOx nebo CO, což jsou spaliny škodící zdraví. Produkované CO2 a H2O se nepovažují za škodliviny, pouze se vrací do ovzduší, ze kterého byly rostlinami přijaty v době vegetace. Butanol je mnohem bezpečnější z hlediska manipulace, má hodnotu ř (psí) (dle Reida) 0,33 , což je fluidní hodnota odpařování – v porovnání s benzinem, který má hodnotu ř (psí) 4,5 nebo ethanolem s ř (psí) hodnotou 2,0. Butanol jako motorové palivo je vhnodný zejména pro teplejší oblasti. Mnohem méně korosivně napadá kovové nádrže, po-

trubí a může být dopravován a distribuován běžnými, existujícími produktovody, cisternami a čerpacími stanicemi. Historie výroby butanolu Butanol, aceton a další organické látky doprovázejí v malém množství ( 1-2 %) každý kvasný proces –( výrobu ethanolu tzv. přiboudliny, dokapy). Měl-li být kvasný proces zaměřen více na výrobu betanolu, byly používány proto jiné mikroorganismy než pro výrobu ethanolu.Výroba průmyslového acetonu a butanolu fermentací zrnin při využívání kvasinek Clostridia acetobutylicum byla zahájena už v roce 1916 během I.světové války ing. Chime Wizemannem, (studentem Luise Pastéra), který prvně izoloval tyto mikroby vyrábějíchlavně aceton s velkým přídavkem butanolu. Anglie získala tohoto biologa a práva k výrobě acetonu ( pro výrobu výbušnin). Aceton byl hlavním, požadovaným produktem, ale na každou objemovou jednotku acetonu se současně vyrobily dvě jednotky butanolu. S rostoucí potřebou velkého množství průmyslových ředidel v souvislosti s rozvojem automobilového průmyslu, se stal od roku 1927 butanol hlavním výrobkem o a aceton se stal výrobkem vedlejším. STÁVAJÍCÍ BIOTECHNOLOGIE VÝROBY „ABE“ Biotechnologie „ABE“ je průmyslovou technologií využívající fermentace zrnin k výrobě acetonu, butanolu a ethanolu pomocí mikroorganismů Clostridium acetobutylicum. Postupně se stala velmi rozšířeým průmyslově- biologic-

118


kým, procesem. Od roku 1950 se postupně omezovala v důsledku velmi nízkých cen ropy (3$/barel a butanol se až dosud vyráběl převážně chemickou cestou z ropy, resp. z odpadů při zpracování ropy, kterých byl nadbytek. Butanol se stal důležitým průmyslovým ředidlem, ale je i potenciálně lepší pohonnou látkou a lepší „zlepšovatel“ benzinu než ethanol. Současná cena butanolu jako průmyslového ředidla je $ 3,75 za galon (22,2 Kč/litr), Roční objem světové výroby je 14,4 mil.hl. Očekává se, že se výroba butanolu ze stále dražší ropy však začne postupně nahrazovat výrobou z levnějších druhů biomasy a kl tomu se zaměžuje výzkum. Při typické stávající ABE fermentaci vznikají nejprve kyseliny: máselná, propionová, mléčná, octová jako první kvasné produkty činností mikroorganismů Clostridium acetobutyricum, klesá pH a metabolický “motýlek“ se mění a vznikají butanol, aceton, isopropanol a ethanol. Při běžné kvasné technologie zpracování glukózy (ABE) je podíl butanolu v konečném produktu velmi nízký, většinou kolem 15 %, vyjímečně kolem 25 %. Rozsah jeho výroby je limitován biologickým omezením, protože butanol i při nízké koncentraci (1,5 až 2 %) v roztoku, inhibituje růst a činnost mikroorganismů a zastavuje celý fermentační proces. Běžně je při ABE procesu podíl butanolu ve fermentovaném materiálu nižší než 1,3 %.Proto hlavním výrobním problémem u této technologie bylo soustavné odstraňování butanolu zr zpracovávaného materiálu už v průměhu výroby. Ethanol působí negativně na kvasné mikroorganismy až při koncentraci 15 – 16 % ve fermentované směsi. Fermentová výroba butanolu klesala v období od roku 1940 do roku 1950 hlavně proto, že se začal vyrábět z ropy (odpadový butan), která byla podstatně levnější než byly dosavadní zemědělské suroviny (škrob a cukr) z kukuřice nebo melasy. Pracovně nákladná „dávková“ fermentace suroviny v nádržích spojená s relativně nízkou výtěžností přispívaly k rasantnímu poklesu tohoto způsobu výroby butanolu. Fermentová velkovýroba butanolu z biomasy se tak skončila v roce 1950, ale v posledních 20 létech bylo uskutečněno mnoho pokusů zvýšit výtěžnost butanolu v rámci technologie ABE, jako nejcennějšího výsledku fermentace. Ověřovala se recyklace mikroorganismů, koncentrace mikroorganismů s cílem zvýšit produkci, extrakci butanolu (již v průběhu fermentace) s cílem omezit inhibiční činnost vyššího % butanolu ve fermentovaném materiálu. Přes veškerou intenzivní badatelskou činnost se nepodařilo zvýšit obsah butanolu při fermentaci nad 2 %, (nad 4,46 g/L/h) a výtěžnost z glukosy nepřekračovala 25 %. Zlepšení technologie ABE zůstávalo dlouhodobým, nedosaženým cílem kvasného průmyslu. Hledaly se nové způsoby fermentace a zejména nové vhodnější mikroroganismy. Přebytky zemědělské výroby Za napjaté situace při zajišťování ropy se v současné době vykazují v řadě zemí a zejména v USA přebytky relativně „nízkohodnotové“ biomasy – některých zemědělských komodit, nebo vedlejších výrobků a odpadů, jejichž zpra-

cování nebo odstraňování je nutné proto, aby nedocházelo ke znečišťování životního prostředí. Např. jen oblast čistění a zpracování kukuřice v USA produkuje ročně více než 10 mil tun vedlejších výrobků a odpadů, pro které není využití a představují určitou zátěž pro životní prostředí. Obdobně mlékárenský průmysl v USA produkuje ročně až. 27 mil. tun odpadové syrovátky při výrobě sýrů s rel. vysokým obsahem cukru, pro kterou není většinou využití a jejíž likvidace si vyžaduje značné náklady nejen finanční (s ohledem na velkou spotřebu kyslíku). Tyto uvedené i další odpady mohou být levným zdrojem, surovinou pro výrobu vodíku a hodnotných palivových alkoholů, např. butanolu. Zásadou je, aby vstupy fosilní energie do výroby bioenergetických paliv byly podstatně nižší než výtěžnost. Ten se může ale také výhledově vyrábět fermentací z listí, zemědělských odpadů a dalších druhů biomasy. Zpracování produktů z kukuřice za účelem výroby vodíku a butanolových paliv zlepšuje životní prostředí, snižuje závislost na ropě a vytváří nové možnosti odbytu pro farmáře. TECHNOLOGIE VÝROBYBIOBUTANOLU EEI v USA Po roce 1970 (l. ropná krize) začaly první pokusy s fermentační výrobu bioetanolu jako pohonné hmoty – (společnosti tuto výrobu „důvěrně“ ovládaly), ale nastaly problémy s úplnou a vysoce nákladnou dehydratací bioethanolu (na 99,6 %), která je nutná pro přimíchávání bioethanolu do benzinu. Byl zjištěny problémy i z logistikou, protože korozi způsobující bioethanol znemožňoval jeho dopravu ve stávajících zařízeních. V tédobě však jedinná možná volba na bioethanol vedla tak k nízkovýhřevnému, korosivnímu, explozivnímu a snadno odpařitelnému alkoholu. Bioethanol je dosud stále podporován vládami, i když není plnohodnotnou náhradou benzinu(60 % výhřevnosti). Ani velmi intenzivní výzkumné procesy kolem bioethanolu během posledních 30 let ovšem nevyřešily všechny, zejména ekonomické problémy s motorovými palivy, ani požadavky na zlepšení čistoty ovzduší. S výjimkou Brazilie, která má však zcela vyjímečné podmínky pro výrobu bioethanolu a USA, kde se biopaliva všeho druhu silně podporují, jde proces zavádění biopaliv relativně velmi pomalu. Změny a začátku nového procesu vzavádění biopaliv bylo, jak se zdá,, dosaženo objevem nového, vhodnějšího druhu mikroorganismů, které ve fermentovaném roztoku působí inhibičně i při vyšší koncentraci butanolu, ale zejména umožňují s vellkou převahou vyrábět především butanolJedná se o zcela nové kvasinky Clostridium tyrobutyricum a nově vyšlechtěné odrůdy kvasinek Clostridium acetobutylicum, které v návaznosti na sebe zajišťují optimální produkci butanolu 4,64 g/L/h a výtěžnost z glukózy 42 - 45 %. Jednoduše řečeno: jeden mikrob maximalizuje přeměnu glukózy na vodík a kyselinu máselnou a druhý mění tuto kyselinu na butanol. Schematicky lze přeměnu glukozy na butanol znázornit touto rovnicí:

119


Obr. 1: Porovnání alkoholů C6 H12 O6 = CH3 + CH2 + CH2 +CH2 + OH + 2 CO2 +H2 O = C4 + H9 + OH + 2 CO2 + H2 O = C4 + H10 + O + 2 CO2 + H2 O Ve srovnání s původní technologií fermentace ABE tato nová technologie eliminuje tvorbu nežádoucích produktůl jako je kyselina mléčná, propionová, aceton, isopropanol, ethanolu a další. Schema výrobního postupu je velmi jednoduché, ale kompletní zařízení je poměrně složité a strojní zařízení se zásadně liší od zařízení na výrobu etanolu. Výroba je kontinuální ve dvou fermentorech spojených čerpalem a potrubím, na které navazuje zařízení pro oddělení butanolu od ostatního materiálu a z velké části vody pomocí odstředivek, polopropustných membrán, protiproudého čistění pomocí horkého CO2 atd, takže ke konečné destilace přichází butanol jen s 10 % obsahem vody, což je energeticky výhodné. Výrobní postup je členěn takto: 1. suché nebo mokré mletí zrnin, případné snižování obsahu neškrobových látek, sterilizace, 2. konverze biomasy do fermentačně využitelného cukru, 3. fermentace kvasinkami Clostiridium tyrorobutyricum v

1. fermentoru na kyselinu máselnou, přečerpání do druhého fermentoru, 4. fermentace kyseliny máselné kvasinkami Clostridium tyrobutyricum na butanol, 5. dělení horkých plynů, adsorbce, desorbce, kondenzace, odstřeďování, 6. destilace směsi butanolu s cca 10 % vody (voda se odpařuje dříve než butanol), 7. vratka odstředěných, nezfermentovaných zbytků do fermentorů. Výsledkem fermentace je postupně jenom: kyselina máselná, vodík, butanol a CO2 , při čemž výtěžek butanolu je dvojnásobný ( v porovnání s biothanolem) a ze l00 kg kukuřice se vyrobí až 38 litrů výhřevnějšího butanolu. To překonává výrobu ethanolu a kromě toho vzniká v první fázi i volný energeticky cenný vodík, který by mohl zlepšit energetickou bilanci oaž o 18 % - což u ethanolu není.

120


Obr. 2: Schema výroby butanolu technologií EEI Z národohospodářského hlediska může výroba butanolu snížit závislost státu na dovozu ropy, chránit oblast kapalných paliv před nepříznivými náhlými a neočekávanými událostmi. Pomůže stabilizovat zemědělství a snížit tempo globálního oteplování Země. BUDOUCNOST BUTANOLU Butanol je čistý alkohol s podobným energetickým obsahem (hustotou) jako benzin. Nemusí být skladován v tlaku-odolných nádržích jako stlačený zemní plyn a může být míchán s benzinem od 10 do 99 % (100 %). Může být dopravován stávajícím potrubím (cisternami). Butanol, kapalina velmi bohatá na vodík, pomůže řešit problém distribuce vodíku v infrastruktuře v souvislosti se zaváděním palivových článků (výroba elektřiny). Obsluha palivových článků se dostane na potřebnou bezpečnostní úroveň. Vodík může být snadno z butanolu získáván a distribuován stávající rozvodnou sítí a předávacími zařízeními při kvalitě požadované právě palivovými články nebo vozidly. Rostoucí spotřebitelský přístup a zájem o butanol podněcují příslušnou činnost v zemědělství a průmyslu, to bude mít vliv na růst objemu výroby a snižování výrobních nákladů. Očekávané budoucí zvyšování cen a daní fosilních paliv a požadavky na čistotu spalování a nízké emise by se měly projevit ve zvyšování objemu výroby butanolu. Lze očekávat rozvoj budování menších, dislokovaných výroben butanolu s kapacitou výroby od 5 do 30 mil galonů ročně (do l,14 mil hl) na venkově sdruženími obcí a země-

dělských podniků, (a rekonstrukci některých lihovarů), což může urychlit průběh výstavby víc než by tomu bylo u velkých podniků. Tyto lokální „biorafinerie“ mohou snáze překonávat různé omezující překážky a problémy s ochranou ovzduší a životního prostředí a snáze se bránit napadení teroristy. Kooperativně organizované podniky vytvoří řadu nových pracovních příležitostí a podpoří ekonomický růst v oblasti. Výhřevnost butanolu (l5,5 BTU/libru, nebo 104,8 BTU/ galon = 34,4 MJ/kg) a vodíku (61 BTU/libru = 153,6 MJ/kg) vyrobených z biomasy převyšuje obdobné ukazatele u etanolu (l2,8 BTU/libru, nebo 84,25 BTU/galon = 22,2 MJ/kg). Výhodnější odbytové ceny vedlejších výrobků při výrobě butanolu budou znamenat další příjmy a sníží tak výrobní náklady na butanol a vodík Dosavadní pokrok v biotechnologiích a procesech na zpracování biomasy se projevuje v obnovení zájmu o fermetační technologie výroby biochemikálií a biopaliv včetně n-butanolu, který může být vyráběn plynulým, kontinuálním způsobem s vysokou výtěžností. V roce vyrobila firma EEI v USA potřebné množství butanolu k tomu , aby mohl být uskutečněna dálková jízda na několik tisíc km automobilem ´ 92Buick Park Avenue ( 6 válec, 3,5 litrů obsah) s průměrnou spotřebou necelých 10 litrů výhradního paliva butanolu (100 %) na 100 km. Během jízdy bylo v několka STK uskutečněno měření emisí, které byly vesměs příznivější než emise při spalování benzinu ( butanol je již částečně okysličen). Emise uhlovodíku byly o

121


95 %, emise CO o 97 % a emise NOx o 27 % nižší než při použití benzinu. Po zavedení velkovýroby butanolu by jeho cena neměla být vyšší než cena benzinu a nižší než cena ethanolu ( v přepočtu na výhřevnost).

Literatura RAMEY, D., Production of Butyric Acid and Butanol from Biomass. Final Report. EEI, Environmental Energy Inc., Blacklick, OHIO 43004

Tento příspěvek by měl přiblížit zájemcům problematiku butanolu jako motorového paliva v době, kdy se uvažuje o výstavbě velkokapacitních lihovarů i v ČR.

Kontaktní adresa: Ing. Václav Sladký, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 275, Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

Příspěvek je výsledkem řešení projektu č. 2B06131 „Nepotravinářské využití biomasy v energetice“, který je financován Národním programem výzkumu MŠMT.

122


VLASTNOSTI TOPNÝCH BRIKET Z BIOMASY TRAVNÍCH POROSTŮ

J. Slavík 1), P. Hutla 2), M. Pastorek 1) Česká zemědělská univerzita v Praze 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 1)

Anotace S rostoucím zájmem o energii z biomasy se začíná věnovat pozornost energii z biomasy travních porostů. V souvislosti se stoupající úrovní a produktivitou v zemědělství se zvyšuje plocha půdy, která nemá využití pro produkci potravin. Příspěvek se zabývá možností využití posečené píce ve formě standardizovaných paliv. Posečená píce byla usušena a ze sena byly vylisovány topné brikety, které byly podrobeny analýze jejich mechanických vlastností. Sledována byla měrná hmotnost a síla na porušení brikety. Dále byly zkoumány energetické parametry, především výhřevnost, obsah popele a podíl prchavé a neprchavé hořlaviny. Při spalovacích zkouškách byly měřeny emise CO a NOX.

Klíčová slova: biomasa, trvalé travní porosty, topné brikety, obnovitelné zdroje energie Title Properties of heating briquettes from grassland

Abstract The importance of energy generating from plant biomass is currently growing. Permanent grassland biomass is a part of the plant biomass. With increasing level and productivity of agricultural production, the area of land not utilized for food production also increases. This area can be used for growing energy crops including grasses. The tame hay was pressed to briquetes. Their mechanical properties including density and destroying force are described. Energy characteristics as a heating power and percentage of ash are detect. In the burning experiments the emissions of CO and NOX was gauged.

Keywords: biomass, permanent grassland, heating briquettes, renewable source of energy Úvod Od začátku 90. let, kdy naše zemědělství prošlou poměrně bouřlivou transformací, se dramaticky změnily počty chovaných hospodářských zvířat, především skotu, kdy došlo téměř k 50 % poklesu jejich počtu oproti roku 1989. Tyto aspekty měly vliv i na hospodaření na trvalých travních porostech, kdy vznikly přebytky sklízených pícnin. Travním porostem je stálá pastvina, popřípadě souvislý porost s převahou travin nebo jiných bylinných pícnin, určený ke krmným účelům nebo k technickému využití, který může být nejvýše jednou za 5 let rozorán za účelem zúrodnění (1). Vzhledem k útlumu využívání půdy pro potravinářské účely a jejímu zatravňování vzrůstá plocha trvalých travních porostů. Celkové plochy v ČR jsou uvedeny v tab. 1. Na vině není pouze snížení stavu skotu, ale také to, že je chován v nížinatých částech republiky a nejsou tak využívány četné pastviny v horských oblastech. To zapříčiňuje zhoršení hospodaření na těchto plochách. Při současné vysoké úrovni zornění v ČR (72 %) oproti ostatním státům v EU (cca 55 %) je pravděpodobný další nárůst trvalých travních porostů, z čehož vyplývá nutnost obhospodařování (2). Hlavní funkcí trvalých travních porostù je produkce píce pro krmiváøské úèely. Ta se zkrmuje buï pøímo èerstvá, sušená nebo se senážuje. Kromì tohoto má i další tzv. mimoprodukèní funkce. Mezi významné funkce patøí: vo-

dohospodáøská – zadržování dešové vody; protierozní – ochrana pùdy pøed vodní a vìtrnou erozí; ochranná ve vztahu k hydrosféøe – koøenový systém omezuje zneèištìní podzemních vod; estetická – travní porost jako krajinný prvek udržuje vzhled krajiny; hospodáøská a sociální – vytvoøení pracovních pøíležitostí pro obyvatele marginálních oblastí (3). Omezením živočišné výroby je ovšem nutné hledat pro trvalé travní porosty jiné vyžití, a to z důvodů ekonomických i legislativních. Vzhledem k nutnosti udržování těchto porostů, která je dána zákonem, je nutné, kromě výjimečných případů, dvakrát do roka provádět seč. Tuto biomasu je pak nutné z pozemku odstranit. Tu je možno kromě krmivářských účelů využít i k jinými způsoby. Jedním z možných způsobů je výroba standardizovaných paliv ve formě briket nebo pelet.

