„Wpływ osadów ściekowych na plonowanie i wzrost wybranych

Znaczenie i wykorzystanie roślin energetycznych w XXI wieku
Magdalena Stachyra
Katedra Roślin Przemysłowych i Leczniczych, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul.
Akademicka 15, 20-950 Lublin
Zapotrzebowanie świata na energię rośnie i związane jest z cywilizacyjnym rozwojem
ludzkości. Obecnie światowe zapotrzebowanie na energię pokrywane jest w znacznej mierze
przez spalanie paliw kopalnych takich jak: węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz
ziemny czy uran. Jednak wyczerpujące się złoża węgla, niestabilna sytuacja na Bliskim
Wschodzie i rosnące ceny ropy skłaniają do poszukiwania innych alternatywnych źródeł
energii. Ponadto, wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej ważny staje się też aspekt nie
tylko dotyczący tego co spalamy, aby uzyskać energię, ale również tego, jak spalane przez nas
substancje wpływają na otaczające nas środowisko. Stąd, rosnące w ostatnich latach
zainteresowanie OZE – odnawialnymi źródłami energii. Pod tym pojęciem rozumiemy m.in.
energię wody, słońca, wiatru, geotermalną oraz z biomasy uzyskiwanej z roślin
energetycznych. W Europie najwyższym wskaźnikiem produkcji energii z OZE
charakteryzują się: Szwecja, Austria, Finlandia i Portugalia, najniższym zaś Wielka Brytania i
Belgia [1].
W Polsce wciąż przeważająca ilość energii uzyskiwana jest ze spalania węgla, gazu i
ropy naftowej. Jednak przystąpienie naszego kraju do Unii Europejskiej i podpisanie Traktatu
Akcesyjnego wymusiło zmianę tego trendu i odejście od pozyskiwania energii tylko i
wyłącznie za pomocą środków konwencjonalnych. Polska zadeklarowała wzrost udziału
wyżej wymienionych odnawialnych źródeł energii w ogólnej produkcji energii elektrycznej
do 7,5% w 2010r. i 14% w roku 2020. W przyjętym zaś przez Radę Ministrów 22 grudnia
2004r. dokumencie „Polityka energetyczna Polski do 2025r.” przyjęto, że wykorzystanie
biomasy roślinnej będzie stanowić główny kierunek rozwoju OZE w Polsce. Według
rozporządzenia Ministra Gospodarki ilość biomasy pochodzącej z rolnictwa powinna
stanowić 5% ogólnej ilości biomasy uzyskanej w 2008 r. i powinna wzrastać każdego roku o
kolejne 10%, uzyskując w 2014 r. poziom 60%. Żywe zainteresowanie biomasą w Polsce jako
głównym źródłem uzyskiwania energii odnawialnej łączy się ze specyficznymi warunkami
klimatycznymi naszego kraju i z dużą wydajnością produkcji biomasy. Ponadto, OZE mogą
stanowić znaczny udział w bilansie energetycznym poszczególnych gmin czy województw w
naszym kraju. Przyczyniają się do zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego w odniesieniu
do poszczególnych regionów i do poprawy zaopatrzenia w energię terenów o słabo
rozwiniętej infrastrukturze energetycznej. Potencjalnym odbiorcą tej energii może stać się
rolnictwo, mieszkalnictwo czy komunikacja. Do produkcji roślin na cele energetyczne można
by wykorzystać w Polsce leżące odłogiem grunty orne (w chwili obecnej ok.1,5 mln ha) oraz
gleby skażone przez przemysł i transport (około 1,8 mln ha). Przyjmując, że pod uprawy
roślin energetycznych wykorzystamy tylko ¼ tej powierzchni moglibyśmy wyprodukować
ilość biomasy odpowiadającą około 30 mln ton węgla [2, 3].
