Monografia ISBN-978-83-941202-5-2

Transkrypt

Zak³ad Ochrony Œrodowiska Pañstwowej
Wy¿szej Szko³y Zawodowej w Tarnowie od roku
a k a d e m i c k i e g o 2 01 3 / 2 01 4 p r a c owa ³
intensywnie nad tak¹ zmian¹ programu studiów,
by kwalifikacje absolwentów jak najlepiej
odpowiada³y zapotrzebowaniu dynamicznie
zmieniaj¹cego siê rynku pracy. Poprzez udzia³
w konkursie w ramach dzia³ania pt. Rozwój
Polskich Uczelni, którego Operatorem jest
Fundacja Rozwoju Systemu Edukacji, spoœród
124 wniosków z³o¿onych w ramach konkursu
zatwierdzono do dofinansowania 38 projektów.
Wœród nich znalaz³ siê projekt Implementacja
specjalnoœci „Odnawialne Ÿród³a energii i gospodarka odpadami” oraz „Ochrona
i gospodarowanie zasobami przyrody” przygotowany przez Zak³ad Ochrony Œrodowiska PWSZ
w Tarnowie. Wniosek tarnowskiej uczelni zaj¹³ wysok¹ 13. lokatê. Ca³kowita wartoœæ projektu wraz
z wk³adem w³asnym to ponad 950 tys. z³otych.
Zreformowany program nauczania na kierunku ochrona œrodowiska rozpoczêto realizowaæ od roku
akademickiego 2014/2015, na dwóch nowych specjalnoœciach tj. „Odnawialne Ÿród³a energii
i gospodarka odpadami” oraz „Ochrona i gospodarowanie zasobami przyrody”. Specjalnoœci te
dotycz¹ najbardziej dynamicznie rozwijaj¹cych siê sektorów ochrony œrodowiska, które wytworz¹
w najbli¿szej przysz³oœci najwiêksz¹ liczbê miejsc pracy. Ju¿ w trakcie trwania projektu dokonano
niewielkich udoskonaleñ programu studiów, w taki sposób, aby od roku akademickiego 2016/2017
studenci ochrony œrodowiska studiowali na praktycznym profilu studiów.
Wdro¿enie tak radykalnych zmian jest znacznie efektywniejsze przy zewnêtrznym wsparciu
finansowym. Fundusz stanowi¹ œrodki norweskie z Norweskiego Mechanizmu Finansowego,
dlatego projekty potocznie nazywa siê grantami norweskimi.
Uzyskane œrodki pozwoli³y na sfinansowanie szeregu wa¿nych dzia³añ. Jednym z nich by³a
konferencja naukowa Odnawialne Ÿród³a energii i gospodarka odpadami oraz ochrona
i gospodarowanie zasobami przyrody, która odby³a siê w dniach 10-12 marca 2016 r. w PWSZ
w Tarnowie. W konferencji udzia³ wziê³o oko³o 100 osób - studenci i m³odzi naukowcy
z 20 krajowych oœrodków naukowych i badawczych. Owocem tej konferencji jest niniejsza
monografia.
ISBN 978-83-941202-5-2
Wydawnictwa
Pañstwowej Wy¿szej Szko³y Zawodowej
w Tarnowie
Projekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) finansowany ze œrodków funduszy norweskich oraz œrodków krajowych. Pañstwowa Wy¿sza Szko³a Zawodowa w Tarnowie.
Odnawialne źródła energii
i gospodarka odpadami
oraz ochrona i gospodarowanie
zasobami przyrody
– wybrane problemy w Polsce
Odnawialne źródła energii
i gospodarka odpadami
oraz ochrona i gospodarowanie
zasobami przyrody
– wybrane problemy w Polsce
Redakcja
Mariusz Klich i Jan Kozłowski
Wydawnictwa Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Tarnowie
Tarnów 2016
Redakcja naukowa
dr Mariusz Klich i prof. dr hab. Jan Kozłowski
Recenzeci
dr hab. Janusz Fyda
dr hab. Robert Gwiazda
dr inż. Anna Kowalska
prof. dr hab. Jan Kozłowski
dr inż. Tadeusz Rzepecki
mgr inż. Paweł Piątek
dr hab. Alina Stachurska-Swakoń
dr hab. Krzysztof Wiąckowski
Projekt okładki
Anna Wachowicz-Pyzik
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie
ul. Mickiewicza 8, 33-100 Tarnów
e-mail: [email protected]
www.pwsztar.edu.pl
© Copyright by Autorzy & Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie
Tarnów 2016
ISBN 978-83-941202-5-2
Skład, druk i oprawa
Zakład Usług Poligraficzno-Wydawniczych "SKRYPT" Sp. z o.o. w Tarnowie
ul. Do Huty 15, 33-100 Tarnów
Materiały zawarte w monografii objęte są prawami autorskimi.
Treść artykułów jest zgodna z oryginałami dostarczonymi przez autorów.
5

Spis treści
Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Zastosowanie odpadów w podziemnych technologiach górniczych
Mirosław Cholewa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Termiczne przekształcanie odpadów w systemie gospodarki odpadami komunalnymi
Kinga Wrońska . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Potencjał energetyczny i wykorzystanie odpadów komunalnych do produkcji paliw
alternatywnych w Polsce
Michał Kamiński, Maciej Cholewiński . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Współczesne możliwości zagospodarowania poprodukcyjnych odpadów przemysłu
owocowego
Marek Kruczek, Dorota Gumu, Anna Areczuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Intensyfikacja produkcji biogazu z wykorzystaniem procesu współfermentacji
na oczyszczalni ścieków
Katarzyna Kalemba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Oczekiwania społeczne w zakresie rewitalizacji terenu pogórniczego
kopalni kruszywa naturalnego „Waryś”
Katarzyna Kryzia, Dominik Kryzia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Plany Zrównoważonej Mobilności Miejskiejjako metoda wsparcia proekologicznych
systemów transportu miejskiego
Katarzyna Gdowska, Roger Książek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Oddziaływanie linii elektroenergetycznych na środowisko i sposoby jego ochrony
Luiza Dawidowicz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Formy prawne dla obywatelskich projektów energetycznych
Edyta Biardzka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Ograniczenie smogu klasycznego poprzez zastosowanie
płaskich kolektorów słonecznych
Piotr Olczak, Małgorzata Olek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Wpływ wiatru na parametry pracy panelu PV
Kamila Habiera, Arkadiusz Dyjakon, Anna Lipowska, Alicja Motylska . . . . . . . . 95
Możliwości wykorzystania paneli fotowoltaicznych w kamperze
Klaudia Rudzka, Arkadiusz Dyjakon, Aleksandra Wachowiak . . . . . . . . . . . . 103
Technologie współspalania biomasy w kotłach energetycznych dużej mocy
Maciej Cholewiński, Michał Kamiński . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Projekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
6

Podstawowe kierunki energetycznego wykorzystania produktów ubocznych
z sektora rolniczego i rolno-spożywczego
Barbara Drygaś . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Wstępna ocena wzrostu i zimotrwałości paulowni puszystej
(Paulownia tomentosa Steud.) uprawianej na cele energetyczne
Beata Jacek, Wojciech Litwińczuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Potencjał lokalny biomasy z drzew jabłoniowych na Dolnym Śląsku
Rafał Wicherski, Arkadiusz Dyjakon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Bartnictwo - przywracania dzikich pszczołowatych na terenie Polski
Mateusz Kęsy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Określenie płodności pleopodalnej raka szlachetnego (Astacus astacus)
z najsilniejszej populacji spośród zachowanych w jeziorach pomorskich
Marek Budniak, Jakub Skorupski, Przemysław Śmietana . . . . . . . . . . . . . . 157
Kotewka orzech wodny Trapa natans L. – czy na pewno wymierający gatunek
w Polsce?
Sabina Jarek i Mariusz Klich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Ochrona płazów i gadów w Polsce – wybrane zagadnienia
Łukasz Doroż . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Inwentaryzacja herpetofauny na cennym przyrodniczo starorzeczu
Białej Tarnowskiej w Tarnowie
Mariusz Klich, Magdalena Bogusz, Sabina Jarek . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Występowanie bobra Castor fiber L. oraz wstępna ocena stanu siedliska
i perspektyw zachowania na stanowisku w nadleśnictwie Stary Jawornik
(województwo podkarpackie)
Arleta Jędrocha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Rośliny inwazyjne wybranych siedlisk Wyżyny Sandomierskiej
Karolina Ruraż i Michalina Panek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Śródmiejskie wzgórza ostoją roślin ciepłolubnych na przykładzie Sandomierza
Michalina Panek i Karolina Ruraż . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Neofityzacja i zagrożenie powodziowe jako konsekwencje antropogenicznych
przekształceń obszarów nadrzecznych na przykładzie doliny rzeki Kłodnicy
Robert Hanczaruk, Natalia Gołąb, Agnieszka Kompała-Bąba . . . . . . . . . . . . 221
7
Wstęp
Wstęp
Rola ochrony środowiska w XXI wieku jest nie do przecenienia. Ludzkość stoi obecnie
przed szeregiem bardzo ważnych problemów środowiskowych. Mówi się już wprost o grożącym nam kryzysie ekologicznym, którego następstwem mogą być kryzysy społeczne, ekonomiczne, a nawet będące ich pochodną konflikty zbrojne.
Paradoksalnie jeszcze całkiem niedawno, bo przed rewolucją przemysłową państw Europy zachodniej w XIX wieku, ludzkość zdawała się w ogóle nie dostrzegać problemów
związanych z degradacją środowiska i potrzebą jego ochrony. Dopiero w początkach XX.
wieku w biologii zaczął na poważnie rozwijać się dział biologii środowiskowej a następnie
ekologia. Początki rozwoju nowoczesnej ekologii i naukowych podstaw ochrony przyrody
datować można na lata 70., ubiegłego wieku. Jeszcze w latach 80. w Polsce nie funkcjonował kierunek studiów pod nazwą „Ochrona środowiska” (nastąpiło to dopiero w latach
90), a problematyka ochrony środowiska nauczana była na studiach biologicznych w ramach
specjalności „biologia środowiskowa” lub „ekologia”.
Dziś ochrona środowiska to bardzo dynamicznie rozwijająca się nauka. Nauka niezwykle interdyscyplinarna, powiązana i z konieczności korzystająca z bardzo szerokiego spektrum wiedzy z zakresy nauk przyrodniczych (biologii, genetyki molekularnej i populacyjnej,
biochemii, biofizyki, chemii, fizyki i wielu innych), nauk rolniczych, nauk technicznych,
prawa i administracji, czy wreszcie nauk społecznych. Konieczność holistycznego pojmowania ochrony środowiska, a zarazem swoisty „budżet czasu i energii” osoby studiującej,
często sprawia, że absolwenci różnych uczelni i kierunków studiów „ochrona środowiska”
są specjalistami o zgoła różnych umiejętnościach i kompetencjach.
Mariusz Klich
Jan Kozłowski
9
Zastosowanie odpadów w podziemnych technologiach
górniczych
Mirosław Cholewa
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30,
30-059 Kraków. Studenckie Koło Naukowe Filar, [email protected]
Abstrakt: Obecnie ogromny nacisk kładzie się na zredukowanie ilości odpadów produkowanych przez kopalnie i zakłady wytwarzające prąd elektryczny. Wykorzystanie odpadów
wydobywczych i energetycznych w technologiach górniczych stanowić może rozwiązanie
problemu i efektywny sposób zagospodarowania tych odpadów.W publikacji, na podstawie
przeglądu literatury, omówiono sposób wykorzystania odpadów w następujących procesach:
doszczelnianiu zrobów zawałowych, podsadzaniu wyrobisk, torkretowaniu oraz budowie
tam przeciwwybuchowych. Opracowanie podaje przesłanki, wskazujące zalety obrania takiego kierunku gospodarczego zagospodarowania odpadów. W pracy przedstawiono również porównanie parametrów ściśliwości, wodoprzepuszczalności i uziarnienia materiałów
podsadzkowych, uwzględniając udział odpadów. Porównanie oparte jest na badaniach laboratoryjnych, wykonanych w laboratoriach Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii Akademii
Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Rozważania przeprowadzone na podstawie studiów literatury i własnych pomiarów doprowadziły autora do uznania zagospodarowania odpadów
przemysłowych przez ich wykorzystanie w podziemnych technologiach górniczych za jedną
z najbardziej efektywnych metod utylizacji odpadów.
Słowa kluczowe: technologie górnicze, odpady, odpady wydobywcze, odpady energetyczne, podsadzanie, podsadzka hydrauliczna, doszczelnianie zrobów, tamy, lokowanie odpadów, ochrona środowiska.
1.Wstęp – źródła odpadów, ich podział i znaczenie
W 2014 roku, według Głównego Urzędu Statystycznego, w Polsce wytworzonych zostało 142 mln Mg odpadów. Ich głównym źródłem, podobnie jak w latach poprzednich,
było górnictwo i wydobywanie, co stanowiło ok. 53% wszystkich odpadów, czyli ponad
75 mln Mg. Przez odpady wydobywcze rozumie się te, które powstają w skutek poszukiwania, eksploatacji złóż oraz przeróbki fizycznej i chemicznej węgla, rud oraz innych kopalin.
Na odpady wydobywcze składają się:
odpady górnicze, które są skałami pochodzącymi z robót górniczych, przygotowawczych i udostępniających złoże kopaliny głównej,
 odpady przeróbcze, czyli materiał skalny wydobyty wraz z urobkiem i oddzielany
w procesach wzbogacania kopaliny głównej (np. w trakcie sortowania, rozdrabniania, płukania, flotacji).

Znaczny udział w powstałych odpadach miał również sektor wytwarzania i zaopatrywania w energię elektryczną (17%, czyli 24 mln Mg odpadów). Na odpady energetyczne
10
Mirosław Cholewa
składają się żużle, popioły lotne i pyły dymnicowe oraz gazy paleniskowe. Żużle powstają
przede wszystkim z substancji mineralnej zewnętrznej uwolnionej w wyniku spalania węgla. Natomiast popioły lotne i pyły dymnicowe powstają głównie z substancji mineralnej
wewnętrznej spalanego węgla. Opracowanie nie obejmuje sposobów wykorzystania gazów
paleniskowych. Potrzeba zagospodarowania odpadów w sposób racjonalny wynika z następujących powodów (Sztaba, 1995):
Gospodarczych, wynikających ze strat ekonomicznych z powodu zmniejszenia ilości uzyskiwanego koncentratu. Przesłanka marginalizowana z powodu niewielkiej
wartości rynkowej odpadów oraz możliwości zmniejszania strat substancji docelowej przez ulepszanie wyników przeróbki.
 Środowiskowych, które wynikają z konsekwencji kontaktu odpadów z elementami
środowiska przyrodniczego. Oddziaływanie odpadów na środowisko może przebiegać w sposób bierny (poprzez zajmowanie terenu czy dewastację krajobrazu pod
względem estetycznym) oraz czynny. Oddziaływania czynne to:
 deformacje terenu przez masy nagromadzonego odpadu,
 zanieczyszczenie otoczenia składowiska przez frakcje odpadów o drobnym
uziarnieniu, które są rozwiewane przez wiatry i wymywane przez wody deszczowe,
 zanieczyszczenie otoczenia składowiska przez aktywne produkty samorzutnie
przebiegających przemian chemicznych substancji zawartych w odpadach.
Zanieczyszczone zostają gleby, wody i atmosfera.

Skala i zasięg przytoczonych oddziaływań zależą od (Szczęśniak, 1990):








rodzaju odpadów,
składu chemicznego odpadów,
ilości odpadów na składowisku,
stopnia rozdrobnienia materiału odpadowego,
charakterystyki skał podłoża składowiska,
konfiguracji przestrzennej składowiska,
intensywności opadów atmosferycznych w rejonie składowiska,
dostępności składowiska dla wiatrów.
Na podstawie danych GUS, ze względu na ilość odpadów pochodzenia górniczego i energetycznego oraz ze względu na szkodliwy wpływ na środowisko, jaki mogą one wywoływać,
oczywiste staję się ich znaczenie w aspekcie ochrony środowiska. Nasuwa się najprostsza
idea zastosowania odpadów w miejscach ich powstawania – czyli w kopalniach, ponieważ to
one (wraz z zakładami przeróbczymi) są źródłem odpadów wydobywczych, a w przypadku
odpadów energetycznych – kopalnie bardzo często znajdują się w pobliżu elektrowni. Z tego
powodu takie rozwiązanie można uznać za ekonomicznie zasadne. Ma ono sens również
w świetle prawa: ustawa z dnia 10 lipca 2008 r. o odpadach wydobywczych (Dz.U.Nr 138
poz. 865) adaptująca do prawodawstwa krajowego zapis dyrektywy 2006/21/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 marca 2006 r. w sprawie gospodarowania odpadami
pochodzącymi z przemysłu wydobywczego oraz zmieniającej dyrektywę 2004/35/WE jest
podstawowym aktem prawnym obejmującym zagadnienie gospodarowania odpadami wydobywczymi. Ustawa ta wprowadza program gospodarowania odpadami wydobywczymi,
którego celem jest m.in. umieszczenie odpadów wydobywczych z powrotem w wyrobiskach
górniczych, w zakresie, w jakim jest to technicznie i ekonomicznie uzasadnione oraz zgodne
z przepisami o ochronie środowiska, przepisami o odpadach i przepisami prawa geologicznego i górniczego (Baic, Witkowska-Kita, 2012). Taki kierunek zagospodarowania odpadów
11
jest więc również wskazany z punktu widzenia wypełniania wytycznych stawianych przez
Unię Europejską. Odpady można stosować w następujących, podziemnych technologiach
górniczych, m.in. w: torkretowaniu, budowie tam przeciwwybuchowych i izolacyjnych, doszczelnianiu zrobów zawałowych oraz podsadzaniu wyrobisk górniczych.
2. Doszczelnianie zrobów
Doszczelnianie zrobów zawałowych polega na wtłaczaniu do gruzowiska odpowiednio
dobranej mieszaniny, w postaci wody i materiałów drobnofrakcyjnych - przede wszystkim
popiołów lotnych, powodując tym samym wypełnienie pustych przestrzeni w gruzowisku
zawałowym. Przeciwdziała przepływom powietrza przez zroby zawałowe (wobec tego ogranicza pożary egzogeniczne), poprawia skuteczność przewietrzania ścian oraz przeciwdziała
niekontrolowanym przepływom metanu (Piotrowski, Mazurkiewicz, 2006). Dodatkowo minimalizuje wpływy eksploatacji górniczej na powierzchnię terenu.Pozwala na pozbywania
się odpadów przemysłowych stosunkowo niskim kosztem. Proces doszczelniania zrobów
prowadzono między innymi w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej w latach 90. W ciągu 9 lat (1991-2000) prowadzenia procesu wykorzystano w kopalniach JSW ponad 16 mln
Mg odpadów. Wykorzystane odpady energetyczne i górnicze zawierały jony siarczanowe
co powodowało, że wody dopływająca do kopalń (solanki), przepływające przez tak doszczelnione zroby wytrącały szkodliwe jony baru i izotopy radu. W 2000 roku w kopalni
„Borynia” w wyniku tego procesu wytrącono 69 Mg siarczanów, 97 Mg baru i 13 GBq izotopu 226Ra. Efekt ten uzyskano dzięki wprowadzeniu 112 tysięcy Mg odpadów energetycznych
i 38 tysięcy m3 odpadów górniczych (Pluta i in., 2002). Miało to korzystny wpływ na jakość wód dopływających do kopalń. Proces doszczelniania zrobów zawałowych możliwy
jest do przeprowadzenia na każdym etapie eksploatacji (Jendruś, Ulfik, 2009). Może być
wykonywany przez wtłaczanie zawiesiny do wyrobiska z wyżej lub niżej położonych chodników i z chodników równoległych lub poprzez wtłaczanie zawiesiny rurami wleczonymi
za obudową.
3. Tamy przeciwwybuchowe i izolacyjne
Do szczególnych cech energetycznych odpadów drobnofrakcyjnych należą ich właściwości zestalające i izolujące. Z tego powodu służą do wykonywania korków podsadzkowych jako tam przeciwwybuchowych i izolacyjnych, służących do oddzielania nieczynnych
wyrobisk górniczych od czynnych rejonów kopalni. W podziemnych wyrobiskach górniczych wykonywane są również składowiska odpadów – zwłaszcza niebezpiecznych. Dla
wykonania tam wydzielających takie składowisko w wyrobisku, zalecane jest stosowanie
zawiesin drobnofrakcyjnych, wykonywanych na bazie materiałów odpadowych, (w szczególności odpadów energetycznych). Istotny problemem stanowi też zachowanie stateczności takiego wyrobiska, nie tylko w okresie wykonywania, ale, w tym przypadku, w okresie
znacznie dłuższym. Ponieważ wykonanie podziemnej pustki, jaką jest wyrobisko, powoduje
powstanie wokół niej strefy odprężonej, zalecane jest w każdym wypadku wykonanie wokół
składowiska bariery ochronnej. Uszczelnianie wyrobiska powinno być wykonane warstwą
torkretu na całym jego obwodzie. Rekomendowane są gotowe spoiwa, sporządzane na bazie
materiałów odpadowych (Mazurkiewicz i in., 2010).
12
Mirosław Cholewa
Ryc. 1: Wtłaczanie mieszaniny do gruzowiska zawałowego (Mazurkiewicz, Piotrowski, 1993)
4. Likwidacja pustek poeksploatacyjnych
Wyróżnia się następujące metody lokowania odpadów w celu likwidacji pustek poeksploatacyjnych (Mazurkiewicz, 1999):
Metody suche:
ZZ ręczne,
ZZ mechaniczne:
 transport kołowy,
 miotanie,
 przenośniki taśmowe,
 transport pneumatyczny.
 Metody mokre:
ZZ mieszaniny sedymentujące,
ZZ zawiesiny,
ZZ pasty.

Metody suche, ze względu na wysokie koszty, nie są stosowane do masowego lokowania odpadów. Jednym z wyjątków, stanowiących przykład wprowadzania odpadów
do pustek podziemnych za pomocą przenośników taśmowych, było rozwiązanie stosowane
w KWK „Piast” w Bieruniu. Wsypywanie kamienia do pustki poeksploatacyjnej wykonywano na chwilę przed wywołaniem zawału stropu.
Metody mokre, ze względu na niższe koszty, znalazły szersze zastosowanie w górnictwie. Przede wszystkim z ich wykorzystaniem przeprowadzany jest proces podsadzania
wyrobisk. Jest to sposób likwidacji pustek poeksploatacyjnych, stanowiący alternatywę dla
eksploatacji z zawałem stropu. Najważniejszym celem tego procesu jest ochrona powierzchni i wyżej położonych poziomów kopalni przed nadmiernymi deformacjami, które często
powodują uszkodzenia obiektów, czyli szkody górnicze. Ponadto umożliwia ograniczenie
strat złożowych dzięki możliwości wybierania stromych i grubych pokładów. Pożądana ze
względów bezpieczeństwa, ponieważ - podobnie jak proces doszczelnienia gruzowiska zawałowego- uniemożliwia przepływ powietrza w zrobach, co jest szczególnie ważne w pokładach skłonnych do samozapłonu. Zmniejsza również wydzielanie się gazów do wyrobisk
13
górniczych. Jest jedną z metod lokowania w wyrobiskach dużej ilości odpadów. Szczególną
metodą podsadzania jest podsadzka hydrauliczna, dlatego poświęcony został jej osobny rozdział publikacji.
Ryc. 2: Wprowadzanie odpadów do pustki poeksploatacyjnej
za pomocą przenośnika taśmowego (Włoszek, 1992).
5. Podsadzka hydrauliczna
Podsadzka hydrauliczna powstaje poprzez zmieszanie materiału podsadzkowego z wodą,
przetransportowaniu takiej mieszaniny rurociągiem do wyrobiska, a następnie osadzeniu
się materiału i odsączeniu z niego wody. Najczęściej stosowanym materiałem jest piasek,
ale dodaje się również odpady różnego pochodzenia. W pracy badaniu poddano dwie próbki:
piasek, a następnie piasek zmieszany z popiołami ze spalania z elektrowni w stosunku 1:1.
Tak niekorzystny stosunek wybrany został w celu osiągnięcia bardzo wyraźnych wniosków.
O wymaganiach stawianych podsadzce hydraulicznej i sposobie prowadzenia opisujących
ją pomiarów mówi Polska Norma pt. „Materiały do podsadzki hydraulicznej, wymagania
i badania”. Ponadto norma klasyfikuje materiał podsadzkowy do poszczególnych klas (dla
przykładu, klasę I stanowią materiały charakteryzujące się najlepszymi parametrami). Mieszanina podsadzkowa opisywana jest przez szereg parametrów, m.in. takich jak:


Ściśliwość, która określa zmianę wysokości warstwy pod wpływem obciążenia,
a więc ma bezpośredni związek z wielkością osiadania powierzchni terenu nad wyeksploatowanym złożem. Z przeprowadzonych pomiarów wysunąć należy wniosek,
że obecność odpadów drobno uziarnionych znacznie zwiększa ściśliwość. Przy obciążeniu w wysokości 15 MPa, zarejestrowano ściśliwość wielkości:
ZZ − 12,23% i III klasy materiału dla piasku,
ZZ − 42,03% i braku kwalifikacji przez normę dla mieszaniny piasku z pyłem.
Jest to zjawisko niepożądane, przekładające się na większe deformacje
14
Mirosław Cholewa
powierzchni terenu. Należy dodać, że mieszanina piasku i wody wykazuje
wspominane już właściwości zestalające, co zaobserwowano przez znaczne
trudność w rozmontowaniu walca z cylindra edometru.
 Wodoprzepuszczalność to zdolność przepływu wody przez materiał podsadzkowy
w jednostce czasu. Badanie wykonuje się w aparaturze, która wykorzystuje prostą
zasadę zachowania się wody w naczyniach połączonych. Pomiary wykazały wodoprzepuszczalność piasku równą 0,01025 cm/s (I klasa materiału). Mieszanina pyłu
i piasku charakteryzuje się wodoprzepuszczalnością równą 0,00226 cm/s (II klasa
materiału). Obecność odpadów negatywnie wpływa również na ten parametr.
 Uziarnienie materiału podsadzkowego ma wpływ na wszystkie pozostałe parametry podsadzki. Największe ziarno nie powinno przekraczać 60 mm (1/3 średnicy
rurociągu podsadzkowego), a zawartość ziaren o wymiarach poniżej 0,1 mm nie
powinna być większa od 10 do 20%.
Tak drobne frakcje utrudniają odsączanie się wody z materiału osadzonego w otamowanej przestrzeni poeksploatacyjnej, wydłużają czas jego osadzania się i zwiększają ściśliwość podsadzki. Uziarnienie piasku spełnia wymogi normy, jest to I klasa
materiałowa (9,7% ziaren poniżej 0,1 mm). Przeanalizowano również uziarnienie
samego popiołu, który okazał się materiałem bardzo drobnoziarnistym. Wszystkie
jego ziarna są mniejsze od 0,1 mm. Pojawia się więc pytanie o dobór odpowiedniego
stosunku zmieszania takiego odpadu z piaskiem. Niewątpliwie nie jest nim stosunek
1:1.
Niepodważalną zaletą stosowania odpadów w podsadzce hydraulicznej, obok samego
lokowania odpadów, jest mniejsze zużycie piasku, którego pozyskiwanie wyrządza szkody
środowisku. Obniżony zostaje również koszt pozyskania materiału, ze względu na stosunkowo wysoką cenę piasku, w miejsce którego częściowo stosuje się odpad. Jasne stają się
więc korzyści ekologiczne i ekonomiczne takiego rozwiązania, które powinny być brane pod
uwagę przy doborze składników mieszaniny na równi z technicznymi aspektami przeprowadzanego procesu.
6. Podsumowanie i wnioski
Zakończając rozważania podjęte w niniejszej pracy, należy uznać zagospodarowanie odpadów przemysłowych przez ich wykorzystanie w podziemnych technologiach górniczych
za jedną z najbardziej efektywnych i skutecznych metod utylizacji odpadów. Z zebranego
w toku przeglądu literatury materiału i przeprowadzonych pomiarów wynika, że poza umożliwieniem lokowania w wyrobiskach górniczych znacznej ilości odpadów, pociąga za sobą
inne, pożądane skutki, zarówno z punktu widzenia górnika jak i ekologa. Zmniejsza wpływy
prowadzonej eksploatacji na powierzchnię, poprawia warunki wentylacyjne i ogranicza zagrożenia górnicze, w tym tąpaniami, gazowe czy pożarowe. Może przyczyniać się do poprawy stanu środowiska w regionie – jak w przypadku wymienionych kopalń Jastrzębskiej
Spółki Węglowej. Studia podjęte w pracy nie wyczerpują całokształtu problematyki związanej z wykorzystaniem odpadów w podziemnych technologiach górniczych i stanowić będą
dalszy kierunek zainteresowań naukowych autora.
15
Bibliografia
Jendruś R., Ulfik J.: Metody likwidacji wyrobisk górniczych z zastosowaniem mieszanin
popiołowo-wodnych w kopalni „Sośnica-Makoszowy”. Wiadomości górnicze
10/2009, s. 595-599.
Mazurkiewicz M. i in.: Torkretowanie jako element sztucznej bariery izolacyjnej podziemnego składowiska odpadów. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie. Numer 7, 2010.
Mazurkiewicz M., Piotrowski Z.: O możliwościach zastosowania technologii zawiesinowej
do deponowania w zrobach odpadów drobnofrakcyjnych. Materiały z konferencji nt.: Wykorzystanie odpadów kopalnianych i pyłów elektrownianych
w aspekcie ochrony środowiska. Instytut Mechaniki Górotworu PAN, 1993.
Mazurkiewicz M.: Metody lokowania odpadów w wyrobiskach podziemnych. Biblioteka
Szkoły Gospodarki Odpadami, 1999, s. 245-250.
Piotrowski Z., Mazurkiewicz M.: Chłonność doszczelnianych zrobów zawałowych. Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 30, Zeszyt 3, 2006.
Pluta I. i in.: Wykorzystanie odpadów w kopalniach w aspekcie korzyści dla środowiska
wodnego. Miesięcznik WUG, nr 10/2002, s. 28-32.
Szczęśniak H.: Zagrożenia środowiska przyrodniczego w wyniku gromadzenia odpadów mineralnych. Materiały CPBP 04.10. zesz. 18. Wydawnictwo SGGW-AR.
Sztaba K.: Wykorzystanie odpadów górnictwa węgla kamiennego. Materiały Konferencyjne
Szkoły Eksploatacji Podziemnej, 1995, s. 41-54.
Włoszek J., Rozmus Z.: Ocena efektywności i możliwości wysokiej koncentracji wydobycia
w systemach ścianowych z lokowaniem kamienia w zrobach. Materiały Konferencyjne Szkoły Eksploatacji Podziemnej, 1996, s. 81-88.
Włoszek J., 1992: Nowy sposób lokowania kamienia odpadowego pod ziemią. Maszyny
Górnicze nr 37.
Główny Urząd Statystyczny: Ochrona Środowiska 2015. Warszawa 2015, ISSN 0867-3217,
s. 40
Ustawa z dnia 10 lipca 2008 r. o odpadach wydobywczych. Dz.U.Nr 138 poz. 865.
Mirosław CHOLEWA - student Wydziału Górnictwa i Geoinyżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Członek Studenckiego Koła Górnictwa
Podziemnego Filar.
17
Termiczne przekształcanie odpadów w systemie gospodarki
odpadami komunalnymi
Kinga Wrońska
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie, Instytut Matematyczno-Przyrodniczy,
Zakład Ochrony Środowiska, ul. Mickiewicza 8, 33-100 Tarnów, [email protected]
Abstrakt: Statystyczny mieszkaniec Unii Europejskiej wytworzył w 2012 roku prawie
500 kg. odpadów komunalnych. W poszczególnych krajach UE gospodarowanie odpadami
różni się od siebie. W Polsce w odróżnieniu od wielu państw członkowskich odpady głównie
są deponowane na składowiskach. Zgodnie z dyrektywą 1999/31/WE z 26 kwietnia 1999 r.
w sprawie składowania odpadów Polska jest zobowiązana do zmniejszenia ilości składowanych odpadów komunalnych ulegających biodegradacji wysyłanych na składowiska do 35%
w 2020 roku w stosunku do masy tych odpadów wytworzonych w 1995 roku. W związku
z tym odpady komunalne ulegające biodegradacji powinny być zagospodarowane. Jedną
z form zagospodarowania jest termiczne przekształcanie odpadów, dlatego biorąc przykład
od innych krajów UE w Polsce wybudowano 6 spalarni odpadów.
Słowa kluczowe: Słowa kluczowe: odpady komunalne, spalanie odpadów, spalarnie
odpadów
1. Wprowadzenie
W pędzie rozwijającego się świata i wzrastających zagrożeń dla środowiska, nieodłączną częścią ochrony środowiska jest gospodarka odpadami. Odpady i gospodarowanie nimi
stanowią poważny problem dla środowiska naturalnego. Z wzrostem liczby zaludnienia,
wzrasta ilość produkowanych odpadów. Zgodnie z obowiązującą hierarchią postępowania
z odpadami należy w pierwszej kolejności zapobiegać powstawaniu odpadów, przygotowywać do ponownego użycia, w dalszej kolejności prowadzić recykling lub inne procesy odzysku. W przypadku gdy wyżej wymienione zagospodarowanie jest niemożliwe odpady należy
unieszkodliwić. Powszechnie stosowaną metodą utylizacji na terenie Polski, która w znaczny
sposób negatywnie oddziałuje na środowisko, jest deponowanie odpadów na składowisku
(Bierawa-Kozik i inn. 2014). Składowiska odpadów są źródłem niekontrolowanych przemian
fizycznych oraz chemicznych (w wyniku, których powstają szkodliwe gazy zwłaszcza metan),
nieprzyjemnego zapachu, zapylenia oraz przyczyną zanieczyszczania gleb i wód gruntowych.
Ponadto negatywnie wpływają na krajobraz oraz jakość życia okolicznych mieszkańców.
Wpływ na gospodarkę odpadami mają w Polsce głównie przepisy zakazujące składowanie
niektórych grup odpadów, oraz ograniczenia nałożone przez Unię Europejską wobec ilości
składowanych odpadów (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE z dnia
19 listopada 2008 r. w sprawie odpadów, Ustawa z dnia 22 stycznia 2010 roku o zmianie
ustawy o odpadach oraz niektórych innych ustaw wprowadzono zakaz składowania odpadów
ulegających biodegradacji selektywnie zbieranych, art. 122 ustawy z dnia 14 grudnia 2012
roku o odpadach). Według Krajowego planu gospodarki odpadami z 2014 roku w Polsce
będzie produkowane 14,2 mln ton odpadów w tym 7,5 mln ton odpadów biodegradowalnych,
18
Kinga Wrońska
gdy po wejściu nowych przepisów można składować 1,5 mln ton (KPGO 2014). Pozostała
część odpadów musi być unieszkodliwiona, w przypadku nie dostosowania się do wymogów
unijnych na Polskę zostaną nałożone kary pieniężne (Kotlicki, Wawszczak, 2011).
2. Gospodarka odpadami w Unii Europejskiej
W UE występują znaczne różnice zarówno w produkcji jak i w zagospodarowaniu odpadów komunalnych. Najwięcej odpadów komunalnych w 2012 roku wytworzono m.in. w Dani
(668 kg na osobę), Cyprze (668kg na osobę), Luksemburgu (662 kg na osobę). Najmniej
odpadów komunalnych w 2012 roku wytworzono mi.n. w Estonii (279 kg na osobę), Łotwie
(301 kg na osobę). W Polsce wytwarza się mało odpadów, bo 314 kg na osobę, jednak zagospodarowanie tych odpadów na tle Unii Europejskiej wypada źle (Eurostat). Kilka państw
członkowskich Unii składuje więcej odpadów niż Polska, jednak patrząc na średnią unijną,
sporo nam do niej brakuje. Wzorem dla nas powinny być m. in. Niemcy, Belgia i Szwecja,
które ilość składowanych odpadów komunalnych zredukowały do 0 lub 1%. Średnio w Unii
składuje się 34% odpadów komunalnych, 42% poddawane jest recyklingowi i kompostowaniu, a spalaniu 24%. W Polsce: składuje się 75%, spala 1%, a 24% poddaje się recyklingowi.
Jak widać w kwestii gospodarki odpadami w Polsce jest jeszcze dużo do zrobienia (ryc.1).
Ryc. 1. Udział procentowy składowania, spalania oraz recyklingu i kompostowania odpadów
komunalnych w Unii Europejskiej w 2012 roku (źródło: http://ec.europa.eu/eurostat).
3. Spalarnie odpadów
Wiele krajów Europy problem nadmiernej ilości odpadów rozwiązuje dzięki spalarniom odpadów, których w Europie jest ponad 400. Pierwsza spalarnia została wybudowana
w Anglii, w Nottingham w II połowie XIX wieku. Liderem jest Francja gdzie znajduje się
128 spalarni, miejsce drugie zajmują Niemcy z 66 zakładami przekształcania termicznego. W Polsce znajduje się 6 działających spalarni w Warszawie, Poznaniu, Białymstoku,
Koninie, Krakowie, Bydgoszczy. W takcie budowy jest jeszcze jeden obiekt termicznego
przekształcania odpadów w Szczecinie. Jednak według danych GUS, ilość przetworzonych
odpadów w budowanych spalarniach nie pozwoli spełnić norm narzuconych przez Unię Europejską. Wszystkie działające na terenie Polski spalarnie są ekologiczne. Stosuje się w nich
najnowsze instalacje i technologie stosowane w konwencjonalnej energetyce, a porównać je
można do małej elektrociepłowni. Należy pamiętać, że część energetyczna stanowi mniejszą
19
część instalacji zakładu, a zdecydowana większość instalacji służy do oczyszczania spalin
oraz segregacji pozostałości stałych po spalaniu w kotle.
W spalarniach wykorzystuje się różne metody spalania:





spalanie w piecach rusztowych,
spalanie w piecach ze złożem fluidyzacyjnym,
spalanie w piecach obrotowych,
spalanie pirolityczne lub zgazowanie.
W Europie najwięcej funkcjonuje spalarni wyposażonych w piece rusztowe - 382, które
pozwalają nie tylko na skuteczne pozbycie się odpadów, ale także przyczyniają się do tworzenia odnawialnych źródeł energii, następne są piece fluidalne – 27, piece obrotowe - 18 oraz
nowe technologie piroliza lub zgazowanie - 8 obiektów. W procesie spalania bardzo ważne
są odpowiednie warunki, które umożliwią jak największe spalenie i odgazowanie wymieszanych odpadów. Jest to możliwe dzięki rozdzieleniu poszczególnych faz utylizacji w czasie
i miejscu. Proces rozpoczyna się od wysuszenia odpadów w przestrzeni reakcyjnej w atmosferze redukcyjnej. Następnie odbywa się odgazowywanie oraz wyprowadzanie gazów
pirolitycznych do odrębnej strefy. Kluczowym momentem procesu jest kontrolowany proces
spalania. Substancja przeznaczona do spalenia musi być niemal jednorodna pod względem
wilgotności tak, aby nie wytwarzała się zbyt duża ilość wody po procesowej. 4. Spalarnie w Polsce
Najstarsza spalarnia w Polsce znajduje się w Warszawie i została uruchomiona w 2002
roku. Jest to spalarnia z piecem rusztowym. Wibracyjny ruszt zamontowany pod kątem 250
do poziomu umożliwia lepsze wymieszanie odpadów. Pod każdą sekcją rusztu znajduje się
lej do zbierania pozostałości powstałej po spaleniu oraz do wprowadzania powietrza pierwotnego, które jest zasysane z wnętrza budynku. Powstałe podczas procesu spalania żużle
i popioły są zestalane przy użyciu środka wiążącego. Oczyszczanie spalin jest bardzo ważnym aspektem środowiskowym, dlatego spalarnia wyposażona jest w nowoczesny system
oczyszczania gazów spalinowych. Spaliny przepływają do komory dopalania, która znajduje
się na szczycie komory spalania. Spaliny przebywają w komorze dopalania ponad 2 sekundy
w temp. ok. 9500C (Rosik-Dulewska, 2015). Rocznie zakład jest w stanie przyjąć około 65
tys. ton niesegregowanych odpadów komunalnych, co stanowi zaledwie 8% odpadów komunalnych wytwarzanych w Warszawie (nowa-energia.com.pl).
Pozostałe funkcjonujące w Polsce spalarnie zostały oddane do użytku w 2015 lub 2016
roku. Pełna nazwa spalarni w Bydgoszczy to: Zakład Termiczny Przekształcania Odpadów
Komunalnych dla Bydgosko-Toruńskiego Obszaru Metropolitalnego. Inwestycja kosztowała
522 mln złotych z czego 255 to unijne dofinansowania. Od 8 grudnia 2015 roku energia
wytworzona w spalarni należącej do spółki ProNatura przekazywana jest do sieci KPEC
(Bydgoski System Ciepłowniczy). Unieszkodliwiać będzie około 180 tys. ton odpadów komunalnych rocznie. Spalarnia w Koninie została oddana do eksploatacji 21 grudnia 2015
roku. W zakładzie ma być przerabiane rocznie co najmniej 94 tys. ton odpadów komunalnych zmieszanych, dzięki którym wyprodukowane zostanie 47 tys. MWh energii elektrycznej i 120 tys. GJ energii cieplnej. Zakład Termicznego Przekształcania Odpadów w Krakowie
będzie przetwarzał 220 000 ton odpadów komunalnych rocznie i ma zaopatrywać w ciepło
jedną z dzielnic, a energia elektryczna pozwoli zasilić całą linię tramwajową w mieście.
Całkowity koszt budowy to ok. 826 mln zł brutto, z czego 372 mln złotych to dofinansowanie
ze środków Funduszu Spójności. Kraków może szczycić się nie tylko nowoczesnym pod
względem technologicznym zakładem, ale również jego atrakcyjną formą architektoniczProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
20
Kinga Wrońska
ną. (e- gospodarkaodpadami.pl, spalarnia.krakow.pl) Ostatnią z niedawno otwartych spalarni jest Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych w Białymstoku, który dzięki
termicznemu unieszkodliwianiu odpadów, podobnie jak w pozostałych spalarniach, będzie
produkował energię elektryczną i cieplną. Spalarnia jest elementem nowoczesnego systemu
gospodarki odpadami obejmującego również wdrożenie selektywnej zbiórki odpadów i budowę sortowni. W zakładzie będzie unieszkodliwianych termicznie do 120 tys. ton odpadów
komunalnych, a możliwe będzie wytworzenie rocznie ok. 38 tys. MWh energii elektrycznej
oraz ok. 360 tys. GJ energii cieplnej, która trafi do miejskiej sieci ciepłowniczej i będzie wykorzystywana na potrzeby własne. Taka ilość energii elektrycznej może zasilić około 16 tys.
gospodarstw domowych, a energii cieplnej ogrzać zimą około 875 domów jednorodzinnych
(E-gospodarkaodpadami.pl). Poznańska spalarnia odpadów rozpoczęła pracę w kwietniu
2016 roku, a oficjalne oddanie jej do użytku odbędzie się w listopadzie 2016 roku. Wydajność
spalarni wyniesie docelowo 210 tys. ton odpadów rocznie. Całkowita wartość spalarni to
925 mln zł brutto.
5. Negatywne aspekty spalania odpadów
Termiczne przekształcanie odpadów oprócz wielu zalet ma również wady, budowa zakładów wiąże się z wieloma problemami. Dotyczą one różnych aspektów m. in. problemów eksploatacyjnych oraz problemów z jakimi spotykają się realizatorzy przedsięwzięcia. Jednym
z problemów są liczne protesty społeczne, które wynikają z niewiedzy społecznej. Spełnione
muszą być ilości dostarczanych odpadów, gdzie dolna granica wynosi 600000 Mg w skali
roku, a obszar obsługiwany przez instalacje musi zamieszkiwać przynajmniej 250 000 osób.
Odpady poddawane termicznemu przekształcaniu muszą mieć odpowiednią wartość opałową, która dla spalania na ruszcie wynosi 5800 kJ/kg, a w przypadku pirolizy 6000 kJ/kg,
tak aby proces nie wymagał użycia paliwa wspomagającego (Gumuła, Piaskowska-Silarska
2010). Budowa spalarni wiąże się także z ogromnymi kosztami, w przypadku Polski aktualnie budowane spalarnie dofinansowane są środkami Unii Europejskiej (Fundusz Spójności).
Podstawowymi dwoma problemami z jakimi spotyka się realizator przedsięwzięcia, to bardzo
skomplikowana droga związana z uzyskaniem prawomocnych decyzji o pozwoleniu na budowę i użytkowanie oraz duży stopień komplikacji technologii stosowanej w spalarniach
(polskiprzemysl.com.pl) Ostatnią grupą są problemy eksploatacyjne. Pierwszym z nich jest
rozruch i wyłączenie spalarni, rozruch trwa zazwyczaj ponad dobę i jest podzielony na kilka
etapów, podczas których należy działać zgodnie z przepisami. Podobnie jest podczas wyłączania, które powinno przebiegać w sposób kontrolowany, poprzez systematyczne zmniejszanie podawania odpadów, wyłączenie palników pomocniczych i regulację parametrów, tak by
nie dopuścić do gwałtownego spadku stężenia tlenu w strefie spalania oraz wzrostu stężenia
tlenku węgla czy wychłodzenia części instalacji, co również będzie sprzyjać wzrostowi stężeni tlenku. Bardzo ważna jest kontrola warunków pracy i emisji. W spalarniach dąży się,
aby spalanie było jak najbardziej zbliżone do ideału termodynamicznego - spalania całkowitego i zupełnego. Pozwala to znacząco ograniczyć emisję powstających zanieczyszczeń
- głównie tlenku węgla oraz mikro zanieczyszczeń organicznych. Dlatego bardzo ważne jest
dostarczanie odpowiedniej ilości powietrza, zbyt mała ilość powoduje wzrost stężenia tlenku węgla, natomiast zbyt duża ilość powietrza powoduje chłodzenie strefy spalania i wzrost
ilości powstających produktów niepełnego spalania. Kolejnym problemem jest korozja, która
bezpośrednio łączy się z potrzebą remontów. Spalane odpady to niejednorodna mieszanina
zawierająca dużą ilość pierwiastków kwasotwórczych, w tym głownie chloru, bromu i fluoru,
co przyczynia się do korozji magazynu odpadów. Natomiast sole niektórych metali w postaci
pyłu lub szlamu osadzają się na elementach systemu odzysku ciepła. Dlatego tak ważne jest,
aby w instalacji nie został przekroczony punkt rosy, który przyczynia się do szybkiej korozji
21
kwaśnej, a sam problem korozji powinien zostać uwzględniony podczas projektowania instalacji. W związku z korozją spalarnie wymagają kosztownych remontów. Zaniedbanie tego
może spowodować kilkakrotne zwiększenie kosztów remontów, które powinny być przewidziane podczas projektowania inwestycji. Ostatnim z zagrożeń są awarie, jednak na podstawie
danych gromadzonych przez wyspecjalizowany instytut Unii Europejskiej, okazuje się, że instalacje termicznego przekształcania odpadów komunalnych, pracujące według sprawdzonej
technologii rusztowej są wyjątkowo bezpiecznymi instalacjami, a w okresie ostatnich 20 lat
wydarzyły się jedynie 3 przypadki awarii. Jest to ilość porównywalna z ilością podobnych
awarii w elektrowniach czy elektrociepłowniach (Wielgosiński 2014).
6. Podsumowanie
Aktualnie dla Polski najlepszym rozwiązaniem problemu składowania odpadów jest ich
termiczne przekształcanie. Pomimo zaliczania ich do odnawialnych źródeł energii, posiadają
sporą ilość wad. Produktem spalania są żużle i popioły, które mogą zostać zagospodarowane w procesie recyklingu, jednak wcześniej muszą być poddane odpowiedniej obróbce
i waloryzacji. Dotychczas w UE wybudowano wiele spalarni odpadów, jednak w ostatnich
miesiącach ten trend powoli się zmienia. Zamiast spalania odpadów zaleca się wprowadzenie
„obiegu zamkniętego”. Parlament Europejski nakłania do przyjęcia strategii zero odpadów,
która zakłada recykling 70% odpadów komunalnych i 80% odpadów opakowaniowych
do 2030 roku. Aby to osiągnąć należy wprowadzić kompleksowy system nadawania produktom drugiego i trzeciego życia. „Obieg zamknięty” przyczyni się do stworzenia nowych
miejsc pracy, produkty będą trwalsze, łatwiejsze do naprawy, nadające się do recyklingu oraz
pozbawione składników toksycznych (teraz-środowisko.pl).
Bibliografia
Bierawa-Kozik A., Gliniak M., Kępys W., Kowalska A., Łyko P., Pawul M., Pomykała R.,
Sobczyk W., Szymańska-Czaja M., Śliwka M.: Wybrane zagadnienia ochrony
i inżynierii środowiska. Wyd. AGH, Kraków 2014.
Gumuła S., Piaskowska-Silarska M.: Odpady komunalne jako odnawialny surowiec energetyczny – problemy i uwarunkowania związane z jego wykorzystaniem, Polityka
Energetyczna, 2010.
Kotlicki T., Wawszczak A.: Spalanie odpadów w kotłach energetycznych, górnictwo i Geoinżynieria , 2011.
Rosik-Dulewska Cz.: Podstawy gospodarki odpadami. Wyd. PWN, Warszawa 2015.
Wielgosiński G.: Problemy eksploatacyjne zakładów termicznego przekształcania odpadów
komunalnych. III Międzynarodowa Konferencja "Zakłady termicznego przekształcania odpadów jako regionalne instalacje", 2014.
Krajowy Plan Gospodarki Odpadami 2014, Warszawa 2010.
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE z dnia 19 listopada 2008 r.
w sprawie odpadów, Dyrektywa Rady 1999/31/WEz dnia 26 kwietnia 1999 r.
w sprawie składowania odpadów.
Ustawa z dnia 22 stycznia 2010 roku o zmianie ustawy o odpadach oraz niektórych innych
ustaw (Dz.U. z 2010 r.nr 28, poz. 145)
Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 roku o odpadach (Dz.U. z 2013 r. Nr 0, poz. 21, art. 10).
www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/Spalarnie-odpadow-przeszkoda-rozwoju-gospodarkiobiegu-zamknietym-1188.html
www.spalarnia.krakow.pl
22
www.e-gospodarkaodpadami.pl/techniki-i-technologie/zielona-energia-z-odpadow
nowa-energia.com.pl/2008/10/26/kompleksowe-unieszkodliwianie-odpadow-w-zusok
www.e-gospodarkaodpadami.pl/aktualnosci/energia-z-odpadow-otwarcie-zuok-wbialymstoku
www.e-gospodarkaodpadami.pl/aktualnosci/zaklad-termicznego-przeksztalcania-odpadoww-krakowie-rozpoczal-dzialalnosc
http://polskiprzemysl.com.pl/przemysl-energetyczny/budownictwo-energetyczne-biura-projektowe-i-inzynierskie-utrzymanie-ruchu-remonty/najnowoczesniejsza-spalarnia-odpadow-w-europie/http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.
php/Waste_statistics/pl
Kinga WROŃSKA – studentka drugiego roku Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Tarnowie, Instytut Matematyczno-Przyrodniczy, kierunek Ochrona
Środowiska, specjalizacja Odnawialne Źródła Energii i Gospodarka Odpadami.
23
Potencjał energetyczny i wykorzystanie odpadów
komunalnych do produkcji paliw alternatywnych
w Polsce
Michał Kamiński1, Maciej Cholewiński2
1
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Instytut Inżynierii Rolniczej, Zakład Niskoemisyjnych Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. C. K. Norwida 25, 50-375 Wrocław, kontakt: [email protected]
2
Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Katedra Technologii Energetycznych, Turbin i Modelowania Procesów Cieplno-Przepływowych, Wybrzeże Wyspiańskiego 27,
50-370 Wrocław, kontakt: [email protected]
Abstrakt: Odpady komunalne to nieodłączna część funkcjonowania współczesnych
społeczeństw. Rosnący wskaźnik postępu technologicznego oraz konsumpcyjny tryb życia
doprowadziły w ostatnich dekadach do gwałtownego wzrostu ilości generowanych przez
człowieka odpadów, stanowiących mieszaninę różnego rodzaju materiałów oraz substancji,
oraz intensyfikacji ich deponowania na składowiskach. W związku z rosnącą troską o środowisko naturalne w ostatnich latach rozpoczęto prace badawczo-rozwojowe skierowane
na opracowanie technik przetwarzania, a tym samym ograniczania ilości odpadów deponowanych na składowiskach. W artykule przedstawiono charakterystykę odpadów komunalnych generowanych na terenie Polski oraz możliwości przekształcenia ich w pełnowartościowe paliwa energetyczne. Poruszono problematykę barier towarzyszących wykorzystaniu
paliw alternatywnych w energetyce i w przemyśle. Ponadto zaprezentowano wyniki badań
laboratoryjnych mających na celu określenie właściwości fizykochemicznych produkowanego paliwa alternatywnego oraz jego przydatności na cele energetyczne jako ewentualny zamiennik tradycyjnych paliw kopalnych. Umiejętne wdrożenie na dużą skalę oraz rozszerzenie zakresu dotychczasowego wykorzystywania paliw typu RDF (ze względu na jakość czy
też skład pierwiastkowy) jako alternatywy dla paliw kopalnych daje w przypadku instalacji
energetycznych szansę na ograniczenie ilości odpadów deponowanych na składowiskach,
a w konsekwencji prowadzi do poprawy stanu środowiska naturalnego.
Słowa kluczowe: odpady komunalne, paliwa alternatywne, gospodarka odpadami, morfologia odpadów
1. Wstęp
Procesy konwersji ważniejszych form użytecznych energii (elektrycznej, ciepła) na świecie oparte są głównie na wykorzystaniu paliw kopalnych – ropy naftowej, gazu ziemnego,
węgla kamiennego oraz brunatnego. W wyniku gwałtownego rozwoju przemysłu znacząco
wzrosło wydobycie oraz zużycie wspomnianych nośników energii, skutkujące degradacją
środowiska naturalnego oraz postępującą akumulacją zanieczyszczeń w otoczeniu człowieka.
Konieczność zapewnienia ciągłości pokrywania popytu na usługi świadczone przez sektor
elektroenergetyczny i ciepłowniczy, realizowana zgodnie z ideą zrównoważonego rozwoju,
wymaga zwiększania udziału odnawialnych źródeł energii w obrębie sieci energetycznych,
24
Michał Kamiński, Maciej Cholewiński
a tym samym stopniowego zastępowania energii chemicznej paliw kopalnych m.in. energią
poruszającej się wody lub wiatru, zakumulowanej w biomasie czy też efektywnie wykorzystywanym promieniowaniem słonecznym. Stosunkowo nową koncepcją w ostatnich latach
stało się energetyczne wykorzystywanie powstających odpadów, zawierających w swojej
objętości frakcje wysokokaloryczne, biodegradowalne bądź też stanowiących cenny surowiec chemiczny.
Ważnym aspektem, bezpośrednio związanym ze stanem środowiska naturalnego i zapobieganiem jego degradacji, są kwestie skuteczności systemów zbierania, selektywnego
składowania oraz odpowiedniego, najczęściej indywidualnego, postępowania z powstającymi grupami odpadów komunalnych. W przepisach prawa traktujących o ochronie środowiska przed negatywnym oddziaływaniem składowanych odpadów komunalnych (odcieki,
emisje metanu, pożary), coraz częściej wprowadza się obostrzenia warunkujące konieczność
zmniejszania ilości składowanych odpadów komunalnych oraz systematycznego odzysku,
o ile to możliwe, części z nich na potrzeby ponownego użycia bądź energetycznego wykorzystania.
Jak już wspomniano, wraz z poprawą sytuacji materialnej społeczeństwa wzrosła
w ostatnich latach ilość generowanych odpadów [Hoornweg i in. 2012], powodując tym
samym konieczność opracowania możliwie tanich i skutecznych metod unieszkodliwiania
odpadów. Jedną z nich jest termiczna utylizacja odpadów wraz z odzyskiem energii cieplnej
– technologia umożliwiająca przetwarzanie relatywnie dużych strumieni odpadów w odpowiednio przystosowanej (ze względu na emisje zanieczyszczeń, charakterystykę spalania
oraz efektywność procesu) instalacji. Konieczność spełnienia rygorystycznych wymagań
emisyjnych, skomplikowany status formalno-prawny wspomnianego przedsięwzięcia,
a także niejednorodność parametrów fizykochemicznych zmieszanych odpadów komunalnych, uniemożliwiają bądź wyraźnie ograniczają możliwości bezpośredniego zastosowania
wspomnianej grupy nośników energii (np. jako dodatek do węgla) w kotłach energetycznych
dużych mocy, które zostały zaprojektowane i dostosowane pod katem wykorzystania paliw o ściśle określonych parametrach fizykochemicznych. Fakt ten stanowi główną barierę
techniczną i ekonomiczną, ograniczającą popularyzację omówionej techniki utylizacji mas
odpadów.
Rozwiązaniem części wymienionych problemów, nastawionym na zwiększanie ilości
przekształcanych termicznie odpadów komunalnych, może być m.in. waloryzacja i homogenizacja powstających odpadów komunalnych. Poprzez odpowiednią selekcję wybranych
frakcji z ich strumienia możliwe staje się częściowe zastępowanie paliw kopalnych materiałami wytwarzanymi z odpadów, tzw. paliwami alternatywnymi. Działanie takie niesie ze
sobą szereg zalet , wśród których do ważniejszych zalicza się ścisłą kontrolę właściwości
fizykochemicznych paliwa oraz ograniczanie niekorzystnych zjawisk eksploatacyjnych
w obrębie kotła. Co więcej, część energii odzyskanej w procesie energetycznej utylizacji odpadów zakwalifikować można, w myśl obowiązujących przepisów, jako energię pochodząca ze źródeł odnawialnych. Niektóre frakcje biodegradowalne z kolei zawarte w odpadach,
w przypadku spalania w minimalnym stopniu przyczyniają się do emisji CO2, co powoduje
systematyczny wzrost zainteresowania produkcją i wykorzystaniem paliw alternatywnych
w przemyśle w świetle obowiązującej polityki proekologicznej.
2. Odpady komunalne
Przed przystąpieniem do poszukiwań technologii utylizacji odpadów komunalnych
istotne staje się sprecyzowanie strumieni materiałów oraz źródeł ich pochodzenia. Zgodnie
z ustawą z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach [Dz. U. z 2013 poz. 21] definiowane są one
jako „odpady powstające w gospodarstwach domowych, z wyłączeniem pojazdów wycofaProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
Potencjał energetyczny i wykorzystanie odpadów komunalnych do produkcji paliw alternatywnych w Polsce
25
nych z eksploatacji, a także odpady niezawierające odpadów niebezpiecznych, pochodzące
od innych wytwórców odpadów, które ze względu na swój charakter lub skład są podobne
do odpadów powstających w gospodarstwach domowych; zmieszane odpady komunalne pozostają zmieszanymi odpadami komunalnymi, nawet jeżeli zostały poddane czynności przetwarzania odpadów, która nie zmieniła w sposób znaczący ich właściwości”.
Ze względu na skład (morfologię), właściwości fizykochemiczne, stopień szkodliwości
oraz warunki i miejsca powstawania odpadów komunalnych, rozróżnia się ich następujące
rodzaje [Wojciechowski 1988]:






odpady domowe związane z funkcjami bytowymi społeczeństwa,
odpady z obiektów użyteczności publicznej,
odpady z terenów otwartych,
odpady wielkogabarytowe,
osady ściekowe pochodzące z oczyszczalni ścieków komunalnych.
Substancje stałe wchodzące w skład odpadów komunalnych charakteryzują się znaczną
różnorodnością składu, co przekłada się bezpośrednio na ich właściwości fizyczne i chemiczne oraz wyraźną heterogeniczność. Z tego względu zbierane i składowane ich jako mieszaniny różnych grup materiałów w większości przypadków utrudnia dobór wysokoefektywnego,
ekonomicznie uzasadnionego procesu utylizacji oraz ochrony środowiska. Wspomniana
zmienność składu morfologicznego uzależniona jest od szeregu czynników, m.in. [d’Obyrn,
Szalińska 2005]:
wielkości zaludnienia na określonym terenie,
rodzaj zabudowy (obszary miejskie i wiejskie i związana z nią struktura działalności),
 nasycenia terenu obiektami usługowymi, przemysłowymi oraz innymi obiektami
niemieszkalnymi,
 wyposażenia technicznego i sanitarnego budynków,
 rodzaju ogrzewania w budynkach,
 stanu zamożności mieszkańców,
 pory roku.