Materiál a metodika Jako hlavní materiál pro výrobu zkoumaných briket bylo použito luční seno. To bylo lisováno do briket o průměru 65 mm a to samostatně i ve směsích s jinými materiály. Pro desintegraci, která nutně předchází lisování, byl pro výrobu řezanky použit drtič zahradního odpadu, typ GE 210, výrobce firma Viking (obr. 1).

123


Tab. 1: Rozlohy trvalých travních porostů v ČR a měrná produkce pícnin Roky

Louky trvalé ha t/ha 546 354 3,34 589 765 3,55 613 519 3,77 613 435 3,51 641 490 3,67 648 472 3,18 651 497 3,35 659 353 2,95 656 553 3,27

Pastviny Ha t/ha 229 326 2,18 246 921 2,48 264 315 2,73 262 046 2,46 270 877 2,54 273 253 2,29 278 335 2,32 281 083 2,15 283 613 2,37

Celkem ha 775 680 836 686 877 834 875 481 912 367 921 725 929 832 940 436 940 166

Trvalé travní porosty*/ ha t/ha

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 802 726 2003 875 035 2004 858 116 2005 852 741 */ Pozn.: od roku 2002 byla zavedena kategorie zemědělské půdy – trvalé travní porosty – která louky i pastviny

3,08 2,41 3,23 3,12 zahrnuje

Zdroj: ČSÚ

Obr.2: Kladívkový šrotovník STOZA ŠV 15

Obr. 4: Zkouška mechanických vlastností briket na universálním trhacím stroji ZDM-5 Obr.3: Briketovací lis HLS 50, Briklis, s.r.o.

124


Mechanické zpracování materiálu před briketováním, tj. stupeň jeho desintegrace, má často významný vliv na produkt, především na jeho vlastnosti mechanické. Proto byly některé vzorky dále desintegrovány na šrotovníku s průměrem otvorů síta 15 mm. K tomuto účelu byl využit kladívkový šrotovník SV 15, výrobce STOZA s.r.o. (obr. 2.) Pro vlastní briketování byl použit hydraulický lis HLS 50, výrobce Briklis, s.r.o. (obr. 3). Vytvořené brikety byly podrobeny zkouškám mechanických vlastností, byla zjišťována jejich měrná hmotnost a síla na jejich porušení. K tomuto účelu byl použit univerzální trhací stroj ZDM-5. Briketa je vložena mezi dvě rovnoběžné desky tak, že její osa je s těmito deskami rovnoběžná. Desky jsou k sobě přitlačovány, přičemž je zjištěna síla nutná pro destrukci materiálu. Tato síla je dále přepočítána na jednotku délky brikety. Celé měření je zřejmé z obr. 4. Dále byly rozborem zjištěny energetické parametry některých briket a provedeny spalovací zkoušky v akumulačních kamnech SK-2 se jmenovitým tepelným výkonem 8 kW. Výrobce RETAP Hajniště – Nové Město pod Smrkem určuje ke spalování jakékoliv suché dřevo a biopalivové brikety různých velikostí (obr. 5).

Obr. 5: Spalovací akumulační kamna SK-2 RETAP 8 kW

Výsledky a diskuse Mezi sledované mechanické vlastnosti briket patří jejich měrná hmotnost. Čím je tato veličina vyšší tím větší je množství energie v jednotce objemu a kvalita brikety je vyšší. Další sledovanou vlastností je mechanická odolnost proti poškození. Čím větší je síla potřebná k porušení brikety, tím odolnější je briketa proti poškození především vlivem manipulace. Průměrné naměřené hodnoty mechanických vlastností briket ze sena a jeho směsí jsou uvedeny v tabulce 2 Z výsledků je zřejmé že brikety pouze z biomasy travních porostů nemají příliš vhodné mechanické vlastnosti. Jemnější desintegrací se tyto vlastnosti zlepšují, výraznější zlepšení lze dosáhnout mícháním s jinými materiály. Ve směsi

sena a dřevní štěpky topolu se sledované vlastnosti výrazně zlepšily při nadrcení směsi v kladívkovém šrotovníku s oky síta o průměru 15 mm oproti briketám vyrobeným ze směsi řezanky sena a dřevní štěpky ze štěpkovače. Naproti tomu brikety ze směsi sena a kůry jsou dostatečně kvalitní i při použití pouhé řezanky, vynechání jemnější desintegrace uspoří náklady na výrobu. Zlepšení mechanických vlastností přinese i zvětšení podílu lépe lisovatelného materiálu ve směsi, což se projevilo u směsí sena s dřevní štěpkou i šťovíkem. Vytvořená lisovaná paliva byla podrobena energetickým rozborům. Byl zjišťován obsah vody, prchavé a neprchavé hořlaviny, popele a výhřevnost (tab.3). Spalovací zkoušky proběhly v již zmíněných akumulačních kamnech SK 2 (obr. 5). Při spalování jednosložkových briket ze sena se projevily problémy s popelem, který se nerozpadá a drží původní tvar brikety (obr. 6). Tato vlastnost zhoršovala průběh spalovacího procesu, protože po odhoření horní vrstvy brikety popel neodpadá a zhoršuje přístup vzduchu ke vnitřku brikety, která pak nehoří optimálně. Tuto nepříjemnou vlastnost lze eliminovat použitím směsných briket.

Obr. 6: Popel z jednosložkových senných briket Při spalování byly měřeny emise CO a NOX. Naměřené emise jsou přepočteny pro 13 % množství referenčního kyslíku. Průměrné naměřené emise jsou uvedeny v grafech na obr. 7 a 8. Tučná linka vyznačuje mez pro splnění 1.třídy podle normy ČSN EN 13229. U emisí oxidu uhelnatého se podařilo dosáhnout splnění požadavků třídy 1 u briket ze sena a kůry, na hranici limitu jsou brikety ze sena s přídavkem 25 % hnědého uhlí. Všechny ostatní vzorky splňují třídu 2, nejvyšší emise CO mají brikety ze směsi sena a šťovíku. Všechna sledovaná paliva splňují třídu 1 pro emise oxidů dusíku, mezi jednotlivými vzorky nebyly naměřeny významné rozdíly.

125


Tab. 2: Mechanické vlastnosti briket z travní biomasy Měrná hmotnost (kg.m-3) 790 724 787 691 795 856 887 885 597 819

Složení směsi Seno (Ø15) Seno (řezanka) Seno + štěpka (Ø15) Seno + štěpka (řezanka) Seno + štěpka (řezanka) 1:3 Seno + kůra (Ø15) Seno + kůra (řezanka) Seno + kůra (řezanka) 1:3 Seno + šťovík (řezanka) Seno + šťovík (řezanka) 1:3

Síla na porušení (N.mm-1) 13,7 9,5 34,3 13,1 25,2 27,6 21,2 21,9 6,9 21,1

Tab. 3: Energetické parametry briket z travní biomasy Složení směsi

Voda

Seno Seno + 25% uhlí Seno + šťovík Seno + kůra Seno + štěpka

(%) 11,02 13,24 8,15 9,77 8,91

Prchavá hořlavina (%) 67,91 60,7 68,55 67,85 71,73

Neprchavá hořlavina (%) 15,82 18,94 17 18,1 15,23

Popel

Výhřevnost

(%) 5,25 7,12 6,3 4,29 4,14

(MJ.kg-1) 14,4 15,5 15,1 15,29 15,79

Obr. 7: Emise CO při spalování topných briket Závěr Z provedené analýzy topných briket z biomasy travních porostů je zřejmé, že k použití v topeništích malých výkonů jsou vhodnější brikety vytvořené z vícesložkových směsí, které mají výrazně lepší mechanické vlastnosti. Použití jednosložkových briket ze sena v takovýchto zařízeních se jeví jako problematické, což nevylučuje samostatné spalování biomasy z travních porostů v jiných zařízeních větších výkonů. Ze zkoumaných paliv mají výrazně nejvhodnější vlast-

nosti topné brikety ze směsi sena a kůry. Oproti briketám z dřevní biomasy mají tyto paliva na bázi biomasy z trvalých travních porostů větší množství popela a menší obsah energie na jednotku objemu. Menší uživatelský komfort by však měl být kompenzován nižší cenou paliva.

126


Obr. 8: Emise NOX při spalování topných briket PODĚKOVÁNÍ: Příspěvek vznikl s podporou výzkumného projektu NAZV MZe ČR č. QF3153 „Energetické využití odpadů z agrárního sektoru ve formě standardizovaných paliv“ řešeného VÚZT.

Literatura [1]: KUNA P.: Obhospodařování travních porostů a údržba krajiny v podmínkách svažitých oblastí národních parků a chráněných krajinných oblastí, Police nad Metují, 2006 [2]: MRKVIČKA J., VESELÁ M.: Sukcese druhů a výnosový potenciál lučního porostu, In: Sborník přednášek z mezinárodního vědecké konference, Travné porosty – součást poľnohospodárstva a krajiny, Banská Bystrica, 27 – 28 září 2006

[3]: ANDERT, D., GERNDTOVÁ, I., HANZLÍKOVÁ, I., FRYDRYCH, J., ANDERTOVÁ, J.: Energetické využití trav, In: Sborník přednášek z mezinárodního vědecké konference, Travné porosty – součást poľnohospodárstva a krajiny, Banská Bystrica, 27 – 28 září 2006 [4]: HUTLA, P. A KOL. Energetické využití odpadů z agrárního sektoru ve formě standardizovaných paliv. Praha: VÚZT. 2005. 52 s. Výzkumná zpráva č. Z-2450

Kontaktní adresa Ing. Jan Slavík Česká zemědělská univerzita v Praze Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol e-mail: [email protected] Ing. Petr Hutla, CSc. VÚZT, Drnovská 507 161 01 Praha 6-Ruzyně, P.O. Box 54 Tel.: +420 233022238 e-mail: [email protected]

127


MANIPULACE A MÍSTNÍ DOPRAVA BALÍKOVANÉ SLÁMY II – HRANOLOVITÉ BALÍKY J. Souček Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha

Anotace Nárůst využívání rostlinných materiálů pro výrobu biopaliv znamená i zvyšování nároků na dopravu. Náklady jsou nezanedbatelné, proto je zefektivnění dopravy jedním ze způsobů jak lze alespoň částečně celkové náklady na produkci biopaliv snížit. Nevhodné způsoby naopak mohou produkci biopaliv velmi prodražit. Místní doprava a manipulace je nezastupitelnou složkou postupu výroby. Autoři článku stanovily parametry linky na manipulaci a dopravu hranatých balíků slámy. Stanovené parametry jsou vyhodnoceny a výsledky jsou porovnány s parametry linky na manipulaci a dopravu válcovitých balíků publikované v loňském roce (Souček, 2005).

Klíčová slova: sláma, manipulace, doprava, energie, biomasa, biopaliva Title Handling with baled straw and its local transport II – square bales

Abstract Growing of crop materials utilization for biofuels production means also increasing of transport demand. The costs are considerable thus transport effectiveness is one of way how the costs could be at least partially reduced. But unsuitable ways can biofuel production make even more expensive. Local transport and handling are necessary items of production process. The article authors set-up parameters of line for handling and transport of square straw bales. Determined parameters are evaluated and results compared with those for cylinder bales published in the past year (Souček, 2005).

Keywords: straw, handling, transport, energy, biomass, biofuels Úvod Mezi rostlinnými surovinami využívanými jako palivo se od začátku rozvoje této oblasti ve velikém měřítku uplatňuje sláma. Tento způsob zpracování znamená možnost jak uplatnit část nadprodukce slámy, která vznikla výrazným snížením stavu skotu a zaváděním bezstelivových technologií a zároveň další alternativu pro uplatnění jednoho produktu. Využívání slámy (případně celých rostlin) stébelnin se jeví jako perspektivní zejména v případě vyšlechtění a zavedení nových odrůd, na které nebudou kladeny nároky z hlediska potravinářského nebo krmivářského, ale z hlediska palivářského. Vyřešená technologie pěstování, sklizně a skladování, včetně dopravy a manipulace, je základní podmínkou možnosti širšího uplatnění rostlinných produktů na trhu s palivy. Používané způsoby sklizně slámy jsou všeobecně známé a ověřené letitou praxí. Z hlediska parametrů dopravy, manipulace a skladování se však mezi sebou jednotlivé způsoby sklizně liší.

Použitý materiál a metody V roce 2006 byla zhodnocena alternativa místní přepravy a manipulace hranolovitých balíků pšeničné slámy. Parametry linky byly stanoveny v provozních podmínkách v zemědělském podniku ZD Dolany. Ke sklizni slámy byl použit návěsný lis Deutz fahr GP 4.12 v soupravě s traktorem

VALMET KO 62-34, kterým byla sláma o obsahu veškeré vody 17 % sbírána přímo ze řádku po sklizni zrna sklízecí mlátičkou. Hranolovité balíky byly rozmístěny po pozemku tak, jak vypadly z lisu. Sběr balíků a jejich nakládka na dopravní prostředek byla realizována nakladačem ZTS UN 053.2 vybaveným pracovním adaptérem pro manipulaci s hranolovitými balíky. K dopravě slámy byly použity dvě traktorové soupravy. Jedna souprava (dále souprava č.1) byla sestavena z traktoru ZETOR 7711 a dvou přívěsů PZ 50. Druhá souprava (dále souprava č.2) byla sestavena z traktoru ZETOR 7211 a dvou přívěsů PZ 50. Přívěsy měly demontované bočnice. Sběr balíků byl proveden po dešti, takže pozemek byl mírně rozmočený a průměr veškerého obsahu vody ve slámě se zvýšil na cca 20 %. Sláma byla traktorovými soupravami dopravena do místa skladování a následně naskladněna pomocí terénního vysokozdvižného vozíku DESTA DV HM 32 22T s pracovním adaptérem pro manipulaci s hranolovitými balíky. V průběhu terénního měření byly sledovány následující parametry: - spotřeba PHM (motorové nafty) u všech dopravních a manipulačních prostředků metodou plné nádrže - časový snímek práce manipulačních a dopravních prostředků - dopravní vzdálenost pomocí GPS

128


- výměra sklízených pozemků - rozměry dopravovaných a manipulovaných balíků odměřením - průměrná vzdálenost balíků na pozemku odměřením trasírkou - hmotnost balíků odvažováním materiálu na mostové váze - obsah celkového množství vody ve slámě – laboratorně ze vzorku podle ČSN 44 1377 Výpočtem byly stanoveny tyto parametry: měrná spotřeba nafty hodinová spotřeba nafty hmotnostní výkonnost plošná výkonnost průměrná dopravní výkonnost Při výpočtu parametrů byla použita metodika popsaná v (Souček, 2005).

Výsledky Naměřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tabulkách 1 až 4. V tabulce 1 jsou údaje charakterizující vlastnosti suroviny a sklízeného pozemku.

Tab. 1: Vlastnosti sklízené suroviny a pozemku VLASTNOSTI sušina tvar balíku průměrná šířka balíku průměrná délka balíku průměrná délka balíku průměrný objem balíku průměrná hmotnost balíku průměrná měrná hmotnost balíku velikost pozemku průměrná vzdálenost balíků průměrná meziřádková vzdálenost průměrná plocha na balík průměrný výnos slámy

HODNOTA 80 hranolovitý 1,20 2,02 0,56 1,36 120 88,2 12 46,9 6,3 295,5 4,1

JEDNOTKY % m m m m3 kg kg.m-3 ha m m m2 t.ha-1

Pro přehlednost jsou výsledky měření uvedeny v tabelární formě podle jednotlivých operací. Manipulace – nakládka Nakládka balíků probíhala na sklízeném pozemku, který byl mírně podmáčen. Balíky byly po pozemku roztroušeny bez předchozího přibližování nebo svozu (viz obr. 2). Balíky byly nejprve nakladačem na pozemku narovnány na sebe po třech nebo čtyřech. Takto vytvořený sloupec byl naložen na přívěs tak, že vždy sousedil sloupec se třemi balíky se sloupcem, ve kterém byly balíky čtyři. Čtvrtý balík pak byl přisunut tak, aby ležel částečně na obou sloupcích a stabilizoval tak náklad.

Obr.1: Nakládka hranolovitých balíků nakladačem ZTS UN 053.2 na traktorovou soupravu V tabulce 2 jsou naměřené a vypočtené parametry nakládky.

Tab. 2: Naměřené a vypočtené parametry nakládky hranolovitých balíků nakladačem ZTS UN 053.2 na pozemku spotřeba paliva doba trvání pracovní operace celková doba nakládání hmotnost: plošná výkonnost: Průměrná výkonnost: Maximální výkonnost: časová spotřeba paliva měrná spotřeba paliva

129

HODNOTA 30 118 5 47,9 2,4 9,58 12,81 6,0 0,627

JEDNOTKY l s h t ha.h-1 t.h-1 t.h-1 l.h-1 l.t-1


Doprava Doprava byla realizována dvěma traktorovými soupravami. Soupravy dopravovaly balíky po pozemku a dále po asfaltové silnici do místa složení (viz obrázek 2). Skládání

balíků bylo provedeno vysokozdvižným vozíkem. V tabulce 3 jsou naměřené a vypočtené parametry dopravy.

Tab.3: Naměřené a vypočtené parametry dopravy hranolovitých balíků traktorovými soupravami HODNOTA spotřeba paliva dopravní vzdálenost doba trvání dopravy hmotnost půměrná dopravní výkonnost hodinová spotřeba paliva

Souprava 1 15,5 1 774 5,25 199x0,12 8,07 3,0

měrná spotřeba paliva

Obr.2: Mapa se zobrazením pohybu traktorové soupravy při nakládání, dopravě a skládání hranolovitých balíků Manipulace – naskladnění K naskladňování balíků byl použit vysokozdvižný vozík DESTA DV HM 32 22T s pracovním adaptérem pro manipulaci s hranolovitými balíky. Odebírání balíků ze soupravy bylo provedeno následujícím způsobem: 1.přesunutí čtvrtého horního balíku na zadní sloupec › 2. odebrání a naskladnění předního sloupce třech balíků (po celé délce soupravy) › 3. otočení celé soupravy, čímž se ze zadních sloupců stanou přední › 4. odebrání sloupců se čtyřmi balíky a jejich naskladnění (obr. 3). K této metodě skládání balíků vysokozdvižným vozíkem s krátkým pracovním adaptérem je nutností dostatečně veliká manipulační plocha, kde se otočí traktorová souprava s dvěma přívěsy.