Pod pojęciem ‘biomasy’ rozumiemy stałe lub ciekłe substancje pochodzenia
roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji i pochodzą z produktów, odpadów i
pozostałości z produkcji rolnej lub leśnej, przemysłu przetwarzającego ich produkty a także
częściowo z pozostałości odpadów, które także ulegają biodegradacji. W szczególności są to
jednak surowce rolnicze - czyli rośliny energetyczne. Biomasa jest największym
potencjalnym źródłem energii na świecie, ajej zasoby są dostępne na całym globie. Jako
źródło energii są też mniej zawodne niż energia wiatru czy słońca. Mogą być one także
magazynowane i wykorzystane w dowolnym czasie zależnie od potrzeb. Największą jednak
zaletą zielonej biomasy jest fakt, że bilans dwutlenku węgla (CO2) powstający podczas jej
spalania jest równy zeru, ze względu na pochłanianie go przez rośliny w procesie fotosyntezy,
niezbędnej do ich wzrostu i rozwoju. Spalanie roślin nie powoduje także tak dużej emisji
dwutlenku siarki (SO2), jak ma to miejsce w czasie spalania paliw kopalnych, tlenków azotu
(NOX) i tlenku węgla (CO). W Polsce potencjał biomasy szacuje się na 648 PJ w skali roku, z
czego najwięcej, bo 407,5 PJ przypada na biopaliwa stałe. Wykorzystanie biomasy jest
najczęściej dwukierunkowe. Biomasa może być bowiem spalana bezpośrednio jako paliwo
stałe na potrzeby energetyki cieplnej lub do wytwarzania energii elektrycznej lub poddawana
procesom fermentacji i estryfikacji, które prowadzą do przetwarzanie biomasy na samoistne
biopaliwo lub dodatek do paliw. Spalanie jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych
procesów pozyskiwania energii z biomasy, wykorzystywanym zarówno do wytwarzania
energii cieplnej i energii elektrycznej. Metodą tą generuje się aż 90% energii otrzymywanej z
biomasy, która może być spalana we wszystkich stanach skupienia. Prawidłowy proces
spalania przebiega w trzech etapach i zachodzi w dostosowanych do tego urządzeniach oraz
przy odpowiednich warunkach (tj. zapewnienie stałego dostępu tlenu i dostatecznie długiego
czasu spalania). Wynikiem pierwszego etapu suszenia i odgazowywania materiału drzewnego
jest powstanie gazu drzewnego, który spalany jest w kolejnym etapie w temperaturze 1200 oC,
końcowym etapem jest dopalanie gazu i oddanie ciepła w wymienniku. Uzyskana w wyniku
spalania wartość energetyczna biomasy to jeden z podstawowych parametrów
termofizycznych. W porównaniu do węgla kamiennego, którego bilans energetyczny wynosi
25-30 MJ∙kg-1 parametry energetyczne biomasy kształtują się następująco: od 6-8 MJ∙kg-1 dla
biomasy o wilgotności 50-60% do 15-17 MJ∙kg-1 dla biomasy podsuszonej, której wilgotność
wynosi 10-20%, aż do 20 MJ∙kg-1 dla biomasy całkowicie wysuszonej. Parametry te są
znacznie niższe od wartości opałowej węgla kamiennego czy gazu ziemnego i ściśle wiążą się
z wilgotnością surowca. Zwiększanie wilgotności powoduje zmniejszanie się wartości
opałowej biomasy. W związku z tym istnieje konieczność dosuszania niektórych rodzajów
biomasy, aby uzyskać pożądane parametry spalania oraz określoną wartość energetyczną
paliwa. Wartość opałowa biomasy uzależniona jest też od jej rodzaju, gatunku rośliny z której
jest ona uzyskiwana oraz od sposobu jej przechowywania. Do spalania wykorzystuje się
najczęściej słomę (pszenną, jęczmienną lub kukurydzianą), trociny oraz pelety, brykiety czy
zrębki [4, 5].
Trociny stanowią około 10% drewna przerabianego w tartakach. Są także produktem
ubocznym skrawania, frezowania itp. w zakładach obróbki drewna. Oczyszczone z drewna
kawałkowego stanowią cenne paliwo i mogą być wykorzystywane w kotłowniach. Poziom
wilgotności trocin jest zróżnicowany i waha się od 6-10% do 45-65% dla trocin z niedawno
ściętego drzewa. Przy wilgotności 5-15% zawartość popiołu wynosi mniej niż 0,5%. Wady
trocin to trudności związane z magazynowaniem, skłonność do zaparzania (trociny bukowe) i
podatność na zawilgocenia.
Zrębki są to ścinki drzewne, najczęściej o długości 5-50 mm, szerokości 10 – 20 mm i
grubości 2 – 8 mm; mogą być uzyskiwane w trakcie zbioru za pomocą specjalnych urządzeń
do rozdrabniania zwanych rębakami. Dzięki rozdrobnieniu drewna na zrębki uzyskujemy
możliwość zautomatyzowania procesu spalania oraz wygodniejszy sposób magazynowania.
Ze względów logistycznych zrębki stosuje się w celu optymalizacji kosztów transportu
surowców gorszej jakości (np. drobnica gałęziowa, odpady tartaczne). Wartość opałowa
zrębków wynosi 10 – 16 MJ∙kg-1 (średnio przyjmuje się 13 MJkg-1), wilgotność 20-60%,
zawartość popiołu 0,5-1,5 % suchej masy. Zrębki są doskonałym paliwem dla kotłów,
wykorzystuje się je również do produkcji płyt wiórowych i jako topnik w hutnictwie.
Brykiet jest to materiał opałowy będący mieszanką różnych palnych składników często
z dodatkiem lepiszcza, sprasowanych pod bardzo dużym ciśnieniem. Brykiet jest produktem
ciśnieniowego zagęszczania surowców użytych do jego produkcji. Ma najczęściej kształt
walca lub kostki i średnicę 30 do 80 mm. Ponieważ brykiet prasowany jest pod bardzo
wysokim ciśnieniem, posiada on większą gęstość niż drewno. Dzięki temu spala się prawie
całkowicie, pozostawiając jedynie niewielką ilość popiołu do 1% s.m., który może posłużyć
jako nawóz. Dzięki wysokiej kaloryczności brykiety dostarczają bardzo dużą ilość ciepła (1820MJ∙kg-1), ich wilgotność nie przekracza 12%. Brykiet wykorzystywany jest przede
wszystkim jako opał kominkowy.