Na poniższym wykresie kołowym (ryc. 1) przedstawiono uśredniony skład morfologiczny odpadów komunalnych zebranych w Polsce w 2015 roku, opracowany na podstawie
analiz przeprowadzonych na wniosek Generalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska w 20 krajowych instalacjach do mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów.
Jak wynika z powyższego wykresu, najmniejszy udział w składzie morfologicznym
zmieszanych odpadów komunalnych mają odpady elektryczne i elektroniczne (0,01%), odpady niebezpieczne (0,02%), odpady elektryczne i elektroniczne, odpady z parków i ogrodów
(0,3%) oraz drewno (0,6%). Powyższe kategorie odpadów stanowią niecałe 1,2%. Blisko
połowę strumienia zmieszanych odpadów komunalnych tworzą z kolei: tworzywa sztuczne
(14,1%), papier i tektura (14,6%) oraz tzw. odpady organiczne pozostałe (19,7%). Co istotne,
materiały te stanowić mogą zasadniczą bazę surowcową do produkcji paliw alternatywnych
(RDF – ang. Refuse Derived Fuel, - paliwo z odpadów) z generowanych odpadów komunalnych lub też być traktowane jako substraty w przypadku produkcji energii elektrycznej
i ciepła z biogazu.
W ogólnym bilansie poszczególnych frakcji wchodzących w skład odpadów komunalnych, materiały palne stanowią blisko 75% udziału w szacowanym składzie morfologicznym
odpadów komunalnych produkowanych w Polsce. Posiadają tym samym znaczny potencjał
energetyczny w przypadku wykorzystania odpadów jako nośnika energii. Traktując podaną
26
morfologię jako wiodącą w skali Polski, spośród 11,3 mln ton odpadów wygenerowanych
w naszym kraju w roku 2013, około 9,3 mln ton odpadów komunalnych zebrano [Raport
Głównego Urzędu Statystycznego 2014]. Szacować można, iż około 75% ze wszystkich zebranych odpadów komunalnych można by przeznaczyć na cele energetyczne.
Ryc. 1. Średni skład morfologiczny odpadów komunalnych wyprodukowanych w Polsce w 2015
roku. Źródło: Opracowanie własne na podstawie Jędraczek i den Boer, (2015)
3. Paliwa alternatywne jako źródło energii z odpadów
Paliwem alternatywnym nazywamy „paliwo zastępcze” w stosunku do paliw konwencjonalnych, uzyskane w procesie odzysku odpadów posiadających odpowiednio wysoką kaloryczność. Stanowią je stałe nośniki energii wytworzone z odpadów innych niż niebezpieczne,
wykorzystywane do odzysku energii w instalacjach spalania lub współspalania oraz spełniające wymagania klasyfikacji podane w obowiązujących standardach i normach (np. EN 15359).
Uzyskanie paliwa alternatywnego o odpowiednich parametrach jakościowych warunkuje wykorzystanie do jego produkcji odpowiednich grup morfologicznych odpadów. Do szczególnie
interesujących z energetycznego punktu widzenia materiałów zaliczyć można, m.in. osady
ściekowe, oraz odpady z produkcji czy też odpady pochodzące z selektywnej zbiórki (papier,
tworzywa sztuczne, drewno odpadowe). Ze względu na fakt, iż odpady zawierać mogą substancje niebezpieczne (np. baterie, świetlówki, żarówki), do ekonomicznej utylizacji konieczne jest wstępne odseparowanie frakcji palnych od materiałów przyczyniających się do emisji
najniebezpieczniejszych grup zanieczyszczeń (metali ciężkich, dioksyn i furanów) [Ściążko,
Zuwała, Pronobis 2007, Rosik-Dulewska 2008].
Do produkcji paliw alternatywnych wykorzystywane są grupy odpadów wysokokalorycznych oraz tych mających poprawiać właściwości energetyczne i fizykochemiczne mieszanin palnych. Do grup tych zalicza się [Dz. U. Nr 18, poz. 176, z późn. zm.]:


papier,
gumę,




27
zużyte opony,
odpady tworzyw sztucznych,
drewno,
tekstylia.
Ze względu na niską gęstość nasypową rozdrobnionych w procesie produkcji materiałów
wchodzących w skład paliw alternatywnych, ze względu na ekonomię transportu zalecane
jest formowanie ich do różnej postaci (brykiety, pelety, itp.), a więc odpowiednia waloryzacja mechaniczna skierowana na zagęszczenie. Daje to większe możliwości zastosowania
ich w instalacjach energetycznych i przemysłowych oddalonych od miejsca produkcji wspomnianych surowców.
Produkcja paliw z odpadów komunalnych stanowi realną szansę na wykorzystywanie
energii zawartej w odpadach komunalnych nie tylko w specjalnie tworzonych do tego celu
instalacjach spalania odpadów, ale także w innych instalacjach, posiadających pewien potencjał pod kątem spalania bądź współspalania paliw alternatywnych z węglami energetycznymi. Przykładem mogą być obrotowe piece cementowe.
Tworzenie dedykowanych do termicznej utylizacji odpadów instalacji energetycznych
– spalarni odpadów - wymaga odpowiedniej lokalizacji (najczęściej w pobliżu dużych miast
lub tam, gdzie powstaje wystarczająca do realizacji przedsięwzięcia ilość odpadów) oraz
organizacji logistyki, odbioru i przewozu. Przekłada się to na zapewnienie stałości dostaw
tego surowca do instalacji w skali roku. W 2014 roku w Polsce funkcjonowała tylko jedna
instalacja termicznej utylizacji odpadów – w Warszawie, natomiast już w 2015 roku trwały
prace nad 6 kolejnymi spalarniami: w Białystoku, Bydgoszczy, Koninie, Krakowie, Poznaniu
i Szczecinie. Spośród nich w pierwszej połowie 2016 roku funkcjonowały instalacje w stolicy Podlasia oraz w Małopolsce, natomiast w największym mieście województwa wielkopolskiego rozpoczęto pierwsze dostawy paliwa przed spodziewanym otwarciem w listopadzie
tego samego roku.
4. Właściwości fizykochemiczne paliw alternatywnych
W celu określenia potencjału energetycznego paliwa alternatywnego, wykonano następujące analizy laboratoryjne:


analizy techniczne, obejmujące wyznaczenie:
zawartości wilgoci, popiołu, części lotnych oraz stałych części palnych w próbce,
analizy elementarne (pierwiastkowe), mające na celu ustalić:
zawartość pierwiastkowego węgla, wodoru, azotu, siarki, tlenu oraz wybranych
pierwiastków śladowych,
 badanie kaloryczności, zmierzające do określenia ciepła spalania i wartości opałowej badanych materiałów.