0,366

Souprava 2 15,0 1 774 5,25 200x0,12 8,11 2,9 0,352

JEDNOTKY l m h t tkm.h-1 l.h-1 l.tkm-1

Obr.3: Naskladňování hranolovitých balíků vysokozdvižným vozíkem DESTA DV HM 32 22T V tabulce 4 jsou naměřené a vypočtené parametry naskladňování.

Tab.4: Naměřené a vypočtené parametry naskladňování hranolovitých balíků vysokozdvižným vozíkem DESTA DV HM 32 22T spotřeba paliva doba trvání pracovní operace celková doba nakládání hmotnost průměrná výkonnost maximální výkonnost časová spotřeba paliva měrná spotřeba paliva

130

HODNOTA 8 59 5 399x120 9,576 29,29 1,6 0,167

JEDNOTKY l s h t t.h-1 t.h-1 l.h-1 l.t-1


Závěr Využití technologie lisování do hranolovitých balíků při sklizni, manipulaci, dopravě a skladování slámy pro energetické účely lze využít stejným způsobem jako pro účely stelivové nebo například stavební. V případě dostatečných prostorových parametrů dopravní cesty a manipulačních ploch je výhodné použít traktorovou soupravu se dvěma přívěsy, zejména při dopravě na delší vzdálenosti. Efektivitu dopravy také zvýší časová vyváženost jednotlivých operací. Při porovnání hodnocené linky s linkou na válcovité balíky je zřejmé, že z hlediska výkonnosti jsou obě linky srovnatelné, přičemž linka na hranolovité balíky vykazuje rezervu ve vyšší výkonnosti dopravy (8,07 tkm.h-1 souprava č.1 a 8,11 tkm.h -1 souprava č.2) zásluhou dvou přívěsů v soupravě a výrazně nižší měrnou spotřebu paliva při skládání vysokozdvižným vozíkem (0,167 l.t-1) při porovnání s manipulátorem při naskladňování kulatých balíků (0,519 l.t1 ). Spotřeba motorové nafty činila celkem za celou linku cca 1,43 l.t-1 slámy. Hranolovité balíky jsou v porovnání s balíky válcovitými skladnější, ale v případě popsaného měření měly menší slisovanost, tedy o málo menší energetickou hustotu a vyšší náklonnost k navlhání vnitřku balíku v případě venkovního skladování.

PODĚKOVÁNÍ Děkuji zaměstnancům ZD Dolany za poskytnutí cenných údajů a spolupráci při získávání dat potřebných k vyhodnocení parametrů. V příspěvku jsou použity údaje získané v rámci řešení projektu QF 4079 NAZV, Logistika bioenergetických surovin.

Literatura 1. JELÍNEK, A., FIALA, J.: Agrofyzikální vlastnosti statkových krmiv, Zpráva č. Z949 VÚZT, Praha, 1972 2. SOUČEK, J.: Manipulace a místní doprava balíkové slámy. [Handling with baled straw and its local transport]. In Zemědělská technika a biomasa 2005 : Sborník přednášek ze semináře 22.11.2005. Praha : VÚZT : MZe ČR, 2005, č. 4, s. 26-28 3. SOUČEK, J.: Zhodnocení a optimalizace technologických postupů slizně a prvotních úprav zemědělských produktů vhodných pro energetickoprůmyslové využití, Doktorská disertační práce, ČZU, Praha, 2005 4. SYROVÝ, O.: Racionalizace manipulace s materiálem v zemědělství, SZN, Praha, 1983

Kontaktní adresa Ing. Jiří Souček, Ph.D. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 214 Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

131


PĚSTOVÁNÍ A MOŽNOSTI ENERGETICKÉHO A DALŠÍHO VYUŽITÍ LESKNICE RÁKOSOVITÉ (PHALARIS ARUNDINACEA L.)

Z. STRAŠIL 1), P. HUTLA 2) Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 1)

Anotace Jsou uvedeny technologie pěstování a sklizně lesknice rákosovité včetně ekonomického hodnocení. Je hodnocen vliv stanoviště, hnojení dusíkem a termínu sklizně na výnosy, obsah vody a obsah živin ve sklizené fytomase. Jsou hodnoceny parametry při spalování. Dále jsou uvedeny další možnosti využití lesknice.

Klíčová slova: lesknice rákosovitá, agrotechnika, ekonomika, výnosy, termíny sklizně, parametry spalování Title Growing and possibilities of energy and other utilization of reed canary grass (Phalaris arundinacea L.)

Abstract In the paper are presented technologies of reed canary grass growing and harvest including economical assessment. Further is evaluated the site, nitrogen fertilization and harvest date effects on yield, water content and nutrients content in harvested phytomass. Evaluated also are combustion parameters. Presentation of other possibilities of reed canary grass utilization.

Keywords: reed canary grass, farming techniques, economy, phytomass yields, terms of harvest, parameters of combustion

Úvod Jednou z alternativních plodin, o jejímž rozšířeném pěstování pro průmyslové a energetické využití se uvažuje, je lesknice rákosovitá. Např. ve Švédsku mají oseto více než 1 000 ha touto plodinou. Zcela nově se začíná zavádět i v pobaltských zemích, kde jí dávají přednost před rychle rostoucími dřevinami. Lesknice zde má sloužit jako zdroj pro výrobu buničiny nebo jako potenciální zdroj energie.

Materiál a metodika Z mnohaletých polyfaktoriálních pokusů VÚRV PrahaRuzyně na různých stanovištích a ze zkušeností našich a zahraničních výzkumných pracovníků byla sestaveno know-how pěstování lesknice rákosovité. Byla stanovena struktura nákladů na pěstování lesknice. Vedle pěstování bylo sledování zaměřeno také na spalování dané plodiny a to samotné nebo ve směsi s dalšími biopalivy.

Výsledky a diskuse Biologická charakteristika Lesknice rákosovitá nazývaná také chrastice rákosovitá je vytrvalá tráva relativně náročná na vodu a živiny, nenáročná na agrotechniku, dávající ve vhodných podmínkách vysoké výnosy nadzemní fytomasy. Lesknice rákosovitá ( chrastice rákosovitá) – (Phalaris arundinacea L., syn.: Baldingera arundinacea /L./ Dum.) je vytrvalá, cizosprašná, výběžkatá tráva z čeledi lipnicovi-

té (Poaceae). Patří k autochtonním druhům. Je přirozeně rozšířena na celém území našeho státu, všude tam, kde je dostatek půdní vláhy. Lesknice rákosovitá roste divoce téměř po celé Evropě, Asii (kromě jižní části), Severní Americe. Lesknice patří mezi naše nejvyšší trávy. Výška stébel často přesahuje přes 2 m. Mohutná přímá stébla jsou zakončena dlouhou jednostrannou latou. Sterilní výhony jsou stébelné, hustě olistěné. Stébla jsou silná, lesklá, zakončená dlouhou jednostrannou latou jednokvětých klásků. Obilka bývá 3-4 mm dlouhá, vejčitá a je silně lesklá. Trsy lesknice nevytváří. Bohatě založený systém podzemních oddenků vytváří hustý, zapojený porost s pevným drnem. Lesknice rákosovitá vytváří dlouhé podzemní oddenky, které jsou rozprostřeny těsně pod povrchem půdy. Kořenový systém je mohutný, jdoucí do značné hloubky. Lze ji pěstovat také pro senokosné účely. Je-li vyseta v čisté kultuře dává užitek již v roce výsevu. Plného vývinu dosahuje již od druhého roku. Rovněž z jara začíná obrůstat velmi časně a také rychle roste. V přirozených travních porostech se lesknice rákosovitá nejvíce vyskytuje v okolí vodních toků. Její rozšíření vysoko do hor upozorňuje na její velkou odolnost vůči drsným klimatickým podmínkám. Nejlépe se jí daří na těžších půdách s bohatou zásobou živin. Na půdní reakci není zvláště citlivá. Je dobře přizpůsobivá půdní reakci v rozmezí pH od 4,0 do 7,5 s optimem kolem pH 5,0. Po zakořenění ji neškodí ani delší přísušek. Holomrazy ani pozdní jarní mrazíky jí

132


neškodí. Také zastínění nebo krátkodobé zaplavení snáší dobře. Její předností je velmi široká ekologická amplituda. Uplatňuje se na všech půdách (při vyšším hnojení i na chudších) a to i při přebytku nebo nedostatku vláhy. Vysokých výnosů je však dosahováno v letech s vyšším srážkovým úhrnem a na půdách, kde se hranice spodní vody pohybuje mezi 30-40 cm. Lesknice je velmi vytrvalá, ale po zasetí má pomalejší vývoj než běžně pěstované trávy. Zatímco v sousedních státech mají v listině povolených odrůd lesknice uváděnou, v našem seznamu odrůd zapsaných ve Státní odrůdové knize České republiky k 1.7.2006 není registrována žádná odrůda. Případné osivo ve větším množství je třeba shánět v zahraničí. V zemích EU se považuje za standart odrůda Palaton (USA). Některé další zahraniční odrůdy: Luba syn. Motycka (POL), Motterwizer (D), Pervenec (SUN), Peti, Szarvasi 50, Szarvasi 60, Keszthelyi 52 (H), Lara (NOR), Vantage, Venture (USA), Belevue, Rival (Canada). Pro energetické a průmyslové využití se v zahraničí šlechtí nové odrůdy lesknice, které by se měly lišit od krmných tím, že mají vysoký poměr stonků oproti listům, nízký obsah popele a prvků jako jsou křemík, draslík a chlór. Je dobré zařadit lesknici na nezaplevelený pozemek. Lesknice je nenáročná na předplodinu. Může se sít prakticky po všech předplodinách. Vhodnou předplodinou jsou okopaniny hnojené hnojem, luskoobilní směsky a obilniny, které následují buď po pícnině nebo po ozimé řepce. Agrotechnika V literatuře se uvádí, že je lesknice značně náročná na živiny. Ve Švédsku uvádějí průměrné dávky živin při pěstování lesknice sklízené na jaře 80 kg/ha N, 30 kg.ha-1 K a 10 kg/ha P. Ve Švédsku bylo použito s úspěchem také přihnojování čistírenským kalem. Ve Finsku používali v polních pokusech prvním rokem 40-70 kg.ha-1 a později 70-100 kg.ha1 N. Podle našich sledování postačují na úrodnějších půdách každoroční dávky N 50 až 80 kg.ha-1. Při hnojení musíme také uvažovat jaká je zásoba živin v půdě, kde se plodina pěstuje a jakých výnosů se dosahuje na daném stanovišti, tedy jak mnoho živin odchází z pole se sklizenou fytomasou. Při pěstování lesknice k energetickým účelům založenou na více let, lze přihnojovat průmyslová N,P,K hnojiva každoročně ihned po sklizni plodiny. Dávka dusíku u semenářských porostů se doporučuje vyšší, minimálně 110 kg.ha-1, od druhého užitkového roku (130-150 kg.ha-1) z čehož alespoň 40-60 kg.ha-1 je nutné aplikovat spolu s fosforem a draslíkem počátkem září. Na jaře je třeba aplikovat N včas. Jarní dávku N lze rozdělit, ale i druhá dávka by měla být aplikována před sloupkováním. Příprava půdy a setí Agrotechnika záleží na tom, za jakým účelem se lesknice pěstuje. Lesknici je možno pěstovat na semeno, píci nebo průmyslové využití. Na semeno se seje na přiměřeně vlhký pozemek s těžší půdou s dostatkem živin do širších řádků (25-30 cm). Pozemek musí být nezaplevelený. Z plevelů jsou nejnebezpečnější plevelné trávy jako pýr plazivý, lipnice

obecná apod. Minimálně 3 roky před setím nesmí být na daném pozemku pěstována žádná tráva na semeno. Izolační vzdálenost od jiných odrůd je nejméně 100 m. Po předplodině by měla být provedena podmítka, přihnojení P, K následované střední orbou. Půda by měla být před setím dokonale připravena a před setím uválena. Výsevek na semeno činí 10-15 kg.ha-1. Optimální hloubka setí je 2-3 cm. Výsev je možno provádět na podzim nebo časně z jara zároveň s krycí plodinou, nebo bez krycí plodiny časně na jaře. Na podzim by měla být lesknice zaseta do 20.-25. srpna, aby do zimy dobře zakořenila. Pokud chceme, aby lesknice měla dobré podmínky pro vzcházení a dala již v prvém užitkovém roce plný výnos semene je nejvhodnějším termínem výsev brzy na jaře. Podsev do vhodné krycí plodiny (např. pšenice jarní) se provádí na jaře se sníženým výsevním množství o 20-40 %. Lesknice dozrává ke konci července. Lesknici na semeno je třeba sklízet opatrně, neboť obilky dozrávají značně nestejnoměrně a snadno vypadávají. Výnosy semene se udávají 0,2-0,4 t/ha. Při pěstování lesknice na píci (hmotu) se seje do užších řádků na vzdálenost 12,5 (15) až 30 cm podle využití. Výsevek v čisté kultuře činí 20-25 kg.ha-1 semene. Aby se zajistila dobrá kvalita píce, je třeba její porosty sklízet ještě před metáním, kdy seno má vysoký obsah bílkovin. Po vymetání se rychle snižuje její stravitelnost. Obecně se uvádí, že lesknice rákosovitá má průměrný obsah živin a horší stravitelnost než ostatní pícní trávy. Při pozdější sklizni se doporučuje zesilážovat. Obvyklé jsou dvě až tři seče za rok. Porosty lesknice určené pro energetické využití se zakládají obdobně jako na píci. Dobře založené porosty vydrží několik let. Doporučují se však sklízet přes zimu nebo po zimě brzy na jaře před novým obrážením, kdy mají rostliny nízký obsah vody (12-20 %). Porosty je možné každoročně přihnojovat nejlépe na jaře před vegetační sezónou. Většina plodin pro energetické účely, stejně tak jako lesknice, se na rozdíl od pěstování na píci sklízí pouze jedenkrát do roka. Z tohoto důvodu je dosahováno nižších výnosů, v porovnání s pěstováním na píci, kdy se seče dva až třikrát za rok. Choroby ani škůdci obvykle u lesknice nečiní problémy. Za určitých podmínek se mohou vyskytnout listové choroby (Stagonospora, Helminthosporium). Proti plevelům je možno aplikovat herbicidy, které se používají do jarních obilnin a to nejlépe ve fázi 2-5 listů chrastice. Doporučuje se Starane 250 EC v dávce 0,4-1,0 l.ha-1 nebo Lontrel 300 v dávce 0,3-0,5 l.ha-1, Agritox 50 SL v dávce 1,5 l.ha-1, Harmony Extra v dávce 05 kg.ha-1, Duplosan KV v dávce 1,5-1,8 l.ha-1, Basagran 600 v dávce 1,6-2,4 l.ha-1, U 46 M Fluid v dávce 1,1-1,8 l.ha-1 apod. Při silnějším výskytu plevelů je možné také použít v prvém roce (rok založení porostu) jednu až dvě odplevelující seče. Výnos fytomasy v prvém roce není vysoký, proto toto opatření můžeme použít bez větších ekonomických ztrát. Sklizeň a posklizňové zpracování Lesknice určená pro průmyslové využití se v roce výsevu sklízí v drtivé většině na jaře, kdy se poseká na řádek a potom se lisuje do balíků. Sklízecí mechanizmy se někdy

133


upravují tak, že se sníží otáčky bubnu a zvětší se průchodnost sklízecího ústrojí. Při těchto opatřeních je snižován odrol listů. Při sklizni lze využít existující zemědělskou mechanizaci, která je běžně dostupná v zemědělských provozech. Dodržení správného termínu sklizně a včasná transformace suroviny do skladovatelného stavu je základním předpokladem úspěšné produkce. Při jednofázové sklizni sklízecí řezačkou v ranějších termínech (léto až podzim) je řezanka odvezena na místo, kde je obvykle třeba ji dosušit. Při vícefázové sklizni s využitím řezačky je porost v první fázi sklizen pomocí sklízecí mlátičky nebo žacího stroje. Sklí-

zecí mlátička je použita v případě, že je v první fázi sklízeno semeno. To je v pracovním ústrojí odděleno. Zbylý materiál je uložen na pozemku v řádcích. Sklizeň semene probíhá ve sklizňové zralosti semen (červenec). Stěžejní je výnos z této první seče. Případnou druhou seč (otavu) je možné využít podle stávajícího počasí a potřeby (biomasa na energií, případně senáž). V případech kdy se v první fázi semeno nesklízí, lze použít žacího stroje. Při vícefázové sklizni s využitím sklízecích lisů je porost v první fázi sklizen shodným způsobem, jako při realizaci druhé fáze sklizně sklízecí řezačkou, tzn. sklízecí mlátičkou nebo žacím strojem. Násled-

Tab. 1: Vliv stanoviště a hnojení N na výnosy sušiny fytomasy lesknice rákosovité (t.ha-1 ) sklízené pozdě na podzim podzim Stanoviště / rok N0 N1 N2 Průměr Ruzyně (350 m n.m., půdní typ – hnědozem, dlouhodobá roční teplota vzduchu 8,2 oC, dlouhodobý roční úhrn srážek 477 mm ) 1996* 10,8 10,5 14,6 12,0 1997 4,7 5,8 6,8 6,3 1998 5,3 6,4 6,0 6,0 1999 13,1 11,8 10,1 11,7 2000 4,3 4,2 8,6 5,7 2001 9,7 10,6 10,6 10,3 2002 11,3 13,9 13,5 12,9 2003** 3,9 2004 3,9 6,5 8,0 6,1 2005 4,7 4,6 7,1 5,5 Průměr 1996-2000 7,6 7,7 9,2 8,3 Průměr 1996/2005 7,5 8,2 9,5 8,1 Lukavec (620 m n.m., půdní typ-kambizem, dlouhodobá roční teplota vzduchu 6,8 oC, dlouhodobý roční úhrn srážek 686 mm) 1996* 3,7 5,7 6,7 5,4 1997 6,9 7,8 8,0 7,6 1998 11,5 14,3 15,6 13,8 1999 3,6 7,8 9,4 6,9 2000 3,4 3,9 4,4 3,9 2001 2002 8,3 9,1 10,3 9,2 2003 9,1 10,5 13,9 11,3 2004 11,3 11,9 14,6 12,6 2005 5,9 6,1 6,8 6,2 Průměr 1996-2000 5,8 7,9 8,8 7,5 Průměr 1996/2005 7,1 8,6 10,0 8,5 Troubsko (270 m n.m., půdní typ-černozem, dlouhodobá roční teplota vzduchu 8,4 oC, dlouhodobý roční úhrn srážek 577 mm) 1996* 7,2 7,5 8,6 7,8 1997 7,8 8,2 8,8 8,3 1998 8,9 9,3 10,1 9,5 1999 9,4 13,4 14,1 12,3 2000 6,1 6,2 8,7 7,0 Průměr 7,9 8,9 8,7 7,0 Průměr za všechna stanoviště 7,9 8,6 10,0 8,7 Pozn.: Hnojení dusíkem v průmyslových hnojivech ( kg.ha-1) N0 = 0, N1 = 30, N2 = 60 * výnosy druhým rokem po vysetí (porost založen v roce 1995) ** rok založení nových pokusů přesunutých na jiné místo