Pelet jest to granulat z drewna lub słomy, powstały pod wysokim ciśnieniem w
prasach rotacyjnych, bez dodatku substancji zlepiających. Ma długość 20-30 mm i średnicę 525 mm. Pelety charakteryzują się stosunkowo wysoką wartością opałową, niewielką
zawartością wilgoci (ok. 10%) oraz popiołu (poniżej 1%) i substancji szkodliwych dla
środowiska. Cechy te powodują, że jest to paliwo przyjazne środowisku naturalnemu, a
jednocześnie łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji. Na jakość i wartość opałową
peletów duży wpływ ma wilgotność drewna. W zależności od niej ich wartość opałowa
wynosi od 17 do 25 MJ∙kg-1 [6, 7, 8].
Produkcja biopaliw z biomasy wiąże się nie tylko ze zmniejszeniem produkcji
zanieczyszczeń, ale jednocześnie pozyskiwaniem nowych miejsc pracy oraz zmniejszeniem
importu paliw ropopochodnych. Do biopaliw pozyskiwanych z biomasy roślinnej zaliczamy
m.in. metanol, etanol, biodiesel, bioolej, gaz oraz biogaz. Paliwa te uzyskiwane są za pomocą
takich technologii jak np. ekstrakcja i estryfikacja (wytwarzanie biooleju i biodiesla z
rzepaku, słonecznika i palmy), fermentacja i destylacja (pozyskiwanie etanolu z trzciny
cukrowej, buraka cukrowego, sorgo cukrowego, słonecznika bulwiastego czy ziemniaka) czy
też na drodze fermentacji beztlenowej, której poddajemy organiczne odpady roślinne (metan i
biogaz).
Metanol (CH3OH) czyli alkohol metylowy zwany także alkoholem drzewnym
(dawniej pozyskiwano go w procesie suchej destylacji drewna) to jasna, prawie bezbarwna
ciecz o wartości opałowej wynoszącej około 22-23 MJ∙kg-1. Metanol syntetyczny wytwarzany
jest w procesie uwodornienia tlenku węgla, zachodzącym w temperaturze 300-400˚C, pod
podwyższonym ciśnieniem i w obecności katalizatora używany jest w czystej postaci jako
paliwo silnikowe, znajduje też zastosowanie jako komponent tlenowy dodawany do benzyn.
W nowoczesnych typach ogniw paliwowych alkohol metylowy wykorzystywany jest
najczęściej po uprzednim przekształceniu do wodoru.
Etanol (spirytus odwodniony) ma największe znaczenie wśród bioalkoholi
wykorzystywanych do celów paliwowych. Otrzymuje się go przez odwodnienie alkoholu
gorzelnianego, zawierającego 97,2% objętości etanolu. W swoim składzie chemicznym etanol
zawiera wagowo ok. 35% tlenu, ze względu na to stosowany jest on jako dodatek do
nowoczesnych paliw. Powoduje on ograniczenie emisji (CO) o 15-30% i benzenu. Jego
stosowanie pozwala też na zredukowanie emisji tlenków węgla, tlenków azotu, związków
ołowiu i węglowodorów aromatycznych. Dodatek etanolu zwiększa też liczbę oktanową,
ułatwia uzyskiwanie większej mocy i pełniejszego spalania co ogranicza dymienie pojazdów
zasilanych tym paliwem. Alkohol etylowy jest jednocześnie też znakomitym detergentem i
wpływa korzystnie na utrzymanie w czystości przewodów paliwowych, cylindrów i
wtryskiwaczy. Bioetanol stosowany jest jako dodatek do benzyn do napędu nowoczesnych
silników z wtryskiem paliwa.
Biodiesel stanowi chemiczne połączenie olejów roślinnych lub tłuszczów z metanolem
lub etanolem. Biodiesel jako paliwo z rzepaku był już znany na przełomie XIX i XX wieku,
powstawał on wówczas w procesie chemicznym, polegającym na przetworzeniu oleju
rzepakowego w estry metylowe (RME). Stosowano tu dwie technologie „na zimno”
prowadzoną w temperaturze 20-70oC odpowiednią dla małych, produkujących na przykład
500 ton biopaliwa rocznie zakładów przetwórczych oraz „na gorąco” wymagającą dostaw
energii cieplnej w której do produkcji biopaliwa potrzebna jest temperatura 240˚C i ciśnienie
około 10 MPa.
Bioolej powstaje z biomasy. Biomasa poddawana jest szybkiej pirolizie, czyli
krótkiemu oddziaływaniu wysokiej temperatury 400- 600oC, w wyniku czego przekształca się
w ciemnobrunatną, gęstą ciecz o wartości opałowej stanowiącej 45-50% wartości
energetycznej oleju napędowego. Bioolej ma właściwości olejów opałowych, ale jego główną
zaletą jest brak powstawania popiołów podczas jego spalania. Stosowany jest w kotłach,
turbinach, palnikach, może być też stosowany do ogrzewania domków jednorodzinnych.
Spalanie biooleju nie przyczynia się do emisji dwutlenku siarki (SO2), jest neutralne z punktu
widzenia bilansu tlenku węgla (CO), zaś spowodowane nim emisje dwutlenku azotu (NO 2)
należą do śladowych.
Gaz powstaje w wyniku termochemicznej konwersji w różnych urządzeniach.