Do przeprowadzenia analiz wykorzystano paliwa energetyczne: węgiel brunatny, paliwo
z odpadów komunalnych (RDF), PET – mieszanina tworzyw sztucznych, osad ściekowy oraz
makulaturę mieszaną. Powyższe zestawienie ukazuje wybór materiału badawczego głównie
wśród paliw alternatywnych, poza węglem brunatnym, który stanowi jedno z podstawowych
paliw energetyki zawodowej.
28
Tabela 1. Analiza fizyczna badanych paliw [Szudra 2012]
stan analityczny
zawartość
wilgoci
w stanie
roboczym
paliwo
zawartość
wilgoci
zawartość
popiołu
zawartość
części lotnych
Zawartość
stałych części
palnych
Wr
W
A
V
FC
%
%
%
%
%
makulatura
mieszana
15,17
3,39
14,49
68,92
13,21
PET
33,87
0,39
3,44
87,3
8,87
paliwo
alternatywne RDF
38,87
0,88
12,13
78,59
8,39
osad ściekowy
17,18
2,82
34,94
51,38
10,85
węgiel brunatny
73,05
4,39
16,13
44,44
35,03
Przeanalizowane próbki paliw charakteryzują się niską zawartością wilgoci w stanie analitycznym. Porównywane paliwa alternatywne charakteryzują się wysoką zawartością części lotnych. W przypadku RDF, PET i makulatury mieszanej, zawartość części lotnych jest
w każdym przypadku niemalże dwukrotnie wyższa niż w użytym węglu brunatnym. Znacznie niższą zawartością części lotnych, od pozostałych paliw alternatywnych, charakteryzuje
się badany osad ściekowy (51,38%). Wykorzystane w badaniach paliwo RDF, produkowane
z odpadów komunalnych, wykazuje porównywalne parametry fizykochemiczne z makulaturą mieszaną oraz mieszaniną tworzyw sztucznych PET, co świadczy o tym, że badane paliwo
alternatywne łączy w sobie cechy obu powyższych paliw. Osad ściekowy stanowi przykład
paliwa alternatywnego różniącego się od paliwa RDF i pozostałych analizowanych paliw.
Zawiera on znacznie więcej popiołu niż analizowana próbka paliwa alternatywnego, a także
znacznie mniej części lotnych. Zawartość stałych części palnych w przypadku obu paliw jest
porównywalna, natomiast zawartość tych frakcji we wszystkich paliwach alternatywnych
jest zdecydowanie mniejsza (8,39-13,21%) niż w węglu brunatnym, który zawiera ich 35%.
Tabela 2. Analiza pierwiastkowa badanych paliw [Szudra 2012]
węgiel
wodór
azot
siarka
tlen
zawartość
wilgoci
Zawartość
popiołu
C
H
N
S
O
W
A
%
%
%
%
%
%
%
makulatura
mieszana
42,65
5,46
0,24
0,13
33,65
3,39
14,49
PET
64,7
7,10
0,15
0,18
24,05
0,39
3,44
paliwo
paliwo
paliwo
alternatywne
RDF
osad ściekowy
węgiel
brunatny
29
węgiel
wodór
azot
siarka
tlen
zawartość
wilgoci
Zawartość
popiołu
C
H
N
S
O
W
A
%
%
%
%
%
%
%
57,55
8,45
0,42
0,43
20,14
0,88
12,13
55,19
4,49
0,65
1,24
0,66
2,82
34,94
55,19
4,49
0,65
1,76
17,38
4,39
16,13
Analiza elementarna badanych paliw wykazuje, że istnieją znaczne różnice w ich składzie pierwiastkowym. Największe zawartości siarki (1,24-1,76%) i azotu (0,65%) stwierdzono w węglu brunatnym i osadach ściekowych. W pozostałych paliwach zawartość siarki
i azotu jest znacznie niższa. Wysoka zawartość wodoru w RDF (8,45%) świadczy o tym,
że paliwo to zawiera w swoim składzie dużo tworzyw sztucznych, gdyż mieszanina tworzyw sztucznych PET również zawiera dużo wodoru. Najwyższą zawartość tlenu wykazuje
makulatura mieszana (33,65%), a najniższą osad ściekowy (0,66%). Badane paliwo RDF
charakteryzuje się mniejszą zawartością azotu i siarki od węgla brunatnego.
Wyznaczenie kaloryczności próbek badanych paliw wykonane zostało przy użyciu kalorymetru IKA C2000. Kaloryczność została wyznaczona dla próbek w stanie analitycznym.
Najwyższą kalorycznością spośród badanych próbek paliw charakteryzowały się RDF
oraz PET, których wartość opałowa przekracza 25 MJ/kg. Najniższą zaś wartość opałową
posiadał osad ściekowy (ok. 12,7 MJ/kg) oraz makulatura mieszana (ok. 15 MJ/kg). Analiza
ta pozwala stwierdzić, że badane paliwa alternatywne znacznie różnią się pod względem
kaloryczności od węgla brunatnego, którego wartość opałowa wyniosła ok. 18,9 MJ/kg.
Tabela 3. Ciepło spalania i wartość opałowa badanych paliw [Szudra 2012]
ciepło
spalania
wartość
opałowa
Qi
Q
kJ/kg
kJ/kg
makulatura
mieszana
16323
15049
PET
26755
25216
paliwo alternatywne
RDF
28426
26560
osad ściekowy
13769
12721
węgiel brunatny
19987
18900
paliwo
30
5. Pozytywne i negatywne aspekty wykorzystania paliw alternatywnych do produkcji energii
Aktualnie wykorzystanie paliw z odpadów w procesach produkcji energii elektrycznej
i cieplnej w Polsce jest niskie, ze względu na szereg utrudnień związanych głównie ze stroną
prawną spalania odpadów, ale także wynikających z nieprzystosowania istniejących instalacji
energetycznych do współspalania odpadów. Wzrastająca jakość paliw wytwarzanych z odpadów oraz podjęte działania normalizacyjne, mające na celu standaryzację parametrów tych
paliw powodują, że potencjalne możliwości ich wykorzystania będą stale rosnąć. W polskiej
energetyce zawodowej wykorzystanie energii z odpadów jest zagadnieniem ciągle rozwijanym, jednak zauważalna jest tendencja wzrostowa dla wykorzystania paliw alternatywnych
do produkcji energii w procesach współspalania. Ponadto, na terenie kraju istnieją zakłady przemysłowe, w których wykorzystuje się paliwa typu RDF. Do zakładów tych należą
głównie przedsiębiorstwa sektora cementowego (klinkierownie, cementownie), które dzięki
wyposażeniu w odpowiednią infrastrukturę (piece obrotowe) oraz spełnieniu rygorystycznych wymogów dotyczących spalania paliwa (odpowiedni zakres okna temperaturowego
oraz czas przebywania paliwa w komorze paleniskowej) wykorzystują paliwa alternatywne
jako paliwo główne lub traktowane na równi z tradycyjnymi paliwami konwencjonalnymi,
przykładem mogą być cementownie grupy CEMEX, zlokalizowane w Chełmie oraz w Rudnikach, o wydajnościach odpowiednio dla produkcji cementu 1 800 tys. t/rok i 200 tys. t/rok
oraz wydajnościach klinkieru 1 500 tys. t/rok i 650 tys. t/rok w 2011 roku wykorzystywały
średnio około 69% paliw alternatywnych w całkowitym bilansie zużywanych paliw. Pomimo
wielu zalet związanych z wykorzystaniem paliwa z odpadów w różnych gałęziach przemysłu, istnieje również dużo cech niekorzystnych. Do największych utrudnień, uniemożliwiających szybki wzrost popularności paliw typu RDF, zaliczyć można głównie kwestie formalno-prawne związane z traktowaniem paliwa z odpadów nadal jako odpad, a nie jako formę
paliwa. W związku z tą kwestią, spalaniu paliw wytworzonym z odpadów nadal towarzyszą
bardzo rygorystyczne wymagania środowiskowe, odnoszące się jednocześnie do spalania
odpadów. Ponieważ wymagania te są trudne do spełnienia przez większość istniejących polskich instalacji energetycznych, zainteresowanie tym paliwem jest stosunkowo niewielkie.
Nie bez znaczenia pozostaje też stan techniczny większości obecnie eksploatowanych instalacji energetycznych, w których większość z obecnie pracujących bloków energetycznych
w Polsce jest już przestarzała i dostosowanie tego typu instalacji do obowiązujących wymogów jest po prostu nieopłacalne. Wśród głównych powodów ograniczających wykorzystanie
paliw z odpadów na szeroką skalę w energetyce można również wymienić możliwość pogorszenia właściwości chemicznych produktów ubocznych spalania, takich jak żużel i popiół
lotny, które posiadają wartość handlową, konieczność uzyskania przez zakład pozwolenia
na działalność związaną z prowadzeniem procesu energetycznego odzysku odpadów, a także
występowanie w większym stopniu zjawisk korozyjnych oraz erozyjnych na powierzchniach
ogrzewalnych kotła.
6. Wnioski
Wykorzystanie paliw wytworzonych z odpadów komunalnych w branży energetycznej
może się powiększać ze względu na korzyści wynikające z ich zastosowania. Wśród głównych atutów wyróżniamy możliwość zwiększenia ilości produkowanej energii pochodzącej
ze źródeł odnawialnych oraz oszczędność limitów emisyjnych CO2 w wyniku obniżenia
raportowanej emisji tego gazu. Spowodowane jest to faktem, iż spalane frakcje biodegradowalne stanowią zerowy udział w emisji CO2. W rozpatrywanym przypadku występują także
korzyści ekonomiczne – wynikają ze zwiększenia udziału paliwa o niższej cenie rynkowej
31
w stosunku do paliw kopalnych. Ważnym aspektem jest również zmniejszenie stopnia deponowania odpadów na składowiskach.
Najpoważniejszym problemem związanym z instalacjami termicznej utylizacji odpadów, poza przeszkodami technicznymi, jest stosunek społeczeństwa do tego typu instalacji.
Brak wystarczającej informacji w tym temacie, a co za tym idzie, świadomości ludzi, nie
sprzyja powstawaniu kolejnych jednostek. Każda instalacja, spalająca lub współspalająca
odpady, kojarzy się jednoznacznie z kominem, z którego wydobywa się czarny, trujący dym
o nieprzyjemnym powonieniu. Wywołuje to sprzeciw społeczny.
Sprawny rozwój instalacji do termicznej utylizacji odpadów powinien opierać się jednocześnie na dwóch płaszczyznach: technologicznej oraz socjologicznej. Jedynie tak poprowadzony postęp może przynieść sukces w tej dziedzinie.
Bibliografia
d’Obyrn K., Szalińska E.: Odpady komunalne. Zbiórka, recykling, unieszkodliwianie odpadów komunalnych i komunalno podobnych. Kraków 2005.
Hoornweg D., Bhada-Tata P.: What a waste. Raport Banku Światowego. Waszyngton, 2012.
Jędrczak A., den Boer E.,: „Raport końcowy III etapu ekspertyzy mającej na celu przeprowadzenie badań odpadów w 20 instalacjach do mechaniczno-biologicznego
przetwarzania odpadów”, Zielona Góra, 2015.
Raport Głównego Urzędu Statystycznego: Ochrona środowiska. Warszawa 2014.
Rosik-Dulewska Cz.: Podstawy gospodarki odpadami. Warszawa 2008.
Szudra J.: Spalanie i współspalanie odpadów komunalnych (RDF) w kotłach. Praca dyplomowa stopnia inżynierskiego. Promotor: prof. dr hab. inż. Wiesław Rybak,
Katedra Technologii Energetycznych, Turbin i Modelowania Procesów Cieplno-Przepływowych, Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczno-Energetyczny. Wrocław 2012.
Ściążko M., Zuwała J., Pronobis M.: Współspalanie biomasy i paliw alternatywnych w energetyce, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla i Politechnika Śląska. Zabrze
2007.
Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz. U. z 2013 r. Nr 0, poz. 21).
Wojciechowski A.: Zintegrowane systemy gospodarki odpadami komunalnymi. Zagadnienia
techniczno-organizacyjne, Fundusz Współpracy. Warszawa 1998.
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 29 stycznia 2002 r. w sprawie rodzajów odpadów innych niż niebezpieczne oraz rodzajów instalacji i urządzeń, w których
dopuszcza się ich termiczne przekształcanie (Dz. U. Nr 18, poz. 176).
Michał KAMIŃSKI - mgr inż., absolwent Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej, Doktorant w Zakładzie Niskoemisyjnych
Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Specjalność - biopaliwa.
Maciej CHOLEWIŃSKI – mgr inż., absolwent Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej. Doktorant w Katedrze Technologii
Energetycznych, Turbin i Modelowania Procesów Cieplno-Przepływowych
Politechniki Wrocławskiej (promotor – prof. dr hab. inż. Wiesław Rybak). Specjalność – ograniczanie emisji zanieczyszczeń (głównie rtęci).
33
Współczesne możliwości zagospodarowania poprodukcyjnych
odpadów przemysłu owocowego
Marek Kruczek*, Dorota Gumul, Anna Areczuk
Wydział Technologii Żywności, Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
e-mail: *[email protected]
Abstrakt: Przetwórstwo owoców w Polsce jest ważną gałęzią przemysłu spożywczego.
Co roku wzrasta zainteresowanie owocami i przetworami owocowymi. Podczas przetwarzania owoców na cele konsumpcyjne poza produktami gotowymi powstają również odpady, których największą część stanowią wytłoki. Liczne badania na świecie potwierdzają,
że wytłoki są źródłem składników prozdrowotnych i mają wysoki potencjał aplikacyjny,
szczególnie w przemyśle spożywczym. Duża zawartość błonnika i polifenoli w wytłokach
jabłkowych, antocyjanów w wytłokach aroniowych, antocyjanów i cukrów fermentujących
w wytłokach winogronowych wraz z dużą zawartością w nich prozdrowotnego kwasu oleanolowego potwierdzają duże możliwości aplikacyjne tych odpadów. Na chwilę obecną
głównym kierunkiem zagospodarowania odpadów przemysłu owocowego jest wykorzystywanie ich jako dodatek do pasz dla zwierząt, lub magazynowanie jako odpad, co sprawia, iż
potencjał ich nie jest w pełni wykorzystywany. Dlatego też konieczne jest zwiększenie świadomości producentów i konsumentów o prozdrowotnych właściwościach wytłoków owocowych. W niniejszej pracy dokonano przeglądu dostępnej literatury w celu przedstawienia
możliwości wykorzystania wybranych wytłoków owocowych w przemyśle.
Słowa kluczowe: wytłoki owocowe; odpady w przemyśle spożywczym; przemysł owocowy
1. Wstęp
Polska jest ważnym producentem owoców zarówno na poziomie globalnym jak i w obrębie Uni Europejskiej, gdzie dominuje w produkcji jabłek, aronii, malin, porzeczek i borówki
wysokiej (pot. borówki amerykańskiej). Tak wysoka produkcja owoców sprawia iż również
w obrębie ich przetwórstwa zauważa się zwiększenie obrotów. Jednym z najważniejszych
działów przetwórstwa owoców jest produkcja zagęszczonych soków (głównie jabłkowego),
nektarów i napojów. Podczas przetwarzania owoców powstają duże ilości odpadów oraz
ścieków. Powstające w tych procesach wytłoki stanowią od 25 do 35% masy użytego surowca (Rembowski 1998). Charakteryzują się one bardzo wysoką zawartością składników
prozdrowotnych, takich jak: witaminy, minerały, błonnik czy polifenole. Dlatego też wytłoki
owocowe mogą być cennym źródłem powyższych składników w codziennej diecie człowieka.
2. Korzyści z wykorzystania wytłoków owocowych
Jak wspomniano we wstępie wytłoki owocowe są podstawowym odpadem przetwórstwa
owocowego. Jako produkt odpadowy po tłoczeniu soku z surowych owoców zawierają barProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
34
Marek Kruczek, Dorota Gumul, Anna Areczuk
dzo duże ilości wody. Wysoka wilgotność sprawia, iż w miejscu ich składowania występuje
wysokie ryzyko rozwoju niepożądanej mikroflory, co stanowi duży problem dla bezpieczeństwa produkowanej żywności. Poddawanie wytłoków owocowych natychmiastowej obróbce termicznej z zachowaniem ciągu produkcyjnego znacznie minimalizuje ryzyko rozwoju
mikroorganizmów jak i zachowuje ich zdatność do powtórnego wykorzystania w przemyśle
spożywczym (zachowanie drogi czystej). Dzięki procesowi suszenia wytłoki jabłkowe stają
się półproduktem o długim okresie przydatności do spożycia, który może być przechowywany i wykorzystywany na terenie zakładu macierzystego lub odsprzedawany innym podmiotom. Taka możliwość odroczenia dalszego wykorzystania wytłoków zmniejsza problem
sezonowości produkcji.
Suszone wytłoki owocowe, jako odpad poprodukcyjny są bardzo tanim półproduktem,
co zmniejsza koszty produkcji wzbogacanych o nie środków spożywczych. Natomiast recykling wytłoków obniża również ilości utylizowanych odpadów, co przekłada się na bezpośrednie oszczędności w zakładach macierzystych. Otrzymane podczas tłoczenia odpady owocowe posiadają dużo więcej składników prozdrowotnych w porównaniu do produktów finalnych (napojów, soków, nektarów), które często
ulegają rozcieńczeniu, klaryfikacji lub utrwalaniu. Pomimo poddawania wytłoków jabłkowych procesowi suszenia, który przebiega w wysokich temperaturach (od 100oC do 400oC),
nie występuje w nich duża degradacja składników prozdrowotnych (Nawirska i in. 2007).
Konsumenci coraz częściej kierują się, poza wyznacznikiem cenowym i smakowym, również właściwościami prozdrowotnymi oferowanych w sprzedaży produktów. Wzrost takich
właściwości poprzez dodatek wytłoków owocowych oraz zwiększenie różnorodności oferowanych w sprzedaży środków spożywczych będzie pożądane przez konsumentów. Ryc. 1 Suszone wytłoki jabłkowe: całe i mielone (źródło: zdjęcie własne 05.11.2015 r.)
3. Wytłoki jabłkowe
Roczna produkcja jabłek w Polsce przekracza 3 mln ton, dzięki czemu zajmujemy drugie miejsce w światowej produkcji koncentratu jabłkowego. Powyższe dane przekładają się
na ogromną ilość powstających wytłoków jabłkowych (Ryc. 1) (Zespół Monitoringu Zagranicznych Rynków Rolnych 2016). Świeże wytłoki jabłkowe zawierają m.in. ok. 70% wody,
Współczesne możliwości zagospodarowania poprodukcyjnych odpadów przemysłu owocowego
35
16% węglowodanów, 7% celulozy, 4% białka, 8.7 mg wapnia/100 g (Sun i in. 2007), oraz
wiele cennych polifenoli o charakterze przeciwutleniającym (Górnas i in. 2015). Głównym
sposobem zagospodarowania wytłoków jabłkowych jest na chwilę obecną ich wykorzystanie
jakododatku do pasz dla zwierząt, gdzie trafiają po wcześniejszym suszeniu lub kiszeniu
(Sun i in. 2007).
Kolejnym składnikiem wytłoków jabłkowych zwiększającym ich możliwości aplikacyjne w przemyśle spożywczym jest błonnik. Wytłoki jabłkowe zawierają go więcej niż pszenica czy otręby owsiane, ok. 80% w suchej masie (Nawirska i Kwaśniewska 2004). Błonnik
wytłoków jabłkowych składa się z frakcji rozpuszczalnej czyli pektyny i nierozpuszczalnej. Pektyny z punktu widzenia żywieniowego stanowią ważny składnik diety człowieka.
Wspomagają leczenie otyłości, posiadają zdolność wypłukiwania metali ciężkich, obniżają
poziom cukru we krwi oraz zapobiegają tworzeniu się kamieni żółciowych (Wikiera i in.
2014). W celu otrzymania pektyny z wytłoków jabłkowych, w warunkach technologicznych
stosuje się długotrwale gorącą kwasową ekstrakcję, a następnie oczyszczanie otrzymanego
ekstraktu i izolację wyekstrahowanych pektyn (Peiretti i Gai 2015). Tak otrzymane pektyny
mają szerokie zastosowanie w technologii produkcji różnych środków spożywczych jako
substancje zagęszczające, żelujące oraz jako bioaktywne frakcje błonnika pokarmowego.
Włókno pokarmowe frakcji nierozpuszczalnej nie jest trawione w jelicie cienkim, ale ulega
fermentacji przy pomocy bakterii beztlenowych w jelicie grubym. Produktami takiej fermentacji wchłanianymi w większości do organizmu są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe
(ang.: Short-Chain FttyAcids). Kwasy te korzystnie wpływają na metabolizm energetyczny
ssaków, zapobiegają zaburzeniom jelitowym oraz niektórym typom nowotworów (Besten
i in. 2013). Błonnik jabłkowy posiada zdolność zatrzymywania wody, dzięki czemu może
być aplikowany jako dodatek zwiększający wilgotność do ciast, babeczek, granoli, muffinek,
pieczywa, gdzie w wyniku ich dodania następuje poprawienie zarówno charakteru miękiszu
parametrów przechowalniczych oraz właściwości prozdrowotnych gotowych produktów
(Ryc. 1) (Wojciechowicz i Gil 2010).
W wytłokach jabłkowych zawartych jest również wiele cennych przeciwutleniaczy,
głównie z grupy polifenoli, które zapewniają komórkom efektywną ochronę przed destrukcyjnym skutkiem działania wolnych rodników. Wolne rodniki doprowadzają do licznych
chorób nowotworowych, chorób serca oraz przyśpieszają starzenie się organizmu (Balasundram i in. 2006). Podczas otrzymywania soku aż 90% polifenoli zawartych w jabłkach trafia
do odpadów, a jedynie 5% zostaje w soku, który trafia do konsumenta (Renard i in. 2001).
Dlatego też właściwości antyoksydacyjne wytłoków jabłkowych są wykorzystywane w wielu środkach spożywczych jako cenne źródło wysoce prozdrowotnych przeciwutleniaczy.
Powyższe działanie przeciwrodnikowe dotyczy nie tylko organizmu człowieka, ale również
wytwarzanych produktów spożywczych, których procesy psucia, oksydacji tłuszczy są hamowane przez ww. przeciwutleniacze. W przemyśle mięsnym dodatek ekstraktu z wytłoków
jabłkowych nie tylko zmniejsza ilość dodatku syntetycznych przeciwutleniaczy, ale i podnosi
wartość odżywczą wyrobu (Peiretti i Gai 2015), nie wpływając przy tym znacznie na cechy
organoleptyczne (Nuñez de Gonzalez i in. 2008).
Wytłoki jabłkowe ze względu na dużą zawartość łatwodostępnych cukrów prostych
(glukoza, fruktoza) są bardzo dobrym surowcem dla przemysłu fermentacyjnego. Wiele napojów alkoholowych, takich jak piwo, wino, cydr, może zostać wyprodukowanych na bazie
wytłoków owocowych, w tym wytłoków jabłkowych (Wadhwa i Bakshi 2013). Natomiast
przy pomocy bakterii Acetobacter można zainicjować produkcję octu, który otrzymywano
również poprzez mieszanie ekstraktu z wytłoków jabłkowych z melasą w stosunku 2:1 (Gautam i Guleria 2007). Wytłoki jabłkowe mogą również posłużyć jako cenny surowiec podczas
fermentacji etanolowej. W kontekście otrzymania bioetanolu prowadzono badania dotyczące zwiększenia ilości cukrów możliwych do wykorzystania podczas fermentacji w wyniku
zastosowania drożdży z rodzaju Trichoderma i Aspergillus, które potrafią rozkładać niedoProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
36
stępną dla Saccharomycescerevisiae masę lignocelulozową. Mikroorganizmy te produkują
celulazy rozkładające celulozę do cukrów fermentujących, oraz posiadają zdolność przeprowadzania fermentacji beztlenowej (Xu i in. 2009). Tak otrzymany bioetanol może być stosowany jako zamiennik paliw kopalnych w wielu gałęziach przemysłu, zmniejszając emisję
gazów cieplarnianych do atmosfery przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności silników
napędzanych tym biopaliwem.
Wytłoki jabłkowe złożone są z różnych części jabłek: miąższu, ogonków i pestek. Pestki stanowiące ok. 5% wytłoków jabłkowych są bogatym źródłem białek, węglowodanów,
minerałów, polifenoli i olejów (ponad 29%). Olej z pestek jabłkowych jest cennym źródłem
składników bioaktywnych, takich jak sterole, tokoferole oraz triterpeny– głównie skwalen
(Fotschki i in. 2015). Taki profil lipidów sprawia, iż pestki z jabłek dostarczają olej o wysokich właściwościach prozdrowotnych (Walia, i inni 2014). Pestki z jabłek są również
bogatym źródłem polifenoli. Florydzyna należy do najczęściej występujących związków
polifenolowych w pestkach. Posiada ona właściwości antydiabetyczne, dzięki zdolności hamowania transporterów glukozy obecnych w błonie jelita cienkiego, zmniejsza wchłanianie
tego cukru, przyczyniając się do obniżenia poziomu glukozy we krwii (Górnas i in. 2015).
W badaniach Kobori i in. (2012) stwierdzono istotną statystycznie redukcję poziomu glukozy we krwi u myszy cukrzycowych. Badania te zostały wstępnie potwierdzone również na ludziach, dlatego coraz częściej postuluje się wykorzystanie bogatych w florydzynę wytłoków
jabłkowych w leczeniu cukrzycy. Wytłoki jabłkowe, dzięki swojemu smakowi, barwie i właściwościom znajdują również zastosowanie jako dodatek do herbatek owocowych (Borycka
1999), lub jako główny substrat do produkcji kwasu cytrynowego (Hang 1987).
4. Wytłoki winogronowe
Winogrona są doskonałym źródłem błonnika i związków charakteryzujących się wysokim
potencjałem antyoksydacyjnym. Wytłoki winogronowe powstają głównie podczas produkcji
wina i stanowią od 25 do 35 kg na 100 litrów wyprodukowanego wina. Tylko nieznaczna
część polifenoli jest przekazywana z owoców do wina, większość pozostaje w wytłokach.
Zależnie od rodzaju produkowanego wina oraz czasu fermentacji otrzymane wytłoki charakteryzują się nieco innymi właściwościami. Największe stężenie związków polifenolowych
znajduje się w pestkach winogron (70%) (Dumitrina i in. 2006), które zazwyczaj nie ulegają
uszkodzeniu podczas tłoczenia. Do głównych przeciwutleniaczy wytłoków winogronowych
zaliczamy kwasy fenolowe, flawonoidy, takie jak resweratrol, katechina, epikatechina, kwercetyna oraz czerwone i niebieskie antocyjany (Singh i in. 2006). Resweratrol jest jednym
z najbardziej prozdrowotnych i popularnych flawonoidów występujących w winogronach
(ryc. 2). Udowodniono jego liczne właściwości przeciwzapalne, antyangiogenne, antyoksydacyje oraz przeciwnowotworowe. Głównym źródłem resweratrolu w przemyśle spożywczym i farmakologicznym są sproszkowane wytłoki winogronowe. Wytłoki winogronowe
są cennym prozdrowotnym dodatkiem dla przemysłu piekarskiego i cukierniczego, dodatek
tych odpadów zwiększa aktywność antyoksydacyjną oraz zawartość błonnika w gotowych
wyrobach (Maner i in. 2015). Wytłoki winogron białych, w przeciwieństwie do czerwonych,
generalnie nie uczestniczą w procesie fermentacji wina, dlatego też posiadają duży zapas
cukrów prostych, które mogą być wykorzystane w fermentacji alkoholowej. W badaniach
Mendes i in. (2013) wykorzystano wytłoki winogronowe do otrzymania bioetanolu, a także
wyekstrahowano z nich wysoce prozdrowotny kwas oleanolowy, a pozostałości po wytłokach wykorzystano do produkcji płyty izolacyjnej. Z 1000kg wytłoków winogronowych
otrzymano 250l etanolu, 11kg kwasu oleanolowego oraz 1,25m3 płyty izolacyjnej (Mendes
i in. 2013).
37
Ryc. 2 Wzór strukturalny resweratrolu
5. Wytłoki aroniowe
Polska jest głównym producentem aronii na świecie (Zespół Monitoringu Zagranicznych Rynków Rolnych 2016). Wytłoki aroniowe wśród odpadów przetwórstwa owocowego
zawierają największe ilości antocyjanów (Ryc. 3), oraz duże ilości epikatechin i kwasów
fenolowych. W związku z powyższym cechują się one wysoką aktywnością antyoksydacyjną. Antocyjany, będące również naturalnymi barwnikami, w głównej mierze gromadzą się
w skórce owoców aronii, dzięki czemu 60% pozostaje w wytłokach, skąd mogą być ekstrahowane. Obecnie niewiele jest prowadzonych badań o aplikacyjnym charakterze wytłoków
aroniowych w przemyśle spożywczym. Po wysuszeniu i zmieleniu mogą być one wykorzystywane jako dodatek do herbat, galaretek, kisieli. Dzięki ich intensywnej barwie ekstrakty
z wytłoków mogą służyć jako naturalny barwnik w produktach spożywczych (Baranowski
i in. 2009).
Ryc. 3 Wzór strukturalny antocyjanów
6. Podsumowanie
Powyższe przykłady potwierdzają wysoce prozdrowotny charakter wytłoków owocowych obecnych na polskim rynku oraz szerokie możliwości ich zastosowania, szczególnie
w przemyśle spożywczym. Wytłoki te mogą okazać się cennym dodatkiem do nowej żywności funkcjonalnej, surowcem w otrzymywaniu bioetanolu, barwników naturalnych czy
prozdrowotnych związków chemicznych zmniejszając równocześnie ilość powstających
odpadów. Należy pamiętać, iż największym wyzwaniem przemysłu spożywczego nie jest
tworzenie pełnoporcjowych mieszanek żywieniowych, lecz dostarczanie na rynek produktów już odpowiednio wzbogaconych i różnorodnych, a takimi niewątpliwie będą produkty
zawierające wytłoki owocowe.
38
Bibliografia
Balasundram N., Sundram K., Samman S.: Phenolic compounds in plants and agri-industrial
by-products: Antioxidant activity, occurrence, and potential uses. Food Chemistry 99, 2006, s. 191-203.
Baranowski K. E., Baca A., Salamon D., Michałowska D., Meller M., Karaś M.: Możliwości
odzyskiwania i praktycznego wykorzystania związków fenolowych z produktów odpadowych: z wytłoków z czarnej porzeczki . ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość 4(65), 2009, s. 100 – 109.
Besten G. K., Eunen A. K., Groen K., Venema D. J., Reijngoud B., Bakker M.: The role of
short-chain fatty acids in the interplay between diet, gut microbiota, and host
energy metabolism. The Jurnal of Lipid Research54(9), 2013, s. 2325–2340.
Borycka B.: Utylizacja wybranych produktów odpadowych przemysłu owocowo-warzywnego. Przemysłfermentacyjnyiowocowo-warzywny 11, 1999, s. 38-40.
Dumitrina P., Leopold L., Ranga F., Fetea F., Pop N., Socaciu C.: Evaluation of residue composition of catechin compounds from wine industry through spectrometric and
chromathographic methods. Biuletin USAMV-CN 62, 2006, s. 338-342.
Fotschki B., Jurgoński A., Juśkiewicz J., Zduńczyk Z.: Metabolic effects of dietary apple seed
oil in rats. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość 98, 2015, s. 220 – 231.
Gautam H. R., Guleria S. P. S.: Fruit and Vegetable Waste Utilization. Science Tech Entrepreneur, 2007, January.
Górnas P., Mišinaa I., Olšteinea A., Krasnovaa I., Pugajevab I., Lācisa G., Sigerc A., Michalakd M., Solivene A., Segliņaa D.: Phenolic compounds in different fruit parts of
crab apple: Dihydrochalcones as promising quality markers of industrial apple
pomace by-products. Industrial Crops and Products 74, 2015, s. 607–612.
Hang Y. D.: Production of fuels and chemicals from apple pomace. Food Technology 3,
1987, s. 115−117.
Kobori M., Masumoto S., Akimoto Y., Oike H.: Phloridzin reduces blood glucose levels
and alters hepatic gene expression in normal BALB/c mice. Food and Chemical
Toxicology 50(7), 2012, s. 2547–2553.
Maner S., Sharma A. K., Banerjee K.: Wheat Flour Replacement by Wine Grape Pomace
Powder. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, s. 1-5.
Mendes J. A. S., Xavier A. M. R. B., Dmitry E. V., Lopes L. P.C.: Integrated utilization of
grape skins from white grape pomaces. Industrial Crops and Products 49, 2013,
s. 286–291.
Nawirska A., Sokół-Łętowska A., Kucharska A. Z.: Właściwości przeciwutleniające wytłoków z wybranych owoców kolorowych. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia.
Jakość 4(53), 2007, s. 120–125.
Nawirska A., Kwaśniewska M.: Frakcje błonnika w wytłokach z owoców. ActaScientiarumPolonorumTechnologiaAlimentaria3(1), 2004, s. 13-20.
Nuñez de Gonzalez M.T., Boleman R.M., Miller R.K., Keeton J.T., Rhee K.S.: Antioxidant
properties of dried plum ingredients in raw and precooked pork sausage. Journal
of Food Science 73, 2008, s. 63–71.
Peiretti P. G., Gai F.: Fruit and pomace extracts: applications to improve the safety and quality of meat products. Fruit and pomace extracts biological activity, potential applications and beneficial health effects, autor: Owen J. P., Nova Science, 2015,
s. 1-28.
Rembowski E.: Wykorzystanie odpadów w przemyśle owocowo-warzywnym. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny 2, 1998, s. 22-23.
39
Renard C., Baron A., Guyot S., Drilleau J.: Interactions between appleInteractions between apple cell walls and native apple polyphenols’ quantification and some
consequences. International Journal of Biological Macromolecules 29, 2001,
s. 115-125.
Singh B., Panesar P. S., Nanda V.: Utilization of carrot pomace for the preparation of a value
added product. World Journal of Dairy & Food Sciences 1(1), 2006, s. 22-27.
Sun J., Hu X., Zhao G., Wu J., Wang Z., Chen F., Liao X.: Characteristics of thin layer infrared drying of apple pomace with and without hot air pre-drying. Food Science
and Technology International 13(2), 2007, s. 91–97.
Wadhwa M., Bakshi, S. P. M.: Utilization of fruit and vegetable wastes as livestock feed
and as substrates for generation of other value-added products.” W Utilization
of fruit and vegetable wastes as livestock feed and as substrates for generation
of other value-added products, autor: Wadhwa M., Bakshi M. P. S., Technical,
Food and Agriculture Organization of the United Nations 43., 2013.
Walia M. K., Rawat S., Bhushan Y., Padwad S., Singh B.: Fatty acid composition, physicochemical properties, antioxidant and cytotoxic activity of apple seed oil obtained from apple pomace. Journal of the Science of Food and Agriculture 94,
2014, s. 929-934.
Wikiera A., Irla M., Mika M.: Prozdrowotne właściwości pektyn. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej 68, 2014, s. 590-596.
Wojciechowicz A., Gil Z.: Wytłoki jabłkowe jako surowiec do produkcji pieczywa pszennego.” CukiernictwoiPiekarstwo 14, 2010, s. 62 -63.
Xu Q., Singh A., Himmel M. E.: Perspectives and new directions for the production of bioethanol using consolidated bioprocessing of lignocellulose. CurrentOpinion in
Biotechnology 20, 2009, s. 364-371.
Zespół Monitoringu Zagranicznych Rynków Rolnych. Rynek owoców i warzyw. 2016.
Marek KRUCZEK – mgr inż., w roku 2012 ukończył studia na Wydziale Technologii Żywności Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, a w roku 2013 studia
na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Doktorant w Katedrze Technologii Węglowodanów na Wydziale Technologii Żywności Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie
Dorota GUMUL – dr hab inż., absolwentka Wydziału Technologii Żywności
Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Jest pracownikiem naukowym w Katedrze Technologii Węglowodanów na Wydziale Technologii Żywności Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
Anna ARECZUK – mgr inż., absolwentka Wydziału Technologii Żywności
Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Doktorantka w Katedrze Technologii
Węglowodanów na Wydziale Technologii Żywności Uniwersytetu Rolniczego
w Krakowie.
41
Intensyfikacja produkcji biogazu z wykorzystaniem procesu
współfermentacji na oczyszczalni ścieków
Katarzyna Kalemba
Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, Politechnika Śląska, Gliwice, Polska,
e-mail: [email protected]
Abstrakt: Oczyszczalnia ścieków „Klimzowiec” jest położona w granicach administracyjnych dwóch miast. Część mechaniczna oczyszczalni położona jest po stronie miasta Chorzów, natomiast część biologiczna znajduje się w granicach miasta Katowice. Oczyszczalnia
obsługuje mieszkańców na terenie zlewni o obszarze 31,7 km2.
Odprowadzany z osadników osad wstępny oraz osad nadmierny powstający w wyniku biologicznego oczyszczania ścieków poddawane są procesowi fermentacji metanowej.
Stabilizacja beztlenowa prowadzona jest w dwóch komorach fermentacyjnych w warunkach mezofilowych. Obecnie do komór fermentacyjnych dodawane są kosubstraty w postaci serwatki odpadowej oraz tłuszczy i mieszaniny olejów z separacji olej/woda zawierające wyłącznie oleje jadalne i tłuszcze. W wyniku prowadzenia procesu współfermentacji
wzrosła jednostkowa produkcja biogazu z 12,58 m3N/m3 osadu do 14,75 m3N/m3 osadu.
Wzrosła również ilość wyprodukowanej energii elektrycznej z 0,17 MWh/m3 komory do
0,22 MWh/m3 komory.
Słowa kluczowe: współfermentacja, biogaz, oczyszczalnia ścieków
1. Wstęp
Beztlenowy rozkład substancji polega na przekształceniu materii organicznej do metanu
i dwutlenku węgla. Powszechnie proces ten nazywany jest fermentacją metanową lub biometanizacją (Mata-Alvarez 2003) i ma zastosowanie w dużych i średnich oczyszczalniach
ścieków komunalnych jako metoda stabilizacji osadów ściekowych. Biogaz powstały w wyniku fermentacji osadów wykorzystywany jest do produkcji energii elektrycznej oraz ciepła
(Angelidaki and Sanders 2004).
Obecnie dużym zainteresowaniem cieszy się możliwość intensyfikacji produkcji biogazu. Ze względów ekonomicznych oraz ekologicznych interesującą koncepcją jest zastosowanie współfermentacji (kofermentacji). Proces polega na symultanicznym beztlenowym
rozkładzie osadów ściekowych oraz odpowiednio dobranych substratów których dodatek
zapewnia zwiększoną produkcję biogazu, bez konieczności przebudowy komór fermentacyjnych. Współfermentacja zachodzi w taki sam sposób jak klasyczna fermentacja, tj. w czterech następujących po sobie fazach: hydrolizy, kwasogenezy, octanogenezy i metanogenezy
(Podedwrona, Umiejewska 2008). Jedną z podstawowych przesłanek do zastosowania tej
metody jest wykorzystanie rezerw w objętości czynnej komór (zazwyczaj nawet 30%). Podczas doboru kosubstratu należy wziąć pod uwagę jego skład chemiczny, potencjał biogazowy,
dostępność na rynku oraz konieczność unieszkodliwiania odpadów (Montusiewicz 2012).
Do procesu współfermentacji osadów ściekowych można wykorzystać odpady z gorzelni lub wytwórni drożdży (Bień i in. 2008), frakcję organiczną odpadów komunalnych (Braun
42
Katarzyna Kalemba
2002), odpady tłuszczowe (Appels i in. 2011, Silvestre 2011), serwatkę (Kavacik, Topaloglu
2010), odchody zwierzęce (Luste, Luostarinen 2010) i wiele innych.
Do zalet kofermentacji można zaliczyć: rozcieńczenie substancji toksycznych zawartych
w substratach poddawanych procesowi, zwiększenie ilości substancji pożywkowych i biodegradowalnych substancji organicznych, uzyskanie wysokiego stopnia przefermentowania
oraz większej produkcji biogazu (Appels i in. 2011). Wadą procesu jest niewielka szybkość
degradacji zawartych w osadach związków organicznych (Silvestre i in. 2011).
2. Oczyszczalnia ścieków „Klimzowiec” w Chorzowie
Oczyszczalnia ścieków „Klimzowiec” (Fot. 1) Chorzowsko-Świętochłowickiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji Sp. z o.o. jest położona w granicach administracyjnych
dwóch miast. Jest to mechaniczno-biologiczna oczyszczalnia z podwyższonym usuwaniem
związków biogennych. Część mechaniczna oczyszczalni położona jest po stronie miasta
Chorzów, natomiast część biologiczna znajduje się w granicach miasta Katowice. Oczyszczalnia ścieków w Chorzowie obsługuje mieszkańców na terenie zlewni o obszarze 31,7 km2
w granicach zasięgu Aglomeracji „Chorzów-Świętochłowice”. Obiekt ten zaprojektowano
do oczyszczania wód rzeki Rawy która jest głównym ogólnospławnym kolektorem ścieków
dla miast Chorzów i Świętochłowice.
Fot. 1. Oczyszczalnia z lotu ptaka
(http://automatykaonline.pl/zmodernizowana-oczyszczalnia-sciekow-na-slasku)
2.1. Część mechaniczna oczyszczalni
Ścieki dopływające do oczyszczalni kierowane są na dwie obudowane kraty mechaniczne (hermetyzowane). Oczyszczalnia dysponuje 2 kratami rzadkimi o prześwicie 40
mm. Skratki zebrane na kratach gromadzone są w kontenerach. Następnie ścieki kierowane są do budynku krat gęstych. W budynku znajdują się 3 kraty mechaniczne w obudowie
(hermetyzowane) o prześwicie 6 mm. Powstałe skratki transportowane są przenośnikiem
ślimakowym do prasopłuczki gdzie poddawane są procesowi prasowania oraz płukania.
Po obróbce gromadzone są w kontenerze i ostatecznie są przekazywane odbiorcy odpadów.
Po opuszczeniu krat gęstych ścieki dopływają do piaskowników. Na oczyszczalni znajProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
Intensyfikacja produkcji biogazu z wykorzystaniem procesu współfermentacji na oczyszczalni ścieków
43
duje się zespół trzech piaskowników a każdy z nich posiada dwa trapezoidalne otwarte,
żelbetowe koryta robocze. Każde z koryt posiada długość 30,0 m. Piasek zatrzymywany
w piaskowniku usuwany jest za pomocą zgarniacza hydraulicznego a następnie odprowadzany do pompowni piasku. Nagromadzaną zawiesinę mineralną usuwa się z dna piaskownika
przy użyciu pomp zatapialnych, a następnie kieruje na hydrocyklony.
Ostatnim elementem części mechanicznej oczyszczania ścieków są osadniki wstępne.
Na terenie oczyszczalni znajdują się dwa radialne osadniki wstępne. Osadniki są przykryte
tzw. przykryciem pływającym w celu wyeliminowania emisji przykrych zapachów do atmosfery. Przepustowość hydrauliczna mechanicznej części oczyszczalni ścieków wynosi 7 800
m3/h. W przypadku dopłynięcia do oczyszczalni większej ilości ścieków związanej z intensywnymi opadami, nadmiar ścieków przeleje się przelewem burzowym.
2.2. Część biologiczna oczyszczalni
Oczyszczalnia ścieków jest obiektem z podwyższonym usuwaniem związków biogennych, takich jak fosfor oraz azot. Do przeróbki ścieków w części biologicznej zastosowano
system BARDENPHO (A2/O).
Po części mechanicznej ścieki są kierowane do pompowni ścieków. Znajdujące się tam
cztery pompy wirowe o wydajności 1 800 m3/h każda, przepompowują ścieki na reaktory
biologiczne.
W pierwszej kolejności ścieki kierowane są do komory predenitryfikacji oraz defosfatacji.
W komorze tej panują warunki beztlenowe co umożliwia rozpoczęcie procesu biologicznej
defosfatacji. W następnej kolejności ścieki wprowadzane są do trzech komór denitryfikacji.
W warunkach anoksycznych odbywa się biochemiczna przemiana azotanów (III) i azotanów
(V) do tlenków azotu i gazowej formy N2, która jest częściowo usuwana do atmosfery. Ścieki
poddane procesowi denitryfikacji wprowadzane są do pięciu komór nitryfikacji. Oczyszczanie ścieków odbywa się w nich przy zastosowaniu osadu czynnego. W warunkach tlenowych
utleniają się amoniak oraz sole amonowe zawarte w ściekach do azotanów (III) i azotanów
(V). W każdej z komór tlenowych znajdują się ruszty tlenowe wyposażone w 1800 dyfuzorów w celu stworzenia odpowiednich warunków dla organizmów osadu czynnego. Z dyfuzorów wydostaje się powietrze w postaci drobnych pęcherzyków.
W następnym etapie mieszanina ścieków oraz osadu czynnego jest wprowadzana
do osadników wtórnych. Na oczyszczalni znajduje się 6 osadników wtórnych, jednak dostateczne sklarowanie ścieków zapewnia praca 3. Ciała pływające z osadników wtórnych
usuwane są przez przenośniki ślimakowe oraz kierowane do zbiornika osadu nadmiernego
i ciał pływających. Odpływ z osadników odbywa się za pomocą przelewu pilastego do koryta
zbiorczego i kanału odpływowego. Przed przelewem pilastym umieszczony jest deflektor.
2.3. Przeróbka osadów
W wyniku pracy oczyszczalni powstaje osad wstępny oraz nadmierny. Osad wstępny jest
zagęszczany w dwóch zagęszczaczach grawitacyjnych. Odpowiednio przyjęty czas zagęszczania skutkuje generowaniem lotnych kwasów tłuszczowych (LKT). Odcieki z zagęszczaczy z zawartością LKT są podawane do komór biologicznej defosfatacji lub denitryfikacji.
Zagęszczacze są hermetyzowane, a powietrze odprowadzane na biofiltr.
Osad nadmierny powstały w wyniku pracy reaktorów biologicznych jest przepompowywany do zbiornika osadu nadmiernego i ciał pływających. Do zbiornika doprowadzone
są również części pływające z osadników wstępnych. Ze zbiornika pełniącego rolę zbiornika
buforowego osad jest tłoczony do budynku przeróbki osadów. Następnie osad jest zagęszProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
44
Katarzyna Kalemba
czany na dwóch zagęszczaczach mechanicznych. Osad nadmierny zagęszczony 2-3 krotnie
wtłaczany jest na blok dezintegracji osadu oraz do zbiorników pośrednich. Osad dezintegrowany przy użyciu ultradźwięków. Ilość osadu nadmiernego zagęszczonego mechanicznie kierowana na dezintegrację wynosi ok 30%. Osad wstępny, który został zagęszczony
grawitacyjnie oraz osad nadmierny zagęszczony mechanicznie są uśredniane w zbiornikach
pośrednich.
Uśrednione osady poddawane są fermentacji beztlenowej. Na terenie oczyszczalni znajdują się dwie wydzielone komory fermentacyjne (WKF) (Fot. 2) o pojemności czynnej 6500
m3 każda. W komorach fermentacyjnych jest prowadzony proces fermentacji mezofilowej
w temperaturze 34 - 36˚C. Oczyszczalnia ścieków posiada decyzję na unieszkodliwianie
odpadów w ciągu przeróbki osadów. W związku z tym do komór fermentacyjnych dodawane
są kosubstraty w postaci serwatki odpadowej oraz tłuszczy i mieszaniny olejów z separacji
olej/woda zawierające wyłącznie oleje jadalne i tłuszcze (Tab. 1).
Tabela 1. Ilość przyjętych do unieszkodliwienia odpadów w 2015 r.
Rok 2015
Kwartał
I
II
III
IV
Ilość przyjętych
odpadów [Mg]
415,23
706,69
693,89
1863,39
Uśredniony osad tłoczony jest ze zbiorników osadu zagęszczonego do instalacji wymienników ciepła. Służą one do ogrzania osadu recyrkulowanego podawanego z oraz do WKF.
Do podawania i ogrzewania osadu zastosowane są dwa ciągi technologiczne współpracujące
z poszczególnymi komorami. Na terenie oczyszczalni znajdują się trzy wymienniki ciepła
(Fot. 3).
Osad doprowadzany jest do komór fermentacyjnych w górnej ich części. Odprowadzanie
osadu przefermentowanego odbywa się w tej samej ilości oraz w tym samym czasie co osadu
surowego. Osad po stabilizacji beztlenowej odprowadzany jest przelewem teleskopowym
o regulowanej wydajności. Pozwala to na utrzymanie zadanej wysokości poziomu osadu
w WKF. W przypadku podniesienia przelewu poziom osadu wzrośnie co umożliwia spust
kożucha fermentacyjnego. Osad przefermentowany odprowadzany jest do komory spustowej
a następnie układem przewodów grawitacyjnych do zbiorników osadu przefermentowanego.
Komory fermentacyjne są zabezpieczone przez przepełnieniem. W tym celu zastosowano pionową rurę przelewową zakończoną wylewką. Jej górna krawędź wyniesiona jest 30
cm ponad maksymalny poziom osadu w komorze. Zabezpieczenie komory osadowej na kopule przed przepełnieniem odbywa się za pomocą zewnętrznej pionowej rury do kanalizacji zewnętrznej. Osad w komorach fermentacyjnych poddawany jest mieszaniu za pomocą
rurowych mieszadeł mechanicznych typu Halberg. Osad zasysany jest w górnej części rury
a wypychany dołem. Proces ten zapobiega tworzeniu się piany na powierzchni osadu. Dodatkowo osad jest wprowadzany do komory w systemie rozdeszczowującym. W celu kontroli
wymieszania osadu w komorze zastosowano czujniki temperatury oraz pH.
45
Fot. 2. Wydzielone Komory Fermentacyjne (WKF)
(K. Kalemba)
Fot. 3. Wymienniki ciepła (K. Kalemba)
Osad przefermentowany trafia do dwóch zbiorników osadu przefermentowanego, które
pełnią rolę zbiorników buforowych oraz magazynowych. Dodatkowo w zbiornikach osad jest
ujednolicany przy użyciu mieszadeł wolnoobrotowych. Po zbiornikach osad trafia na prasy
odwadniające. Odwodniony osad przekazywany jest odbiorcy odpadów do dalszego wykorzystania.
46
Katarzyna Kalemba
2.4 Instalacja biogazu
Gaz fermentacyjny wydostający się z komór fermentacyjnych ujmowany jest w dachowej części komór za pomocą dzwonu gazowego
(Fot. 4). Dodatkowym wyposażeniem jest system zraszania dla awaryjnego gaszenia wynoszonej piany.
W pobliżu komór umiejscowiona jest studnia polipropylenowa, w której gromadzi się
kondensat tworzony w tej części instalacji technologicznej. Dodatkowo wychwytywane są drobinki osadu, które mogą dostać się do dalszych
części instalacji. Elementem konstrukcyjnym
odpowiedzialnym za oddzielenie większych
części stałych oraz usunięcie kondensatu z biogazu jest filtr polipropylenowy.
W następnej kolejności z biogazu jest usuwany siarkowodór. Proces ten jest realizowany
poprzez odsiarczalnie suchą, w technologii Sulfax. Odsiarczanie biogazu jest istotne ze względu na ochronę przez korozją elementów znajdujących się za odsiarczalnią. Biogaz opuszczając
odsiarczalnię kierowany jest do dwupowłoko-
Fot. 4. Ujęcie biogazu (K. Kalemba)
wego zbiornika biogazu o pojemności 1820 m3
(Fot. 5).
Powłoka wewnętrzna zbiornika jest zabezpieczona przez wpływem czynników zewnętrznych przez powłokę ochronną. Ciśnienie oraz
stan naprężenia membrany jest utrzymywane
poprzez pracę wentylatora. W przypadku wysokiej produkcji biogazu, która przekracza
zapotrzebowanie odbiornika oraz zbiornik biogazu jest wypełniony w 85% nadmiar biogazu
spalany jest w pochodni. Element ten nie jest
przewidziany do pracy ciągłej. Pozyskiwany
biogaz tłoczony jest do budynku maszynowni
oraz kotłowni. W budynku tym prowadzone jest
podawanie osadu surowego do WKF, podgrzewanie i cyrkulacja osadu z WKF, wytwarzanie
ciepła i energii elektrycznej.
Fot. 5. Dwupowłokowy zbiornik biogazu
(K. Kalemba)
47
Fot. 6. Agregaty kogeneracyjne (K. Kalemba)
Trzy agregaty kogeneracyjne (Fot. 6) znajdujące się w budynku przeznaczone są do jednoczesnej produkcji energii elektrycznej oraz ciepła. Agregaty są zasilane biogazem i przez
generator wytwarzają prąd. Wydzielone ciepło z silnika przy spalaniu oraz ciepło gazów
wydechowych zasila sieć grzewczą poprzez wymienniki ciepła. Nadmiar ciepła jest przekazywany do sieci cieplnej oczyszczalni. W okresie zimowym zapotrzebowanie na cele
technologiczne i grzewcze pokrywane jest przez dwa agregaty i jeden kocioł (opalany gazem ziemnym). W razie postoju lub awarii agregatów dwa kotły pokryją zapotrzebowanie
na ciepło komór fermentacyjnych, budynku maszynowni oraz kotłowni. Energia elektryczna
wytwarzana przez agregaty jest wykorzystywana na potrzeby własne oczyszczalni, a w razie
braku odbioru jest przekazywana do sieci zewnętrznej. Energia cieplna w postaci gorącej
wody wykorzystywana jest do ogrzewania osadu fermentacyjnego i budynków znajdujących
się na oczyszczalni.
Oczyszczalnia ścieków posiada dwa rodzaje praw majątkowych do świadectw pochodzenia: PMOZE – prawa majątkowe do świadectw pochodzenia dla energii elektrycznej wyprodukowanej w OZE, której określony w świadectwie pochodzenia okres produkcji rozpoczął się od 1 marca 2009 roku oraz PMMET – prawa majątkowe do świadectw pochodzenia
dla energii elektrycznej wyprodukowanej w kogeneracji opalanej metanem uzyskiwanym
z przetwarzania biomasy.
Zważywszy na niewykorzystywaną wcześniej pojemność komór fermentacyjnych
na oczyszczalni ścieków współfermentacja osadów ściekowych i odpadów okazała się doskonałym sposobem na intensyfikację produkcji biogazu oraz energii elektrycznej. W roku
2014 rozpoczęto przyjmowanie odpadów do fermentacji, jednak nie miało to charakteru
ciągłego. Do porównania efektów przed oraz po wprowadzeniu współfermentacji zdecydowanie bardziej reprezentacyjny będzie rok 2015, gdzie współfermentacja prowadzona była
w reżimie ciągłym (Tab. 2).
48
Katarzyna Kalemba
Tabela 2. Porównanie produkcji energii elektrycznej i ciepła przed oraz po wprowadzeniu procesu
kogeneracji
Rok 2013
ChZT w ściekach surowych
Ilość osadu kierowanego do WKF
Produkcja biogazu
Rok 2015
6 795 403,26 kg/ rok
5 472 868,57 kg/ rok
84 036,0 m
98 887,0 m3
3
1 057 495 m3N
1 457 582 m3N
Jednostkowa produkcja biogazu
12,58 m3N/ m3osadu
14,75 m3N/ m3osadu
Produkcja ciepła z kogeneracji
11 060,00 GJ
12 553,50 GJ
Produkcja energii elektrycznej
produkowanej z kogeneracji
2 273,12 MWh
2 918,35 MWh
13 000 m3
13 000 m3
0,17 MWh/m3komory
0,22 MWh/m3komory
Pojemność komór
fermentacyjnych
Ilość wyprodukowanej energii
elektrycznej
Analizując powyższa tabelę można zwrócić uwagę na spadek ładunku ChZT od roku
2013. Przyczynę takiego stanu rzeczy mnożna upatrywać w zmniejszonej ilości ścieków dopływającej na oczyszczalnię. W 2014 r. na oczyszczalnie „Klimzowiec” przestały dopływać
ścieki z jednej z dzielnic miasta Katowice. Z powyższej tabeli wynika również, że w związku
z wprowadzeniem procesu koferemntacji wzrosła ilość produkowanego biogazu. Biorąc pod
uwagę ilość osadu kierowanego do komór fermentacyjnych oraz produkcję biogazu określono jednostkową produkcję biogazu. W roku 2013 wynosiła 12,58 m3N/m3 osadu natomiast
w roku 2015 wzrosła do 14,75 m3N/m3 osadu. Jest to bezpośrednio związane z ilością wyprodukowanej energii elektrycznej i ciepła. W roku 2013 w wyniku pracy agregatów kogeneracyjnych wyprodukowano 11 060,0 GJ ciepła oraz 2 273,12 MWh energii elektrycznej,
natomiast w roku 2015 ilość ta wzrosła do 12 553,5 GJ oraz 2 918,35 MWh. Ilość powstałej
energii elektrycznej z 1 m3 komory fermentacyjnej w 2013 roku wyniosła 0,17 MWh i wzrosła do 0,22 MWh w roku 2015.
3. Podsumowanie
Główną przesłanką zastosowania metody współfermentacji na oczyszczalni ścieków
„Klimozwiec” była duża pojemność czynna komór. Do tej pory komory pracowały w układzie szeregowym. W jednej z komór osad był poddawany procesowi fermentacji z intensywnym wydzielaniem biogazu, a następnie był hydraulicznie transportowany do drugiej komory, w której był poddawany stabilizacji oraz higienizacji. Po wprowadzeniu współfermentacji
obie komory pracują w układzie równoległym.
Dodawany do komór kosubstrat spowodował zwiększoną produkcję biogazu.
W 2015 r. ilość wyprodukowanego biogazu wzrosła o 15% w porównaniu z rokiem 2013.
Przełożyło się to również na 14% wzrost produkcji energii elektrycznej. W 2013 r. energia
elektryczna wytworzona w wysokosprawnej kogeneracji pokrywała 34,3% zapotrzebowania
oczyszczalni na energię elektryczną, w 2015 r. już 48,3%. Produkcja energii elektrycznej
w jednostkach kogeneracyjnych pozwala zmniejszyć ilość kupowanej energii z zewnątrz.
Inną zaletą stosowania kofermentacji jest unieszkodliwianie odpadów. Oczyszczalnia
49
ścieków „Klimzowiec” obecnie przyjmuje kosubstraty w postaci serwatki odpadowej (kod