134


ně je možno materiál, který se nechá doschnout na řádcích, sklidit buď sběracím návěsem nebo slisovat do balíků hranolovitých či kulatých. S těchto dvou variant lze doporučit sklizeň hmoty do balíků. Hranolovité balíky je nutné následně skladovat v zakrytých prostorech s ochranou proti dešti, kulaté balíky opatřené folií je možno skladovat přímo na poli. Výhodou sklizně svinovacím lisem do kulatých balíků je vyšší výkonnost a vyšší hustota stlačeného materiálu, ve srovnání s hranatými balíky. V případě dostatečného prostoru pro skladování a při manipulaci však lze předpokládat výhody hranatých balíků. Vícefázový způsob sklizně rostlinné biomasy je časově a personálně náročnější a zahrnuje větší počet operací, které nutně znamenají větší počet přejezdů po pozemku. Výhodou je možnost oddělené sklizně semen a možnost samovolného dosýchání suroviny na pozemku mezi jednotlivými fázemi sklizně. Při porovnání sklízecích lisů a sklízecích řezaček ve vícefázových postupech sklizně z hlediska měrné spotřeby PHM nebyl zaznamenán výrazný rozdíl. Výnosy fytomasy Pokud jde o výnosy, potom např. ve Švédsku [7] se uvádějí průměrné výnosy sušiny za 5 let pěstování (od druhého roku) při dávce 100 kg.ha-1 N 9 tun.ha-1 na konci vegetační sezóny a 7,5 t.ha-1 na jaře. Ztráty sušiny přes zimní období se uvádějí kolem 25 %. Průměrné výnosy sušiny v okolních státech se pohybují v rozmezí 4,5 až 9,0 t.ha-1. V našich polních pokusech jsme na různých stanovištích porovnávali vliv hnojení N a půdně-klimatických podmínek na výnosy nadzemní fytomasy lesknice rákosovité. Pokusy s lesknicí rákosovitou byly na všech stanovištích založeny v roce 1995. Výsledky a půdně-klimatické charakteristiky jednotlivých stanovišť jsou uvedeny v tab. 1. K lesknici byly použity před založením porostu na všech variantách dávky 50 kg.ha-1 K a 26,5 kg.ha-1 P. V dalších letech nebylo hnojení P, K aplikováno. K lesknici byly použity každoročně 3 odlišné dávky N v průmyslových hnojivech: N0 = bez dusíku, N1 = každoroční jednorázová dávka na jaře 30 kg.ha-1, N2 = každoroční jednorázová dávka na jaře 60 kg.ha-1. V tabulce 1 jsou uvedeny výsledky z let 1996-2005, tedy již (kromì roku 2003 v Ruzyni, kdy byly porost lesknice zrušen a pøestìhován na jiné místo) z plnì zapojených a vyzrálých porostù. Z výsledkù je patrné, že výnosy fytomasy lesknice jsou znaènì závislé na prùbìhu klimatických podmínek v jednotlivých letech a na daných stanovištích. Napø. v Ruzyni výnosy fytomasy kolísaly v prùmìru od 5,5 t.ha-1 sušiny v roce 2005 do 12,9 t.ha-1 v roce 2002. Obdobné znaèné kolísání výnosù je patrné i na ostatních stanovištích (tab. 1). Kolísání výnosù je závislé hlavnì na rozdìlení srážek bìhem vegetace v jednotlivých letech a na daných stanovištích. Nejvìtší meziroèní kolísání prùmìrných výnosù pøepoètených na sušinu bylo zaznamenáno v Lukavci (3,9 až 13,8 t.ha-1), nejmenší v Troubsku (7,0 až 12,3 t.ha-1). Lesknice také reagovala pøíznivì zvýšením výnosù fytomasy na stupòované dávky N. Již každoroèní nižší dávky N (30

kg.ha-1) aplikované na jaøe zvyšovaly v prùmìru let výnosy fytomasy na všech stanovištích. V prùmìru let a stanoviš zvyšovala dávka 30 kg.ha-1 N výnosy sušiny fytomasy lesknice o 15,5 % (1,1 t.ha-1). Také následné pøihnojení N v dávce dalších 30 kg.ha-1 v ledku amonném bìhem vegetace dále zvyšovalo výnosy fytomasy o 35 % (2,5 t.ha-1) oproti nehnojeným parcelám. Z energetického a ekonomického hlediska je také důležité, v kterém termínu plodiny sklízet. Zda v době největšího nárůstu fytomasy, pozdě na podzim nebo brzy na jaře. Obecně největší nárůst fytomasy je u většiny plodin v době kvetení nebo těsně po odkvětu. Potom dochází k postupné ztrátě fytomasy. V prvním termínu sklizně má obsah vody ve fytomase rozmezí 60 - 80 %. Takto vlhká fytomasa se dá z energetického hlediska přímo využít pouze na výrobu bioplynu. Pokud by se měla používat pro účely spalování přímo v kotlích nebo na výrobu pelet nebo briket je třeba ji dosoušet, za příznivého počasí přímo na poli nebo dosoušet uměle v sušárnách. Zde v těchto případech je třeba dodávat více náklady na tyto operace, které nejsou hlavně v případě dosoušení teplým vzduchem nejlevnější. Při pozdně podzimním termínu je u většiny energetických vytrvalých rostlin obsah vody většinou i nadále relativně vysoký a dosahuje hodnot 30 až 70 %. Výnos není o mnoho menší v porovnání s prvním termínem. Rozdíly ve výnosech fytomasy a vlhkosti konkrétně u lesknice rákosovité v různých termínech sklizně uvádí tab. 2. Fytomasa lesknice není bez dosoušení ani koncem listopadu vhodná pro okamžité spalování. V daném termínu jsme v průměru zjistili obsah vody kolem 50 %. Jsou dvě možnosti jak se zbavit do zimy přebytečné vody. Buď porost na podzim desikovat nebo jej sklidit a dosušit uměle. Porost je možno také sklízet přes zimní období, pokud to půdně-klimatické podmínky a sněhové poměry dovolí, nebo je možno sklízet až na jaře, až do doby než začne znovu růst (obrážet). První mrazy porost vysuší, takže jej lze pak sklízet a přímo spalovat. Vlhkost pod 20 % při jarním termínu sklizně je vhodná přímo k lisování do briket nebo pelet, skladování nebo okamžitému spalování. Ztráta fytomasy 22,5 % (tab. 2) přes zimní období není v porovnání s některými ostatními plodinami vysoká. Ztráta je kompenzována úbytkem vlhkosti, neboť na podzim bychom museli sklizenou fytomasu dosoušet. Porost lesknice přes zimní období většinou nepoléhá, což umožňuje bezproblémovou sklizeň bez větších ztrát fytomasy. Jarní sklizeň je doporučována také proto, že při pozdějších termínech sklizně se snižuje obsah draslíku, chlóru, dusíku a síry ve fytomase lesknice i dalších plodin oproti ranným termínům sklizně. Množství živin obsažených rostlinách je na jaře téměř poloviční v porovnání s rostlinami sklizenými např. v srpnu. Jako důvod se uvádí translokace živin do kořenové části a jejich vyluhování během zimy. Porovnání obsahu prvků u lesknice rákosovité při podzimní a jarní sklizni podle našich sledování je uveden v tab. 3. U pozdních termínů sklizně (březen) se např. při spalování fytomasy lesknice zvyšuje teplota spékání popele a jsou zaznamenány nižší emise SOx a NOx oproti

135


ranějším termínům sklizně (červenec-září). Obsah popele v rostlinách je ovlivněn také typem půdy. Bylo zjištěno, že při pěstování lesknice na těžkých jílovitých půdách byl obsah popele 10,1 % v porovnání s rostlinami pěstovanými na půdách humózních, kde byl obsah popele pouze 2,2 % [1]. To, že fytomasa lesknice z jarní sklizně má lepší parametry

pro spalování potvrzuje také [3, 7]. Další výhodou sklizně po zimě je, že na podzim některá stébla u některých populací lesknice mají tendenci tvořit zelené větve z paždí na listových pochvách, což zapříčiňuje nežádoucí zvýšení obsahu vody.

Tab. 2: Výnosy čerstvé hmoty (č.h.), sušiny fytomasy (t.ha-1) a vlhkost při sklizni (%) lesknice rákosovité v různých termínech sklizně (průměr let 1996 až 2001) Plodina Lesknice

I odběr* Výnos č.h. Sušina 24,55 8,10

Vlhkost 67,0

II odběr** Výnos Vlhkost č.h. Sušina 15,04 8,00 46,8

III odběr*** Výnos Vlhkost č.h. Sušina 7,61 6,20 18,5

Pozn.: * odběr v době největšího nárůstu fytomasy, **na podzim, ***brzy na jaře

Tab. 3: Obsah prvků v rostlinách lesknice rákosovité v různých termínech sklizně Termín sklizně V době kvetení Podzim Jaro Průměr

N 1,355 0,995 0,923 1,091

P 0,233 0,170 0,143 0,182

Obsah prvků v % sušiny K 1,054 0,569 0,143 0,589

Ca 0,702 0,401 0,245 0,449

Mg 0,189 0,119 0,055 0,121

Tab. 4: Energetické hodnoty nadzemní fytomasy lesknice rákosovité (GJ.t-1 ) při různých termínech sklizně a různém obsahu vody měřené na spalném kalorimetru PARR 1356 Ukazatel Spalné teplo při obsahu vody 5 % Spalné teplo při obsahu vody 5 % Spalné teplo při obsahu vody 5 % Spalné teplo – průměr (5 %) Spalné teplo při obsahu vody 50 % Spalné teplo při obsahu vody 20 %

Termín sklizně 1 termín* 2 termín** 3 termín*** 2 termín** 3 termín***

Energetická hodnota 17,736 17,297 17,800 17,611 9,896 14,591

Pozn.: * odběr v době největšího nárůstu fytomasy, ** na podzim, *** brzy na jaře Pro spalování je důležitým faktorem také energetický obsah spalovaného materiálu. Proto byl také stanoven energetický obsah a výhřevnost fytomasy lesknice rákosovité v různých termínech sklizně. V tabulce 4 jsou uvedeny průměrné hodnoty za období 2001-2005. Průměrná energetická hodnota sušiny fytomasy 17,6 GJ.t-1 je podobná hodnotám hnědého uhlí používaného při vytápění v domácnostech. Spalné teplo je silně závislé na vlhkosti fytomasy. Při vlhkosti 50 % je pouze 9,9 GJ.t-1. Při vlhkosti 20 % vhodné pro přímé spalování ve většině kotlů s nižším výkonem je spalné teplo lesknice 14,6 GJ.t-1, což odpovídá hnědému uhlí horší kvality používanému v našich tepelných elektrárnách. Emisní parametry paliv Při spalování biomas vznikají emise mj. CO a NOx, jejichž koncentrace jsou dovoleny do úrovně limitované zákonnými předpisy. Pro kotle s tepelným výkonem kolem 1 MW,

což jsou typická zařízení pro spalování slámy ve formě lisované do balíků, platí Nařízení vlády z r. 2002, podle něhož je limit CO v kouřových plynech 650 mg.m-3 a limit NOx 650 mg.m-3. Hodnoty platí pro referenční obsah kyslíku 11 %. Obdobný německý předpis TA Luft určuje mezní hodnoty pro spalovací zařízení s tepelným výkonem vyšším než 1 MW na 250 mg.m-3 CO a 350 mg.m-3 NOx. Při náhradě slámy jako paliva jiným materiálem, např. některou výše uvedenou lesknicí je třeba ověřit, jaký bude mít tato záměna vliv na provozní vlastnosti celého vytápěcího systému. Obtíže mohou nastat při mechanickém zásobování paliva do kotle, tj. od rozdružení balíku až po dodávku paliva do topeniště. Dále se mohou výrazně změnit emisní hodnoty ve spalinách a změna může nastat i ve vlastnostech popela, s čím souvisící změny s jeho manipulací a likvidací. Pro ověření emisních parametrů byl použit kotel TFS 1000

136


(výrobce Tractant Fabri, Kolín) o jmenovitém tepelném výkonu 1.0 MW. Tento kotel je konstruován na spalování obilní slámy, která je do zařízení kotelny dodávána ve formě velkých hranatých balíků. Z řetězového dopravníku jsou balíky dodávány do rozdružovadla, odkud je materiál posouván šnekovými dopravníky do topeniště. Kotel je řešen jako částečně zplyňovací s poměrně masivní žárovou vyzdívkou a svislou žárotrubnou teplosměnnou plochou s dodatečným tepelným výměníkem pro ohřev vzduchu. Spalovací zařízení sestává z provozního zásobníku a dohořívací komory. Provozní zásobník tvoří vyzděná šachta opatřená nahoře víkem, z boční strany přívodem paliva, dole na dně vyhrnovacím zařízením. Měření emisí probíhalo pro pšeničnou slámu i lesknici cca 4 hod. Hodnoty koncentrací CO a NOx byly snímány v časových intervalech 60 s. Z celého měření byly pak vypočteny průměrné hodnoty. Výsledky měření emisí CO a NOx pro všechna paliva jsou uvedena na obr. 1. Z výsledků je zřejmé, že emise CO při použití lesknice rákosovité mírně převyšují emisní hodnoty limitu dle Nařízení vlády ČR, tj. 650 mg.m-3. U tohoto paliva je limit při spalování v daném kotli překročen 1,6 krát. Při spalování slámy, na kterou je zařízení konstruováno bylo dosaženo velmi dobrých emis-

ních hodnot. Při hodnocení emisí NOx obě použitá paliva splňují předepsaný limit, tj. hodnoty emise do 650 mg.m-3 [5]. Z uvedeného experimentu vyplývá že nové energetické plodiny jako např. lesknice rákosovitá, které se částečně mohou prosadit jako zemědělská produkce mohou být v blízké budoucnosti významným zdrojem tepelné energie, především jako paliva pro zdroje centrálního vytápění menších aglomerací. Lesknici rákosovitou lze používat v daném spalovacím zařízení konstruovaném na slámu, ale je třeba provést některé konstrukční úpravy kotle. Výhodou lesknice, jako paliva je však zvýšená teplota tání popela (1 190 oC) oproti obilní slámě (860 oC). Tím se dá v mnoha případech zabránit spékání popela v topeništi.Při použití lesknice pro lisování topných pelet mají tyto produkty poměrně dobré vlastnosti pro použití v automatických kotlích i mechanické vlastnosti charakterizující možnosti dopravy a skladování. Hodnota otěru dle ÖNORM M 7135 je asi 1,6 %, přičemž hraniční hodnota je 2,3 %. Rovněž hustota pelet (1,28 kg.m-3) splňuje požadavek normy (1,12 kg.m-3). Při použití pelet lisovaných z čisté lesknice v kotli pro dřevní pelety je možno dosáhnout koncentrací CO a NOx v kouřových plynech srovnatelných s dřevními peletami a splňujících požadavky na ochranu ovzduší [4].

koncentrace (mg/m3)

1200 1000 800 600 400 200 0 CO

NOx

pšeničná sláma

lesknice rákosovitá

Obr.1: Průměrné hodnoty emisí CO a NOx ve spalinách kotle TFS 1000 pro pšeničnou slámu a nadzemní biomasu lesknice rákosovité, při referenčním obsahu kyslíku 11 %. Využití produktu Vedle využití lesknice pro přímé spalování (spalné teplo sušiny nadzemní fytomasy lesknice je v průměru podle našich měření 17,61 GJ.t-1 (při vlhkosti 20 % kolem 14,6 GJ.t-1 tab. 4), nebo na výrobu elektřiny lze její fytomasy využít v zeleném stavu jako krmivo (čerstvá píce, seno, siláž) případně i pro výrobu bioplynu. Porost lze také využít na výrobu osiva pro následnou reprodukci.Zcela nově se začíná lesknice zavádět jako energetický zdroj i v pobaltských zemích, kde jí dávají přednost před rychle rostoucími dřevina-

mi. Např. ve Švédsku má lesknice sloužit jako zdroj pro výrobu buničiny (obsah ligninu je kolem 14%, obsah celulosy 30-36%) nebo jako potenciální energetický zdroj. Vhodnost lesknice jako zdroje pro výrobu celulózy potvrzují také např. [6, 8, 9, 10] apod. Ekonomika Pro lesknici jsme se pokusili stanovit náklady na pěstování. V našich výpočtech [11] jsou uvedeny modelové variabilní náklady lesknice od založení porostu až po sklizeň a

137


odvoz sklizeného materiálu za předpokladu, že budeme hodnotit porost ponechaný 5 let na stejném pozemku. Při výpočtech jsme vycházeli z vlastních zkušeností při pěstování daných plodin. Pro cenové kalkulace jednotlivých operací jsme většinou brali aktuální cenové relace. Odhad fixních nepřímých nákladů (daň z nemovitosti, nájem z 1 ha, odpisy z ceny staveb, údržba a opravy staveb, podíl režie, podíl úroků, úvěrů a půjček, odvody na zdrav. a soc. pojištění, podíl silniční daně, pojištění) celkem: 3 150 Kč.ha-1. Náklady na 1 ha celkem představují 7 824 Kč. Při průměrném výnosu sušiny fytomasy 6 t.ha-1 a výkupní ceně slámy 800 Kč za 1 tunu je možno získat 4 800 Kč.ha1 . Za současných podmínek a uvedených cenových kalkulací bez dotací bychom museli vypěstovat nejméně 10 t.ha1 sušiny fytomasy lesknice. Při výkupní ceně 1 200 Kč za 1 tunu pokrytí celkových nákladů odpovídá výnos 6,5 t.ha-1, který je zcela reálný k dosažení téměř ve všech půdně klimatických podmínkách. Podle [2] se náklady na jednu tunu sušiny travní hmoty jako paliva lisované do balíků pohy-

bují od 1 400 Kč v prvním a druhém užitkovém roce do 1 265 Kč ve třetím a čtvrtém užitkovém roce. [4] stanovili náklady na pěstování a sklizeň plodin. Výpočty ekonomiky pěstování energetických plodin jsou realizovány s využitím databázového modelovacího programu AGROTEKIS. Modelové technologické postupy, které jsou základem kalkulace nákladů, obsahují časový sled technologických operací, opakovatelnost operace, dále pak materiálové vstupy, produkci a technické zajištění operací. Toto členění podle technologických operací dává možnost u nich podrobně zjišťovat náklady a snadněji analyzovat vliv jednotlivých faktorů. Vychází se z průměrných podmínek oblastí pěstování a standardní intenzity výroby. Základem ekonomických výpočtů je členění nákladů na variabilní a fixní. Všechny kalkulace vycházejí z průměrných statistických údajů a cenových relací roku 2004. Dále se ve výpočtech uvažuje zajištění všech operací vlastními mechanizačními prostředky. V tab. 5 jsou uvedeny výpočty pro lesknici rákosovitou při různých technologiích sklizně.