Stosowany jest do napędzania silników, agregatów prądotwórczych, lub po przetworzeniu w
metanol lub dimetyloeter jako paliwo płynne. Obecnie na szeroką skalę prowadzi się również
badania nad zgazowywaniem węgla oraz biomasy, które ma prowadzić do wytworzenia jako
produktu końcowego dwutlenku węgla, gorącego powietrza i wodoru.
Biogaz składa się w około 65% z metanu i w 30% z dwutlenku węgla, ostatnie 5%
stanowią wodór, siarkowodór, tlen i azot. Wartość opałowa tego gazu waha się w zakresie
18-24MJ∙m-3. Powstaje on w wyniku biochemicznych procesów fermentacji biomasy.
Podstawowymi jego źródłami są oczyszczalnie ścieków i wysypiska śmieci (oraz inne
miejsca, w których fermentacja odbywa się samoczynnie, bez nadzoru i kontroli) a także
biogazownie. Biogaz można także z powodzeniem produkować w komorach fermentacyjnych
przy produkcji gnojowicy w większych gospodarstwach hodowlanych. Biogaz ma szerokie
zastosowanie: wykorzystuje się go obecnie w krajach takich jak Indie, Chiny, Szwajcaria,
Francja, Niemcy czy USA jako paliwo dla generatorów prądu elektrycznego (ze 100 m3
biogazu można wyprodukować około 540-600 kWh energii elektrycznej), jako źródło energii
do ogrzewania wody, a po oczyszczeniu i sprężeniu jako paliwo do napędu silników
(instalacje CNG). W Polsce planuje się produkować do 2013 roku ok. 1 mld m3 biogazu m.in.
do ogrzewania budynków. Według Ministerstwa Rolnictwa wprowadzenie tego planu
pozwalałoby na poprawę bezpieczeństwa energetycznego oraz stan środowiska naturalnego
[6, 9, 10, 11].
Biomasa, której zastosowanie zostało wyżej omówione, na szeroką skalę jest
pozyskiwana z surowców rolniczych nazywanych roślinami energetycznymi. Rośliny
energetyczne są to gatunki, które charakteryzują się dużą produktywnością biomasy (duże
przyrosty roczne) oraz wysoką sprawnością energetyczną uprawy, czyli stosunkiem energii
zawartej w biomasie do energii niezbędnej do jej wytworzenia. Ponadto, rośliny energetyczne
powinny mieć małe wymagania glebowe oraz być w znacznym stopniu odporne na szkodniki
i choroby. Rośliny energetyczne możemy podzielić na trzy grupy:
- rośliny trawiaste – np. mozga trzcinowa (Phalaris arundinacea L.), tymotka łąkowa
(Phleum pratense L.), kostrzewa trzcinowa (Festuca arundinacea Schleb.), manna mielec
(Glyceria maxima (Hartm.) Holmb), miskantus olbrzymi (Miscanthus giganteus), sorgo
cukrowe (Sorghum bicolor L. Moench.)
- rośliny zielne – m.in. ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita) zwany sidą,
słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus L) zwany topinamburem, rożnik przerośnięty
(Silphium perfoliatum L.) zwany sylfium, róża wielokwiatowa (Rosa multiflora Thunb.),
konopie siewne (Cannabis sativa L.)
- rośliny drzewiaste – np. wierzba wiciowa (Salix viminalis L.), topola (Populus sp.),
robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia L.) zwana grochodrzewem, klon jesionolistny (Acer
negundo L.).
Rośliny energetyczne w Polsce uprawiane są na powierzchni ok. 170 tys. ha.
Najczęściej uprawiane gatunki to wierzba wiciowa, ślazowiec pensylwański i słonecznik
bulwiasty. Trwają jednak badania mające na celu określenie przydatności m.in.
jednorocznych i wieloletnich roślin trawiastych takich jak sorgo cukrowe, miskantus olbrzymi
czy mozga trzcinowa na cele energetyczne [12]. Rośliny te stały się także obiektem moich
zainteresowań naukowych.
Sorgo jest jednoroczną rośliną jarą o typie fotosyntezy C4. Należy ono do rodziny traw
(Poaceae) i pochodzi z Afryki. Rodzina ta obejmuje kilka gatunków, objętych wspólną nazwą
Sorghum vulgare. Najważniejsze rodzaje sorga to:
-sorgo cukrowe ( Sorghum saccharatum),
-sorgo sudańskie (Sorghum sudanese), zwane trawą sudańską
-sorgo japońskie (Sorghum japonicum), zwane gaolianem lub kaolianem
-sorgo murzyńskie (Sorghum durra), zwane durą
-sorgo zwisłe (Sorghum cernuum), zwane dżugarą.
Sorgo jest znane i rozpowszechnione od dawna w wielu regionach świata, w
szczególności tam, gdzie klimat jest zbyt gorący i suchy dla innych roślin. Pod względem
upraw w skali świata, roślina ta zajmuje piąte miejsce po pszenicy, ryżu, kukurydzy i
jęczmieniu. Uprawiana jest z przeznaczeniem na ziarno, paszę, syrop, cukier oraz na cele
przemysłowe. Kiedyś sorgo wykorzystywane było także do produkcji alkoholu. Źdźbła
rośliny wykorzystywane są jako pasza dla zwierząt, służą też do wyrobu: mioteł, mat i ozdób.