odpadu: 02 05 80) oraz tłuszczy i mieszaniny olejów z separacji olej/woda zawierające wyłącznie oleje jadalne i tłuszcze (kod odpadu: 19 08 09). Oprócz tych odpadów oczyszczalnia
ścieków posiada decyzję na unieszkodliwianie: osadów ściekowych, produktów i surowców nienadających się do spożycia i przetwórstwa, produktów i surowców nieprzydatnych
do spożycia i przetwórstwa, nieprzydatne do wykorzystania tłuszcze jadalne, odpady z destylacji spirytualiów, szlamy z biologicznego oczyszczania ścieków przemysłowych. Szeroki
zakres odpadów mogących być unieszkodliwionych w komorach fermentacyjnych stwarza
możliwości prowadzenia procesu współfermentacji na oczyszczalni.
Jednostki użyte w publikacji:
m3N – objętość biogazu w warunkach normalnych tj. 1013,25 hPa oraz 273,15 K;
m3N /m3 osadu – objętość biogazu w warunkach normalnych produkowana z 1 m3 osadu
wprowadzonego do komory fermentacyjnej;
GJ – jednostka ilości ciepła;
MWh – jednostka energii;
MWh/m3komory – ilość energii elektrycznej wyprodukowanej z 1 m3 komory fermentacyjnej.
Bibilografia
Angelidaki I., Sanders W.: Assessment of the anaerobic biodegradability of macropollutants.
Reviews in Environmental Science and Biotechnology 3 (2), 2004, s. 117-129.
Appels L., Lauwers J., Degrève J., Helsen L., Lievens B., Willems K.,Van Impe J., Dewil
R.: Anaerobic digestion in global bio-energy production: Potencial and research
challenges. Renewable and Sustainable Energy Review 15, 2011, s. 42954301.
Bień J., Worwąg M., Neczaj E., Kacprzak M., Milczarek M., Gałwa-Widera M.: Kofermentacja odpadów tłuszczowych i osadów ściekowych, Inżynieria i Ochrona Środowiska, T. 11, 2008, s. 73-82.
Braun R.: Potencial of co-digestion: limits and merits, Report, IEA Bioenergy Task, 2002,
s. 1-32.
Kavacik B., Topaloglu B.: Biogas production form co-digestion of mixture of cheese whey
and dairy manure, Biomass and Bioenergy 34, 2010, s. 1321-1329.
Luste S., Luostarinen S.: Anaerobic co-digestion of meat-processing by- products and sewage sludge – Effect of higienization and organic loading rate, Bioresource Technology 101, 2010, s. 2657-2664.
Mata-Alvarez J.: Fundamental of the anaerobic digestion process in Biomethanization of the
Organic Fraction of Municipal Solid Waste, (ed.) Mata-Alvarez J., IWA Publishing, London, 2003, s. 1-20.
Materiały uzyskane od kierownictwa Oczyszczalni Ścieków „Klimzowiec” w Chorzowie.
Montusiewicz A.: Współfermentacja osadów ściekowych i wybranych kosubstratów jako
metoda efektywnej biometanizacji, Monografie vol. 98, Polska Akademia Nauk,
Komitet Inżynierii Środowiska
Podedworna J., Umiejewska K.: Technologia osadów ściekowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2008, s. 114-115.
Silvestre G., Rodrίguez-Abalde A., Fernández B., Flotats X., Bonmatί A.: Biomas adaptation
over anaerobic over anaerobic co-digestion of sewage sludge and trapped grease
waste, Bioresource Technology 102, 2011, s. 6830-6836.
51
Oczekiwania społeczne w zakresie rewitalizacji terenu
pogórniczego kopalni kruszywa naturalnego „Waryś”
Katarzyna Kryzia1, Dominik Kryzia2
1
2
AGH w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,
[email protected]
Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN w Krakowie, ul. Wybickiego 7,
31-261 Kraków, [email protected]
Abstrakt: Na terenie miejscowości Waryś położonej w gminie Borzęcin, w województwie małopolskim działa zakład górniczy eksploatujący kruszywo naturalne. Z uwagi na fakt,
iż znajduje się on się w niewielkiej odległości od zabudowy mieszkalnej, skutki jego działalności są bezpośrednio odczuwalne przez mieszkańców miejscowości. Artykuł zawiera wyniki badań ankietowych, które posłużą do określenia społecznych preferencji dotyczących
aspektów użytkowych i rewitalizacyjnych terenu. Badanie przeprowadzono metodą ankiety
środowiskowej o umiarkowanym stopniu standaryzacji (respondent otrzymywał formularz
ankiety do samodzielnego wypełnienia, a następnie w uzgodnionym terminie zwracał wypełniony formularz ankieterowi). Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie opinii
mieszkańców miejscowości Waryś na temat wpływu funkcjonowania kopalni na komfort
życia, a także na temat oczekiwań odnoszących się do rewitalizacji terenu górniczego po zakończeniu eksploatacji.
Słowa kluczowe: rewitalizacja, kruszywa naturalne, badania ankietowe
1. Wprowadzenie
Kruszywa naturalne znajdują szeroki zastosowanie w wielu obszarach działalności gospodarczej a zapotrzebowanie na nie ciągle wzrasta. Dominującym kierunkiem ich wykorzystania jest budownictwo kubaturowe i komunikacyjne. Do najpospolitszych kruszyw w Polsce
należą kruszywa piaszysto-żwirowe. Według bilansu zasobów złóż kopalin w Polsce według
stanu na dzień 31.12.2014 r. na terenie kraju znajduje się 9525 udokumentowanych złóż tego
surowca o łącznych zasobach bilansowych wynoszących ponad 18 360 mln Mg. Wydobycie
piasków i żwirów na terenie Polski w 2014 roku kształtowało się na poziomie 146,5 mln Mg
i było niższe o ponad 15% w stosunku do roku wcześniejszego (Bilans… 2015).
Jednym z regionów bogatych w zasoby kruszyw jest subregion tarnowski, na terenie
którego działa obecnie kilkadziesiąt kopalń piasku i żwiru. Jedną z nich jest kopalnia kruszywa naturalnego „Waryś” należąca do firmy SK INVEST GREEN Sp. z o.o. Kopalnia ta
rozpoczęła swoją działalność w 2003 roku w miejscowości Waryś (gmina Borzęcin, powiat
brzeski, województwo małopolskie). Kopalnia w roku 2010 stała się jednym z największych producentów w Polsce (rys. 1) prowadząc wydobycie kruszywa naturalnego ze złóż
o powierzchni około 100 ha (kopalniawarys.pl). Było to spowodowane wzrostem lokalnego
zapotrzebowania na kruszywo w związku z rozpoczęciem inwestycji budowy odcinka autostrady A4.
52
Katarzyna Kryzia, Dominik Kryzia
Rys. 1. Wielkość wydobycia kruszywa w kopalni Waryś w latach 2007-2014
Źródło: Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce
Na terenie miejscowości znajdują się złoża kruszyw naturalnych, z których dwa są obecnie eksploatowane. Eksploatacja jednego z nich dobiega końca.
Teren poeksploatacyjny, przekształcony przez działalność człowieka, powinien zostać
zrewitalizowany i zagospodarowany w sposób akceptowany przez lokalną społeczność. Dobrze zrewitalizowany obszar może podnieść walory krajobrazowe miejscowości i przyczynić
się do wzrostu jej atrakcyjności turystycznej (Kowalska 2013).
Zgodnie z danymi z roku 2012 miejscowość Waryś, której powierzchnia wynosi 4,2
km2, zamieszkują 464 osoby w 102 budynkach mieszkalnych znajdujących się w niewielkiej
odległości od miejsca eksploatacji surowca. Otoczona jest ona obszarami leśnymi. Lasy wraz
z zadrzewieniami odgrywają ważną rolę przyrodniczą, stanowiąc wyjątkowo cenny element
krajobrazu, jednocześnie będąc ostoją wielu gatunków roślin i zwierząt.
2. Rewitalizacja
Zgodnie z ustawą o rewitalizacji z dnia 9 października 2015 r., rewitalizacja stanowi proces wyprowadzania ze stanu kryzysowego obszarów zdegradowanych, prowadzony w sposób kompleksowy, poprzez zintegrowane działania na rzecz lokalnej społeczności, przestrzeni i gospodarki, skoncentrowane terytorialnie, prowadzone przez interesariuszy rewitalizacji
na podstawie gminnego programu rewitalizacji (Ustawa… 2015).
W myśl powyższej definicji proces rewitalizacji powinien uwzględniać partycypację
społeczną i angażować społeczności lokalną w procesy odnowy obszarów zdegradowanych.
Należy pamiętać, że rewitalizacja jest ogromną szansą dla okolicznej ludności. W wyniku odpowiednio przeprowadzonych prac rewitalizacyjnych zdegradowany dotychczas teren może
zyskać nową jakość. Aby kierunek rewitalizacji był właściwie dobrany, należy uwzględnić
szereg czynników charakteryzujących obszary poeksploatacyjne oraz kryteria, którymi należy kierować się podczas wyboru kierunku zagospodarowania terenu poeksplatacyjnego.
Jednym z nich obok czynników ekonomicznych, formalno-prawnych, geologiczno-inżynierskich, hydrologicznych, kulturowych, przestrzennych oraz środowiskowych jest czynnik
Oczekiwania społeczne w zakresie rewitalizacji terenu pogórniczego kopalni kruszywa naturalnego „Waryś”
53
społeczny. Społeczeństwo jest jednocześnie podmiotem i uczestnikiem procesu rewitalizacji.
Jego udział w działaniach rewitalizacyjnych jest gwarancją ich trwałości (Kowalska, Sobczyk 2014a; Bal 2014; Kasztelewicz, Ptak 2012; Muszyńska-Jeleszyńska 2015).
Przygotowanie kompleksowej koncepcji działań rozwojowych i rewitalizacyjnych,
w tym sposobu zagospodarowania danego obszaru, wymaga opinii i akceptacji mieszkańców z uwagi na funkcje społeczne, jakie te tereny mogą pełnić, zaspokajając zróżnicowane, współczesne potrzeby mieszkańców. W podejmowanych działaniach rewitalizacyjnych
winien być opracowany pożądany i akceptowany społecznie model użytkowania terenów
poeksploatacyjcnych, który zostanie uwzględniony w planach rozwojowych gminy (Muszyńska-Jeleszyńska 2015; Ostręga 2014).
Dotychczasowe doświadczenia wskazują, że zintegrowane podejście do rewitalizacji
terenów pogórniczych w dużym stopniu dotyczy aspektów społecznych, w tym partycypacji,
spójności społecznej i integracyjnej roli tych terenów, planowania, zarządzania i organizacji
rozwoju miejscowości, co wymaga przeprowadzania badań społecznych (Muszyńska-Jeleszyńska 2015).
Celem artykułu jest przedstawienie wyników badań ankietowych dotyczących opinii lokalnej społeczności na temat oczekiwań w zakresie planowanego zagospodarowania terenów
po kończącej działalność eksploatacyjną kopalni kruszywa naturalnego „Waryś”. Uzyskane
wyniki pozwolą zweryfikować, czy planowany rozwój i rewitalizacja wyrobiska poeksploatacyjnego po kopalni kruszywa naturalnego „Waryś”, którego kształt i forma przestrzeni
została uzgodniona zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju oraz prawnymi interesami
społecznymi, pomiędzy interesem inwestora a dobrem publicznym, jest zgodny z faktycznymi oczekiwaniami społecznymi.
Często wybieranym kierunkiem rewitalizacji jest kierunek wodny. Niestety w wielu
przypadkach polega on na pozostawieniu zalanego wodą wyrobiska przyrodzie, która wkracza na zdegradowany teren, nie przewidując przy tym możliwości korzystania ze zrewitalizowanych terenów w celach rekreacyjnych, co jest coraz częściej oczekiwanym przez lokalną ludność efektem prac rewitalizacyjnych (Kasztelewicz, Ptak 2012; Kowalska, Sobczyk
2014a).
Celem badań ankietowych było również uzyskanie opinii mieszkańców miejscowości
Waryś na temat zagrożeń środowiskowych. Wymagało to postawienia kilku pytań cząstkowych dotyczących takich spraw, jak przyczyny pogorszenia warunków życia oraz obecności
różnych form degradacji środowiska przyrodniczego.
3. Ankieta
Przeprowadzenie badań na temat uciążliwości działalności górniczej wśród społeczności lokalnej jest powszechne. Sprowadza się zwykle do ustalania, czy eksploatacja piasków
i żwirów wpływa na jakość życia okolicznych mieszkańców, co stanowi dla nich największą
uciążliwość oraz czy dostrzegają pozytywne aspekty spowodowane wydobyciem kopaliny
(Kowalska, Sobczyk 2014b). Wpływ eksploatacji górniczej na otoczenie może niepokoić
miejscową ludność. Znajomość przez kopalnie wpływu tych uciążliwości na otoczenie i bieżące zmniejszanie ich oddziaływania przyczynia się do ograniczenia niepokojów wśród społeczności lokalnej (Kasztelewicz, Ptak 2012).
W lutym 2016 roku wśród mieszkańców miejscowości Waryś przeprowadzono badania
opinii społecznej dotyczące uciążliwości działalności górniczej. Metodą zastosowaną w badaniach była ankieta. Narzędziem badawczym był kwestionariusz ankiety, zawierający metryczkę i zasadnicze pytania. Kwestionariusz składał się z 32 pytań zamkniętych, z których
większość miała charakter jednokrotnego wyboru. Badanie było jednorazowe i anonimowe.
W rezultacie otrzymano materiał badawczy składający się z 33 kwestionariuszy, w których
54
respondenci udzielili odpowiedzi na wszystkie postawione pytania.
Wśród ankietowanych było 20 kobiet i 13 mężczyzn. Ankietę wypełniły 4 osoby w wieku do 29 lat. Najwięcej, bo aż 20 ankietowanych uczestniczących w badaniu, było w wieku od 30 do 59 lat, zaś w wieku powyżej 59 lat kwestionariusz ankiety wypełniło 9 osób.
Wśród ankietowanych dominowały osoby z wykształceniem zawodowym – 16 osób, oraz
średnim – 11 osób, kwestionariusz ankiety wypełniły również 3 osoby z wykształcaniem
wyższym i tyle samo z wykształceniem podstawowym. Wśród respondentów 11 osób wskazało, że pracuje na etacie, 9 osób utrzymuje się z renty bądź emerytury, 5 osób to rolnicy, 4
ankietowanych zadeklarowało, że są bezrobotne, 3 osoby prowadzą działalność gospodarczą, jedna z ankietowanych to uczeń/student. Pięciu ankietowanych mieszka w odległości
do 100 metrów od terenu zakładu górniczego. Gospodarstwa domowe 14 osób biorących
udział w badaniu znajdują się w odległości od 100 do 500 metrów. W odległości od 500 metrów do 1 kilometra od terenu kopalni kruszywa naturalnego mieszka 11 spośród badanych
osób. Dwie osoby mieszkają w odległości większej niż 1 kilometr od kopalni, a jedna nie
umiała wskazać w jakiej odległości od jej zamieszkania znajduje się teren zakładu górniczego. Tylko jedna z ankietowanych osób zaznaczyła, że była zatrudniona w kopalni kruszywa
naturalnego „Waryś”.
Zgromadzone dane z kwestionariuszy ankietowych posłużyły do sformułowania istotnych wniosków dla rozważanej tematyki.
4. Wyniki
W odpowiedzi na pytanie: „Czy jest Pan(i) zadowolony(a) z tego, że mieszka Pan(i)
w miejscowości Waryś?”, 72% ankietowanych podkreśliło, że czują się zadowolone z faktu,
że mieszkają w miejscowości Waryś, natomiast 21% osób biorącym udział w badaniu nie ma
zdania na ten temat.
Większość ankietowanych powtórnie wybrałaby miejscowość Waryś jako miejsce swojego zamieszkania (48,5% wskazań respondentów), 30,3% badanych nie jest zdecydowana,
a 21,2% nie wybrałaby powtórnie miejscowości Waryś jako miejsca swojego zamieszkania.
Aż 87,9% respondentów wskazało, że funkcjonowanie zakładu górniczego kruszywa
miało wpływ na komfort ich życia, przy czym w przypadku 42,4% ankietowanych uległ
on pogorszeniu, a w przypadku 45,5% ankietowanych uległ znacznemu pogorszeniu. Najbardziej dokuczliwymi skutkami eksploatacji kruszywa były hałas i obniżenie poziomu lustra wody, co wskazało 81,8% respondentów. Drugim najbardziej dokuczliwym skutkiem
wymienianym przez 72,7% ankietowanych jest wzmożony ruch pojazdów samochodowych
i uszkodzenia nawierzchni drogi. Kolejno 54,5% respondentów podało zanieczyszczenie
powietrza jako niekorzystny skutek prowadzonej eksploatacji kruszywa w miejscowości
Waryś, a 48,5% wymieniło także uszkodzenia budynków i zabudowy.
Jedynie 9,1% osób biorących udział w badaniu zgodziłaby się na powstanie nowego
zakładu górniczego w swoim sąsiedztwie, taki sam odsetek ankietowanych udzieliła odpowiedzi „trudno powiedzieć”, a 81,8% respondentów nie wyraziłaby zgody. Na rysunku 2
przedstawiono udział poszczególnych dopowiedzi udzielonych przez ankietowanych w odniesieniu do wszystkich wskazań jakie udzielili respondenci na pytanie (dla którego możliwe
było wskazanie kilku odpowiedzi) dotyczące skutków eksploatacji wpływających na obniżenie komfortu życia.
W ankiecie poproszono także mieszkańców o ocenę krajobrazu i estetyki terenu miejscowości Waryś przed uruchomieniem zakładu górniczego i obecnie gdy eksploatacja dobiega
końca. 81,8% badanych krajobraz i estetykę terenu przed uruchomieniem kopalni oceniło
bardzo dobrze (36,4%) lub dobrze (45,4%). Jedynie jedna osoba przedstawiła negatywną
opinię dotyczącą krajobrazu i estetyki terenu. Działalność zakładu spowodowała, że 33,3%
55
respondentów oceniło krajobraz i estetykę terenu miejscowości źle lub bardzo źle, natomiast
51,5% oceniło dobrze lub bardzo dobrze (rys. 3).
Kolejne pytania ankiety dotyczyły postaw mieszkańców względem rewitalizacji terenu pogórniczego. Zdecydowana większość mieszkańców (87,9% respondentów) wskazała,
że problemy miejscowości Waryś są dla nich ważne lub bardzo ważne, jednocześnie tyle
samo ankietowanych podkreśliło, że rewitalizacja terenu po zakładzie górniczym kruszywa jest dla nich ważnym lub bardzo ważnym problemem (rys. 4). Jedna osoba stwierdziła,
że problemy miejscowości Waryś są dla niej zupełnie nieważne.
W odpowiedzi na pytanie: „Czy dostrzega Pan(i), potrzebę rewitalizacji terenu po zakładzie górniczym kruszywa w miejscowości Waryś?”, 81,8% mieszkańców wskazała odpowiedź pozytywną. Był też znaczny odsetek ankietowanych (15,2%), które nie miały zdania
na ten temat (rys. 5).
Potrzebę przekształcenia zbiornika wodnego po eksploatacji kruszyw w kierunku rekreacyjno-wypoczynkowym wskazało 93,9% badanych, jednocześnie 69,7% respondentów życzyłaby sobie wykorzystania zbiornika poeksploatacyjnego do hodowli ryb (rys. 6).
Respondenci wśród najważniejszych elementów decydujących o atrakcyjności miejscowości Waryś wymieniali najczęściej: tereny leśne (72,7%), ciszę (66,6%) i bliskość dzikiej przyrody (57,6%). Rzadziej wskazywanym elementem wpływającym na atrakcyjność
miejscowości były walory krajobrazowe. Wśród elementów mających największy wpływ
na nieatrakcyjność miejscowości Waryś respondenci wymieniali głównie brak ośrodków
rekreacyjnych (66,7%), brak komunikacji publicznej (60,7%), brak infrastruktury agroturystycznej (45,5%), brak zaplecza gastronomicznego (36,3%). Jednocześnie 81,8% badanych
stwierdziło, że przeprowadzenie procesu rewitalizacji terenu po zakładzie górniczym zwiększy atrakcyjność miejscowości Waryś dla osób przyjezdnych (rys. 7 i 8).
Rys. 2. Udział odpowiedzi udzielonych przez mieszkańców miejscowości Waryś na pytanie dotyczące
skutków działania zakładu górniczego mających wpływ na obniżenie komfortu życia
56
Rys. 3. Udział odpowiedzi udzielonych przez ankietowanych na pytanie dotyczące oceny krajobrazu
i estetyki terenu miejscowości Waryś
Rys. 4. Udział odpowiedzi udzielonych przez ankietowanych na pytanie dotyczące znaczenia
problemu rewitalizacji terenu po zakładzie górniczym dla mieszkańców miejscowości Waryś.
Rys. 5. Udział odpowiedzi udzielonych przez ankietowanych na pytanie dotyczące znaczenia
problemu rewitalizacji ternu po zakładzie górniczym dla mieszkańców miejscowości Waryś.
57
Rys. 6. Udział odpowiedzi udzielonych przez ankietowanych na pytanie dotyczące oczekiwań
społecznych w zakresie przekształcenia terenów poeksploatacyjnych.
Rys. 7. Udział odpowiedzi udzielonych przez ankietowanych na pytania dotyczące elementów
mających największy wpływ na atrakcyjność miejscowości Waryś.
5. Podsumowanie
W artykule zaprezentowano wyniki badań ankietowych, które pozwoliły określić społeczne preferencje dotyczące aspektów użytkowych i rewitalizacyjnych terenu. Na podstawie
analizy ankiet można zauważyć, iż:
1)do zmniejszenia komfortu życia mieszkańców miejscowości Waryś przyczyniają się
głównie: obniżenie poziomu lustra wody (27 osób), hałas (27 osób), uszkodzenia
nawierzchni drogowej (24 osób) i wzmożony ruch pojazdów (24 osób),
2)problem rewitalizacji miejscowości jest dla większości mieszkańców ważny (46%)
lub bardzo ważny (42%),
3)oczekiwania społeczne w zakresie rewitalizacji zmierzają w kierunku rekreacji i wypoczynku (31 osób) oraz hodowli ryb (23 osób),
58
4)powstanie zbiornika wodnego stworzyło możliwość uatrakcyjnienia miejscowości
pod względem turystycznym.
Badania ankietowe przeprowadzone dla próbki populacji nie daje pełnego obrazu, a jedynie przybliżony wynik, stanowi jednak silny wyznacznik trendu. Wskazują one, że rozwój
rekreacji i wypoczynku na terenach poddanych procesom rewitalizacji jest coraz częściej
oczekiwanym przez ludność lokalną wynikiem tego procesu.
Rys. 8. Udział odpowiedzi udzielonych przez ankietowanych na pytania dotyczące elementów
mających największy wpływ na nieatrakcyjność miejscowości Waryś.
Bibliografia
Bal I.: Partycypacja społecznych planistów w procesach odnowy obszarów zurbanizowanych. [W:] Innowacyjne rozwiązania rewitalizacji terenów zdegradowanych,
Skowronek J. (red.). Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach, Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego Sp. z o.o. w Lędzinach,
Katowice 2014.
Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2014 r. Państwowy Instytut Geologiczny Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa 2015.
Kasztelewicz Z., Ptak M.: Przykłady do naśladowanie w zakresie rekultywacji i rewitalizacji terenów pogórniczych w górnictwie odkrywkowym. Przegląd Górniczy 8,
2012, s. 20–26.
Kowalska A.: Rekultywacja terenów zdegradowanych w wyniku odkrywkowej eksploatacji
kruszyw naturalnych. Kruszywa 4, 2013, s. 40–45.
Kowalska A., Sobczyk W.: Analiza możliwości rekultywacji wyrobisk po eksploatacji piasku
i żwiru w kierunku rekreacyjnym. Kruszywa 3, 2014a, s. 62–66.
59
Kowalska A., Sobczyk W.: Szanse i zagrożenia lokalnej ludności związane z wydobyciem
piasków i żwirów. Kopaliny 2, 2014b, s. 10–13.
Muszyńska-Jeleszyńska D.: Znaczenie konsultacji społecznych w procesach rewitalizacji obszarów miejskich. Ruch Prawniczy, Ekonomiczny i Socjologiczny, Rok
LXXVII, zeszyt 1, 2015, s. 257–271.
Ostręga A.: Holistyczne podejście do rewitalizacji (po)górniczych regionów i rejonów Przegląd Górniczy; 2014 t. 70 nr 10, s. 128–133.
Ustawa z dnia 9 października 2015 r. o rewitalizacji. Dz. U. z 2015 poz. 1777.
Strona internetowa kopalni kruszywa naturalnego „Waryś”. [http://kopalniawarys.pl]; dostęp: 21.03.2016 r.
Katarzyna KRYZIA – mgr inż., ukończyła studia na Wydziale Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska oraz na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Asystent w Katedrze Geomechaniki,
Budownictwa i Geotechniki w Akademii Górniczo-Hutniczej. Specjalność –
górnictwo i geologia inżynierska. Członek Grupy Naukowej Pro Futuro.
Dominik KRYZIA – dr inż., absolwent Wydziału Paliw i Energii Akademii
Górniczo-Hutniczej oraz Wydziału Towaroznawstwa Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie. Adiunkt w Instytucie Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk. Specjalność – gospodarka surowcami
mineralnymi i energią. Członek Grupy Naukowej Pro Futuro.
61
Plany Zrównoważonej Mobilności Miejskiej
jako metoda wsparcia proekologicznych
systemów transportu miejskiego
Katarzyna Gdowska1, Roger Książek2
1
2
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Zarządzania, Katedra Badań Operacyjnych i Technologii Informacyjnych, Kraków, Polska, [email protected]
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Zarządzania, Katedra Badań Operacyjnych i Technologii Informacyjnych, Kraków, Polska, [email protected]
Abstrakt: Zagęszczenie transportu samochodowego w aglomeracji przyczynia się
do paraliżu transportowego i nadmiernej emisji zanieczyszczeń, dlatego rozwijanie zrównoważonych systemów transportu miejskiego jest jednym z istotnych obszarów polityki ponadnarodowej i lokalnej. Zbudowanie proekologicznego systemu transportu miejskiego wymaga skoordynowanych działań planistycznych, wdrożeniowych i eksploatacyjnych, dlatego
tworzone są kompleksowe Plany Zrównoważonej Mobilności Miejskiej (ang. Sunstainable
Urban Mobility Plan, SUMP). Wdrożenie i promowanie zintegrowanych systemów zrówno
ważonej mobilności miejskiej ma na celu nakłonienie mieszkańców do rezygnacji z indywidualnych samochodów na rzecz efektywnego ich wykorzystania (car pooling, car sharing,
park&ride, eco-driving, e-freight) lub innych form transportu (transport zbiorowy, rowery
miejskie). W szczególności dostępność i atrakcyjność komunikacji miejskiej przekłada się
na decyzję o rezygnacji z samochodu. W pracy przybliżono założenia Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej wynikające z dokumentów ponadnarodowych oraz lokalnych,
szczególnie akcentując rolę transportu zbiorowego. Zwrócono uwagę na wytyczne dotyczące
kierunków rozwoju systemów transportu miejskiego w Planach Zrównoważonej Mobilności
Miejskiej, w których zaleca się wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w miejskich systemach transportowych.
Słowa kluczowe: transport miejski, komunikacja publiczna, zrównoważona mobilność,
miejska polityka transportowa
1. Wprowadzenie
Rozwijanie zrównoważonych systemów transportu miejskiego jest jednym z istotnych
obszarów polityki zarówno w krajach rozwiniętych jak i rozwijających się (United Nations
2012, White Paper UE 1998, White Paper UE 2001, Green Paper UE 2007, White Paper
2011). Zagęszczenie prywatnego transportu samochodowego w aglomeracji jest zjawiskiem
wysoce niekorzystnym, ponieważ przyczynia się do paraliżu transportowego oraz nadmiernej
emisji zanieczyszczeń. Przeciwdziałanie niekorzystnym zjawiskom transportowym możliwe
jest poprzez tworzenie sprawnie funkcjonujących systemów mobilności miejskiej, których
filarami są transport zbiorowy oraz alternatywne formy transportu indywidualnego. Związane jest to niejednokrotnie z daleko idącymi zmianami istniejącego systemu transportu osób
i towarów w danym mieście.
62
Katarzyna Gdowska, Roger Książek
Zbudowanie proekologicznego systemu transportu miejskiego wymaga starannego planowania, skoordynowanych działań wdrożeniowych i eksploatacyjnych, dlatego tworzone
są kompleksowe miejskie polityki transportowe, czyli Plany Zrównoważonej Mobilności
Miejskiej (PZMM). Wdrożenie i promowanie zintegrowanych systemów zrównoważonej
mobilności miejskiej ma na celu nakłonienie mieszkańców miasta do rezygnacji z indywidualnego korzystania z samochodów prywatnych na rzecz bardziej efektywnego ich wykorzystania (carpooling, car sharing, park&ride, kiss&ride, e-freight, eco-driving) lub innych form
transportu (transport zbiorowy, rowery miejskie, strefa piesza). Zgodnie z zaleceniami Rady
Europejskiej ocena Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej (ang. Sunstainable Urban
Mobility Plan, SUMP) będzie obejmowała trzy obszary: ekonomiczny, społeczny i środowiskowy, zatem w ramach Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej zostaną wypracowane i wprowadzone rozwiązania dedykowane do podnoszenia proekologiczności miejskiego
systemu transportowego (Lopez-Ruiz i in. 2013, Tan i in. 2010, Wefering i in. 2014).
W pracy przybliżono genezę i założenia Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej,
szczególnie akcentując rolę transportu zbiorowego. Komunikacja publiczna jest filarem
zrównoważonej mobilności miejskiej jako ten rodzaj transportu, który jest dostępny najszerszej grupie mieszkańców. Dostępność i atrakcyjność komunikacji miejskiej w decydujący
sposób przekładają się na decyzję o rezygnacji z samochodu na rzecz transportu zbiorowego.
Zwrócono uwagę na wytyczne dotyczące kierunków rozwoju systemów transportu miejskiego w Planach Zrównoważonej Mobilności Miejskiej, w których zaleca się wykorzystanie
odnawialnych źródeł energii w miejskich systemach transportowych.
2. Zrównoważona mobilność miejska jako priorytet rozwojowy
W ostatnich dwóch dekadach w dokumentach Komisji Europejskiej mocno podkreśla
się i zaleca rozwijanie proekologicznych systemów transportu miejskiego, ponieważ zagęszczenie transportu miejskiego oraz przestarzałe technologie w nim stosowane przyczyniają
się, odpowiednio, do transportowego paraliżu metropolii oraz emisji zanieczyszczeń (White
Paper UE 1998, White Paper UE 2001, Green Paper UE 2007, White Paper 2011). W Białej Księdze z 2001 roku podkreśla się potrzebę prowadzenia jednolitej europejskiej polityki
transportowej, która pozwoli wypracować systemy i metody wdrażania zrównoważonego
transportu miejskiego oraz zwiększania wykorzystania w nim energii ze źródeł odnawialnych (White Paper UE 2011).
W 2007 roku Rada Europejska wydała rozporządzenie dotyczące usług publicznych
w zakresie kolejowego i drogowego transportu pasażerskiego (Rozporządzenie 1370/2007).
W oparciu o ten dokument 16.12.2018 r. w Polsce przyjęto ustawę o publicznym transporcie
zbiorowym, która zobowiązywała samorządy do stworzenia i wdrożenia do 01.03.2014 r.
Planów Zrównoważonego Transportu Publicznego obowiązkowo w 150 miastach powyżej
50.000 mieszkańców, związkach międzygminnych powyżej 80.000 mieszkańców oraz powiatach powyżej 80.000 (a w niektórych przypadkach 120.000) mieszkańców (Dz.U. 2011
nr 5 poz. 13).
Warto zaznaczyć, że w polskich miastach podejmowano wysiłki zmierzające do tworzenia zintegrowanych, ekologicznych, energooszczędnych systemów transportowych jeszcze
przed wstąpieniem Polski do UE. Pierwszym miejskim dokumentem poświęconym zrównoważonej mobilności była Uchwała Rady Miasta Krakowa z dnia 8 stycznia 1993 r. w sprawie
przyjęcia zasad polityki transportowej dla Krakowa, która stworzyła warunki dla efektywnego, ekonomicznego, bezpiecznego i ekologicznego transportu osób i towarów. Uchwała
ta, zgodnie z duchem planowania zrównoważonej mobilności miejskiej, wprowadzała także
ograniczenia ruchu pojazdów w centrum miasta. Uchwały i zarządzania z lat kolejnych dostosowały krakowską politykę transportową do wymagań UE oraz rozszerzyły ją w aglomeProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
Plany Zrównoważonej Mobilności Miejskiej …
63
racyjną politykę zrównoważonej mobilności (Uchwała 1993, Uchwała 2007, Zarządzanie
2012). W latach 90tych XX wieku miejska polityka transportowa została uchwalona także
w Warszawie (Uchwała 1995) i Gdyni (Uchwała 1998).
W 2014 roku Komisja Europejska wydała komunikat Wspólne dążenie do osiągnięcia
konkurencyjnej i zasobooszczędnej mobilności w miastach, który można uznać za dokument
bazowy dla formułowania i wprowadzania w europejskich metropoliach Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej (Komunikat COM(2013) 913, Komunikat COM(2013) 913
Załącznik). W konsekwencji w Polsce sformułowano Krajową Politykę Miejską 2023,
która zawiera szereg wytycznych dla organizacji zrównoważonego transportu miejskiego
i silnie rekomenduje opracowywanie Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej. Głównymi celami Krajowej Polityki Miejskiej 2023 są: aktywne kształtowanie zmian zachowań
transportowych, poszukiwanie równowagi pomiędzy wdrażanymi nowymi rozwiązaniami
komunikacyjnymi a modernizacją, restrukturyzacją i utrzymaniem istniejących systemów
transportowych, monitorowanie przyrostu powierzchni drogowej i parkingowej, kształtowanie przestrzeni miejskiej (stref pieszych, infrastruktury rowerowej, uwzględniania potrzeb
pasażerów z ograniczeniami ruchowymi), komunikacja publiczna (definiowanie priorytetów,
integrowanie, dostępność, strefowość), zwiększanie liczby pojazdów niskoemisyjnych, rozszerzanie stref niskoemisyjnych, wprowadzanie Inteligentnych Systemów Transportowych
w strategicznym i operacyjnym zarządzaniu transportem miejskim, polityka parkingowa
(standardy, opłaty), przeciwdziałanie zagęszczeniu ruchu ulicznego, tworzenie Planów
Zrównoważonej Mobilności Miejskiej (Ministerstwo Rozwoju 2015).
3. Wykorzystanie energii odnawialnej w planowanej zrównoważonej mobilności
miejskiej
Transport zbiorowy jest filarem proekologiczności w Planach Zrównoważonej Mobilności Miejskiej, ponieważ pozwala efektywniej wykorzystywać przestrzeń drogową niż samochody osobowe, a zastosowanie inteligentnych rozwiązań technologicznych i czystego
paliwa w znaczny sposób wpływa na środowisko (Glotz-Richter i in. 2016, Backhaus 2016).
Warto zaznaczyć również, że infrastruktura oparta na technologiach ICT, wykorzystywana do zarządzania elementami systemu transportu miejskiego (np. czujniki, stacje rowerów
miejskich, wyświetlacze na przystankach) są energooszczędne i do ich zasilania wykorzystuje się ogniwa fotowoltaiczne niewielkich rozmiarów. Ideowy schemat form zrównoważonej
mobilności miejskiej przedstawiono na ryc. 1.
W Białej Księdze z 2001 roku można zauważyć wyraźne zalecenie podjęcia działań
zmierzających do wypracowania metod wykorzystania energii odnawialnej oraz sposobów
efektywnego wykorzystania energii w europejskich miastach, szczególnie poprzez opracowanie innowacyjnych proekologicznych i energooszczędnych rozwiązań transportowych.
W szczególności podkreśla się potrzebę oparcia systemu transportu miejskiego na komunikacji zbiorowej oraz stopniowego ograniczania wjazdu do centrum miasta pojazdom o napędzie innym niż wykorzystujący gaz ziemny, energię elektryczną lub wodór (White Paper
UE 2001). Z kolei Zielona Księga z 2007 roku wymienia szereg programów wspierających
inicjatywy związane z wykorzystaniem nowych lub odnawialnych źródeł energii w transporcie, jak również promowanie paliw alternatywnych i efektywnego gospodarowania energią
w sektorze transportu miejskiego (Green Paper UE 2007).
64
Ryc. 1. Ideowy schemat systemu zrównoważonej mobilności miejskiej.
Źródło: Glotz-Richter i in. 2016, Backhaus 2016.
W Białej Księdze z 2011 roku postawiono za cel „pomoc w ustanowieniu systemu stanowiącego podstawę postępu gospodarczego w Europie, wzmacniającego konkurencyjność
i oferującego usługi w zakresie mobilności o wysokiej jakości przy oszczędnym gospodarowaniu zasobami. W praktyce oznacza to, że sektor transportu musi zużywać mniej energii
w bardziej ekologiczny sposób, lepiej korzystać z nowoczesnej infrastruktury i ograniczać
negatywny wpływ na środowisko oraz na najważniejsze zasoby naturalne, takie jak wodę,
ziemię i ekosystemy” (White Paper UE 2011). W dokumencie tym zwraca się uwagę na problemy strukturalne i formalne związane z wprowadzaniem środków transportu zasilanych
paliwami alternatywnymi. Jednakże podkreśla się, iż celem na rok 2020 jest zależność transportu od energii ze źródeł odnawialnych wynosząca jedynie niewiele ponad 10%, jednakże
nawet przy takim założeniu nastąpiłby pewien wzrost w stosowaniu biopaliw i energii elektrycznej w porównaniu z rokiem 2010 (White Paper UE 2011).
Jednym z celów postawionych w Białej Księdze z 2011 jest zmniejszenie o połowę samochodów o napędzie konwencjonalnym w transporcie miejskim do roku 2030. Analitycy
specjalizujący się w zagadnieniach transportu miejskiego twierdzą, że rozwój i coraz powszechniejsza dostępność samochodów elektrycznych może przyczynić się do utrzymania,
a nawet zwiększenia, liczby samochodów osobowych w ruchu miejskim, ponieważ będą one
spełniać normy emisji dopuszczające do wjazdu do miasta, a pojemność baterii z powodzeniem wystarczy na pokonanie drogi z domu do pracy i z powrotem (White Paper UE 2011).
Dlatego też podkreśla się potrzebę planowania rozmieszczenia i budowania stacji ładowania
pojazdów o napędzie elektrycznym energią uzyskaną z ogniw fotowoltaicznych.
65
Ponieważ 95% autobusów miejskich w Europie to pojazdy o napędzie dieslowskim,
zastępowanie ich autobusami o napędzie elektrycznym bardziej przyczyni się do osiągnięcia proekologicznego efektu założonego w paradygmacie zrównoważonego transportu niż
zwiększanie liczby osobowych samochodów elektrycznych. Zważywszy na fakt, iż rocznie
zanieczyszczenie generowane przez jeden 18-metrowy autobus miejski o napędzie dieslowskim równe jest szkodliwej emisji 100 elektrycznych samochodów osobowych w tym samym okresie, słuszną linią rozwoju floty stosowanej w miejskim transporcie zbiorowym
jest stopniowe wprowadzanie autobusów o napędzie elektrycznym ze stacjami ładowania
wyposażonymi w ogniwa fotowoltaiczne (Glotz-Richter i in. 2016, Backhaus 2016). Jednakże, w dotychczasowych regulacjach UE dotyczących zrównoważonego transportu takie
zalecenia się nie pojawiły.
Na koniec warto wspomnieć, że niejednokrotnie rozwiązania nie angażujące nowoczesnych technologii bardziej przyczyniają się do proekologicznej przemiany mobilności miejskiej niż wyłączna koncentracja na rozwiązaniach technologicznych. Chodzi tutaj głownie
o działania zorientowane na wprowadzanie udogodnień i promowanie ruchu pieszego i rowerowego (Glotz-Richter i in. 2016, Backhaus 2016, Koglin i Rye 2014).
4. Uwagi końcowe
Po lekturze dokumentów leżących u podstaw Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej wydawać by się mogło, iż pomimo założeń zorientowanych na redukcję zanieczyszczeń
i zmniejszenie natężenia transportu w mieście, zagadnieniu wykorzystania w tych planach
rozwiązań korzystających z energii ze źródeł odnawialnych nie poświęca się wprost zbyt dużej uwagi. Jest to w pewnej mierze spowodowane faktem, iż konkluzywne zalecenia byłyby
wiążące dla wszystkich państw członkowskich UE, na co niektóre gospodarki pozwolić sobie
nie mogą. Jednakże warto zwrócić uwagę, iż od dwudziestu lat w zaleceniach dotyczących
tworzenia Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej wyraźnie zaznacza się, że należy
wykorzystywać innowacyjne, energooszczędne technologie w transporcie, w tym także te
oparte na energii odnawialnej. Zagadnieniu realizacji tych zaleceń z perspektywy użycia
energii odnawialnej należałoby poświęcić osobne opracowanie.
Warto podkreślić, że realizowane projekty wdrożeniowe Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej wspierają wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych w transporcie miejskim. Przykładowo, wprowadzanie Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej w Polsce
(w Krakowie, Warszawie, Gostyniu i Gdyni) w ramach projektu CH4LLENGE, który koncentruje się na 4 obszarach: partycypacja, współpraca, wybór środków, monitoring i ocena, przy wyborze środków uwzględnia się określony udział rozwiązań zasilanych energią
ze źródeł odnawialnych (Projekt CH4LLENGE). Ponadto, tramwaje, trolejbusy i autobusy
o napędzie elektrycznym, które są coraz powszechniej używane, są częścią szerszej koncepcji zrównoważonej mobilności miejskiej. Rozwiązanie takie promowane jest w projekcie
„Factor 100” – kampanii na rzecz elektryfikacji komunikacji publicznej w europejskich miastach (Glotz-Richter i in. 2016, Backhaus 2016, Wefering i in. 2014).
Należy także pamiętać, że proekologiczna orientacja Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej przejawia się także w miarach przyjętych założeń, np. efekt działań podejmowanych w ramach Planów Zrównoważonej Mobilności Miejskiej wyrażony jest w ilości
CO2, o jaką zostanie zmniejszona emisja tego gazu na skutek wdrożonego działania (LopezRuiz i in. 2013, Wefering i in. 2014).
66
Bibliografia
Backhaus W., “Factor 100” – why it is so important to focus more on the electrification
of public transport?, Transport for Smart Cities 2016: Scaling innovations in
Europe, Brussels 28.01.2016, Materiały konferencyjne [http://www.smartmobility2016.eu/Download/After
noon/A_11_b%20%20From%20today’s%20
standard%20of%20individual%20carownership%20to%20mobility%20services%20%20a%20step%20towards%20greater%20transport%20efficiency.pdf]
dostęp: 25.02.2016.
Glotz-Richter M., Koch H., Backhaus W., Electric mobility: big hopes, false expectations
and new focal points, Transport for Smart Cities 2016: Scaling innovations in
Europe, Brussels 28.01.2016, Materiały konferencyjne [http://www.smartmobility2016.eu/Down
load/Morning/M_2%20%20Electric%20mobility%20
big%20hopes,%20false%20expectations%20and%20new%20focal%20points.
pdf] dostęp: 25.02.2016.
Koglin T., Rye T.: The marginalisation of bicycling in Modernist urban transport planning.
Journal of Transport & Health 1, 2014, s. 214–222.
Lopez-Ruiz H.G., Christidis P., Demirel H., Kompril M., Quantifying the Effects of Sustainable Urban Mobility Plans. JCR Technical Report, Joint Research Centre,
European Commission, Brussels 2013.
Tan Y., Kushairi R., Dur F.: Sustainable Urban and Transport Development for Transportation. The Open Transportation Journal 4, 2010, s. 1–8.
Wefering F., Rupprecht S., Bührmann S., Böhler-Baedeker S.: Guidelines. Developing and
Implementing a Sustainable Urban Mobility Plan. European Commission, Brussels 2014.
Green Paper UE 2007. Towards a new culture for urban mobility, European Commission,
Brussels 2007.
Komunikat COM(2013) 913. Komunikat COM(2013) 913 Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu
Regionów Wspólne dążenie do osiągnięcia konkurencyjnej i zasobooszczędnej
mobilności w miastach [http://ec.europa.eu/transport/themes/urban/doc/ump/
com (2013)913_pl.pdf] dostęp: 25.02.2016 r.
Komunikat COM(2013) 913 Załącznik. Komunikat COM(2013) 913 Załącznik Koncepcja
dotycząca planów mobilności w miastach zgodnej z zasadami zrównoważonego
rozwoju do Komunikatu Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów Wspólne
dążenie do osiągnięcia konkurencyjnej i zasobooszczędnej mobilności w miastach [http://ec.europa.eu/transport/themes/ urban/ doc/ump/com(2013)913annex_pl.pdf] dostęp 25.02.2016
Ministerstwo Rozwoju, Krajowa Polityka Miejska 2023, Warszawa 2015 [https://www.
mr.gov.pl/media/10252/Krajowa_Polityka_Miejska_20-10-2015.pdf]; dostęp
25.02.2016.
Projekt CH4LLENGE – Addressing the four Key Challenges of Sustainable Urban Mobility
Planning [http://www.sump-challenges. eu/] dostęp 25.02.2016.
Rozporządzenie 1370/2007. Rozporządzenie (WE) nr 1370/2007 Parlamentu Europejskiego
i Rady z dnia 23 października 2007 r. dotyczące usług publicznych w zakresie
kolejowego i drogowego transportu pasażerskiego oraz uchylające rozporządzenia Rady (EWG) nr 1191/69 i (EWG) nr 1107/70.
67
Uchwała 1993. Uchwała Nr LXX/468/93 Rady Miasta Krakowa z dnia 8 stycznia 1993 r.
w sprawie w sprawie przyjęcia zasad polityki transportowej dla Krakowa.
Uchwała 1995. Uchwała Nr XXVI/193/95 Rady Miasta Stołecznego Warszawy z dnia 27
listopada 1995 r. w sprawie polityki transportowej dla m.st. Warszawy.
Uchwała 1998. Uchwała Nr XLII/782/98 Rady Miasta Gdyni z 25 lutego 1998 roku w sprawie polityki transportowej miasta Gdyni.
Uchwała 2007. Uchwała Nr XVIII/225/07 Rady Miasta Krakowa z dnia 4 lipca 2007 r. w sprawie przyjęcia polityki transportowej dla Miasta Krakowa na lata 2007–2015.
United Nations, Sustainable transport [https://sustainabledevelopment. un.org/sdinaction/
sustainabletransport] dostęp 15.02.2014.
Ustawa z dnia 16 grudnia 2010 r. o publicznym transporcie zbiorowym. Dz.U. 2011 nr 5
poz. 13.
White Paper UE 1998. Fair payment for infrastructure use: a phased approach to transport
infrastructure charging in the European Union, European Commission, Brussels
1998.
White Paper UE 2001. European transport policy for 2010: time to decide, European Commission, Brussels 2001.
White Paper UE 2011. Roadmap to a Single European Transport Area – Towards a competitive and resource efficient transport system, European Commission, Brussels
2011.
Zarządzenie 2012. Zarządzenie Nr 220/2012 Prezydenta Miasta Krakowa z dnia 2012.01.30
w sprawie wprowadzenia procedury oceny zgodności działań podejmowanych
przez Gminę Miejską Kraków z polityką transportową dla Miasta Krakowa
na lata 2007–2015.
Katarzyna GDOWSKA – mgr inż., absolwentka Wydziału Zarządzania Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Instytutu Filozofii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Jest asystentem w Katedrze Badań Operacyjnych i Technologii
Informacyjnych na Wydziale Zarządzania AGH. Specjalizuje się w optymalizacji kombinatorycznej dla problemów transportowych i produkcyjnych. Należy
do Grupy Naukowej Pro Futuro.
Roger KSIĄŻEK – mgr inż., absolwent Wydziału Zarządzania Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Jest asystentem w Katedrze Badań Operacyjnych i
Technologii Informacyjnych na Wydziale Zarządzania AGH. Specjalizuje się w
optymalizacji kombinatorycznej oraz algorytmach heurystycznych związanych
z problemem szeregowania i wyznaczania wielkości partii produkcyjnych.
69
Oddziaływanie linii elektroenergetycznych
na środowisko i sposoby jego ochrony
Luiza Dawidowicz
Katedra Warzywnictwa, Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Dąbrowskiego 159, 60-594 Poznań, Polska, e-mail: [email protected]
Abstrakt: Procesy elektromagnetyczne istnieją we wszechświecie od samych jego początków, a życie biologiczne na Ziemi przystosowane jest do oddziaływania naturalnych pól
elektromagnetycznych. Poprzez działalność człowieka naturalne pola elektromagnetyczne
Ziemi zostały „wzbogacone” o pola sztuczne. Ich liczba jest ogromna i stale rośnie. Obiektami wytwarzającymi sztuczne pola elektromagnetyczne są m.in. stacje radiowe i telewizyjne,
łączność radiowa, stacje radiolokacji i radionawigacji. Promieniują one w sposób zamierzony. Obok nich istnieje duża grupa obiektów promieniujących w sposób niezamierzony.
Zalicza się do nich urządzenia przemysłowe, medyczne, maszyny technologiczne, domowe
urządzenia powszechnego użytku, napowietrzne linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia i wiele innych. Promieniowanie jest czynnikiem niewidzialnym i bardzo często dochodzi
do jego ignorowania lub przeceniania. Linie elektroenergetyczne są ważnym elementem
układu przesyłania energii elektrycznej – łączą źródła jej wytwarzania z miejscami odbioru.
Z drugiej strony jako emitery sztucznego promieniowania elektromagnetycznego są zagrożeniem dla środowiska. Oddziałują na organizmy żywe poprzez pola elektryczne i magnetyczne, powodują hałas i zakłócenia radiowo-telewizyjne a także ujemnie wpływają na krajobraz.
Szkodliwe oddziaływanie pól elektromagnetycznych zależy od wielu czynników, m.in. od
czasu ekspozycji na promieniowanie, wielkości powierzchni napromieniowanej, indywidualnych cech i predyspozycji organizmów. Zagrożenie promieniowaniem elektromagnetycznym może być zminimalizowane m.in. poprzez ustalenie stref ochronnych wokół źródeł
promieniowania oraz wprowadzenie ochrony terenu i krajobrazu.
Słowa kluczowe: linie elektroenergetyczne, linie napowietrzne, promieniowanie elektromagnetyczne, pole elektromagnetyczne, pole elektryczne
1. Wstęp
Elektromagnetyczne promieniowanie niejonizujące jest promieniowaniem o częstotliwości poniżej 300000 MHz, nie wywołującym procesu jonizacji materii, na którą oddziałuje.
W naszym środowisku występują tzw. pola elektromagnetyczne (PEM), których występowanie nie jest związane z działalnością człowieka (naturalne) oraz pola będące efektem działalności człowieka (sztuczne). Pola elektromagnetyczne wytwarzane przez różne obiekty i urządzenia nakładając się na istniejące w przyrodzie pola naturalne zmieniają warunki bytowania
człowieka. Coraz częściej zaczyna się mówić o zanieczyszczeniu środowiska naturalnego
zbędnym promieniowaniem elektromagnetycznym w podobnym aspekcie jak o skażeniu chemicznym czy zagrożeniu hałasem (Aniołczyk i in. 1996, Resnick i in. 2014, Hewitt 2015).
Sztuczna energia elektromagnetyczna stała się dostępna dla ludzkości ponad 100 lat
temu i szybko zagościła w każdym domu i miejscu pracy. Dzisiaj nie można już nawet wyProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
70
Luiza Dawidowicz
obrazić sobie normalnego życia bez elektryczności a moda na przesadne korzystanie z urządzeń elektronicznych szybko nakręca spiralę koniunktury. Wzrostowi „nasycenia techniką”
towarzyszy wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną, a co za tym idzie, rośnie liczba
i łączna długość linii elektroenergetycznych (Aniołczyk i in. 1996).
Napowietrzne linieelektroenergetyczne są ważnym elementem układu przesyłania energii elektrycznej na duże odległości. Łączą źródła wytwarzania energii z miejscami jej odbioru. Linie elektroenergetyczne pokrywają gęstą siecią coraz to większe obszary. Z roku
na rok docierają do coraz bardziej odległych zakątków kuli ziemskiej. Z uwagi na to, że prowadzone są przez rozległe tereny, podlegają działaniu różnych czynników: klimatycznych,
środowiskowych i topograficznych, które należy brać pod uwagę podczas ich projektowania,
budowy i eksploatacji. Linie elektroenergetyczne, wbrew pozorom, nie są inwestycjami obojętnymi dla środowiska. Mimo że nie wydzielają „dymów”, spalin, nie produkują odpadów
ani ścieków, to mogą stanowić zagrożenie dla środowiska. Oddziałują one w sposób niewidzialny – emitują pola elektromagnetyczne. Obecnie całkowite usunięcie linii elektroener
getycznych i promieniowania elektromagnetycznego ze środowiska jest niemożliwe. Można
jednak bardzo skutecznie ograniczyć ich wpływ i zasięg poprzez zastosowanie określonych
przepisów, norm i zaleceń oraz zachowanie ostrożności i należytej uwagi przy wszelakich
problemach mających związek z omawianym zagadnieniem (Zemła 2004).
Celem niniejszej pracy jest wyjaśnienie, na czym polega oddziaływanie linii elektroenergetycznych na środowisko i przedstawienie sposobów jego ochrony.
2. Elektroenergetyczne linie napowietrzne
Linie elektroenergetyczne są bardzo ważną częścią systemów elektroenergetycznych.
Umożliwiają korzystanie z energii elektrycznej do celów codziennych (w gospodarstwach
domowych) i do celów związanych z produkcją i transportem.
W Polsce w systemach elektroenergetycznych wykorzystuje się napięcia przemienne
o częstotliwości 50 herców (Hz). W sieciach przesyłowych istnieją linie elektroenergetyczne
o typowych, podstawowych napięciach znamionowych: 110 kV, 220 kV, 400 kV i 750 kV.
Linie o napięciu znamionowym niższym od 110 kV (15-30 kV) wytwarzają pole elektryczne
o pomijalnie małym natężeniu. Z tego względu, w zakresie ochrony środowiska, nie bierze
się ich pod uwagę zarówno w przepisach, jak i w analizach oddziaływania na środowisko.
Na terenie zabudowy wielkomiejskiej praktycznie nie występują linie o napięciu znamionowym 400 kV i 750kV (Aniołczyk i in. 1996, Zemła 2004).
2.1. Oddziaływanie na środowisko
Poza zagrożeniami wynikającymi z awaryjnych sytuacji występujących podczas eksploatacji linii i zabezpieczeniem przed ich skutkami w postaci utworzenia strefy skrzyżowania,
czynna linia wysokiego napięcia jest źródłem powstawania w jej otoczeniu następujących
czynników fizycznych:
a) pola elektrycznego (zależnego od napięcia linii),
b) pola magnetycznego (zależnego od prądu obciążenia linii),
c) szumów akustycznych, wibracji i zakłóceń radiowo telewizyjnych.
Czynniki te mogą w pewnych warunkach oddziaływać w sposób niekorzystny, a awet
szkodliwy na organizmy żywe, w tym także na organizm ludzki. Mogą one również, w pewnych sytuacjach, wpływać w sposób niekorzystny na niektóre inne elementy ekosystemu np.
71
na świat roślinny (m. in. w sytuacji nadmiernego zbliżenia drzew do linii najwyższych napięć). Oddziaływanie napowietrznych linii wysokiego napięcia na żywe organizmy związane
jest głównie z oddziaływaniem pola elektromagnetycznego (Aniołczyk i in. 1996).
Pracujące linie przesyłowe wysokiego napięcia mogą być, w pewnych warunkach, źródłem innych czynników chemicznych i fizycznych np. ozonu czy dwutlenku azotu. Należy
jednak zaznaczyć, że poziom emisji tych czynników jest zupełnie pomijalny, w szczególności dla linii o napięciu 110 kV (Aniołczyk i in. 1996, Zemła 2004).
Poza oddziaływaniem wyżej wymienionych czynników na organizm człowieka, jak dotąd nie stwierdzono ich wpływu na pozostałe elementy środowiska (powierzchnię ziemi,
glebę, kopaliny, wody powierzchniowe, itp.) (Aniołczyk i in. 1996, Zemła 2004).
Napowietrzne energetyczne linie wysokiego napięcia są inwestycjami pogarszającymi
stan środowiska również ze względu na wyłączenie z użytkowania powierzchni terenu pod