Tab. 5. Ekonomické zhodnocení pěstování lesknice rákosovité včetně porovnání různých technologií sklizně [4]. Ukazatel Organická hnojiva Průmyslová a vápenatá hnojiva Osivo, sadba Chemické přípravky Materiál Mechanizovaná práce Spotřeba paliva Potřeba práce Variabilní náklady Nájem půdy + daně Odpisy a opravy staveb Úroky z úvěru Výrobní a správní režie Fixní náklady Náklady celkem Jednotná platba (SAPS) Doplňková platba (TOP-UP) Podpora energetických bylin Dotace celkem Tržní produkce celkem Náklady na energ. biomasu

Jednotka

lis 2 688 345 35 3 068 3 706 38,3 4,30 6 774 760 670 600 374 2 404 9 178 1 800 1 477 2 000 5 277 3 901

Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 l.ha-1 h.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1 Kč.ha-1

Dotace Dnem vstupu České republiky do EU vstoupil v platnost nový systém a nová struktura podpor zemědělství a venkova. Systém podpor vychází ze základních podmínek, které vymezil Kodaňský summit EU (u většiny komodit na počáteční úrovni 25% podpor stávajících zemí EU) a celkové výše zdrojů na strukturální podpory (Horizontální plán rozvoje venkova a Operační program – Zemědělství). U pří-

Lesknice rákosovitá řezačka sběrací návěs 2 688 2 688 345 345 35 35 3 068 3 068 3 944 2 366 54,4 26,2 3,9 3,90 7 012 5 434 760 760 670 670 600 600 374 374 2 404 2 404 9 416 7 838 1 800 1 800 1 477 1 477 2 000 2 000 5 277 5 277 4 139 2 561

mých podpor byla vyjednána možnost jejich navýšení z národních zdrojů do dohodnuté výše (u většiny komodit na počáteční úroveň 55% podpor stávajících zemí EU). Nová struktura podpor zemědělství a venkova do současné doby je zřejmá z následujícího přehledu [4]:

138


1.

Podpory ze zdrojů EU Podpory v rámci Společné zemědělské politiky (SZP): § Tržní opatření v rámci společné zemědělské politiky § Přímé platby (jednotné platby na plochu SAPS) Podpory v rámci Společné politiky rozvoje venkova (Strukturální politika) § Operační program „Rozvoj venkova a multifunkční zemědělství“ (OP Zemědělství) § Horizontální plán rozvoje venkova (HRDP) 2. Podpory ze zdrojů státního rozpočtu ČR § Národní komplementární platby po vstupu do EU (Top up) § Státní pomoc – národní podpory po vstupu do EU (State aid) Podpory využitelné při pěstování energetických plodin Do roku 2003 byl nárůst osevních ploch energetických plodin podporován dotacemi na podporu uvádění orné půdy do klidu (nařízení vlády č. 86/2001Sb.), dotace čini la 5500 Kč/ha. Se vstupem České republiky do Evropské unie se systém dotací výrazně změnil. Pro pěstování energetických a průmyslových plodin lze tedy v roce 2006 využít následující dotace: § podpora podle dotačního titulu „Založení a údržba porostů bylin pro energetické využití pěstovaných na orné půdě“ (PGRLF) Podpora je poskytována jen na vybrané druhy ener getických bylin k nimž patří i lesknice rákosovitá. Pro rok 2006 byla výše podpory stanovena na 2000 Kč na ha orné půdy využívané pro pěstování těch to bylin. Výše uvedené dotace platí do roku 2006. V současné době se připravují v EU i ČR na rok 2007 a další léta změny v podporách a velikosti dotací. V současné době jsou tyto změny zatím pouze ve formě návrhů.

Závěr Z našich dlouholetých výsledků vyplývá, že pro praktické pěstování a využívání cíleně produkované energetické biomasy se ukázaly jako perspektivní pouze některé plodiny z celé škály, které lze teoreticky pro tyto účely pěstovat. V podmínkách ČR lze zemědělské praxi doporučit vedle energetického šťovíku i lesknici rákosovitou. Lesknice rákosovitá při porovnání s některými hlavně trsnatými travami se zdá být výhodnější zvláště pro ranější jarní sklizeň, neboť přes zimní období většinou nepoléhá, její listy vyrůstají ze stébel a nevytváří přízemní trsy, proto porost lesknice rychleji vysychá. Z naších výsledků lze konstatovat, že se lesknici rákosovité dobře daří ve vlhčích podmínkách, a že dobře reaguje v chudších půdních podmínkách na hnojení dusíkem. Z výsledků je také patrné, že lesknice, pokud je porost dobře založen vydrží na jednom stanovišti bez snížení výnosů fytomasy řadu let. Navíc hustá soustava oddenků a kořenů zpevňuje půdu a prakticky celoroční pokryv půdy zabraňuje erozi. Zavedením lesknice se zlepší fyzikální, che-

mické a biologické vlastnosti půdy, včetně zvýšení její organické složky. Půda navíc může být vrácena bez větších potíží původnímu využití pro výrobu plodin pro potravinářské účely. Pro zavádění lesknice hovoří nízká cena při zakládání porostů, žádné nebo minimální používání herbicidů nebo pesticidů, i další nízké přímé náklady. Nepřehlédnutelnou výhodou je, jak již bylo zmíněno, že se u nás dá pěstovat téměř ve všech klimatických podmínkách od nížin až po hory.

Literatura [1] BURVALL J. (1997): Influence of harvest time and soil type on fuel quality in reed canary grass (Phalaris arundinacea L.). Biomass and Bioenergy.12: 3, 149-154. [2] FRYDRYCH J. a kol. (2001): Energetické využití některých travních druhů. Zemědělské informace ÚZPI, 23/2001, 34 s. [3] HADDERS G., OLSSON R. (1997): Harvest of grass for combustion in late summer and in spring. Biomass and Bioenergy. 12, 3, 171-175. [4] HUTLA, P. a kol. (2004): Systémové využití energetické biomasy v podmínkách ČR. (Závěrečná zpráva VÚZT Praha). [5] HUTLA P., JEVIČ P., MAZANCOVÁ J., PLÍŠTIL D. (2005): Emission from energy herbs combustion. RES.AGR.ENG, 51,(1): 28-32. [6] KOZLOWSKI S., GOLINSKA B., SWEDRZYNSKI A., GOLINSKI P. (1996): Rate of grass lignification. Zeszyty Problemowe Postepow Nauk Rolnicznych. 442: 257-268. [7] LANDSTROM S., LOMAKKA L., ANDERSON S. (1996): Harvest in spring improves yield and quality of reed canary grass as a bioenergy crop. Biomass and Bioenergy.11: 4, 333-341. [8] NIXON P.M.I., BULLARD M.J. (1997): The effect of fertilizers, variety and harvesting timing on the yield of Phalaris arundunacea L. Biomass and energy crops. Meeting of the Association of Aplied Biologists, 7-8 April 1997, Royal Agricultural College, Cirencester, UK. Aspects of Aplied Biology. No. 49, 237-204. [9] PEDERSEN S. (1997): Reed canary grass on marginal land – Industrial apllications, economics and environmental impacts. In: Proccedings of the NJF-seminar on alternative use of agricultural land, Research Centre Foulum, Denmark, 9-10 June 1997. SP Raport Statenes Planteavlsforsog. No. 18, 102-111. [10] PAHKALA K., MELA T. (1997): Farming methods and quality of reed canary grass grown for paper raw material. In: International conference-Sustainable agriculture for food, energy and industry. Book of abstracts. Ed.: CARMEN, Rimpar, pp 997-1000. [11] STRAŠIL Z. (2000): Ekonomická analýza vybraných energetických rostlin určených pro spalování. In: Sbor. Technika a technologie pro nepotravinářské využití půdy a její udržování v klidu. Brno, s.17-22.

139


Poděkování: Tento příspěvek byl realizován za finanční podpory MŠMT (projekt reg.č. 2B06131) Kontaktní adresa: Ing. Zdeněk Strašil, CSc. Výzkumný ústav rostlinné výroby Drnovská 507, 161 06 Praha - Ruzyně Tel.: +420 233 022 464 Fax: +420 233 310 636 e-mail: [email protected] Ing. Petr Hutla, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 06 Praha-Ruzyně Tel.: +420 233 022 238 Fax: +420 233 312 507 e-mail: [email protected]

140


PŘÍPRAVA BIO MATERIÁLŮ S ŘÍZENOU PÓROVITOSTÍ J. Trávníčková - Andertová, I. Zedníková, J. Havrda Ústav skla a keramiky, Vysoká škola chemicko-technologická Praha

Anotace Porézní keramika na bázi trikalciumfosfátu (TCP) patří mezi resorbovatelné biokeramické materiály. TCP keramika je považována za ideální materiál s výbornou biokompatibilitou pro regeneraci a následnou tvorbu kostní tkáně. Mnoho studií potvrdilo vztah mezi vrůstáním živé tkáně a parametry pórů, zejména hodnotou pórovitosti, velikosti pórů, jejich morfologií a propojení. Materiál je osteoinduktivní, stimuluje vývoj kostních buněk a indukuje tvorbu nové kostní tkáně. Za nějaký čas dojde k jeho resorpci a nahrazení nově se vytvářející kostní tkání. TCP porézní keramika nachází uplatnění především v dentální a plastické chirurgii. V práci je uveden technologický postup řízené přípravy mikroporézní matrice kalcium-fosfátové keramiky se semiotevřenou makroporozitou.

Klíčová slova: keramika, resorbovatelná keramika, vápník – fosfát Title Preparation of bio materials with controlled porosity

Abstract Porous ceramics on tri-calcium – phosphate (TCP) belongs among resorbable bio-ceramic materials. Ceramics TCP is considered ideal material with excellent bio - compatibility for bone tissue regeneration and consequent generation. A lot of studies have confirmed relationship between live tissue growth and pores parameters mainly by porosity value, pores size, their morphology and connection. The material is osteinductive and stimulates the bone cells development and induces new bone tissue generation. After certain time occurs its resorption and substitution of newly generated bone tissue. The PCP porous ceramics is being applied mainly in dental and plastics surgery.

Keywords: ceramics, resorbable ceramics, calcium-phosphate 1.Úvod Keramické biomateriály určené jako náhrada nemocných nebo poškozených částí lidského skeletu představují současný vrchol vývoje a využití progresivních keramických materiálů. Z historického hlediska lze vývoj keramických biomateriálů rozdělit do tří generací [1]. První generaci představují úspěšně klinicky využívané bioinertní keramické materiály s nejvýznamnějšími zástupci kloubních implantátů na bázi Al2O3 a ZrO2. Tyto materiály jsou vůči lidskému organismu inertní, nevyvolávají negativní reakce a vynikají špičkovými mechanickými vlastnostmi. Druhou generaci biomateriálů tvoří bioaktivní materiály typu bioaktivních skel. Do třetí generace biokeramických materiálů jsou zahrnuty práškové směsi na bázi trikalciumfosfátu (TCP) představující typ tzv. resorbovatelného biokeramického materiálu. TCP keramika je považována za ideální materiál s výbornou biokompatibilitou pro náhrady kostí, umožňuje regeneraci a následnou tvorbu živé tkáně [1, 2]. Mnoho studií potvrdilo vztah mezi vrůstáním živé tkáně a parametry pórů, zejména má vliv pórovitost, velikost pórů, morfologie, a propojení pórů. Optimální velikost pórů závisí na místě, kde je implantát z TCP keramiky použit. Makropóry o velikosti cca 100 ?m umožňují osídlení celého povrchu buňkami a vrůst kostní tkáně do centra defektu. Mikropóry o velikosti cca 1-5 ??m zajišťují rychlou penetraci tělní

tekutiny. Materiál je osteoinduktivní, stimuluje vývoj kostních buněk a indukuje tak tvorbu nové kostní tkáně. Za nějaký čas dojde k jeho resorpci a nahrazení nově se vytvářející kostní tkáni [2]. TCP porézní keramika nachází uplatnění především v dentální a plastické chirurgii [1, 2]. Důležitým aspektem v oblasti návrhu kalcium-fosfátových biomateriálů je jejich tvar. V dnešní době se komerčně dostupné materiály připravují ve formě prášků, granulí, porézních bločků, povrchových vrstev na kovových implantátech atd. Prášky nalézají široké uplatnění, ale často jsou aplikovány do míst kde mohou lehce migrovat a v krátkém čase být vymyty krevním řečištěm. Ideálním materiálem by byl ten, který by si mohl lékař vytvarovat přímo při operaci. Pro osteoklastický simultánní atak implantované keramiky, musí mít materiál tzv. propojenou pórovitost s definovanou velikostí pórů stejně jako v biologické kosti. Pórovitost by měla být vyšší než 50 % (do 70 %). Taková vysoká pórovitost v kostních substituentech napomáhá ke kompletní invazi implantátu osteoklasty a osteoblasty vedoucí k osseointegraci a další vaskularizaci. Fyzikální faktor pórovitosti a tvaru materiálu však nepostačuje k ovlivnění kostních substituentů z hlediska jejich resorbovatelnosti a participace v kostním přetváření, velký

141


vliv má i jejich povrchová chemie. Atomární poměr Ca/P by měl být v rozmezí 1,05 – 0,67. V literatuře je uváděna aktivace povrchů TCP materiálů kyselinou fosforečnou. Tato kyselina indukuje simulaci osteoklastického příspěvku při osseointegraci a posiluje vazby implantátu s kostí pacienta [2]. Předložená práce se zabývá pilotní studií vypracování metodiky přípravy porézních kalcium-fosfátových materiálů.

PS [%]

80 70 60 50 0,1

0,2

0,3

0,4

škrob/TCP

2. Materiál a metodika

škrob Gustin

V experimentální části práce byly připravovány pasty pro vytváření porézní matrice. Výchozími surovinami byla prášková směs na bázi trikalciumfosfátu (TCP), pojivo, pórotvorná přísada a voda. Pro přípravu mikroporézní matrice se semiotevřenou makroporozitou byla pro zajištění mikroporozity vybrána následující pojiva: a) kukuřičný škrob Gustin (fa. Dr. Oetker, Kladno, ČR) b) kukuřičný škrob Labeta (fa. Labeta s. r. o., Pardubice, ČR) c) bramborový škrob Solamyl (fa. Naturamyl, Hamry, ČR) Pro přípravu makropórů byla použita pórotvorná přísada připravená z neutrálních vosků na bázi polyethylenu o průměru cca 1100 ?m. Ze vstupních surovin byla připravována pasta s různým hmotnostním zastoupením jednotlivých složek [3-6], přičemž zastoupení jednotlivých složek bylo voleno s cílem dosáhnutí rozdílné mikro- a makroporozity konečných vzorků.

škrob Solamyl

škrob Labeta

Obr. 2:Naměřená závislost skutečné pórovitosti na poměru škrob/TCP s odlišnými typy pojiv Na základě naměřených závislostí lze konstatovat: § s rostoucím obsahem pojiva klesá pevnost v tlaku a roste pórovitost daného materiálu pro všechny typy studovaných systémů § pevnosti v tlaku těchto systémů se pohybují v intervalu 60 – 150 kPa, hodnoty objemových hmotností v intervalu 0,98 – 0,92 g/cm3 § systémy, kde byl použit TCP a kukuřičný škrob Gustin jako pojivo vykazují nejvyšší hodnoty pevnosti v tlaku 110 – 150 kPa a nejnižší hodnoty skutečné pórovitosti 58 – 67%. § nasákavost systémů se pohybuje v oblasti 40 – 60% a naměřené hodnoty skutečné pórovitosti systémů jsou 65 – 72%.

3. Výsledky

Závěr

U vzorků připravených s odlišnými typy a hmotnostním zastoupením pojiv (hmotnostní obsah pojiva se měnil v závislosti na hmotnostním obsahu TCP, hmotnostní zastoupení pórotvorné přísady a vody bylo konstantní) byla měřena pevnost v tlaku a stanoveny kritéria hutnosti (pórovitost skutečná, nasákavost, objemová hmotnost) s cílem postižení vlivu obsahu a typu pojiva na mechanické a fyzikálně-chemické vlastnosti připravených porézních těles. Pro názornost jsou uvedeny závislosti pro poměr škrob versus TCP v intervalu 0,11 - 0,4 (obr. 1, obr. 2).

Předložená práce se zabývá studiem přípravy resorbovatelných biokeramických materiálů na bázi trikalciumfosfátu s řízenou pórovitostí. Byla navrhnuta technologie přípravy mikroporézní matrice se semiotevřenou makroporozitou. Při přípravě byly použity pasty připravené společným mísením trikalciumfosfátu, třech typů škrobů jako pojiva a kuliček na bázi polyethylenových vosků jako pórotvorné přísady. Byl studován vliv typu a obsahu jednotlivých typů přísad na mechanické vlastnosti a kriteria hutnosti připravených těles. Výše popsanou technologií přípravy byly vyrobeny tělíska s hodnotami objemové hmotnosti v rozmezí 0,85-1,08 g/cm3 skutečnou pórovitostí v rozmezí 58 71% a pevností v tlaku 110 – 150 kPa.

H [kPa]

170 140 110

Literatura

80 50 0,1

0,2

0,3

0,4

škrob/TCP škrob Gustin

škrob Solamyl

škrob Labeta

Obr. 1: Naměřená závislost pevnosti v tlaku na poměru škrob/TCP s odlišnými typy pojiv

1. KOC N., TIMUCIN M., KORKUSUZ F.: Fabrication and characterization of porous tricalciumphosphate ceramics, Ceramics International, 1-7, (2003). 2. LEMOS A. F., FERREIRA J. M. F.: Porous bioactive calcium carbonate implants processed by starch consolidation, Materials Science and Engineering C 11, 35-40, (2000).