W przemyśle sorgo znajduje zastosowanie w produkcji oleju roślinnego, wosku czy farb [13,
14].
Sorgo cukrowe, cieszące się ostatnio dużym zainteresowaniem jako wydajną rośliną
energetyczną, przypomina swoim wyglądem i strukturą kukurydzę pozbawioną kolb. System
korzeniowy rośliny jest rozgałęziony i sięga dość głęboko, co pozwala jej na pobieranie wody
zgromadzonej w głębszych partiach profilu glebowego. Ponadto, sorgo posiada zdolność
przechodzenia w stan tzw. „uśpienia”, gdy panujące warunki wilgotnościowe uniemożliwiają
mu fizjologiczny wzrost i rozwój. Źdźbło sorga jest proste, sztywne, wzniesione, osiąga ono
nawet do 5 m wysokości i 1,2-1,6 cm grubości. Wnętrze rośliny jest wypełnione mięsistym,
soczystym rdzeniem. Charakterystyczną cechą źdźbła sorga jest także występowanie rowków
między kolankami, które zmieniają się przy kolejnych międzywęźlach rośliny z jednej strony
na drugą. Ponadto, źdźbło posiada tendencję do drewnienia w miarę dojrzewania rośliny.
Pączki obecne często w kolankach rozwijają się w rozgałęzienia, dając początek nowym
pędom. Nowe pędy przekształcające się stopniowo w źdźbła, posiadają własny system
korzeniowy, ale pozostają połączone z rośliną macierzystą już na stałe. Liście Sorghum
powstają w kolankach po stronie żłobień, obejmują one pochwowato łodygę i zwisają wolną
blaszką liściową ku dołowi. Blaszka liściowa ma odcień białawy, co zawdzięcza znajdującym
się w jej tkance pęcherzykom powietrza. Pączki występujące w górnej części łodygi
przekształcają się w wiechę. Wiecha sorga może być, zależnie od odmiany, luźna lub
skupiona i cechuje się długością od 10 do 50 cm. W wiesze znajdują się zarówno kwiaty
męskie jak i żeńskie. Około 95% kwiatów jest samopylnych. Kolor nasion i ich kształt jest
również cechą odmianową. Wspólny jest jednak fakt, iż wszystkie bielma są białe i
pozbawione karotenu. Masa 1000 nasion waha się w granicach od 14 do 28 g. W naszych
warunkach klimatycznych i krótkim okresie wegetacyjnym roślina nie wytwarza nasion [15,
16].
Sorgo jest rośliną o bardzo dużej wydajności fotosyntezy, roślina dużo efektywniej
gospodaruje wodą niż kukurydza i posiada niższy współczynnik transpiracji przez liście, co
spowodowane jest zapewne warstwą wosku, która pokrywając liście rośliny, stwarza warstwę
ochronną. Sorgo można uprawiać z powodzeniem na większości gleb naszego kraju,
szczególnie na glebach lekkich, przewiewnych i ciepłych. Nieodpowiednie pod jego uprawę
są gleby bardzo ciężkie, zimne i wilgotne, które mogą prowadzić do spowolnienia wzrostu
roślin. Optymalny odczyn gleby do rozwoju rośliny to pH 5,6-6,5 . Roślina ta stosunkowo
dobrze toleruje zasolenie gleby [16, 17, 18]. Siew powinien być wykonany gdy temperatura
gleby będzie zawierać się w przedziale 10-15oC . W warunkach Polski terminem optymalnym
jest 20 maja do 10 czerwca. Na glebach lekkich zalecany jest siew na głębokość 4-6 cm, na
zwięzłych zaś 2-5 cm. Zbyt głęboki siew powoduje wolniejsze i rzadsze wschody roślin.
Zbioru biomasy dokonuje się najczęściej od koniec września, aby nie dopuścić do wykładania
się roślin na polu, spowodowanego silnym wiatrem lub pierwszym śniegiem. Świeżo ścięta
roślina cechuje się wilgotnością na poziomie od 40 do 65%. Pozostawienie rośliny na polu na
okres 7-14 dni pozwala na jej szybkie doschnięcie (sprzyjające warunki pogodowe powodują
obniżenie wilgotności do 20%). Średnie plony rośliny to ok. 30-38 t∙ha-1. Sorgo można
zrębkować lub zbelować a następnie spalać uzyskując 14,7 MJ z 1 tony biomasy. Główne
zalety sorga uprawianego na cele energetyczne to:
1. Mało wymagająca, łatwa w uprawie roślina, wysoko plenna, o niskich koszty
uprawy (o 30% do 50% mniejsze w stosunku do kosztów uprawy kukurydzy),
2. Odporna na susze coraz częściej występujące w naszym kraju, bardzo dobrze radzi
sobie z nawet kilkoma tygodniami bez deszczu (niezbędną wilgoć do wzrostu czerpie z rosy
na szerokich liściach),
3. Ponieważ jest rośliną obcą, pochodzącą z innej strefy klimatycznej nie ma zagrożeń
chorobowych czy szkodników jak np. u kukurydzy,
4. Późny siew (koniec maja początek czerwca) i późny zbiór nie kolidują z innymi
pracami w gospodarstwie,
5. Przewidywalne i powtarzalne przyrosty w uprawie wieloletniej,
6. Niska wilgotność przy zbiorze po przymrozkach czy nawet mrozach, łatwość zbioru
i magazynowania [19, 20].