konstrukcje słupów, ograniczenie użytkowania terenu z powodu oddziaływania pól elektromagnetycznych i hałasu, co z kolei prowadzi do ograniczenia wykorzystania terenu pod lokalizację budynków. Co do samych linii, to nie wolno prowadzić ich nad budynkami mieszkalnymi, gospodarczymi i przemysłowymi (Aniołczyk i in. 1996, Zemła 2004).
W związku z tym, że całkowite wyeliminowanie czy też znaczne ograniczenie wielkości
tych czynników nie jest możliwe lub pociąga za sobą znaczne koszty, w wielu krajach, w tym
także i w Polsce, opracowane zostały przepisy, które w formie aktów prawnych, zaleceń bądź
norm określają zasady ochrony od zagrożeń stwarzanych przez linie elektroenergetyczne,
w tym ustanawiają obszary chronione (strefy ochronne) w otoczeniu tego rodzaju inwestycji
(Aniołczyk i in. 1996).
Inne uciążliwe oddziaływanie linii elektroenergetycznych to hałas i zakłócenia radiowotelewizyjne. Zakłócenia RTV sąwynikiem wyładowań niezupełnych (wyładowania ulotowe
i koronowe), lub też wyładowań zupełnych (iskrowych). Hałas jest uciążliwy w przypadku
bliskiego sąsiadowania z linią a największe jego natężenie występuje przy złej pogodzie
(Kucowski i in. 1997, Zemła 2004).
2.2. Oddziaływanie na człowieka
Pola elektromagnetyczne cechują się:
a) niezdolnością człowieka do organoleptycznej identyfikacji oddziaływania nawet
przy znacznych natężeniach pola, przy których według współczesnej wiedzy może
już wystąpić tzw. nie termiczne oddziaływanie na układ nerwowy i układ krążenia,
b) brakiem wyraźnej reakcji organizmu na nie termiczne oddziaływanie pól elektromagnetycznych i trudność z określeniem rzeczywistych skutków niekorzystnych
oddziaływań pól elektromagnetycznych,
c) pojawieniem się oddziaływania wyczuwalnego dla człowieka (efekt termiczny) przy
natężeniach pola, które praktycznie nie występują w otoczeniu źródeł promieniowania elektromagnetycznego w miejscach przebywania i zamieszkiwania ludności,
d) brakiem zauważalnych i potwierdzonych zmian w środowisku przyrodniczym (faunie, florze, wodzie i powietrzu), w warunkach praktycznej eksploatacji stacji nadawczych nawet bardzo dużych mocy (Kamieński 1998).
Zmieniające się natężenie naturalnego ziemskiego pola elektromagnetycznego powoduje u niektórych osób nasilenie dolegliwości w układzie krążenia i oddychania, a także zaburzenia nerwowe i psychiczne. Tym bardziej sztuczne pola elektromagnetyczne, których ilość
jest dzisiaj ogromna, mają wpływ na powstawanie i rozwój różnych dolegliwości u ludzi i innych organizmów żywych. Źródłem tych sztucznych pól – elektrycznego i magnetycznego
72
Luiza Dawidowicz
– są układy wytwarzania, przesyłania i rozdziału energii elektrycznej, a także jej odbiorniki,
gdyż przepływowi prądu elektrycznego towarzyszy powstawanie pól elektromagnetycznych
(Kucowski 1997).
Składowa magnetyczna pola elektromagnetycznego linii elektroenergetycznej jest
wprost proporcjonalna do natężenia prądu i odwrotnie proporcjonalna do odległości od
przewodów linii. Jej wartość przy powierzchni ziemi jest bardzo mała i z tego względu jej
wpływ jest pomijany. Natomiast składowa elektryczna począwszy od pewnego progowego
natężenia (wyrażonego w kV/m) jest szkodliwa dla zwierząt oraz ludzi i z tego względu jest
przedmiotem badań. Badania te nasiliły się ostatnio wraz ze wzrostem napięć przesyłowych.
Do niedawna napięcie 220 kV było uważane za bardzo wysokie, ale od 1990 r. jest w Polsce
już 4600 km linii 400 kV i 19 stacji 400 kV oraz 114 km odcinek linii 750 kV i jedna stacja
o tym napięciu. Na świecie od wielu lat są eksploatowane linie przesyłowe o napięciach
przekraczających 1000 kV (Kucowski i in. 1997).
Badania wpływu pola elektrycznego i magnetycznego na rośliny, zwierzęta i ludzi
są prowadzone od szeregu lat w wielu krajach. Poglądy na szkodliwość pola elektrycznego
napowietrznych linii elektroenergetycznych i rozdzielni wysokiego napięcia uległy w ostatnich latach znacznej zmianie. W końcu lat sześćdziesiątych uważano, ze przebywanie w polu
elektrycznym o natężeniu już kilku kilowoltów na metr stanowi duże zagrożenie dla zdrowia
ludzkiego. Poważne, długotrwałe badania medyczne przedsięwzięte w kilku krajach przodujących w rozwoju przesyłu energii elektrycznej na duże odległości pozwoliły na lepsze
poznanie zagadnienia i przyczyniły się do zmiany poglądów w tej mierze. Wykonane w b.
ZSRR w latach sześćdziesiątych badania personelu rozdzielni o napięciach 330 kV, 400 kV
i 500 kV, wykazały niekorzystny wpływ pola elektrycznego (Kucowski i in. 1997). Wykazano również, że pola magnetyczne przy długotrwałym oddziaływaniu na człowieka mogą
wywołać raka, leukemię, opuchliznę mózgu, miażdżycę i inne choroby. Linie wysokiego
napięcia jonizują dodatnio powietrze, co jest szczególnie niebezpieczne dla mieszkańców
domów zlokalizowanych w pobliżu linii (Zemła 2004). Potwierdziły to przeprowadzone
w Hiszpanii badania pracowników rozdzielni 400 kV. Z kolei przewody odgromowe linii
elektroenergetycznych tworzą swoistą siatkę, odkształcającą naturalne pole elektrostatyczne w pobliżu powierzchni ziemi, zmieniając w ten sposób jonizacje atmosfery: zmniejsza
się liczba szybkich jonów ujemnych, utrudniając wymianę gazową, dokonywaną w płucach
(Kucowski i in. 1997).
U roślin stwierdzono skutki oddziaływania pola elektrycznego o częstotliwości 50(60)
Hz dopiero przy natężeniach pola 20-50 kV/m. Wykazano, że pole elektryczne o natężeniu
30 kV/m jest powodem zsychania ostro zakończonych części roślin w wyniku powstawania
na nich zjawiska ulotu (Zemła 2004).
W Polsce badania wpływu pola elektrycznego na organizmy żywe, zwierzęta i ludzi,
były prowadzone na Śląskiej Akademii Medycznej. Pozwoliły one na wysunięcie następujących wniosków: pole elektryczne o natężeniu do 10 kV/m nie wywołuje uchwytnych zmian
w organizmach żywych; pole elektryczne o natężeniu 10-16 kV/m jest bodźcem podprogowym, prowadzącym jedynie do mniej uchwytnych, statystycznie nie znamiennych odchyleń
w organizmach żywych; pole elektryczne o natężeniu 16-19 kV/m jest bodźcem progowym,
który po określonym czasie oddziaływania może doprowadzić do zmian w organizmie, choć
możliwa jest po dłuższym czasie ogólna adaptacja organizmu (Kucowski i in. 1997).
3. Ochrona przed działaniem pól elekromagnetycznych
Zagrożenie promieniowaniem niejonizującym może być stosunkowo łatwo wyeliminowane lub ograniczone pod warunkiem zapewnienia odpowiedniej separacji przestrzennej
człowieka od pól przekraczających określone wartości graniczne. Specyfika oddziaływująProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
73
cego czynnika (niewidzialnego i niewyczuwalnego przez organizm ludzki) powoduje częste
jego lekceważenie, ale równie często jego przecenianie (Kamieński 1998).
Polska jest jednym z niewielu krajów, który posiada kompleksowy system prawny ochrony ludzi i środowiska przed promieniowaniem elektromagnetycznym. Dotyczy on narażenia
zawodowego, środowiskowego oraz wymogów technicznych przy projektowaniu, budowie
i eksploatacji źródeł promieniowania. Polskie przepisy w ww. zakresie są jednymi z bardziej
restrykcyjnych na świecie, a dopuszczalne wartości pól, zarówno na stanowiskach pracy jak
i w środowisku, należą do najniższych. W Polsce regulacje prawne dotyczące ochrony środowiska przed wpływem wszystkich rodzajów promieniowania zostały wprowadzone w 1980
roku ustawą o ochronie i kształtowaniu środowiska (Dz. U. Nr 3 poz. 6 z 1980 z późn. zm.)
i polegały one na określeniu wprowadzanych do środowiska poziomów pól elektromagnetycznych pochodzących od źródeł promieniowania niejonizującego (Stan środowiska w Gorzowie Wlkp. w latach 2000-2001, Stan środowiska w Polsce w latach 1996-2001).
3.1. Akty prawne dotyczące ochrony przed działaniem pól elektromagnetycznych
Podstawowym aktem prawnym regulującym zasady ochrony środowiska przed polami
elektromagnetycznymi jest ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (Dz.
U. 2001 nr 62, poz. 627 z późn. zm. – Tytuł II Dział VI Ochrona przed polami elektromagne
tycznymi). Zgodnie z artykułem 121 ww. ustawy ochrona przed polami elektromagnetycznymi polega na zapewnieniu jak najlepszego stanu środowiska poprzez utrzymanie poziomów pól elektromagnetycznych poniżej dopuszczalnych lub co najmniej na tych poziomach
oraz zmniejszanie poziomów pól elektromagnetycznych co najmniej do dopuszczalnych,
gdy poziomy te nie są dotrzymane. Kolejny artykuł 122 ustawy Prawo ochrony środowiska
stanowi, że minister właściwy do spraw środowiska, w porozumieniu z ministrem właściwym do spraw zdrowia, określi w drodze rozporządzenia, dopuszczalne poziomy pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposoby sprawdzania dotrzymania tych poziomów.
Rozporządzenie zostało wydane przez Ministra Środowiska w dniu 30 października 2003 r.
i określiło dopuszczalne poziomy pól elektromagnetycznych w środowisku, zróżnicowane
dla terenów przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową, miejsc dostępnych dla ludności
oraz zakresy częstotliwości pól elektromagnetycznych, dla których określa się parametry
fizyczne, charakteryzujące oddziaływanie pól elektromagnetycznych na środowisko (http://
wios.olsztyn.pl/).
3.2. Strefy ochronne
Ochrona ludzi i środowiska przed promieniowaniem niejonizującym w postaci pól elektromagnetycznych, wytwarzanym przez linie i stacje elektroenergetyczne, polega na wyznaczaniu wokół tych obiektów stref ochrony sanitarnej. Strefy te są ustanawiane przez urzędy
wojewódzkie na podstawie danych projektowych bądź pomiarowych. Przy ustalaniu tych
wartości uwzględniono stosunkowo duży margines bezpieczeństwa, dzięki czemu poziomy
krajowe są obecnie wielokrotnie niższe od analogicznych poziomów przyjmowanych w różnych krajach europejskich (Kucowski i in. 1997).
Rozróżnia się strefy ochronne I i II stopnia. Strefa ochronna pierwszego stopnia jest to
obszar, na którym przebywanie ludzi jest zabronione, za wyjątkiem osób zatrudnionych przy
eksploatacji urządzeń będących źródłami tych pól. Strefa ochronna drugiego stopnia jest
to obszar, na którym dopuszczalne jest okresowe przebywanie ludności związane z prowadzeniem działalności gospodarczej, turystycznej, rekreacyjnej, itp. Natomiast na obszarze
tej strefy zabrania się lokalizowania budynków mieszkalnych i budynków wymagających
74
Luiza Dawidowicz
szczególnej ochrony przed działaniem pól elektromagnetycznych, a zwłaszcza szpitali, internatów, żłobków, przedszkoli, itp. Strefą dopuszczalnej zabudowy mieszkalnej jest więc
obszar znajdujący się poza strefą ochronną drugiego stopnia (Aniołczyk i in. 1996).
W przypadku, gdy w otoczeniu źródeł pól elektromagnetycznych stwierdzono występowanie strefy ochronnej pierwszego stopnia, w celu ostrzegania ludności o zagrożeniu ze
strony promieniowania elektromagnetycznego oraz informowania o zakazie przebywania
w tej strefie stosuje się tablice ze znakiem i napisem ostrzegawczym. Tablice rozmieszcza się
wzdłuż granicy strefy ochronnej, w szczególności przebiegającej przez tereny nie ogrodzone,
do których możliwy jest dostęp ludności (Aniołczyk i in. 1996).
3.3. Ochrona terenu
Powierzchnia terenu zajmowanego przez napowietrzne linie elektroenergetyczne zależy
od ich napięcia, przy czym im wyższe jest napięcie, tym mniejsza jest powierzchnia terenu
zajmowanego przez linie służące do przesyłu takiej samej mocy. Przykładowo, z obliczeń
dotyczących przesyłu mocy 4000 MW na odległość 180 km wynika, że: przy napięciu 110
kV linie zajmują 150 ha/km, przy napięciu 220 kV – 37 ha/km, przy napięciu 400 kV – 7 ha/
km, a przy napięciu 750 kV tylko 4 ha/km. Zapotrzebowanie na teren pod napowietrzne linie
elektroenergetyczne zależy nie tylko od napięcia, lecz również od liczby torów (1 lub 2) i od
rozwiązania konstrukcyjnego słupów (normalne lub wąsko-gabarytowe dla linii prowadzonych przez lasy) (Kucowski i in. 1997).
3.4. Ochrona krajobrazu
Ochrona krajobrazu to troska o walory widokowe i wartości estetyczne danego obszaru.
Powszechnie uważa się, że działalność przemysłowa, a taką jest między innymi eksploatacja
napowietrznych linii wysokiego napięcia, wprowadza zaburzenia do krajobrazu naturalnego, powodując jego degradację. W budownictwie energetycznym należy odróżnić ochronę
krajobrazową, związaną z budową elektrowni lub elektrociepłowni, oraz ochronę krajobrazu
związaną z budową napowietrznych linii elektroenergetycznych (Szuba 2003).
Ochrona krajobrazu wpływa znacząco na wybór trasy linii elektroenergetycznych. Linie
te nie mogą być prowadzone przez parki krajobrazowe i obszary chronionego krajobrazu.
Przebieg linii powinien być tak dobrany, aby nie były one widoczne w krajobrazie (np. linia
może biec przez stoki pagórków, w zagłębieniach terenu lub pomiędzy pagórkami). Linie nie
powinny być też sytuowane na szczytach wzniesień. W przypadku konieczności przekraczania wzgórz, powinno się sytuować słupy przed i za jego wierzchołkiem, a nie umieszczać
słupa na wierzchołku wzgórza. W pierwszym przypadku widać nad szczytem wzgórza tylko
słabo widoczne przewody elektryczne, w drugim zaś wysoki słup jest z dala widoczny na tle
nieba. Z uwagi na ochronę krajobrazu nie należy prowadzić linii energetycznych nad lasami,
gdyż trzeba by było zastosować z dala widoczne na tle nieba słupy. Wybierając trasę napowietrznych linii elektroenergetycznych należy unikać zbliżania do zabytków, rezerwatów
przyrodniczych, parków, miejsc cennych krajobrazowo i kulturowo. Należy również unikać
przeprowadzania linii energetycznych równolegle do dróg kołowych o dużym natężeniu ruchu. W przypadkach wymuszonych należy pomiędzy drogą a linią wprowadzić pas drzew
dla ukrycia linii (Szuba 2003).
Następny aspekt ochrony krajobrazu to sylwetki słupów linii energetycznych, które powinny harmonizować z otoczeniem. Słupy linii napowietrznych można uważać za swojego
rodzaju „rzeźby”, spełniające zarazem funkcję użytkową – podtrzymującą przewody. Słupy
o kształtach bardziej opływowych uważane są za lepiej zharmonizowane z krajobrazem.
75
Są one jednak droższe. Lepszy efekt zharmonizowania z krajobrazem można uzyskać przez
konstrukcje smukłe, proporcjonalne i symetryczne. Zazwyczaj ze względów estetycznych
zalecane są konstrukcje słupów o kształtach owalnych, ale ich mankamentem jest cena oraz
to, że zajmują więcej terenu. Zazwyczaj stosuje się słupy rurowe lub ze stali o większej wytrzymałości, pozwalające na zastosowanie kątowników o większych wymiarach. Stosowanie
kątowników ocynkowanych powoduje odbijanie promieni słonecznych i sprawia, że słupy
z nich wykonane są bardzo widoczne w terenie. Z tego względu powinno się malować słupy farbą o kolorze zbliżonym do otaczającego je krajobrazu (np. zielonym). Izolatory ze
względów krajobrazowych powinny być w kolorze błękitnym harmonizującym z tłem nieba.
Stosowanie izolatorów o większej wytrzymałości pozwala na zmniejszenie liczby rzędów
w łańcuchach izolatorów. Takie rozwiązanie nadaje konstrukcji lekkość. Stalowo-aluminiowe przewody w miarę upływu czasu tracą swoją początkową srebrzystość powierzchni – stają się matowe, a przez to mniej widoczne w krajobrazie. Poza tym przewody linii energetycznych mogą stanowić zagrożenia dla ptaków, dlatego nie zaleca się prowadzenia ich w pobliżu
dużych gniazdowisk oraz na trasach przelotu ptactwa (Szuba 2003).
Kolejnym dylematem jest rozstrzygnięcie problemu, czy stosować słupy wysokie z dużymi przęsłami pomiędzy nimi, czy też niskie słupy z małymi przęsłami. Względy ochrony środowiska, a przede wszystkim zmniejszenie natężenie pola elektrycznego w pobliżu
ziemi oraz względy ekonomiczne preferują stosowanie wysokich słupów z dużymi przęsłami pomiędzy nimi. Zmniejsza się wówczas teren zajmowany przez konstrukcję słupa.
Podwyższanie napięcia znamionowego linii energetycznej ma również wpływ na ochronę
krajobrazu, a związane to jest ze zmniejszeniem liczby linii przesyłowych, potrzebnych
do przesyłania danej mocy. Jedna dwutorowa linia 400 kV przenosi tę samą moc, co 4 linie
dwutorowe 220 kV lub 18 linii 110 kV. Dla porównania warto wspomnieć, że niewidoczne dla oka linie kablowe (podziemne) są droższe od linii napowietrznych (przy tej samej
mocy przesyłowej): przy napięciu 110-220 kV – około dziesięciokrotnie, przy napięciu
400 kV – około piętnastokrotnie (Szuba 2003).
3.5. Eliminacja lub minimalizacja wpływu na środowisko
W celu eliminacji pola elektrycznego i hałasu powinno się między budynkiem a linią
elektroenergetyczną, w miejscach gdzie to jest możliwe, zasadzić wysoką zieleń w postaci
drzew lub krzewów w taki sposób, aby w późniejszym czasie nie powodowały zagrożenia
dla bezpieczeństwa ludzi i linii. Podczas pomiarów natężenia pola elektrycznego zaobserwowano zanik tego pola w miejscach, gdzie występowała wysoka roślinność. Wystarcza kilka
drzew lub mały pas tyczkowiny, aby pole zanikło całkowicie lub znacząco zmalało.
Eliminacja zakłóceń radiowo-telewizyjnych powinna polegać na zastosowaniu odpowiedniego rodzaju anteny oraz ustawienia odpowiednio wysokiego masztu anteny w bezpiecznej odległości od linii. Zaleca się też ekranowanie daszków uli rodzin pszczelich (Szuba
2003).
4. Podsumowanie
Występowanie sztucznych pól elektromagnetycznych w środowisku jest stosunkowo
mało rozpoznanym problemem. Ostatnie lata związane są z ogromnym wzrostem liczby
i mocy źródeł wytwarzających PEM. Brak jest wieloletnich pomiarów „tłowych” w celu śledzenia trendów zmian zachodzących w środowisku, a dotychczasowe pomiary sprowadzają
się do kontroli przestrzegania stref ochronnych i norm. Coraz częściej zaczyna się mówić
o polach elektromagnetycznych jako o zanieczyszczeniu środowiska. Lawinowo narastająca
76
liczba urządzeń wytwarzających pola elektromagnetyczne będzie w konsekwencji prowadzić do dalszego wzrostu takiego „zanieczyszczenia”. Dynamika tego wzrostu powinna być
dalej badana i analizowana. Trudno obecnie jest przewidzieć czy i jakie mogą być następstwa
gwałtownej zmiany ziemskiego środowiska elektromagnetycznego dla rozwoju człowieka
i przyrody. Linie elektroenergetyczne mają niekorzystny wpływ na środowisko. Są źródłem
hałasu i zakłóceń radiowo-telewizyjnych, co znacznie utrudnia życie w ich otoczeniu, oraz
co najważniejsze – emitują promieniowanie elektromagnetyczne, którego wpływ na organizmy żywe jest jeszcze nie do końca zbadany. Linie te powodują również niekorzystne
zmiany w krajobrazie – zmniejszają jego walory estetyczne.
Bibliografia
Aniołczyk H., Pachocki K., Różycki S.: Pola elektromagnetyczne wielkiego miasta z punktu
widzenia ochrony środowiska. Biblioteka Monitoringu Środowiska. Państwowa
Inspekcja Ochrony Środowiska, 1996, s. 60.
Hewitt P.: Fizyka wokół nas. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2015, s. 940.
Kamieński Z. (red.): Raport Państwowej Inspekcji Ochrony Środowiska. Stan środowiska
w Polsce. Biblioteka Monitoringu Środowiska, 1998, s. 175.
Kucowski J., Laudyn D., Przekwas M.: Energetyka a ochrona środowiska. Wydawnictwo
Naukowo-Techniczne, 1997, s. 269.
Resnick R., Halliday D., Walker J.: Podstawy fizyki. Tom 2. Wydawnictwo Naukowe PWN,
2014, s. 314.
Stan środowiska w Gorzowie Wlkp. w latach 2000-2001. Wojewódzki Inspektorat Ochrony
Środowiska w Zielonej Górze. Delegatura w Gorzowie Wlkp. Urząd Miejski
w Gorzowie Wlkp. Biblioteka Monitoringu Środowiska, 2002, s. 156.
Stan środowiska w Polsce w latach 1996-2001. Inspekcja Ochrony Środowiska. Biblioteka
Monitoringu Środowiska, 2003, s. 269.
Szuba M.: Pola elektromagnetyczne 50 Hz w środowisku człowieka. Przegląd Komunalny
12, 2003, s. 26-27.
Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Olsztynie [http://wios.olsztyn.pl/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=83&Itemid=149]; dostęp 27.03.2016.
Zemła W.: Linie elektroenergetyczne i ich oddziaływanie środowiskowe. Aura 6, 2004,
s. 10-11.
Luiza DAWIDOWICZ – mgr inż., absolwentka Wydziału Biologii Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu (kierunek: ochrona środowiska) oraz Wydziału Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu Uniwersytetu Przyrodniczego w
Poznaniu (kierunek: ogrodnictwo). Doktorantka w Katedrze Warzywnictwa na
Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu.
77
Edyta Biardzka
Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II, Al. Racławickie 14, 20-950 Lublin,
[email protected]
Abstrakt: Projekty, w których osoby fizyczne, organizacje, instytucje i przedsiębiorstwa
spoza sektora energetycznego biorą czynny udział w wytwarzaniu energii to ogólnie ujęta
energetyka obywatelska. W celu wzięcia udziału w produkcji energii ze źródeł odnawialnych
nie jest konieczne utworzenie odrębnego podmiotu. Istnieje jednak kilka powodów tworzenia odrębnych jednostek prawnych, m.in. ograniczenie odpowiedzialności indywidualnej,
zdolność prawna do zawierania umów, prawo własności.
Analiza praktyk w różnych państwach Unii Europejskiej wykazuje, że własność obywatelska i udział w produkcji energii odnawialnej ma wiele form - od indywidualnych gospodarstw domowych przez przedsiębiorstwa społeczne po publiczną własności gminy. Wybór
formy często zależy od interesu lub celu danej społeczności, specjalnego traktowania podatkowego, osiągnięcia samowystarczalności energetycznej.
Celem niniejszej pracy jest ocena form organizacyjnych przewidzianych na mocy prawa krajowego, a także sformułowanie wniosków w kontekście możliwości zaangażowania
w produkcję energii odnawialnej społecznościom zorganizowanym w różnych formach
prawnych - spółkom, spółdzielniom, fundacjom.
Słowa kluczowe: energetyka obywatelska, odnawialne źródła energii, OZE, prosument,
energia
1. Pojęcie energetyki obywatelskiej
Produkcja energii w Polsce nadal opiera się na tradycyjnych źródłach energii takich jak
węgiel kamienny i brunatny. Wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych oraz problem
nadmiernej emisji dwutlenku węgla powodują, że rośnie zainteresowanie odnawialnymi
źródłami energii (OZE). W ostatnich latach wzrosła w Polsce świadomość szkód środowiskowych, a członkostwo w Unii Europejskiej stworzyło dodatkowy impuls i jednocześnie
obowiązek dywersyfikacji polskiego sektora energetycznego.
Zgodnie z celami Unii Europejskiej określonymi w Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania
energii ze źródeł odnawialnych (Dz. Urz. UE L 140 z 05.06.2009., zwana dalej Dyrektywa
OZE), a także „Polityki energetycznej Polski do 2030 roku” Polska powinna osiągnąć 15%
udział energii elektrycznej z OZE w zużyciu energii elektrycznej brutto do 2020 roku. Dążenie do osiągnięcia tego progu zostało potwierdzone w Krajowym Planie Działania w zakresie
energii z odnawialnych źródeł, co ma służyć zachęcaniu do inwestycji w OZE.
Energetyka obywatelska rozumiana jest jako system, w którym osoby prywatne, instytucje, organizacje i przedsiębiorstwa spoza sektora energetycznego czynnie uczestniczą w wytwarzaniu energii i zarządzaniu nią m.in. poprzez małoskalową produkcję energii elektrycznej i ciepła ze źródeł odnawialnych (OZE) czy ograniczenie zużycia energii. Zaangażowanie
obywateli w projekty OZE jest alternatywą dla scentralizowanego i zdominowanego przez
78
Edyta Biardzka
duże koncerny systemu energetycznego (Krzyszkowska 2015).
Energetyka obywatelska, w której obywatele stają się konsumentami i producentami
energii jest systemem demokratycznym, ponieważ zapewnia wszystkim uczestnikom możliwość opłacalnej produkcji i efektywnego wykorzystania energii. Dlatego idea energetyki
obywatelskiej promuje społeczną własność źródeł energii oraz kładzie szczególny nacisk
na zapewnienie obywatelom dostępu do energii wytworzonej w mikroźródłach OZE (Roberts, Bodman, Rybski 2015).
2. Modele i wsparcie projektów energetyki obywatelskiej
Aby wziąć udział w produkcji energii ze źródeł odnawialnych nie jest konieczne utworzenie odrębnego podmiotu. Społeczności lokalne mogą angażować się w produkcję energii
z OZE w sposób nieformalny. Istnieją jednak zalety tworzenia odrębnych jednostek prawnych, a w wielu przypadkach jest to konieczne. Powody, dla których tworzy się podmioty
prawne, to m.in. ograniczenie odpowiedzialności indywidualnej; prawo własności; zdolność
prawna do zawierania umów lub otrzymywania pożyczek; sformalizowane prawa dla każdego członka; silniejsze uznanie ze strony władz lokalnych. Prawo, co prawda umożliwia
funkcjonowanie różnych form obywatelskiej własności, a także zaangażowanie w produkcje
energii odnawialnej. Regulacje te służą umożliwieniu zaangażowania w energetykę obywatelską osobom fizycznym, a także realizowaniu projektów energetyki obywatelskiej poprzez
różne formy prawne.
Realizacja projektów OZE na rynku, dotychczas wspierającym paliwa kopalne, potrzebuje wsparcia w postaci mechanizmów i instrumentów finansowych. Potrzebę takich działań
potwierdzono w Dyrektywie OZE. W latach 2014 – 2020 czyli w okresie obowiązywania
nowego budżetu Unii Europejskiej Polska będzie największym beneficjentem funduszy
unijnych, dzięki którym możliwe będzie wsparcie inwestycji OZE. Przedsięwzięcia, mające
na celu produkcję energii elektrycznej lub cieplnej, wraz z podłączeniem tych źródeł do sieci
dystrybucyjnej lub przesyłowej, polegające na budowie oraz modernizacji infrastruktury służącej wytwarzaniu energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych (w tym mikroinstalacji) czyli przedsięwzięcia energetyki prosumenckiej otrzymują wsparcie z Funduszy Regionalnych
Programów Operacyjnych. O wsparcie realizacji w. w. inwestycji mogą ubiegać się następujące podmioty: jednostki samorządu terytorialnego, ich związki i stowarzyszenia; jednostki
organizacyjne; jednostki samorządu terytorialnego; jednostki sektora finansów publicznych;
przedsiębiorstwa energetyczne, w tym MŚP i przedsiębiorstwa sektora ekonomii społecznej;
organizacje pozarządowe; spółdzielnie mieszkaniowe i wspólnoty mieszkaniowe; towarzystwa budownictwa społecznego; grupy producentów rolnych; jednostki naukowe; uczelnie/
szkoły wyższe ich związki i porozumienia; organy administracji rządowej w zakresie związanym z prowadzeniem szkół; PGL Lasy Państwowe i jego jednostki organizacyjne; kościoły, związki wyznaniowe oraz osoby prawne kościołów i związków wyznaniowych; Lokalne
Grupy Działania (www.funduszeeuropejskie.gov.pl, dostęp 16.03.2016 r.).
W związku z tym wsparcie inwestycyjne jest szansą na rozwój mikroinstalacji OZE
przez różne podmioty.
3. Prosument
Obywatele stają się nie tylko konsumentami, ale mają możliwość bycia producentami
energii ze źródeł odnawialnych. W świetle ustawy z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych
źródłach energii (Dz. U. z 2015 poz. 478 z późn. zm., zwana dalej ustawa OZE) prosument
to wytwórca energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w mikroinstalacji, który nie
79
wykonuje działalności gospodarczej i wytwarza energię elektryczną w celu zużycia jej jedynie na własne potrzeby (art. 4 ust. 1).
Należy podkreślić, że mikroinstalacje prowadzone przez prosumentów nie mogą korzystać ani z obecnego systemu wsparcia dla OZE opartego na certyfikatach (świadectwach
pochodzenia), ani z systemu aukcyjnego przewidzianego w nowej ustawie o OZE. Do korzystania z systemu wsparcia niezbędne jest bowiem prowadzenie działalności gospodarczej.
Obecnie obowiązująca definicja prosumenta wyklucza z grona prosumentów osoby fizyczne
prowadzące działalność gospodarczą. Wykluczenie dotyczy wszelkich instalacji należących
do przedsiębiorców – osób fizycznych, niezależnie od tego, czy mikroinstalacja ma służyć
wytwarzaniu energii elektrycznej na potrzeby lokalu, w którym prowadzą działalność gospodarczą, czy też na potrzeby domu, w którym tylko zamieszkują. Wydaje się, że zgodnie
z obecnie obowiązującymi przepisami prosumentami nie są również rolnicy. Co prawda
do tej grupy nie stosuje się przepisów ustawy o swobodzie działalności gospodarczej, jednak
nie oznacza to, że działalność rolnicza nie jest działalnością gospodarczą w rozumieniu tej
ustawy. Rolników powinno traktować się analogicznie jak przedsiębiorców, z tym że do ich
działalności gospodarczej nie stosuje się przepisów ustawy o swobodzie działalności gospodarczej(Dz. U.. Można jednak spotkać się z różnymi poglądami na tym gruncie (Dolatowski,
www.fotowoltaikainfo.pl, dostęp 17.03.2016 r.)
4. Spółka osobowa
Utworzenie projektu energetyki obywatelskiej w formie spółki osobowej oparte jest
na regulacji zawartej w ustawie z dnia 15 września 2000 r. – Kodeks spółek handlowych (Dz.
U. z 2013 r. poz. 1030 z późn. zm., zwana dalej k.s.h.), która reguluje szczególne aspekty
związane z odpowiedzialnością, kosztami rozpoczęcia tejże działalności, korzyściami podatkowymi, obciążeniami administracyjnymi
Spółka osobowa w świetle ustawy z dnia 15 września 2000 r. - Kodeks spółek handlowych to spółka prawa handlowego, której działalność opiera się na osobistej więzi między
jej wspólnikami, prowadząca przedsiębiorstwo pod własną firmą. Zgodnie z obowiązującą
w polskim prawie spółek zasadą numerus clausus spółek handlowych do spółek osobowych
zalicza się spółkę jawną, spółkę partnerską, spółkę komandytową i spółkę komandytowo –
akcyjną, spółkę kapitałową: spółkę z ograniczoną odpowiedzialnością lub spółka akcyjna
(Krukowska – Korombel 2013).
Do powstania spółek handlowych wszystkich typów konieczne jest spełnienie wymogów określonych odpowiednimi przepisami k.s.h., a więc w szczególności dokonanie wpisu
do rejestru przedsiębiorców Krajowego Rejestru Sądowego. Do powstania spółek kapitałowych niezbędne jest ponadto zawarcie umowy spółki z ograniczoną odpowiedzialnością
albo zawiązanie spółki akcyjnej, w tym podpisanie statutu przez założycieli oraz wniesienie
przez wspólników (akcjonariuszy) wkładów na pokrycie kapitału zakładowego i ustanowienie zarządu, jak również rady nadzorczej, która jest organem obligatoryjnym w spółce akcyjnej i fakultatywnym w spółce z ograniczoną odpowiedzialnością (Krukowska – Korombel
2013).
Analizując praktyki w państwach członkowskich Unii Europejskiej tj. Niemcy, Dania,
Wielka Brytania można dojść do wniosku, że spółki osobowe jako projekty energetyki obywatelskiej przyjmują zazwyczaj jedną z dwóch form (Roberts, Bodman, Rybski 2015).
Spółka jawna to forma poprzez którą każdy ze wspólników ponosi solidarną odpowiedzialność za wszystkie zobowiązania spółki (Gorczyński 2009). W ramach alternatywy
można utworzyć także spółkę komandytową, której forma chroni partnerów przed zobowiązaniami, ponieważ w ramach tego rodzaju spółki jednym z podmiotów zaangażowanych jest
oddzielna osoba prawna. Do najistotniejszych cech tej spółki należy zaliczyć: występowanie
80
Edyta Biardzka
zawsze dwóch rodzajów wspólników - komplementariuszy i komandytariuszy, których odpowiedzialność ma charakter zróżnicowany; układ praw i obowiązków pomiędzy wspólnikami; zawarcie umowy w formie aktu notarialnego; wpis do Krajowego Rejestru Sądowego.
Komandytariusz ponosi odpowiedzialność: osobistą, solidarną, subsydiarną, ograniczoną,
a czasem nieograniczoną, bezpośrednią oraz ewentualnie pośrednią. Odpowiedzialność komplementariusza jest odpowiedzialnością osobistą, nieograniczoną, solidarną i subsydiarną.
Występowanie w spółce komandytowej dwóch rodzajów wspólników dotyczy wszystkich
etapów istnienia spółki: tworzenia, działania i likwidacji spółki. Ponadto przekształcenie
w spółkę komandytową powinno doprowadzić do tego, aby w spółce było co najmniej dwóch
wspólników o różnym statusie komplementariusza i komandytariusza. Przepisy prawa nie
określają natomiast liczby komplementariuszy i komandytariuszy ani proporcji liczbowych
między jednymi a drugimi wspólnikami. Należy podkreślić jednak, iż nie można być jednocześnie komplementariuszem i komandytariuszem (Kidyba 2010).
Ciekawe rozwiązanie można zaobserwować w Niemczech, gdzie spółki komandytowe ze
spółką z ograniczoną odpowiedzialnością jako komplementariuszem są powszechnie stosowaną formą prawną w zakresie ustanawiania własności OZE. W tym przypadku osoby fizyczne swoje zaangażowanie wyrażają poprzez zakup udziałów spółki. Rola komandytariusza
ogranicza ich odpowiedzialność do wartości nabytych udziałów przy jednoczesnym prawie
do współzarządzania spółką w zakresie przewidzianym w umowie spółki. Natomiast spółka
z ograniczoną odpowiedzialnością przyjmuje rolę komplementariusza, uzyskując prawo do zarządzania i reprezentowania podmiotu. Jest to rozwiązanie bardzo korzystne z perspektywy
projektów energetyki obywatelskiej, ponieważ zapewnia m. in. dostęp do wiedzy eksperckiej,
niezbędnej do prowadzenia tego rodzaju działalności (Roberts, Bodman, Rybski 2015).
Natomiast w Danii projekty energetyki obywatelskiej mogą być tworzone jako spółki
jawne, szerzej znane jako tzw. gildie (I/S). Każdy partner posiada wspólną i indywidualną
odpowiedzialność, co oznacza, że w rezultacie każdy z nich może być indywidualnie odpowiedzialny za zobowiązania spółki. Mimo tego, że ten typ własności niesie ze sobą podwyższone ryzyko to istotną zachętą jest zakaz zadłużania. Utworzenie gildii pozwala osobom
fizycznym na korzystne opodatkowanie zysków.
W polskim prawie aby wytwarzanie i sprzedaż energii nie stanowiły działalności gospodarczej musi ona zostać wytworzona w mikroinstalacji. Ponadto, osoba, która ją wytworzyła
i ewentualnie sprzedała, nie może być osobą prawną ani jednostką organizacyjną niebędącą
osobą prawną, której ustawa przyznaje zdolność prawną - do kategorii zaliczają się takie
podmioty jak spółka jawna, spółka komandytowa. Oznacza to, że wyżej opisane formy
prawne nie mogą służyć realizacji projektów energetyki obywatelskiej w Polsce (Roberts,
Bodman, Rybski 2015).
5. Spółdzielnia
Instytucja spółdzielni jest najbardziej demokratyczną formą prawną, umożliwiającą
udział w przedsięwzięciu wszystkim mieszkańcom gmin, na których terenie realizacji inwestycji. Dzięki temu każdy członek spółdzielni może partycypować w zyskach przedsiębiorstwa. Członkiem spółdzielni mogą zostać każda osoba fizyczna lub prawna zainteresowana
udziałem w budowaniu spółdzielni energetycznej. Członek spółdzielni ma wpływ na działalność organizacji. Może także czerpać zyski z jej działalności, dzięki zasadzie „jeden członek
– jeden głos” czyli posiadając jeden głos na walnym zgromadzeniu, niezależnie od liczby posiadanych udziałów. Ustawa z dnia 16 września 1982 r. - Prawo spółdzielcze (Dz. U. z 2013
r. poz. 1443 z późn. zm.) reguluje wszystkie instytucje spółdzielni w sposób zapewniający
społeczną kontrolę nad działalnością Zarządu zabezpieczając zarazem wszystkie interesy
członków spółdzielni.
81
Ponadto spółdzielnie są dopasowane do zdecentralizowanego modelu administracji
publicznej, w którym jednostka samorządu terytorialnego realizuje zadania. Spółdzielnie
są podmiotem szczególnie odpowiadającym realizacji działań lokalnej społeczności z powodu swojego socjologiczno – gospodarczego charakteru.
W kategoriach prawnych nie istnieje pojęcie „spółdzielnia energetyczna”. W modelowym
przypadku spółdzielni energetycznej członkowie są jednocześnie: odbiorcami, dostawcami
i właścicielami kapitału. Te trzy cechy tworzą zasadę tożsamości spółdzielczej. Członkowie
spółdzielni są zatem konsumentami, a jednocześnie producentami energii. Innymi słowy
spółdzielnie energetyczne można nazwać organizacją prosumentów. Z racji tego spółdzielnie
bardziej niż inne formy organizacyjne nadają się do zapewnienia dóbr życiowych i gospodarczych (Rehm, Karaczun 2014).
W Niemczech spółdzielnia energetyczna stanowi formę powszechną, a jej popularność
stale rośnie. Ponadto spółdzielnia może zostać utworzona dla różnych rodzajów aktywności
(Roberts, Bodman, Rybski 2015). Głównymi motywami kierującymi osobami wstępującymi
do spółdzielni energetycznej jest chęć uniezależnienia się od koncernów energetycznych.
Determinantem zakładania spółdzielni energetycznych jest ponadto potrzeba ochrony środowiska poprzez rozwój OZE i wycofanie się Niemiec z energetyki jądrowej. Powodem
dla którego udziałowcy wybierają właśnie tą formę jest demokratyczny system zarządzania
oraz samorządność. Udział w spółdzielni umożliwia ponadto partycypację w zysku nawet
osobom o niskich dochodach (Rehm, Karaczun 2014).
6. Fundacja
Fundacja jest organizacją pozarządową posiadającą kapitał przeznaczony na określony
cel. Fundacja zakładana jest dla celów społecznie i gospodarczo użytecznych, do których
należy m. in. rozwój gospodarki i ochrona środowiska naturalnego. Założyć fundację może
osoba fizyczna lub prawna, która ustala statut fundacji, określa funkcjonowanie i uprawnienia
zarządu fundacji. Fundacja nie może istnieć bez majątku, który fundator przeznacza na określony w statucie cel, przy czym fundator zobowiązany jest określić kwotę przeznaczoną
na fundację w akcie fundacyjnym. Fundacja może także prowadzić działalność gospodarczą,
a uzyskane zyski przeznacza na swoją działalność statutową. W Polsce podstawowym aktem
prawnym regulującym problematykę fundacji, ich zakładania i funkcjonowania jest ustawa
z dnia 6 kwietnia 1984 r. o fundacjach (Dz. U. z 1991 r. Nr 46, poz. 203 z późn. zm.)
Dania jest przykładem państwa, w którym forma fundacji obywatelskiej jest używana do kreowania budżetu, podczas gdy zyski z produkcji energii ze źródeł odnawialnych
przeznaczane są na cele rozwoju lokalnego. Fundacja stanowi odrębną formę prawną, której
zyski przeznaczane są na potrzeby społeczności, w której dana fundacja działa. Istotne jest
jednak by statut fundacji odpowiadał potrzebom tejże społeczności bardziej, aniżeli interesom jej założycieli. Fundacja obywatelska może korzystać z ulg podatkowych. Mało tego,
może wypłacać część swoich zysków w postaci grantów gwarantowanych w statucie fundacji. Z powodu wymogu co najmniej 20% udziału lokalnej społeczności w projektach OZE, ta
forma własności występuje mieszanej z innymi modelami (Roberts, Bodman, Rybski 2015).
7. Podsumowanie
Podsumowując, należy stwierdzić, że przyszłość energetyki obywatelskiej jest ściśle
uzależniona od rozwiązań regulacyjnych związanych z systemem i mechanizmami wsparcia
dla inwestycji prosumenckich. Ustawowa definicja prosumenta obejmuje wyłącznie osoby
fizyczne nieprowadzące działalności gospodarczej. Bardzo wąskie określenie zakresu podProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
82
miotowego prosumentów może prowadzić w rezultacie to marnotrawienia nadwyżek energii
elektrycznej. Ponadto takie ograniczenie może skutkować zniechęceniem potencjalnych inwestorów. Dlatego propozycją de lege ferenda w zakresie przepisów odnoszących się do pozycji prosumenta jest zmiana jego definicji z pozycji podmiotowej na przedmiotową. Nie
powinna koncentrować się sensu stricto na osobie wytwórcy, za to ujmować prosumenta
jako wytwórcę energii w mikroinstalacji. Wówczas każdy podmiot jako wytwórca energii
elektrycznej w mikroinstalacji byłby zaliczany do grona prosumentów, niezależnie od swojej
formy prawnej. W moim przekonaniu z zakresu tejże definicji powinny zostać wyłączone
jedynie przedsiębiorstwa energetyczne. Głównym celem rynku energetycznego powinna
stać się orientacja na prosumenta, który przejmuje odpowiedzialność za całą swoją sytuację
energetyczną, obejmującą zaopatrzenie w energię elektryczną, niezależnie od tego w jakiej
formie prawnej funkcjonuje.
Bibliografia
Dolatowski M.: Definicja i prawa prosumenta, www.fotowoltaikainfo.pl.
Gorczyński G.: Spółka jawna jako podmiot prawa, Oficyna, Warszawa 2009.
Kidyba A.: Handlowe spółki osobowe, Oficyna, Warszawa 2010.
Krzyszkowska J.: Energetyka obywatelska. Przewodnik dla samorządów po inwestycjach
w energię odnawialną i efektywność energetyczną, CC Bankwatch Network,
Warszawa 2015.
Krukowska - Korombel J.: Przedsiębiorca energetyczny jako spółka dominująca w świetle
prawa spółek handlowych.
Rehm M., Karaczun Z. M.: Spółdzielnie energetyczne w Niemczech [w:] Karaczun Z.M
(red.), Energetyka obywatelska w Polsce i Niemczech. Własne źródła, najmniejsze koszty, Wydawnictwa SGGW, Warszawa 2014.
Roberts J., Bodman F., Rybski R.: Energetyka obywatelska. Modelowe rozwiązania prawne promujące obywatelską własność odnawialnych źródeł energii, ClientEarth,
Warszawa 2015.
www.funduszeeuropejskie.gov.pl
Akty prawne:
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, Dz. Urz. UE L 140
z 05.06.2009.
Ustawa z dnia 16 września 1982 r. - Prawo spółdzielcze, t.j. Dz. U. z 2013 r. poz. 1443
z późn. zm.
Ustawa z dnia 6 kwietnia 1984 r. o fundacjach, Dz. U. z 1991 r. Nr 46, poz. 203 z późn. zm.
Ustawa z dnia 15 września 2000 r. - Kodeks spółek handlowych, t.j. Dz. U. z 2013 r. poz.
1030 z późn. zm.
Ustawa z dnia 2 lipca 2004 r. o swobodzie działalności gospodarczej, Dz. U. z 2015 r. poz.
584 z późn. zm.
Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. – o odnawialnych źródłach energii, Dz. U. z 2015 r. poz. 478
z późn. zm.
83
Ograniczenie smogu klasycznego poprzez zastosowanie
płaskich kolektorów słonecznych
Piotr Olczak1, Małgorzata Olek2
1
2
Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika
Krakowska e-mail: [email protected]
Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika
Krakowska
Abstrakt: Problem niskiej emisji szkodliwych gazów związany jest z urządzeniami
grzewczymi na paliwa stałe małej mocy (do 50 kWt), które funkcjonują w domach jednorodzinnych lub w mniejszych budynkach wielorodzinnych (np. stare kamienice). Duże zagęszczenie źródeł tej emisji związane jest z pogorszeniem parametrów czystości powietrza oraz
wpływa na jakość i zdrowie mieszkańców. Jednym ze sposobów ograniczania niekorzystnego wpływu niskiej emisji może być zastosowanie odnawialnych źródeł energii. W pracy
przeanalizowano możliwość zmniejszenia emisji szkodliwych gazów poprzez ograniczenie
ilości spalanego paliwa kopalnego oraz biomasy. Zaproponowano rozbudowanie systemu
produkcji ciepła o kolektory słoneczne. Symulację przeprowadzono dla sezonu grzewczego
(listopad-marzec). Obliczenia wykonano dla lokalizacji Tarnów z uwzględnieniem średniego
roku meteorologicznego, przy założeniu, że 30% z 1 tys. mieszkańców zainstalowało płaskie
kolektory. Dla kolektorów zorientowanych na kierunku południowym pod kątem 60o o łącznej powierzchni 832 m2 uzyskano 15% redukcję emisji SO2, NOx i TSP.
Słowa kluczowe: płaskie kolektory słoneczne, niska emisja, smog klasyczny
Nomenklatura
Ak – powierzchnia kolektorów, m2
Ar – zawartość popiołu w paliwie, %
a1 – współczynnik liniowych strat ciepła, W/(m2·K)
a2 – współczynnik nieliniowych strat ciepła, W/(m2·K)
cw– ciepło właściwe wody, kJ/(kg·K)
Ei – emisja i-tego zanieczyszczenia
G (τ,β) – natężenie promieniowania słonecznego na absorber, W/m2
I – dostępne miesięczne nasłonecznienia na 1 m2 kolektora, kWh/m2
lm – liczba mieszkańców w miejscowości
mies. – nr miesiąca
Q5(β)– suma teoretycznych uzysków solarnych w okresie 5 miesięcy,
kWh/m2/5m-cy
84
Piotr Olczak, Małgorzata Olek
Q1(β) – teoretyczne uzyski solarne w okresie 1 miesiąca, kWh/m2/m-c
r – liczba dni w roku
Ri – redukcja emisji i-tego zanieczyszczenia, kg
rm – liczba miesięcy
Ta(τ) – temperatura otoczenia, K
Tk– średnia wartość temperatury między wlotem i wylotem kolektora, K
uj – udział j-tego paliwa,
um– udział mieszkańców posiadających kolektory
um-c– udział pokrycia zapotrzebowania na ciepło do podgrzania C.W.U.
przez układ solarny
VC.W.U. – objętość C.W.U. zużywana przez mieszkańca w ciągu doby,
dm3/mieszkańca/dobę
– wskaźnik emisji i-tego zanieczyszczenia dla j-tego paliwa , kg/j.pal
– wartość opałowa j- tego paliwa, MJ/kg lub MJ/m3
zj (β) – zaoszczędzone j-te paliwo w okresie grzewczym (5 miesięcy)
β – kąt nachylenia kolektora do płaszczyzny poziomej, o
Δt – różnica temperatury wody na wejściu i wyjściu z instalacji
podgrzewania C.W.U., K
Φ – zapotrzebowanie ciepła do podgrzania C.W.U. na mieszkańca
na miesiąc, kWh/m/m-c
η – sprawność kotła
ηC.W.U. – sprawność instalacji C.W.U.
ηk(τ,β) – sprawność kolektora
ηo – sprawność optyczna kolektora
ηk-z – sprawność transportu ciepła od kolektorów do zasobnika
ηs-z – sprawność transportu ciepła od źródła ciepła do zasobnika
ρw – gęstość wody, kg/dm3
τ – czas, h
indeksy
a – otoczenie
C.W.U. – ciepła woda użytkowa
i – zanieczyszczenie (SO2, NOx , TSP)
j – paliwo (węgiel, gaz, drewno)
k – kolektor
m – mieszkańcy
Ograniczenie smogu klasycznego poprzez zastosowanie płaskich kolektorów słonecznych
85
s – źródło
w – woda
z – zasobnik
1. Wprowadzenie
Jedną z przyczyn lokalnego zanieczyszczenia powietrza jest sektor komunalno-bytowy.
Głównym źródłem ciepła na obszarach o ograniczonym dostępie do sieci ciepłowniczych
czy gazociągów są kotły na paliwa stałe. W Polsce ok 3,3 mln gospodarstw posiada tego
typu urządzania (Trzopek 2016). Zasilane są one węglem kamiennym, a także drewnem oraz
odpadami komunalnymi. Emisja z tego typu palenisk nie jest, w przeciwieństwie do sektora energetyki zawodowej, limitowana w czasie rzeczywistym żadnymi przepisami prawa.
Jedynie nowe kotły wprowadzane do użytku powinny spełniać warunki wyszczególnione
w normie (PN-EN 303-5:2012), natomiast od roku 2022 wyszczególnione w ekoprojekcie
dla kotłów centralnego ogrzewania (C.O.) (L:2015:193:TOC).
Produktami szkodliwymi dla środowiska, a powstającymi podczas spalania paliw kopalnych są tlenki siarki, tlenki azotu oraz lotne pyły. Pyły oprócz obojętnej matrycy najczęściej
krzemianowej, zawierają metale ciężkie (tab. 1), węglowodory (WWA – tab. 2). Porównując
dane z roku 2009 (GUS 2011) i 2013 (GUS 2015) udział emisji SO2 i NOx oraz większości
metali ciężkich pochodzących ze spalania paliw w paleniskach indywidualnych w całkowitym bilansie emisji tych zanieczyszczeń wzrósł (rys. 1). W przypadku SO2 i pyłu wynosi
odpowiednio ponad 20% i 30% zajmując 2 i 1 miejsce wśród wszystkich źródeł emisji krajowych. Ze wzrostem emisji zanieczyszczeń wiąże się pogorszenie jakości życia. Według
danych Światowej Organizacji Zdrowia rocznie w Europie około 61 tys. przedwczesnych
zgonów ludzi związanych jest z emisją związaną z ogrzewaniem budynków jednorodzinnych
(WHO 2015).
Rys. 1. Udział emisji zanieczyszczeń pochodzących z produkcji energii w gospodarstwach domowych w całkowitym poziomie emisji zanieczyszczeń atmosferycznych
na terenie Polski (Źródło: opracowanie własne na podstawie GUS 2011, GUS 2015)
W zależności od wysokości emitora oraz warunków meteorologicznych zanieczyszczenia te mogą być przenoszone na duże odległości lub gromadzone lokalnie. Zjawisko niskiej
emisji nasila się w okresie zimowym (listopad-marzec), kiedy oprócz energii na podgrzewanie ciepłej wody użytkowej (C.W.U.), niezbędne jest dostarczenie energii do ogrzewania pomieszczeń (C.O.). Produkowana podczas spalania mieszanina kwaśnych aerozoli, toksycznych pyłów wprowadzana do atmosfery z emitorów zlokalizowanych na wysokości do 40
m w warunkach inwersji temperatury w okresie zimowym jest przyczyną tworzenia smogu
klasycznego.
86
Tab. 1 Wskaźniki emisji dla wybranych metali wprowadzanych do powietrza atmosferycznego
w procesie spalania paliw, mg/GJ (Nielsen, 2013)
Rodzaj paliwa
Paliwa stałe
kopalne
Drewno, odpady
drewniane, pelety
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Zn
Ni
Pb
0,9-6
0,3-3,6
5-18
12-36
1,8-9
120-300
5-24
60-200
0,05-12
0,5-88
1-100
4-89
0,2-1
80-1300
0,5-16
0,5-118
Tab. 2 Wskaźniki emisji dla wybranych węglowodorów w gazach spalinowych, mg/GJ
(Nielsen, 2013)
Rodzaj paliwa
Benzo(a)piren
Benzo(b)fluoranten
Benzo(k)fluoranten
Paliwa stałe kopalne
13-324
17-480
8-180
Drewno i odpady
drewniane, pelety
5-1210
8-1110
2-420
Biorąc pod uwagę warunki klimatyczne panujące w Polsce zastąpienie technik termochemicznego przetwarzania paliw stałych na energię cieplną w budynkach jednorodzinnych jest problematyczne. Najbardziej perspektywicznymi technologiami produkcji energii
do podgrzania C.W.U. z odnawialnych źródeł energii są pompy ciepła i układy solarne (MOS
2016).
Analiza danych o wielkości dostępnego natężenia promieniowania słonecznego w roku
referencyjnym (Minister Infrastruktury i Budownictwa 2016) wykazuje, że najwyższe uzyski
energetyczne można otrzymać dla kolektorów zorientowanych na południe. Ponadto największe uzyski w okresie letnim można uzyskać dla kolektorów nachylonych do podłoża
pod kątem 30° (S30), a dla okresu zimowego pod kątem 60° (S60). W celu zoptymalizowania
pracy pod względem uzysków energii przez cały rok systemy solarne najczęściej instaluje się
pod kątem 45° (S45).
W pracy przedstawiono wyniki symulacji efektywności ekologicznej układu solarnego,
składającego się z kolektorów zorientowanych na południe pod różnym kątem nachylenia
do poziomu. W symulacji rozważano tylko okres grzewczy (listopad - marzec), sprawdzając
jak zastąpienie paliw kopalnych przeznaczonych na podgrzewanie C.W.U. przez instalację
solarną może wpłynąć na obniżenie emisji tlenków siarki (SOx), tlenków azotu (NOx) oraz
pyłu (TSP) będących składnikami smogu klasycznego.
Symulację przeprowadzono dla hipotetycznej miejscowości położonej na terenie byłego
woj. tarnowskiego zamieszkałej przez 1 000 osób. Założono, że 30% mieszkańców rozbudowało system grzewczy domów o kolektory płaskie o sprawności optycznej (ηo) 0,823;
współczynnikach liniowych (a1) i nieliniowych (a2) strat ciepła odpowiednio 2,837 W/(m2·K)
oraz 0,0146 W/(m2·K2) (Skorut 2015).
Na podstawie danych z roku referencyjnego dla Tarnowa dotyczących godzinowego (τ)
natężenia promieniowania słonecznego (G) dla trzech rozważanych kątów nachylenia kolektora do poziomego podłoża (β) obliczono dostępne miesięczne nasłonecznienia (I) na 1 m2
kolektora (R 1). Otrzymane wyniki przedstawiono na rys. 2.
R1
87
Wartość średniego nasłonecznienia w skali miesiąca osiąga minimum w grudniu i wynosi
nie więcej niż 31 kWh/m2 dla kąta 30°. W grudniu w południe słoneczne słońce znajduje się
najniżej nad horyzontem w skali roku, z tej też przyczyny największe wartości nasłonecznienia (35,1 kWh/m2) osiągnięto dla kąta 60°. Związane jest to z kątem padania promieniowania
bezpośredniego na powierzchnię kolektora. Jednak ze względu na najdłuższą drogę przez
optyczną masę atmosfery jaką ma do pokonania promieniowanie w okresie tym dominuje
promieniowanie rozproszone. Dla tego rodzaju promieniowania kąt nachylenia kolektorów
nie ma tak istotnego wpływu na uzyski solarne jak dla promieniowania bezpośredniego.
Powoduje to zmniejszenie przewagi w dostępnym nasłonecznieniu dla kąta 60° nad pozostałymi.
Rys. 2. Miesięczne dostępne nasłonecznienie na m2 powierzchni kolektora ustawionego na kierunku południowym (S) nachylonego pod różnymi kątami β do poziomu (30°, 45°, 60°)
Największa procentowa różnica między dostępnym nasłonecznieniem dla kątów nachylenia kolektorów S30 i S60 występuje dla grudnia, a najmniejsza dla marca. W każdym
z analizowanych miesięcy największe nasłonecznienie jest dla kąta 60° (S60), z wyjątkiem
marca, dla którego minimalnie lepszy jest kąt 45° (S45).
Teoretyczne miesięczne uzyski solarne odniesione do 1 m2 absorbera Q1(β) zależne
są od sprawności kolektorów (η(τ,β)). Wyznaczono je wg zależności R 2.
R2
Teoretyczną sprawność kolektorów określono wg zależności (Rodríguez-Hidalgo i in.
2011):