142


3. ZEDNÍKOVÁ I.: Příprava porézních materiálů na bázi trikalciumfosfátu, diplomová práce, VŠCHT Praha (2004). 4. ANDERTOVÁ J., ZEDNÍKOVÁ I., STERN P., RIEGER F.: Viscoelastic properties of high concentrated systems for preparation tricalciumphosphate porous bioceramic, proceeding of AERC 2005, April 21-23, Grenoble – France. 5. ZEDNÍKOVÁ I., ANDERTOVÁ J., HAVRDA J.: Příprava porézní keramiky na bázi trikalciumfosfátu, Preparation of tricalciumphosphate bioceramic materials with controlled porosity, Sborník konference Príprava keramických materiálov, Herl´any 13.6.-15.6.2005 (2005), ISBN: 80-8073293-0.

6. ZEDNÍKOVÁ I., ANDERTOVÁ J., HAVRDA J., KOLOUŠEK D.: Modifikace vlastností biokeramických materiálů s řízenou pórovitostí, Sborník konference Príprava keramických materiálov, Herl´any 13.6.-15.6.2005 (2005), ISBN: 80-8073-293-0.

Kontaktní adresa: Ing. Jana Trávníčková - Andertová, CSc., Ing. Ivana Zedníková, Doc. Ing. Jiří Havrda,CSc. Ústav skla a keramiky Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Technická 5, CZ- 166 28, Praha 6 Tel: 220444135 Fax: 224313200 e-mail: [email protected]

143


TYPOLOGIE STANOVIŠŤ A RAJONIZACE KLONŮ RYCHLE ROSTOUCÍCH DŘEVIN K ENERGETICKÉMU VYUŽITÍ PRO EFEKTIVNÍ PĚSTOVÁNÍ VÝMLADKOVÝCH PLANTÁŽÍ J. Weger VÚKOZ Průhonice

Anotace Příspěvek se zabývá otázkou pěstební rajonizace klonů rychle rostoucích dřevin (RRD) a typologie stanovišť, které jsou jednou z důležitých podmínek pro efektivní pěstování porostů RRD určených k produkci biomasy k energetickému využití neboli. K vytváření rajonizace a typologie stanovišť jsou využívány dva podklady: výsledky dlouhodobého testování širokého sortimentu klonů RRD na více než 20 výzkumných plochách oddělení fytoenergetiky VÚKOZ a soustava BPEJ (bonitační půdně ekologické jednotky). Při analýze bylo hodnoceno celkem 525 HPKJ (hlavních půdně klimatických jednotek - část BPEJ) relevantních pro pěstování současného doporučeného sortimentu RRD, které byly na základě analýzy rozděleny do 6 skupin podle vhodnosti pro pěstování doporučených klonů RRD. V dalším kroku bylo provedeno posouzení výnosového potenciálu klonů v uvedených skupinách HPKJ. K tomu byly opět využity výsledky hodnocení z našich pokusných ploch za 3 obmýtí (9–12 let) a na publikovaných zahraničních výsledcích (odhad dalšího vývoje výnosů). Hlavními výsledky práce jsou tabulka vhodnosti stanovišť (HPKJ) pro pěstování tzv. doporučených klonů RRD a graf přepokládaných výnosů biomasy na půdě vhodného typu.

Klíčová slova: typologie, rajonizace, rychle rostoucí dřeviny, výmladkové plantáže, vrby, topoly Title Zoning of agricultural land and clones of fast-growing trees for effective growing of short rotation coppice

Abstract The article deals with topic of the zoning of agricultural land and clones of fast-growing trees grown for production of energy biomass, which is one of the important conditions for effective growing of short rotation coppice. The zoning methodology of agriculture land for willow and poplar SRC used two main sources: results on the extensive field testing (over 20 sites) of a wide assortment of willow and poplar clones and part of the Czech agricultural land valuation, e.g. 525 production ecological soil unit (BPEJ). Main climatic regions and soil types (HPKJ - part of BPEJ) were evaluated from the point of suitability for growing fast-growing trees. Six groups of land suitability were created for willow and poplar clones from recommended assortment. In next step curves of potential production of biomass for all six groups suitability types were created using own data from experimental plots (up to 10 years, 3 harvests) and other published data from experimental and commercial plantations of willow and poplar clones. The main results of our work are the table of land suitability types for recommended clones of fast-growing trees and graph with curves of expected yields of biomass for land suitability types.

Keywords: zoning, regionalisation, fast-growing trees, short rotation coppice, willows, poplars Úvod Důležitým požadavkem pro dosažení dobrých výnosů výmladkových plantáží RRD případně jiných energetických plodin je volba vhodného stanoviště. V současnosti se projektanti a zájemci o založení výmladkových plantáží nebo matečnic RRD na zemědělské půdě při výběru stanovišť nebo klonů spoléhají buď na publikované výsledky testování klonů z maloplošných výzkumných ploch VÚKOZ Průhonice nebo na zkušenosti pěstitelů z klimaticky a půdně podobných lokalit či oblastí. Jedním z cílů výzkumu probíhajícím ve VÚKOZ, který by měl uvedenou situaci zlepšovat, je provedení rajonizace nejperspektivnějších klonů RRD pro různorodé půdní a klimatické podmínky ČR a současně typologie stanovišť podle půdně-klimatických podmínek. Pro vytváření typologie a rajonizace jsou využívány dva

podklady: výsledky testování širokého sortimentu RRD na téměř 30 výzkumných plochách VÚKOZ a produkčních porostech a soustava BPEJ (bonitovaných půdně ekologických jednotek) zemědělských půd v ČR. Podklady pro typologii: bonitačně půdně ekologické jednotky (BPEJ) Bonitovaná půdně ekologická jednotka zemědělských pozemků vyjadřuje pětimístným číselným kódem (psáno např. 2.11.14 nebo 21114) hlavní půdní a klimatické podmínky, které mají vliv na produkční schopnost zemědělské půdy a její ekonomické ohodnocení. První číslice udává klimatický region, druhá a třetí číslice vymezují příslušnost k určité hlavní půdní jednotce (01–78), čtvrtá číslice stanoví kombi-

144


naci svažitosti a expozice pozemku ke světovým stranám a pátá číslice určuje kombinaci hloubky půdního profilu a jeho skeletovitosti. Klimatické regiony (KR) zahrnují území s přibližně shodnými klimatickými podmínkami pro růst a vývoj zemědělských plodin. KR se liší zejména v hodnotách sumy průměrných denních teplot vzduchu nad 10 °C, průměrnými ročními teplotami vzduchu, průměrným ročním úhrnem srážek, pravděpodobností výskytu suchých vegetačních období a vláhovou jistotou. V České republice bylo vymezeno celkem 10 klimatických regionů, označených kódy 0–9. Hlavní půdní jednotka (HPJ) je účelové seskupení půdních forem, příbuzných ekologickými vlastnostmi, které jsou

charakterizovány půdním typem, subtypem, půdotvorným substrátem, zrnitostí a u některých HPJ výraznou svažitostí, hloubkou půdního profilu, skeletovitostí a stupněm hydromorfismu. V České republice bylo vymezeno 78 HPJ. Přiřazením údaje o klimatickém regionu k charakteristice HPJ vzniká tzv. hlavní půdně klimatická jednotka (HPKJ), která je vyšší taxonomickou jednotkou. V zemědělské praxi případně v katastrálních mapách je HPKJ označena počátečními třemi číslicemi pětimístného kódu soustavy BPEJ. Další půdně ekologické faktory jsou označeny 4. a 5. číslicí kódu soustavy BPEJ ČR. První kombinace, lokalizovaná 4. číslicí kódu, slučuje svažitost pozemku a jeho expozici ke světovým stranám. Druhá kombinace, vymezená 5. číslicí kódu, agreguje skeletovitost a hloubku půdního profilu.

Příklad pětimístného kódu BPEJ:

HPJ 3 1 3 1 0 klimatický region (KR)

skeletovitost a hloubka půd. profilu HPKJ sklonitost a expozice

Hodnocení vhodnosti stanovišť pro pěstování RRD Tabulka „vhodnosti stanovišť pro pěstování RRD“ byla vytvořena na základě hlavní půdně klimatické jednotky (HPKJ). Při analýze hodnocení vhodnosti stanovišť pro pěstování RRD bylo hodnoceno celkem 525 HPKJ, které jsou relevantní pro pěstování současného doporučeného sortimentu RRD pro výmladkové plantáže. Jako hodnotící parametry vhodnosti HPKJ byly použity následující zdroje: · Charakteristiky klimatických regionů (KR). · Popisy vlastností hlavních půdních jednotek (HPJ), zejména půdní vláha, vysýchavost. · Tabulkové výnosy pšenice a trvalých travních porostů na daných HPKJ případně bodové hodnocení BPEJ. · Výnosové a růstové parametry vybraných klonů RRD na testovacích a poloprovozních plochách. · Zahraniční publikace o testování a pěstování RRD pro produkci biomasy na energetické využití. Využitím těchto údajů byla provedena vícestupňová analýza vhodnosti KR a HPJ pro pěstování výmladkových plantáží RRD přidělením vah jejich jednotkám. V následující tabulce je uveden výsledek hodnocení klimatických regionů.

Míra vhodnosti jednotlivých HPJ (půdních jednotek) pro pěstování RRD byla následně provedena ve dvou krocích: i) sdružením 78 HPJ do 6 skupin podle příbuznosti a ii) přiřazením vah těmto skupinám. První krok byl proveden expertním posouzením ve spolupráci s pracovníky VÚMOP Praha-Zbraslav. Přiřazení vah 6 skupinám v rozsahu čtyřbodové stupnice bylo provedeno na základě výsledků testování klonů RRD v porostech sledovaných VÚKOZ Průhonice. V konečné fázi pak bylo provedeno hodnocení vhodnosti hlavních půdně-klimatických jednotek (HPKJ) a to průnikem vah KR × HPJ. Výsledkem bylo vytvoření 6 (stanoviště, HPKJ) dle vhodnosti pro pěstování doporučeného sortimentu RRD: 1. Nepříznivá pro doporučený sortiment RRD – A (v Tab. 2: pruhovaná pole). 2. Nepříznivá pro doporučený sortiment RRD – B (v Tab. 2: pruhovaná pole). 3. Podprůměrně příznivé pro doporučený sortiment RRD - (v Tab. 2: bledě-modrá pole). 4. Průměrně příznivé pro doporučený sortiment RRD(v Tab. 2: zelená pole). 5. Nadprůměrně příznivá pro doporučený sortiment RRD - (v Tab. 2: tmavě-zelená pole). 6. Optimální pro pěstování doporučeného sortimentu RRD - (v Tab. 2: černá pole).

145


Tab. 1.: Hodnocení KR z hlediska jejich vhodnosti pro pěstování doporučeného sortimentu RRD Klimatický region 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Váha 1 0 1 2 0 2 2+ 2 1 -1

Popis KR a zdůvodnění váhy Méně vhodný – nižší srážky (500–600 mm) Nevhodný zejména nedostatkem srážek <500 mm Méně vhodný – nižší srážky (500–600 mm) Průměrný kombinací teplot a srážek Nevhodný zejména nedostatkem srážek <550 mm Průměrný kombinací teplot a srážek Nadprůměrný kombinací teplot a srážek Průměrný kombinací teplot a srážek Méně vhodný zejména pro méně příznivé klimatické podmínky Nevhodný pro příznivé klimatické podmínky (nízká teplota a krátká vegetace)

Tab 2.: Tabulka vhodnosti stanovišť dle HPKJ pro pěstování doporučených klonů RRD

Vliv sklonitosti, skeletovitosti, hloubky půdy a expozice, které mohou být limitující jak z důvodů produkčních tak i environmentálních, je při tvorbě metodiky posuzován jako dodatečný faktor k výše uvedenému hodnocení HPKJ. Uvedené 4 parametry byly posouzeny podle jejich vlivu na úrodnost (výnos RRD) a na volbu použité pěstební technologie (např. pouze vícefázová sklizeň na prudkých svazích). Výnosový potenciál rychle rostoucích dřevin Dalším naším krokem ve zpřesňování informací o produkčním potenciálu je posouzení výnosového potenciálu vybraných klonů topolů a vrb (RRD) ve výše uvedených kategoriích HPJ. Výnosový potenciál RRD chápeme jako dynamickou veličinu udávající očekávaný výnos (štěpky, biomasy) porostu výmladkových plantáží založených z tzv. doporučených klonů RRD, pěstovaných na zemědělské

půdě ve velmi krátkém obmýtí, tzv. minirotaci. Nejčastěji je výnosový potenciál udáván jako výnos suché hmoty za jedno obmýtí v t (suš.)/ha/rok – případně surové hmoty včetně obsahu vody t (sur.)/ha/rok. K analýze byly využity výsledky hodnocení pokusných ploch s RRD v různých lokalitách ČR. Vzhledem k délce výzkumu nemohou být k dispozici výnosy za více než 3 obmýtí (tj. 9–10 let). Proto byl proveden odhad dalšího vývoje výnosů, který je založen zejména na publikovaných zahraničních zkušenostech a také například na zkušenostech z košíkářských matečnic. Výsledek očekávaných výnosů biomasy výmladkových plantáží RRD pěstovaných ve 3-letém obmýtí je uveden v Grafu 1. V kontextu rajonizace klonů RRD slouží uvedený graf k zhodnocení produkčního potenciálu stanoviště a jeho průběhu v čase, který má vliv na ekonomiku pěstování. Pro získání představy o potenciálním výnosu surové biomasy při sklizni v obvyklém

146


obmýtí (3 roky) je potřeba hodnoty odečtené z křivek násobit přibližně dvěma, neboť průměrný obsah vody v čerstvě sklizené biomase se pohybuje v rozmezí 48–55 % (průměr za období 1999–2005 je 53 %). Při využívání typologické tabulky HPKJ a produkčních křivek v zemědělské praxi je potřeba vzít v úvahu, že byly vypracovány pro celý sortiment tzv. doporučených klonů

RRD (kromě topolů černých – Populus nigra L.), zveřejněný ve Věstníku MZe 1/2004 v rámci dotačních titulů MZe (tzv. HRDP – horizontálního plánu rozvoje venkova). Pro dosažení optimálních výnosů na vybrané lokalitě (HPKJ) je nutno vybrat odpovídající vhodné klony dle popisu jejich stanovištních nároků. Optimální stanoviště Nadprůměrně příznivá

50

Podprůměrná stanoviště

45

Nepříznivá stanoviště B

Výnos – tun(suš.)/ha.

40

Nepříznivá stanoviště A

35

Průměrná stanoviště

30 25 20 15 10 5 0 0

3

6 9 12 15 18 21 24 27 Roky existence produkčního porostu (výmladkové plantáže)

30

33

Graf. 1: Odhad výnosů výmladkových plantáží RRD podle příznivosti stanoviště Tab. 4: Vyhodnocení vlivu skeletovitosti a hloubky půdy na výnos a pěstební postupy Skeletovitost žádná žádná až slabá slabá střední střední slabá střední žádná až slabá střední až silná žádná až silná

Hloubka

Výnos

hluboká hluboká až středně hluboká hluboká hluboká hluboká až středně hluboká mělká mělká hluboká až středně hluboká hluboká až mělká hluboká až mělká

100 % 100 % 100 % 100 % 100 % 80 % 60 % 100 % 60 % 70 %

Omezující faktory pro dosažení výnosového potenciálu Jak bylo uvedeno dříve na pěstební podmínky RRD vyjádřené pomocí HPKJ mají vliv i další faktory jako sklonitost, orientace, skeletovitost a hloubka půdy. Z polních zkušeností je například zřejmé, že více sklonité jižní svahy budou pro výmladkové plantáže méně vhodné, z hlediska vyššího rizika vysychání půdy, ale i z hlediska možnosti použití mechanizace. Pro sklizeň by bylo nutné použít 2–3 fázovou technologii, která je nákladnější. Expozice obecně

Vliv na pěstební postupy Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Částečné omezení mechanizace zejm. příprava půdy Částečné omezení mechanizace zejm. příprava půdy Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Možné omezení mechanizace Možné omezení mechanizace

má vliv v kombinaci se svažitostí, jak již bylo uvedeno. Skeletovitost (podíl hrubých částic v půdě), pokud není v kombinaci s vysýchavostí půdy, by neměla být problémem, neboť RRD nevyžadují tolik půdních operací a mají hlubší kořenový systém. Podle doposud provedené analýzy budou mít na výnos a ekonomiku vliv zejména extrémní hodnoty uvedených 4 stanovištních parametrů (viz tabulky 51, 52), které například v Plzeňském kraji představují rozlohu cca 10–15 % zemědělského půdního fondu.

147


Tab. 3: Vyhodnocení vlivu svažitosti a expozice na výnos a pěstební postupy KR

svažitost / expozice

Vliv na výnos

1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8 6,7,8

0–3o / 3–7o / 3–7o / J 3–7 o / S 7–12o / J 7–12o / S 12–17o / J 12–17o / S 17–25o / J 17–25o / S 0–3o / 3–7o / 3–7o / J 3–7 o / S 7–12o / J 7–12o / S 12–17o / J 12–17o / S 17–25o / J 17–25o / S

100 % 100 % 90 % 100 % 80 % 100 % 70 % 100 % 50 % 50 % 100 % 100 % 100 % 90 % 110 % 80 % 110 % 65 % 100 % 50 %

Vliv na pěstební postupy Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Částečné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Částečné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Významné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Významné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Úplné omezení mechanizovaných operací Úplné omezení mechanizovaných operací Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Bez omezení pro mechanizované pěstební operace Částečné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Částečné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Významné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Významné omezení mechanizace zejm. sklizeň RRD Úplné omezení mechanizovaných operací Úplné omezení mechanizovaných operací

Literatura KOLEKTIV (1990): Bonitace československých půd a směry jejich a směry jejich využití, 5. díl Stanovení úředních cen zemědělské půdy. – 85 p., MZe ČR, Praha. WEGER J. (2002): Výběr energetických plodin pro různé stanovištní podmínky. - 90 p., ms. [Závěrečná zpr. projektu VaV320/3/99; depon. in: Knih. VÚKOZ, Průhonice]. WEGER, J. - HAVLÍČKOVÁ, K. a kol. (2003): Biomasa obnovitelný zdroj energie v krajině - 51 p.,. Osvětová publikace, VÚKOZ, Průhonice. WEGER, J. (2004): Pěstování a využití výmladkových plantáží RRD v ČR – růstové a produkční charakteristiky vybraných klonů. – Sborník semináře Energetické a průmyslové plodiny X. CZBiom a VÚRV, Chomutov - Praha.