Miskantus olbrzymi (Miscanthus gigantheus) nazywany jest też potocznie trzciną
chińską. Należy on do rodziny traw (Poaceae). Jest mieszańcem powstałym ze skrzyżowania
miskanta chińskiego (Miscanthus sinensis) z miskantem cukrowym (Miscanthus
sacchariflorus). Jego naturalnym obszarem występowania są regiony Japonii, Rosji, Chin,
Mandżurii, Korei, Tajlandii, Polinezji, czy wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych.
Jest rośliną o grubych, twardych, sztywnych pędach o średnicy ok.10 mm i długości do 3 m.
Wnętrze liści wypełnione jest gąbczastym rdzeniem. Liście są ciemnozielone, o
niebieskawym odcieniu, z białym pasem wzdłuż nerwu głównego o długości 60-100 cm.
Miskantus posiada silnie rozwinięty system korzeniowy, dochodzący nawet do 2,5 m. Fakt
ten sprzyja efektownemu pobieraniu wody i składników pokarmowych z profilu glebowego.
Miskantus charakteryzuje się szybkim wzrostem i wysokim plonem masy z jednostki
powierzchni. W zasadzie jest on odporny na niskie temperatury, chociaż momentem
krytycznym (jeśli chodzi o jego uprawę w Polsce) jest I rok po posadzeniu. Przed nadejściem
zimy młode rośliny wymagają zabezpieczenia np. ściółką ze słomy. Pełną dojrzałość sadzonki
osiągają w trzecim sezonie wegetacyjnym. Wymagania glebowe tej rośliny nie są duże.
Powinna jednak dla dobrych efektów uprawiana być na glebach klasy III i IV. Nie toleruje
też gleb o niskim poziomie wód gruntowych – poniżej 2 m. Najwyższe nakłady w uprawie
miskanta związane są z zakupem sadzonek (korzeniowych, uzyskanych z podziału
kilkuletnich karp lub przygotowanych metodą laboratoryjną in vitro), gdyż miskant jako
mieszaniec, nie wytwarza nasion, co uniemożliwia jego generatywne rozmnażanie.
Na plantacje o powierzchni 1 ha potrzebnych jest 10 tys. roślin, które wysadzane są w
rozstawie 1 x 1 m. Zastosowanie sadzarki ogrodniczej zwiększa istotnie wydajność
zakładania plantacji tej rośliny. Optymalnym terminem założenia plantacji jest okres od 15
kwietnia do końca maja. Ze względu na niską wydajność, nie zaleca się nasadzeń jesiennych.
Dobrze rozrośnięte kępy wytwarzają kilkaset trzcinowatych łodyg. Rośliny pozytywnie
reagują na nawożenie NPK (wiosna, po ruszeniu wegetacji), w dawce czystego składnika
odpowiednio: 60-90, 30-50, 120-150 kg∙ ha-1. Zbiór miskanta olbrzymiego może odbywać się
w dwóch terminach - jesiennym, który trwa od października do listopada (czasami przy
sprzyjających warunkach klimatycznych może on trwać do I dekady grudnia) oraz
wiosennym, który przypada na luty i marzec. Wielkość plonu zależy od terminu zbioru. W
przypadku zbioru jesiennego zawartość suchej masy kształtuje się, na poziomie 35-45%, a
wiosennego 60-70%. Uzyskany plon waha się w dość szerokich granicach. W pierwszym
roku wynosi 1 do 3 t z ha, w drugim 8-15 t w roku trzecim i latach następnych 25- 30 t∙ ha-1.
Najprostszym sposobem zbioru jest użycie kombajnu do zbioru kukurydzy na kiszonkę, który
jednocześnie ładuje zebrana sieczkę na przyczepę. Z powodu małej masy usypowej
rozdrobnionego na sieczkę miskanta (70-95 kg∙m-3) występuje wysokie zapotrzebowanie na
środki transportowe. Zbiór dwuetapowy, polegający na skoszeniu roślin na pokosy (etap I)
oraz zebraniu i sprasowaniu ściętej masy w bele (etap II), pozwala znacznie zmniejszyć
koszty transportu. Do skoszenia miskanta olbrzymiego zalecane jest również wykorzystanie
kosiarki rotacyjnej z kondycjonerem, który pozwala połamać źdźbła trawy. Zabieg ten
pozwala na znaczne obniżenie wilgotności słomy. Wartość opałowa miskanta olbrzymiego
wynosi 16-18 MJ∙ ha-1. Okres eksploatacji plantacji to 12-15 lat [21, 22, 23, 24].