R3
Zakładając, że średnia wartość temperatury czynnika solarnego pomiędzy wlotem i wylotem z kolektora (Tk) wynosi 313,15 K, sumę teoretycznych uzysków solarnych dla analizowanego okresu przedstawiono na rys. 3.
88
Rys. 3. Teoretyczne uzyski na m2 absorbera kolektora słonecznego
Miesięczne zapotrzebowanie na ciepło do przygotowania C.W.U. na 1 mieszkańca (Φ)
oszacowano z zależności (R 4). Parametry przyjęte do obliczenia Φ przedstawiono w tab. 3.

R4
Tab. 3 Parametry przyjęte do obliczania zapotrzebowania ciepła do przygotowania C.W.U
VC.W.U.
ρw
cw
Δt
R
ηC.W.U.
dm3/mieszkańca/dobę
kg/dm3
kJ/(kg∙K)
K
dni
w roku
-
40
1
4,18
40
365
0,667
Udział pokrycia zapotrzebowania na ciepło do podgrzania C.W.U. w skali miesiąca (um-c)
w zależności od miesiąca, kąta nachylenia (β) i powierzchni kolektora (Ak) oszacowano z zależności (R 5). Analizowano powierzchnie kolektora z zakresu od 0,5 do 2,5 m2/mieszkańca.
Zakres ten wybrano ze względu na możliwość pojawienia się komplikacji z magazynowaniem ciepła przy dużo wyższych powierzchniach dla wyznaczonego w równaniu (R 4) Φ.
Na podstawie danych producenta kolektorów słonecznych (Skorut 2015) przyjęto, że przelicznik powierzchni brutto na powierzchnię absorbera wynosi 0,9.
R5
W zależności od dostępnego natężenia promieniowania słonecznego zróżnicowanego
dla każdego miesiąca i powierzchni kolektorów pokrycie zapotrzebowania na podgrzanie
C.W.U. może wynosić od ok. 25% w grudniu do ponad 90 % w marcu (rys. 4).
89
Rys. 4 Pokrycia zapotrzebowania w funkcji kąta (β) oraz powierzchni kolektora (Ak) na mieszkańca dla grudnia (a) i marca (b)
Modyfikacja kąta nachylenia kolektora dla okresu zimowego (60° na kierunku południowym) umożliwia zmniejszenie wielkości instalacji o ok. 0,5 m2 na mieszkańca jeżeli wziąć
pod uwagę wartości dla grudnia. Z kolei w marcu wpływ kąta nachylenia kolektora jest
nieznaczny i tylko przy małych wartościach powierzchni kolektora na mieszkańca.
2. Obliczenia emisji i redukcji
Udziały podstawowych paliw (uj) stosowanych w gospodarstwach domowych w roku
2012, czyli węgla, gazu i drewna, wyznaczono na podstawie danych z GUS (GUS 2013).
Wynosiły one dla węgla kamiennego, gazu ziemnego i drewna odpowiednio: 49%, 28%,
23%. Charakterystykę analizowanych paliw oraz opowiadające im wskaźniki emisji dotyczące SO2, NOx i TSP przedstawiono w tab. 4 i 5. Przyjęte do obliczeń sprawności urządzeń
kotłowych przedstawiono w tab. 6.
Przyjmując wskaźniki emisji zanieczyszczeń i wartości opałowe paliw z tab. 4, sprawność kotłów (tab. 6), sprawność transportu ciepła od źródła ciepła do zasobnika równą 0,9,
potencjalną emisję zanieczyszczeń dla okresu 5 miesięcy oszacowano z zależności:
R6