HAVLÍČKOVÁ K, – KNÁPEK V. – VAŠÍČEK J. – WEGER J. (2005): Biomasa jako obnovitelný zdroj energie, ekonomické a energetické aspekty. – Acta Průhoniciana 79: 1– 67. WEGER J.– VLASÁK P. – ZÁNOVÁ I.– HAVLÍČKOVÁ K. (2006): Výnos a růst vybraných klonů rychle rostoucích dřevin ve druhém obmýtí – pp. 46-56, Sborník referátů konference „Energetické a průmyslové plodiny“, VÚRV Praha, Chomutov. WEGER J.– VLASÁK P. – ZÁNOVÁ I.– HAVLÍČKOVÁ K (2006): Výnos a růst vybraných klonů rychle rostoucích dřevin ve druhém obmýtí – pp. 46-56, Sborník referátů

Kontaktní adresa Ing. Jan Weger VÚKOZ Průhonice odd. fytoenergetiky Tel.: 296528327, e-mail: [email protected]

148


VÝVOJ OBNOVY POĽNOHOSPODÁRSKEJ TECHNIKY V SLOVENSKEJ REPUBLIKE ZA POSLEDNÝCH 12 ROKOV F. Zacharda Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky Rovinka

Anotácia Agrárna politika EÚ je založená na koncepcii multifunkčného, trvalo udržateľného rozvoja poľnohospodárstva a zabezpečenie trvalého rozvoja vidieka so všetkými jeho funkciami. K tomuto smerujú aj trendy vývoja poľnohospodárstva, ktoré vychádzajú z dlhodobých strategických cieľov potravinovej bezpečnosti, zdravotnej nezávadnosti a hygieny potravín, podpore využívania a ochrany poľnohospodárskej pôdy. Základným predpokladom tohto smerovania je starostlivosť o technickú základňu poľnohospodárstva, t. j. vybavenosť poľnohospodárskej prvovýroby vysokovýkonnou modernou technikou a strojmi. To si vyžaduje poznať súčasný stav strojov a techniky v poľnohospodárstve, možnosti zabezpečovania obnovy techniky a jej dopad na ekonomiku výroby poľnohospodárskych plodín a možnosti a spôsoby ekonomického využívania techniky.

Kľúčové slová: poľnohospodárské stroje, súčasný stav a obnova strojov Title Renew development of agricultural machinery in Slovak Republic during last 12 years

Abstract Agricultural policy of EU is based on the conception of multi-functional sustainable development of agriculture and assurance of sustainable country development with all its functions. The trends of agricultural development, which come out from long-time strategic targets of the food safety, health faultlessness and food safety and from support of utilization and protection of agricultural land, are also aimed at this. The basic assumption of this direction is the maintenance for agricultural technical foundation, i.e. facilities of agricultural basic industry by powerful modern machinery and techniques. This calls for knowing current state of techniques and machines in agriculture, possibilities of assurance of machinery renewal and its effect on the economy of agricultural plant production and possibilities of economic utilization of machinery.

Keywords: agricultural machinery, present situation and renewal machinery Strednodobá koncepcia politiky pôdohospodárstva na roky 2004 – 2006 vytýčila v časti „Poľnohospodárstvo a potravinársky priemysel“, strategické východiská a ciele, ktorými sa naša poľnohospodárska výroba má prispôsobiť a priblížiť cieľom agrárnej politiky EÚ. Agrárna politika EÚ je založená na koncepcií multifunkčného, trvalo udržateľného rozvoja poľnohospodárstva a zabezpečenie trvalého rozvoja vidieku so všetkými jeho funkciami. K tomuto smerujú aj trendy vývoja poľnohospodárstva, ktoré vychádzajú z dlhodobých strategických cieľov potravinovej bezpečnosti, zdravotnej nezávadnosti a hygieny potravín, podpore využívania a ochrany poľnohospodárskej pôdy. Základným predpokladom tohto smerovania je starostlivosť o technickú základňu poľnohospodárstva, t. j. vybavenosť poľnohospodárskej prvovýroby vysokovýkonnou modernou technikou a strojmi. To si vyžaduje poznať súčasný stav strojov a techniky v poľnohospodárstve, možnosti zabezpečovania obnovy techniky a jej dopad na ekonomiku výroby poľnohospodárskych plodín a možnosti a spôsoby ekonomického využívania techniky.

Obdobie reštrukturalizácie poľnohospodárstva po roku 1990 bolo poznamenané rozpadom poľnohospodárskych družstiev, likvidáciou štátnych majetkov, prípadne ich transformáciou na obchodné spoločnosti, vznikom nových organizácií ale aj súkromne hospodáriacich roľníkov a súkromných fariem. V oblasti mechanizácie došlo k rapídnemu poklesu nákupu strojov. Súčasne došlo aj k poklesu celkového počtu strojov v poľnohospodárskych podnikoch. Vývoj počtu stavov vybraných poľnohospodárskych strojov a ich obnova od roku 1993 je v tabuľke 1. Zároveň sú v tabuľke uvedené aj ročné nákupy nových strojov v jednotlivých kategóriách. V štatistickom výkaze „Súpis hospodárskych zvierat, strojov a zariadení v poľnohospodárstve k 31.12.2005“, bol upresnený údaj „nový“. Pod týmto názvom sú uvedené iba stroje a zariadenia, ktoré boli v roku 2005 nakúpené z prvovýroby, resp. od obchodnej organizácie nové, nepoužité (i od cudzej organizácie, ak boli nakúpené nové v roku 2005). Vývoj počtu vybraných strojov potvrdzuje neustály pokles celkového počtu strojov. Tento jav je spôsobený vyraďovaním starej opotrebovanej techniky. Jej nahradzovanie sa realizuje novými technicky a výkonovo dokonalejšími strojmi, ale v malých po-

149


podárstva a živelným pôsobením trhového mechanizmu v celom hospodárstve SR. Ministerstvo pôdohospodárstva SR hľadalo rôzne formy podpory nákupu nových strojov, ako boli dotácie, podpory zo ŠPFPP a bonifikácie úrokov z úverov. Všetky tieto snahy len čiastočne pomohli zlepšiť situáciu v obnove techniky. V období posledných desiatich rokov pozorujeme značné kolísanie objemu investícií na obstaranie strojov a zariadení, napríklad roky 1996 – 1998, tu končí obdobie podporovania nákupu strojov formou dotácií, nastáva obdobie útlmu 1999 – 2003 a roky 2004 a 2005 sú prvé roky nášho vstupu do EU. V tomto období sa začína realizovať nákup strojov a zariadení na základe podpory zo štrukturálnych fondov.

čtoch, ktoré nepostačujú na zlepšenie vekovej štruktúry používanej techniky v poľnohospodárstve. V roku 2005 bolo nakúpených 795 nových traktorov z celkového počtu 21 084 evidovaných traktorov, čo predstavuje obnovu traktorov iba 3,7 %. Podobne sa pohybuje obnova aj pri obilných kombajnoch iba 4,3 %, u lisov na slamu bola obnova 5,5 %, u samohybných rezačiek bola iba 2,3 %, u postrekovačov bola obnova 5,9 % a podobne je to aj u ďaľších typov strojov. Priemerná hodnota obnovy strojov pra rastlinnú výrobu bola v roku 2005 na úrovni 3,6 %. Nízka obnova jednotlivých druhov strojov bola zapríčinená nedostatkom finančného kapitálu na nákup strojov, ktorý bol sprievodným javom reštrukturalizácie poľnohos-

investície v mil. Sk

Vývoj investícií na obstaranie strojov a zariadení pre poľnohospodársku prvovýrobu v rokoch 1996 až 2005 v mil. Sk

6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

20

01

20

02

20

03

20

04

rok

20

05

Graf 1: Vývoj investícií do strojov a zariadení

Ak porovnáme nákup nových strojov a skutočný objem investícií v sledovanom období s výsledkami riešenia úlohy „Projekt prognózy rozvoja techniky a mechanizácie v poľnohospodárstve, zdroje na jeho reprodukciu a obnovu“, ktorú riešil Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky v Rovinke v spolupráci s Mechanizačnou fakultou SPU v Nitre a ďalšími pracoviskami rezortnej VVZ, musíme konštatovať, že k spokojnosti v obnove techniky máme ešte ďaleko. Navrhnutý objem investícií do obnovy strojov a zariadení bol 12 miliárd Sk ročne, čo v prepočte na

1 ha p.p. je okolo 5000 Sk.ha-1. Dosahovaná skutočnosť v roku 2005 je menej ako 2000 Sk.ha-1 p.p. Pre porovnanie v Nemecku je to až 4 krát viac, ako u nás. Pretrvávajúci stav v nedostatočnej obnove techniky má za následok zvyšujúci sa priemerný vek strojov, pozri graf 2, ich celkovú opotrebovanosť, zvyšujúce sa náklady na prevádzku a opravy strojov a tým aj zvyšujúce sa priame výrobné náklady na poľnohospodársku produkciu.

152


V ývoj priem e rné ho ve ku vybrane j sk upiny strojov

14 13,2

priemerný vek (rok)

13 12,13

12

11,64

11 10

12,38

13,1

12,6

11,64

10,87 9,99

9 8

r 1995

r 1997

r 1999

r 2000

r 2001

r 2002

r 2003

r 2004

r 2005

rok sledov ania

Graf 2: Vývoj priemerného veku vybranej skupiny strojov I keď obnova techniky v počtoch kusov nakúpených strojov nezodpovedá potrebám praxe, predsa pozorujeme určité zlepšenie v celkovej situácii technickej základne. Predovšetkým si uvedomujeme, že nové stroje dodávané do poľnohospodárstva majú vyššiu technickú úroveň a vyššie prevádzkovo ekonomické parametre ako staré stroje. Zvýšený dôraz sa kladie na dodržiavanie limitov emisií u motorov traktorov a samohybných strojov, čo má pozitívny vplyv na životné prostredie. Používanie kombinovaného náradia na spracovanie pôdy a zlučovanie pracovných operácií do jednej strojovej kombinácie, nám umožňuje znížiť počet prejazdov po poli. Tým sa šetrí nielen životné prostredie ale sa eliminuje aj nadmerné utláčanie pôdy. Nové konštrukcie sa pozitívne prejavili aj pri strojoch na ochranu rastlín a hnojenie. Presnosť dávkovania účinných chemických látok pri chemickej ochrane rastlín je zabezpečovaná realizáciou Zákona č. 193/2005 Z. z. o rastlinolekárstve v znení neskorších predpisov a Výnosom č. 3322/1/2001-100 Ministerstva pôdohospodárstva SR Zavedený systém pravidelnej kontroly postrekovačov ukázal, že až 25 % všetkých plôch bolo nesprávne ošetrených, čím sa nedosiahla požadovaná účinnosť alebo priveľa chémie sa dostalo na rastliny. Odborný odhad úspory chemických látok, ktorý sa usporí správnym nastavením postrekovača dosahuje 10 ÷ 15 % z celkového aplikovaného množstva prípravkov. Do dnešného dňa prešlo kontrolnými stanicami pre výkon kontroly postrekovačov spolu viac ako 1500 ks strojov. Zavedenie prvkov precízneho po¾nohospodárstva do praxe (GPS, N-senzor, laserové navádzanie) umožòuje pri aplikácií priemyselných hnojív, že nedochádza k prekrytiu ošetrených plôch, resp. nedokrytých (neošetrených) plôch,

aplikuje sa priemyselné hnojivo pod¾a potreby rastlín, pod¾a obsahu chlorofylu v listovej ploche (tzv. variabilné hnojenie), èím je možné dosiahnu až 10 % úsporu dusíkatých hnojív. To znamená, že nedochádza k nadmernej aplikácii dusíka do pôdy, èo z h¾adiska zdravotnej nezávadnosti potravín má ve¾ký význam. Na margo celkovej situácie v v zabezpečovaní obnovy strojov určité nádeje vkladáme do podporných mechanizmov po našom vstupe do EÚ, v rámci ktorých sa podpora na využívanie a obnovu techniky môže riešiť v týchto opatreniach: priame platby na plochu (podmienkou je udržovanie pôdy v poľnohospodársky vyhovujúcom stave, aj používaním vhodných strojov), štrukturálne opatrenia SOP (jednou z podmienok na poskytovanie podpory je kritérium ekonomického využívania techniky). Najmä kritérium ekonomického využívania techniky pri poskytovaní podpory so SOP si vyžaduje zvýšenú pozornos. Jeho dodržiavanie môže významnou mierou prispie k znižovaniu výrobných nákladov. Aký bol dopad poskytovania podpory zo SOP? Dodatočne bola vypracovaná analýza prijatých projektov so zameraním na nákup vybraných druhov strojov a zariadení pre RV. Z celkového počtu 706 projektov schválených k 31.12.2005 v Opatrení 1.1: Investície do poľnohospodárskych podnikov, bolo analyzovaných 462 projektov. Z tohto počtu projektov boli vybrané stroje nárokované k nákupu v roku 2004 a 2005 a porovnané s počtami novonakúpených strojov podľa údajov Štatistického úradu SR. Výsledky analýzy sú uvedené v tabuľke.

153


Tab. 2: Nákup strojov a zariadení pre rastlinnú výrobu v rokoch 2004 a 2005 s príspevkom SOP Stroj Kolesové traktory Kombajny Lisy Samohybné rezačky Postrekovače Sejačky Pluhy Žacie stroje Zberacie vozy Rozmetadlá PH Rozmetadlá MH Prívesy trakt Obracače-zhrab. Nakladače trakt Nakladače sam.

Nové 2004 ŠÚ SR 416

Nákup 2004 Podpora SOP 232

Nové 2005 ŠÚ SR 795

Nákup 2005 Podpora SOP 148

82 43 16

54 32 7

156 70 21

20 14 3

150 166 156 120 43 114 44 117 142 18 116

46 61 64 46 22 38 5 18 52 13 34

258 302 265 263 83 171 59 131 279 41 132

30 57 32 52 17 24 2 15 59 7 11

Celkový objem investícií na nákup strojov a zariadení z projektov SOP bol pre rok 2004 v objeme 1 686 895 702 Sk a z toho bol schválený príspevok v objeme 904 877 556 Sk, čo je 54 %, pre rok 2005 bol požadovaný objem investícií na nákup strojov a zariadení z projektov SOP, 1 091 623 572 Sk a z toho bol schválený príspevok v objeme 593 487 968 Sk čo je 54 %. Môžeme konštatovať, že v rokoch 2004 a 2005 k celkovej obnove strojov a zariadení prispela okrem priameho nákupu strojov pre poľnohospodárske podniky aj podpora zo štrukturálnych fondov prostredníctvom sektorového operačného programu „Poľnohospodárstvo a rozvoj vidieka“, v Opatrení 1.1:Investície do poľnohospodárskych podnikov. Pravidelné analýzy stavu technickej základne poľnohospodárstva získavajú na význame aj po našom vstupe do EÚ. Podporné mechanizmy a systém ich realizácie na základe schválených projektov, vrátane skutočného ekonomického prínosu sú cestou k zvyšovaniu efektívnosti poľnohospodárskej výroby a tým aj ku zvýšeniu konkurencieschopnosti slovenského poľnohospodárstva medzi krajinami EÚ. Výsledky analýz stavu používanej techniky, stanovenie požiadaviek na jej obnovu a ekonomické využívanie sú výsledkom riešenia vedeckotechnického projektu a krátkodobých výskumných úloh riešených na Technickom a skúšobnom ústave poľnohospodárskom v Rovinke. O týchto výsledkoch bola v rámci poradenských aktivít informovaná poľnohospodárska odborná verejnosť. Môžeme konštatovať, že vytrvalá činnosť v oblasti poradenstva postupne prináša pozitívne výsledky. Dôkazom sú vyššie hodnoty výkonnosti poľnohospodárskych strojov

ale aj výsledky ďalších činností a úloh, ako sú starostlivosť o technický stav postrekovačov, zvýšený záujem o využívanie obnoviteľných zdrojov energie, o využívanie pôdoochranných technológií a záujem o trvalo udržateľný rozvoj poľnohospodárstva

Literatúra ZACHARDA F., JECH J.: Súčasný stav a tendencie výroby a dodávok strojov v poľnohospodárstve, Záverečná správa, TSÚP Rovinka, október 2001 ZACHARDA F. a kol.: Možnosti uplatňovania nových postupov pestovania vybraných plodín a chovu hospodárskych zvierat, aktualizácia technických požiadaviek na stroje a analýza stavu používanej techniky v poľnohospodárstve, Záverečná správa, TSÚP Rovinka, december 2004, s. 54, tab. 27, graf 23 Z A C H A R D A F. a k o l . : Z n i ž o v a n i n á k l a d o v v poľnohospodárstve cestou racionalizácie využívania techniky, Záverečná správa, TSÚP Rovinka, december 2005, s.30 + prílohy, tab. 31, graf 4. Súpis hospodárskych zvierat, strojov a zariadení v poľnohospodárstve k 31. 12. 2005, Štatistický úrad SR, č. 520 – 0100/2006, február 2006. Správa o poľnohospodárstve a potravinárstve SR 2005 (Zelená správa) Ministerstvo pôdohospodárstva SR, november 2005 Kontaktní adresa Ing. František Zacharda, CSc. Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky 900 41 Rovinka, Slovenská republika Tel.: 00421245980307 e-mail: [email protected]

154


BILANCE BDO Z VINOHRADNICKÉ PRODUKCE VE VELKOPAVLOVICKÉ VINOHRADNICKÉ PODOBLASTI

P. ZEMÁNEK, P. BURG Ústav zahradnické techniky MZLU Brno

Anotace Stejně jako v ostatních odvětvích rostlinné výroby vzniká také ve vinohradnické produkci velké množství odpadů, jejichž likvidace představuje závažný problém. Jedná se především o odpadní dřevo po řezu vinic, matoliny a vinné kaly. Tato práce se zabývá zpracováním bilance BDO vznikajících ve Velkopavlovické vinohradnické podoblasti, která je největší v regionu jižní Moravy. Na základě informací o množství vznikajících odpadů byla navržena technologie kompostování, propočtena receptura kompostové zakládky a vypočtena plocha potřebná pro kompostování, včetně stanovení místa vhodného pro její umístění s ohledem na minimalizaci nákladů na svoz odpadů.