Przez wiele lat miskantus był traktowany jako egzotyczna roślina ozdobna. Dopiero na
początku lat osiemdziesiątych XX wieku powstały pierwsze kilku hektarowe plantacje tych
roślin w Niemczech i Danii, później także w Szwajcarii, Holandii czy na Węgrzech. Z badań
przeprowadzonych dotychczas wynika, że może być on uprawiany z powodzeniem w naszej
strefie klimatycznej. Obok sektora energetycznego, w którym biomasa z chińskiej trawy
trzcinowej może stanowić wartościowe paliwo w formie brykietu, peletu, benzyny, oleju
napędowego czy ciekłego wodoru, dzięki dużej zawartości celulozy może mieć też
zastosowanie w przemyśle papierniczym. Ponadto, może być cennym surowcem w przemyśle
budowlanym, jako materiał zastępujący azbest, w przemyśle chemicznym do wyrobu plastiku
podlegającego biodegradacji, mogącego znaleźć zastosowanie do produkcji opakowań i
lekkich elementów karoserii samochodowych [25, 26].
Mozga trzcinowa (Phalaris arudinacea) jest rośliną dnia krótkiego, pochodzi z
półkuli północnej. Jej centra genetyczne obejmują obszary Europy, Azji i Ameryki Północnej.
Jednym z regionów, gdzie już ma duże znaczenie energetyczne są kraje skandynawskie. Jako
roślina uprawiana na cele energetyczne ma szczególnie duże znaczenie w Szwecji i Finlandii.
Mozga trzcinowata należy do rodziny traw (Poaceae). Jest trawą trwałą, która rozwija się
wolno po siewie, która osiąga pełny rozwój dopiero w II-III roku uprawy. Wiosną roślina
rozwija się stosunkowo wcześnie, ale kwitnie dosyć późno, bo dopiero w II połowie czerwca.
Ma ona dość krótki okres wegetacji. Swoim wyglądem zewnętrznym mozga przypomina
trzcinę pospolitą. Roślina posiada dobrze rozwinięty system korzeniowy, wykształcający dużą
ilość długich podziemnych rozłogów, z których wyrastają pojedyncze, wydłużone pędy
wegetatywne o wysokości do 200 cm. Źdźbła tego gatunku są grube, wniesione, sztywne,
połyskujące i gładkie. Blaszki liściowe mozgi są kształtu ostrolancetowatego, matowe, barwy
jasnozielonej o niewyraźnym bruzdkowaniu. Cechą charakterystyczną liści mozgi są
widoczne jako ciemnozielone punkty skupienia kanałów powietrznych. Blaszka liściowa
osiąga maksymalną szerokość do 1,5 cm i odznacza się szorstkimi brzegami. Kwiatostanem
mozgi trzcinowatej jest wiecha właściwa, skupiona, barwy szarawej z charakterystycznym
różowym zabarwieniem, o długości od 10 do 20 cm. Kłoski są 1-2 kwiatowe, wydłużone, 3-5
cm długości, osadzone w skupieniach blisko osi kwiatostanowej. Ziarniak jest oplewiony,
lekko spłaszczony i ostro zakończony, długości 3-4 mm, i szerokości 1,5 mm. Posiada dwie
pary plew (dolne są długie, lancetowate, górne - niepozorne, o charakterystycznym
pędzelkowatym owłosieniu). Mozga dobrze znosi gleby podmokłe, ale nie radzi sobie na
glebach ciężkich i mokrych. Optymalne pH gleby dla jej rozwoju powinno się zawierać w
przedziale 7,7-8,3. Podobnie jak pozostałe rośliny energetyczne, mozga nie ma dużych
wymagań glebowych. Dobrze udaje się na glebach nawet klasy V i VI, czy na nieużytkach.
Jednak wyższe plony daje na glebach lepszej jakości (klasy III i IV). Roślina ta dobrze znosi
nawet długotrwałe okresy zalewowe, dlatego może być siana na terenach niedostępnych dla
innych gatunków. Jedyną przeszkodą do uprawy mozgi jest zasolenie gleby, z którym roślina
słabo sobie radzi. Przed założeniem plantacji mozgi należy starannie przygotować glebę,
podobnie jak pod uprawę zbóż. Należy pamiętać przede wszystkim o zlikwidowaniu
chwastów wieloletnich oraz o dobrym, głębokim spulchnieniu gleby. Wysiewany średnio 1617 kg na hektar ze względu na szybkie krzewienie rośliny. W pierwszym roku uprawy plony
wynoszą ok. 6-8 ton suchej masy. W drugim roku wegetacji plon wzrasta już do 15 t∙ ha-1 s.m.
Wartość opałowa rośliny waha się w granicach 16-17 MJ∙kg-1. Trzeba pamiętać jednak, że
materiał powinien być suchy. Mozga cechuje się specyficzną właściwością dosychania na
pniu, dzięki czemu proces zasuszania skraca się istotnie. Najczęściej w gospodarstwach
produkujących mozgę stosuje się system zbioru w dwóch pokosach. Pierwsze koszenie
wykonywane jest najczęściej w czerwcu lub lipcu, drugie zaś w miesiącach zimowych, przy
sprzyjających warunkach pogodowych. W Europie mozga wykorzystywana jest do produkcji
brykietu, który później sprzedawany jest do elektrowni (w Polsce miedzy innymi do
elektrowni w Opolu i Koninie). Oprócz tego, roślina znajduje też zastosowanie w przemyśle
celulozowo-papierniczym a także jako pasza dla zwierząt czy wyściółka. Wykorzystywana
jest również do ochrony gruntów przed erozją czy do rekultywacji zanieczyszczonych
gruntów na przykład terenów przemysłowych czy skarp piaskowni. Ponadto, mozga
wykorzystywana jest przy tworzeniu stref ochronnych wokół zakładów, fabryk, wysypisk
śmieci, oczyszczalni ścieków, dróg i autostrad. Jest też cenioną rośliną ozdobną [27, 28, 29].