Klíčová slova: kompost, kompostování, biologický odpad, umístění kompostárny Title The balance-sheet of bio-waste in Velkopavlovicka viticultural subregion

Abstract As well as in others branches of agriculture also in viticulture production generate a huge quantity of BDO whose liquidation presents considerable problem. It is waste wood after cut of vineyard, still-bottom and sediments from vine production. Work deal with balance sheet of these BDO in Velkopavlovická viticultural sub-region, which is the largest in Moravia region. On basis to quantity is proposition technology of composting on band fills, it is implementation the proposal of prescriptions fill and are assessed characteristics for compost place. The basis is placement of dominant producer of bio-waste, their kind, quantity and season in relation to prescription of compost fill. The proposal of compost technology enable determine size of place and help solve its placing. Circumscribed method is able to find practical exploitation at creation of place suggestion in real condition of existent areas.

Keywords: compost, composting, bio-waste, location of place for composting Úvod Kompostování bioodpadů představuje významnou součást odpadového hospodářství. Je to jeden z vhodných způsobů jejich využití a likvidace. Kompostováním bioodpadů dochází ke zhodnocení těchto surovin vhodným způsobem. Jejich přímá aplikace do půdy není s ohledem na jejich různorodost možná, řešení představuje jejich částečná přeměna kompostováním. Tímto procesem dojde ke stabilizaci živin lépe využitelných rostlinami. Pro využití BDO na kvalitní organické hnojivo existuje řada kompostovacích technologií, které se liší jak kvalitou produktu, tak investiční náročností. V ČR jsou v současné době upřednostňovány technologie umožňující ve velké míře využívat standardní a tudíž dostupnou zemědělskou techniku. S ohledem na ekonomiku svozu BDO sílí tendence zřizovat menší kompostárny, které budou zpracovávat BDO vznikající v katastru jednoho sídelního útvaru, nebo v okruhu působnosti jedné specializované firmy. Praxe ukazuje, že hlavní překážky při zřizování takovýchto provozů představují v podmínkách ČR obsáhlé provozní, hygienické a další předpisy. Celá řada prací různých autorů se zabývá studiem kompostovacích procesů, (ŠROUBKOVÁ, 1990, LÖBL, 1992,

EBSTEIN, 2001, VÁŇA, KOTOULOVÁ, 2001) bilancováním množství vznikajících bioodpadů (ZAVŘELOVÁ, 1997, ŽUFÁNEK, 1998, NOVÁKOVÁ, BURG, 2003) i využitím mechanizačních prostředků při zajištění provozu kompostáren (ŠŤASTNÝ, 1991, JELÍNEK, 1998, ZEMÁNEK, 2000). Práce týkající se metod řešení konkrétních návrhů jsou spíše ojedinělé. ZEMÁNEK, FIC, 1994, zpracovali návrh kompostovací linky na kompostování matolin pro vinařskou obec Velké Bílovice, ZAVŘELOVÁ, 1997 řešila studii kompostárny v břeclavském regionu a nověji NOVÁKOVÁ, BURG, 2003 zpracovali návrh kompostárny v regionu Strakonicka. Pro rozhodování o možnostech kompostování bioodpadů je potřebné získat řadu objektivních informací. Jsou jimi např. druh, množství a produkce bioodpadů během sezóny. Podle zjištěných údajů pak lze zvolit vhodnou kompostovací technologii a sestavit optimální surovinovou skladbu kompostové zakládky. Zejména s ohledem na optimalizaci svozu bioodpadů lze s uplatněním vhodných metod určit umístění kompostárny, které je pak možné zohlednit při výběru konkrétní lokality.

155


Hlavním cílem této práce je na základě výsledků průzkumu zpracovat návrh na umístění kompostárny. Při návrhu má být zohledněno množství a druhy využitelných bioodpadů, zpracovány receptury zakládek event. kapacitní propočty. Umístění kompostárny má být řešeno s ohledem na problematiku svozu bioodpadu a na jejich nejvýznamnější producenty ve vybrané oblasti velkopavlovické vinařské podoblasti o rozloze 103 173 ha.

S=

2) Stanovení produkce BDO z vinic ve Velkopavlovické podoblasti Jednotlivé druhy biologických odpadů byly hodnoceny podle jejich charakteru, roční produkce a sezónnosti. Z celkového množství biodegradabilních odpadů, vypočtených dle ploch vinic v jednotlivých obcích Velkopavlovické podoblasti, byly vypočteny průměrné roční hodnoty jednotlivých druhů bioodpadů pro celé území. 3) Zpracování receptury a optimalizace kompostové zakládky Při sestavování receptury, optimalizaci kompostových zakládek a odhadech hmotnostních ztát v průběhu zrání kompostu bylo využito programu COMPOSTER (BIOM, 2003). Do výpočtu byly zadávány zejména údaje o poměru C : N a vlhkosti a o množství jednotlivých surovin. Optimalizace vstupních parametrů kompostové zakládky vyžaduje použití dalších BDO, zejména slámy, kejdy, zeminy a hnoje. 4) Výpočet velikosti plochy pro kompostárnu Při výpočtu plochy bude použito postupu, který uvádí ZEMÁNEK (2001) Potřebná velikost kompostovací plochy se pak vypočte ze vztahu:

[m2] ,

kde je: Mc – τ–

Materiál a metodika 1) Stanovení produkce BDO z vinic Vybranou vinohradnickou podoblastí pro kterou bude studie kompostárny zpracována je Podoblast Velkopavlovická, která patří mezi jednu z nejvýznamnějších vinařských podoblastí v České republice s počtem pěstitelů 5560. Plochou vinic 4241 ha se řadí na druhé místo za Mikulovskou podoblastí a zahrnuje celkem 34 vinařských obcí. Odpady vznikající při pěstování révy a zpracování hroznů tvoří zejména réví po řezu vinic, matoliny a kaly z výroby vína. Jejich množství je dáno odrůdou, výnosem, ale také pěstitelskou a zpracovatelskou technologií. Množství réví z jednoho hektaru vinice bylo stanoveno jako vážený průměr produkce réví z dané odrůdy a její pěstitelské plochy v oblasti, a to pro 9 nejrozšířenějších pěstovaných odrůd (VZ, MT, Sg, NB, RV, VV, PM, And, FR). Množství matolin bylo stanoveno z dlouhodobého průměrného výnosu hroznů ve Velkopavlovické podoblasti (5,25 t.ha-1) a z podílu matolin v objemu sklizené produkce (20%). Z těchto údajů byla vypočtena produkce matolin na 1,0 ha (1,05 t) a produkce pro každou vinohradnickou obec. Obdobným způsobem byly zjištěny hodnoty pro kaly, které představují asi 5% z vylisované šťávy z hroznů.

Mc t 1 × × r s t c V1

τc – ρs –

celkové množství zpracovávaných surovin za rok (t.r-1) doba trvání 1 kompostovacího cyklu [týden] (od navezení surovin po vyskladnění kompostu) doba provozu kompostárny v roce [týden] objemová hmotnost výsledného kompostu [t.m-3]

5) Řešení umístění kompostárny Při hledání vhodné lokality pro umístění kompostárny ve Velkopavlovické podoblasti byla pro úvodní posouzení využita metoda optimálního umístění centrální kompostárny. Tato modelová metoda předpokládá následující hypotézy: - centrum lze umístit kdekoli - umístění dodavatelů nebo odběratelů a objemy přepravy jsou neměnné - doprava je kyvadlová - náklady na dopravu jsou úměrné objemu přepravy a vzdušné vzdálenosti - cílem je určit umístění skladu s minimálními náklady na dopravu. Model odpovídající hypotéze se označuje jako „Steinerův-Weberův problém“ (hledání centrálního skladu) a v praxi se zjednodušuje aproximací, při které se hledá těžiště plochy. Souřadnice těžiště jsou vypočítány z momentové rovnováhy hmotných bodů (ty reprezentují zdroj a množství BDO v daném místě) ve zvoleném souřadnicovém systému: n

n

xK =

å Q .x i =1 n

i

i

åQ

i

i =1

kde:

yK =

å Q .y i =1 n

i

i

åQ

i

i =1

xK, yK - představují souřadnice popisující umístění kompostárny xi, yi - souřadnice popisující umístění i-tého producenta biomasy Qi - objem přepravované biomasy mezi kompostárnou a jejím i-tým producentem n - konečný počet producentů biomasy

Vypočtené souřadnice určují optimální polohu budoucí kompostárny v řešeném území. Skutečné umístění by mělo pokud možno respektovat tuto polohu.

156


Výsledky a diskuze Množství réví z jednoho hektaru vinice pro 9 nejrozšířenějších pěstovaných odrůd (VZ, MT, Sg, NB, RV, VV, PM, And, FR) uvádí Tab.1.

Propočtem pěstitelských ploch v jednotlivých obcích s ohledem na produkci jednotlivých druhů odpadů je zpracována roční bilance BDO v celé oblasti (Tab.2 a Tab.3)

Tab.1: Potenciální produkce réví ve Velkopavlovické vinařské podoblasti Odrůda Veltlínské zelené Sauvignon Neburské Ryzlink vlašský Müller Thurgau André Frankovka Modrý portugal Svatovavřinecké

Plocha [ha]

Typ vedení, počet tažců

670 176 207 400 464 138 471 300 514

VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, dva tažně VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň VV, jeden tažeň

Výnos réví na jeden keř [kg] 0,44 0,59 0,41 0,37 0,60 0,40 0,38 0,48 0,55

Vypočítaná produkce réví [t.ha-1] 1,91 2,57 1,78 1,61 2,61 1,74 1,65 2,09 2,39

Pozn:VV–vysoké vedení, stáří vinice 5 let, podnož SO4, 4350 jedinců na 1 ha (spon 2,3x1,0m)

Tab.2: Roční bilance BDO z vinic ve Velkopavlovické podoblasti Název obce Boleradice Borkovany Bořetice Brumovice Diváky Hor. Bojanovice Hustopeče Kašnice Klobouky u Brna Kobylí Krumpíř Křepice Kurdějov Moravský Žižkov Morkůvky Němčičky Nikolčice Nosislav Podivín Přísnotice Přítluky Rakvice Starověce Starovičky Rakvice Štibořice Uherčice Velké Bílovice Velké Hostěrádky Velké Němčice Velké Pavlovice Vrbice Zaječí Žabičce Celkem

Výměra vinic [ha] 49,9 50,6 172,8 122,8 12,3 69,5 257,4 1,7 172,9 292,1 56,4 19,7 6,9 121,9 48,9 191,5 48,2 108,8 3,4 1,1 196,1 204,1 132,0 131,3 15,6 24,6 26,1 811,3 10,7 51,3 388,8 152,4 193,3 93,9 4241

Matoliny [t.r-1] 52,4 53,1 181,4 128,9 12,9 73,0 270,3 1,8 181,5 306,7 59,2 20,7 7,2 128,0 51,3 201,1 50,6 114,2 3,6 1,2 205,9 214,3 138,6 137,9 16,4 25,8 27,4 851,9 11,2 53,9 408,24 160,02 203,0 98,6 4452

157

Kaly [t.r-1] 10,5 10,6 36,3 25,8 2,6 14,6 54,1 0,4 36,3 61,3 11,9 4,1 1,4 25,6 10,3 40,2 10,1 22,8 0,7 0,2 41,2 42,9 27,7 27,6 3,3 5,2 5,5 170,4 2,3 10,8 81,6 32,0 40,6 19,7 891

Odpadní réví [t.r-1] 109,8 111,4 380,1 277,2 27,1 152,9 566,5 3,7 380,4 642,6 124,2 43,3 15,2 268,2 107,8 421,3 106,0 239,4 7,5 2,5 431,4 449,0 290,4 288,9 34,5 54,1 57,4 1784,9 23,8 112,9 855,4 335,3 425,3 206,7 9337

Průměr [t.ha-1]

2,04


Tab.3: Průměrné roční množství bioodpadů z vinic a výroby vína ve Velkopavlovické podoblasti

Matoliny Odpadní dřevo Kaly

Roční produkce ve VP podoblasti [t.r.-1] 4 500 9 300 900

Celková roční produkce bioodpadů

14 700

Druh bioodpadu

Celkové průměrné roční množství bioodpadů vznikající při pěstování révy a výrobě vína ve Velkopavlovické podoblasti je 14 700 t.rok-1. 3) Vyhodnocení zpracované receptury a optimalizace kompostové zakládky - celková produkce bioodpadů využitelných pro kompostování byla rozvržena do 3 kompostovacích cyklů, přičemž délka jednoho cyklu činí 12 týdnů. V období prosinec až únor probíhá vzhledem k nízkým teplotám okolního prostředí proces kompostování pomalu. Z tohoto důvodu byly navrženy pouze tři kompostovací cykly (viz. výše) do nichž byly rozděleny vstupní suroviny. Kompostárna tedy bude provozována v období od března do listopadu.

ςv [kg.m-3] 350 250 1100 -

Procentický podíl z celkové produkce 30,6 63,3 6,1 100,0

Modelový návrh receptury surovinové skladby pro konkrétní období ukazuje Tab.4. Ve vztahu k sezónnosti a zastoupení jednotlivých surovin není nutné na základě výpočtů v jednotlivých kompostovacích cyklech upravovat celkový poměr C : N kompostových zakládek. Lze předpokládat pouze případné úpravy s ohledem na optimální vlhkost zakládek. S ohledem na relativně vysoký podíl kejdy, kterou je nutno do zakládky přidat, bude nutno spíše řešit problém vysoké vlhkosti. Předpokládá se vícenásobná aplikace kejdy v každém kompostovacím cyklu, která umožňuje využít nasákavosti zakládky a částečného odpaření vlhkosti. Aplikace se běžně provádí pomocí fekálních cisteren do žlabu vyprofilovaného v koruně pásové zakládky.

Tab. 4: Surovinová skladba kompostové zakládky pro jeden kompostovací cyklus Surovina Matoliny Kaly Réví-štěpka Sláma Hnůj Kejda Zemina Zakládka

Objem. hmotn. (t.m-3) 0,480 1,200 0,300 0,220 0,850 1,000 1,500 0,570

Hmotnost (t)

vlhkost (%)

1500 300 3100 200 3000 3800 1000

65 80 50 17 77 95 30

organické látky (% suš.) 85 86 96 94 81 5,6 18

12 900

70

58,3

dusík (% suš.)

P2O5 (% suš.)

voda (t)

1,0 3,0 0,2 0,5 2,1 0,4 0,5

0,1 1,2 0,0 0,2 1,3 0,07 0,4

975 240 1550 34 2310 3610 300

organické látky (t) 446,3 51,6 1488 156 558,9 212,8 126

0,9

0,1

9019 1803,8 7215,2

dusík (t)

P2O5 (t)

5,3 1,8 3,1 0,8 14,5 15,2 3,5

0,5 0,7 0,0 0,3 9,0 3,2 2,8

3039,6

44,2

16,5

607,9 2431,7

44,2

16,5

C : N = 34,4:1 Ztráty (20 %) Vyzrálý kompost

2580 10320

3/4

1/4

C : N = 27,5

4) Potřebná velikost plochy pro kompostárnu byla vychází z množství zpracovávaných BDO a z receptury zakládky. Pro Mc – celkové množství zpracovávaných surovin 12 900 t.r-1, τ – doba trvání 1 kompostovacího cyklu 13 týdnů, τc – doba provozu kompostárny v roce 39 týdnů a pro ρs – objemová hmotnost výsledného kompostu 0,570 t.m-3 je potom potřebná velikost kompostovací plochy:

S=

12900 13 1 × × = 7858 m2 , 0,570 39 0,96

S ohledem na prostor pro otáčení souprav a za předpokladu, že bude uplatňována technologie bez pracovních uliček je celková plocha pro kompostárnu: Sc=1,15 . S = 9 036 m2 V případě, že bude použita kompostovaní technologie na pásových hromadách s mezerami, kde šířka hromad B = 2,50 m a šířka mezer B2 = 2,00 m, bude potřebná plocha:

Sc=1,15.S +

158

S 7858 .B2 = 1,15.7858+ .2,0 = 15 320 m2 B 2,5


XK=114 YK=78

XK=114 YK=78

Obr. 1: Návrh umístění kompostárny ve Velkopavlovické podoblasti

159


5) Umístění kompostárny - s využitím metody optimálního umístění centrálního skladu bylo na základě výpočtů a grafického řešení (metoda těžiště) navrženo optimální umístění kompostárny s ohledem na optimalizaci svozu. Skutečné umístění kompostárny pak bylo navrženo i s ohledem na vzdálenost od obce, dostupnost, pásma hygienické ochrany, směr převládajících větrů apod. Návrh skutečného umístění kompostárny ukazuje Obr.1.

Závěr Práce se zabývá řešením návrhu na zřízení centrální kompostárny ve Velkopavlovické vinařské podoblasti, která by umožňovala využití celkového množství BDO z vinic na kompost. Výsledky ukazují, že v dané oblasti je v průměrném roce produkováno 4500 t matolin, 9300 t odpadního réví a 900 t kalů. Kompostová zakládka pro jeden cyklus předpokládá zpracování 4 700 t vinohradnických odpadů, které při doplnění dle návrhu receptury umožní vyprodukovat 10 300 tun zralého kompostu. Při uplatnění 3 cyklů by roční produkce kompostu mohla dosáhnout 30 900 tun. Studie předpokládá, že optimální umístění kompostárny o ploše 15 000 m2 (pásové hromady), s ohledem na svoz BDO, je ohraničeno linií obcí Bořetice-Velké Pavlovice-Trkmnanský dvůr. S ohledem na skutečnost, že v tomto teritoriu je provozována ESO Hantály, jeví se záměr zřídit kompostárnu jako součást ESO vcelku reálný.

Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu NAZV č. QG 60083 „Konkurenceschopnost bioenergetických produktů“.

Literatura JELÍNEK, A. a kol.: Hospodaření a manipulace s odpady ze zemědělství a venkovských sídel. Praha 2001 VÁŇA, J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství. Institut výchovy a vzdělávání MZe ČR, Praha 1994 ROLLO, J.: Praktické příklady z operační analýzy. SNTL, Praha 1973 ZAVŘELOVÁ, I.: Průzkum využití biologického odpadu pro kompostování v břeclavském regionu. Diplomová práce, MZLU Brno, ZF, Lednice, 1997 FOJTÍKOVÁ, I.: Návrh na využití BDO z vinic ve Velkopavlovické vinařské oblasti. Diplomová práce. VŠB: Ostrava, 2005, 49 stran

Kontaktní adresa Doc. Ing. Pavel Zemánek, Ph.D., Ing. Patrik Burg, Ph.D. Ústav zahradnické techniky, ZF MZLU v Brně ul. 17. listopadu 1a, 690 02 Břeclav, CZ Tel.: +420 519322767 e-mail: [email protected], [email protected]

160

ZEM ĚDĚLSKÁ TECHNIKA A BIOMASA 2006

Recommend Documents