Piśmiennictwo
1. Jeżowski S. 2001. Rośliny energetyczne-ogólna charakterystyka uwarunkowania
fizjologiczne i znaczenie w produkcji ekobiopalwa. Post. Nauk Roln. 2, 19-27.
2. Faber A. 2008. Przyrodnicze skutki upraw roślin energetycznych. Studia i Raporty
IUNG-PIB, zeszyt II, 43-51.
3. Malborczyk E. 2005. Rolnicza energetyka. Energia odnaw. 3 (7), 16-19.
4. Grzybek A. 2008. Zapotrzebowanie na biomasę i strategie jej energetycznego
wykorzystania. Studia i Raporty IUNG-PIB, zeszyt II, 9-23.
5. Kamieński Z. 2008. Lokalne wykorzystanie biomasy. Czysta energia, 3 .
6. Gruszczyński M. 2007. Biopaliwa - charakterystyka surowca i technologia
pozyskania. Wyd. Łódźki Ośrodek Doradztwa Rolniczego, Piotrków Trybunalski, 334.
7. Szajner A., Wach E. Możliwości wykorzystania biomasy w kogeneracji -źródła
rozproszone.[online] http://www.ekoenergia.pl
8. Lis K. Biodiesel.[oline] http://www.drewnozamiastbenzyny.pl
9. Bobrowski A. 2002. Z pola do dystrybutora. zeszyt 1.
10. Gradziuk A., Grzybek A., Kowalczyk K., Kościk B. 2002. Biopaliwa. Wyd. „Wieś
Jutra” Sp. z.o.o Warszawa.
11. Szeptycki A. 2007.Biopaliwa-zalecenia UE, potrzeby, realne możliwości produkcji.
Inżynieria Rolnicza 7, 15-17.
12. Niedziółka I., Zchniarz A. 2006.Analiza energetyczna wybranych rodzajów biomasy
pochodzenia roślinnego. Motorol 8A, 232-237.
13. Kaczmarek S. 2007. Sorgo -roślina alternatywna. Wieś Jutra, 4, 25.
14. Machul M . 2008.A może sorgo?. Kukurydza nr 2, 43-45.
15. Kaznowski L.1951. Sorgo Miotełkowe. Państwowe Wydawnictwo Roślinne i Leśne 340.
16. Hołubowicz-Giza G. 2007. Uprawa sorga cukrowego w technologii mix cropping.
IUNG-PIB, 4-9.
17. Liszka-Podkowa A.2007. Sorgo-za i przeciw. Hodowla Roślin Nasienniczych 2, 6061.
18. Skrzypczak W., Waligóra H.2007. Sorgo- nadzieja czy pułapka?. Top Agar 4, 98-99.
19. Śliwiński B., Brzóska F.2006. Historia uprawy sorgo i wartość pokarmowa tej rośliny
w uprawie na kiszonkę. Postępy Nauk Rolniczych 1, 25-37.
20. Mucha S., Brzóska F. 1979. Wstępne wyniki badań plonowania i składu chemicznego
amerykańskich mieszańców sorgo z trawą sudańską uprawianych w 1979 roku w
Polsce. Roczniki Nauk Zootechnicznych 10 (1)
21. Deuter M., Jeżowski S. 2002. Stan wiedzy o hodowli traw olbrzymich z rodzaju
Miscanthus. Postępy Nauk Rolniczych 2, 59-67.
22. Deuter M, Jeżowski S. 1997. Szanse i problemy hodowli traw z rodzaju Miscanthus
jako roślin alternatywnych. Hodowla Roślin i Nasiennictwo 4, 45-48.
23. Jeżowski S. 1999. Miskant chiński źródło odnawialnych i ekologicznych surowców
dla Polski. Zeszyty Problemowe Podstaw Nauk Rolniczych 4, 159-166.
24. Jeżowski S.1994.Miscanthus sinensis „Giganteus”-trawa o przeznaczeniu
przemysłowym i energetycznym. Genetyka Polska 35A, 371-375.
25. Podleśny J. 2002.Miscanthus x giganteus trawa o specyficznych cechach jej
praktyczne wykorzystanie. Biuletyn IUNG 17, 11-15.
26. Kalebasa D., Janinhoff A., Malinowska E.,Jaremko D., Jeżowski S. 2005 „Zawartość
siarki w wybranych klonach trawy Miscanthus” J. Elementom. 10, 308-314.
27. Gumeniuk A. 2007. Phalaris arudinacea- mozga trzcinowata.Wokół Energetyki 4,4647.
28. Urbanek H.2003 .Zdolność Phalaris arudinacea L. do fitoremediacji. Biotechnologia
4, 160-166.
29. Kuś J., Faber A., Stasiak M., Kawalec A. 2008. Produkcyjność wybranych gatunków
roślin uprawianych na cele energetyczne w różnych siedliskach. Studia i Raporty
IUNG-PIB zeszyt II,68-79.