Otrzymane wartości przedstawiono w tab. 7.
R7
Dla wyznaczonej z zależności R 7 ilości zaoszczędzonego paliwa, wielkość redukcji
emisji zanieczyszczeń oszacowano z zależności R 8, wskaźniki emisji dla poszczególnych
rodzajów paliw przyjęto na podstawie danych z tab. 5.

R8
Wyznaczone wielkości redukcji emisji SO2, NOx i TSP przedstawiono na rys. 5 - 7.
90
Maksymalną redukcję każdego z analizowanych zanieczyszczeń otrzymano dla maksymalnej rozważanej na mieszkańca powierzchni kolektora (2,5 m2) ustawionego na kierunku
południowym pod kątem 60° czyli łącznie dla miejscowości 832 m2. Jeżeli 30% mieszkańców
miejscowości zlokalizowanej w okolicach Tarnowa zainstalowałaby kolektory to sumaryczna redukcja emisji w okresie listopad-marzec wyniosłaby dla SO2, NOx i TSP odpowiednio:
70 kg, 21 kg i 120 kg, czyli po 70 g, 21g i 120 g na mieszkańca. Otrzymano by 15% redukcję
emisji każdego z analizowanych zanieczyszczeń.
Tab. 4 Charakterystyka paliw (Kruczek 2001; Saidur i in. 2011; Gazownia 2016)
Jedn.
Wartość
opałowa
Zawartość
siarki
Ozn.
MJ/
kg
Węgiel kamienny
typu orzech/kostka/
groszek
Gaz
wysokometanowy
typu E (GZ-50)
Drewno
Dane*
Dane **
Dane *
Dane **
25-31
28
15,6-19,5
17,5
MJ/
m3
%
0,39-1,0
0,7
0-0,05
Dane *
Dane **
35,8
35,8
13,02-40
26,5
0,02
S
mg/
m3
Zawartość
popiołu
%
Ar
4,16-21
12
0,4-2
1,1
-
Tab. 5 Wskaźniki emisji zanieczyszczeń,
; * - dane literaturowe, ** - dane przyjęte w analizie
(Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, 2015)
Paliwo
Jednostka
SO2
NOx
TSP
Węgiel kamienny
kg/kg pal.
1,6·10-2·S
2,00·10-3
1,5·10-3·Ar
Drewno
kg/kg pal.
1,1·10-4·S
1,00·10-3
1,5·10-3·Ar
Gaz ziemny
kg/m3pal.
0,2·10-5·S
1,52·10-3
0,5·10-6
91
Tab. 6 Sprawności urządzeń kotłowych, η (Mazurkiewicz 2016)
Sprawność
Rodzaj źródła
Rodzaj
paliwa
Kotły kondensacyjne
Gaz
0,85 - 0,99
Przepływowy podgrzewacz gazowy
Gaz
0,5 - 0,85
Kotły na paliwo stałe
Węgiel kam.
0,6 - 0,82
0,7
Kotły wrzutowe (do 100 kW; obsługa
ręczna)
Drewno
0,65 - 0,72
0,7
przyjęta
do obliczeń
wytwarzania ciepła
0,75
Tab. 7 Emisja zanieczyszczeń w miejscowości, gdy 0% mieszkańców ma kolektory słoneczne
Emisja i-tego zanieczyszczenia
Jedn.
ESO2
ENOx
Epył
Wartość
459
kg
140,5
793,8
3. Podsumowanie
W okresie grzewczym, w warunkach polskich, kolektory słoneczne znajdują zastosowanie praktycznie do produkcji energii na podgrzanie C.W.U. Ciepło przeznaczone na C.O. produkowane jest przeważnie z paliw konwencjonalnych, więc całkowite wyeliminowanie emisji
poprzez zastosowanie systemów solarnych jest trudne do osiągniecia. Wymagałoby ono zamiany sposobu ogrzewania na niskotemperaturowe ogrzewania podłogowe czy ścienne.
Rys. 5. Redukcja emisji SO2 gdy 30% mieszkańców ma kolektory słoneczne,
dotyczy okresu listopad – marzec.
92
W pracy analizowano okres grzewczy (listopad-marzec) o największym potencjale
emisyjnym i najbardziej niekorzystnych warunkach solarnych. Istotną redukcję emisji zanieczyszczeń takich jak SOx, NOx czy TSP związanych z produkcją ciepła z paliw konwencjonalnych można uzyskać stosując duże powierzchnie kolektorów. Dla maksymalnej analizowanej powierzchni 832m2 na miejscowość sumaryczna redukcja emisji w analizowanym
okresie może wynieść dla SO2, NOx i TSP odpowiednio: 70 g, 21g i 120 g na mieszkańca.
Rys. 6. Redukcja emisji NOx gdy 30% mieszkańców ma kolektory słoneczne,
Rys. 7. Redukcja emisji TSP gdy 30% mieszkańców ma kolektory słoneczne,
Przedstawionych zakresów pracy kolektorów nie można w sposób racjonalny zwiększać
w nieskończoność (pow. Ak), ponieważ wiąże się to m.in.: z koniecznością kilkudniowego zmagazynowania ciepła, zwłaszcza w okresie letnim. Poza tym kilka dni słonecznych
93
w miesiącach zimowych jest „losowe”. Istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia
np. kilku kolejnych dni słonecznych na początku grudnia, a potem 3 tygodnie „prawdziwej zimy” z zerowymi uzyskami, wtedy efektowność ekologiczna systemu solarnego jest
znikoma. Pomimo to podejmowanie inicjatyw zmierzających do ograniczenia emisji substancji stanowiących składniki smogu zimowego jest konieczne, szczególnie przy obserwowanym wzroście udziału gospodarstw domowych w ogólnym bilansie emisji zanieczyszczeń
w Polsce. W przypadku SO2 można się spodziewać dalszego wzrostu udziału tego sektora
w ogólnym bilansie zanieczyszczeń. Obecnie głównym emitentem SO2 jest sektor produkcji
i transformacji energii, jednak większość zakładów energetycznych jest w trakcie budowy
lub uruchamiania instalacji do redukcji emisji tego związku. Można, więc spodziewać się
podobnej zależności jak w przypadku pyłu, którego emisja jest ograniczana w istniejących
w każdej elektrociepłowni systemach wysokosprawnego odpylania. Wg danych GUS w roku
2013 emisja pyłu z sektora produkcji i transformacji energii i procesów spalania paliw w gospodarstwach domowych wynosiły odpowiednio 36 tys. Mg i 130 tys. Mg (GUS 2015) przy
zużyciu węgla kamiennego odpowiednio 40 679 tys. Mg i 10 770 tys. Mg (GUS 2014).
W pracy analizowano model, w którym 30% populacji zamieszkującej dany obszar
rozbudowało system ogrzewania o kolektory słoneczne. Zamiast zwiększać powierzchnię
kolektorów można zwiększyć udział mieszkańców posiadających kolektory. Takie działanie
wykazuje większą efektywność w ograniczaniu emisji, ze względu na występującą nieliniowość przy zwiększaniu powierzchni kolektorów na mieszkańca wykazaną na rys. 5-7.
Bibliografia
Buriak J.: Ocena warunków nasłonecznienia i projektowanie elektrowni słonecznych
z wykorzystaniem dedykowanego oprogramowania oraz baz danych. Zeszyty
Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2014,
s. 29-32.
GAZOWNIA SERWIS Sp. z o. o. Gazownia [http://www.gazyfikacja.com/articles/show_article/1]; dostęp: 04.02.2016 r.
GUS: Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2012r. Warszawa 2013. [http://
stat.gov.pl]; dostęp: 04.02.2016 r.
GUS Departament Badań Regionalnych i Środowiska: Ochrona Środowiska 2011. Warszawa
2011. [http://stat.gov.pl]; dostęp: 04.02.2016 r.
GUS Departament Badań Regionalnych i Środowiska: Ochrona Środowiska 2015. Warszawa
2015. [http://stat.gov.pl]; dostęp: 04.02.2016 r.
GUS Departament Produkcji: Zużycie paliw i nośników energii w 2013 r. Warszawa 2014.
[http://stat.gov.pl]; dostęp: 04.02.2016 r.
Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami: Wskaźniki emisji zanieczyszczeń
ze spalania paliw kotły o nominalnej mocy do 5 MW. Warszawa, 2015
Kruczek S.: Kotły. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2001.
Mazurkiewicz J.: Przygotowanie ciepłej wody użytkowej [www.up.poznan.pl/kiwis/dydaktyka/cwu2.pps]; dostęp 04.02.2016 r.
Minister Infrastruktury i Budownictwa: Wskaźniki emisji i wartości opałowe paliwa oraz
typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne do obliczeń
energetycznych budynków [http://mib.gov.pl/2-567022e59f3f6.htm#]; dostęp
04.03.2016 r.
Ministerstwo Ochrony Środowiska: Odnawialne źródła energii w domu jednorodzinnym
[http://oszczedzam-energie.mos.gov.pl/odnawialne-zrodla-energii-w-domujednorodzinnym/]; dostęp 20.03.2016r.
94
Nielsen O.K., Plejdrup M.S., Nielsen M., Kubica K., Paradiz B., Dilara P., Klimont Z., Kakareka S., Debsk B., Woodfield M., Stewart R.: EMEP/EEA emission inventory
guidebook, cz. Small combustion, 2013, [http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2013]; dostęp: 01.02.2016 r.
PN-EN 303-5:2012. Kotły grzewcze - Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kW. 2012.
Rodríguez-Hidalgo M. C., Rodríguez-Aumente P.A., Lecuona A., Gutiérrez-Urueta G.L.,
Ventas R.: Flat plate thermal solar collector efficiency: Transient behavior under working conditions part II: Model application and design contributions.
Applied Thermal Engineering 31 (14-15), 2011, s. 2385–2393.
Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1185 z dnia 24 kwietnia 2015 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu
do wymogów dotyczących ekoprojektu dla miejscowych ogrzewaczy pomieszczeń na paliwo stałe. L:2015:193:TOC.
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej. Dz.U. 2015 poz. 376.
Saidur R., Abdelaziz E.A., Demirbas A., Hossain M.S., Mekhilef S.: A review on biomass
as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (5), 2011,
s. 2262-2289.
Skorut. Kolektory słoneczne. 2015. [http://www.skorut-solar.pl/oferta/kolektory-soneczne];
dostęp: 01.02.2016 r.
Trzopek K.: Platforma Producentów Urządzeń Grzewczych Na Paliwa Stałe (PPUGPS).
Rynek
urządzeń
grzewczych,
[http://powietrze.malopolska.pl/wp/wpcontent/uploads/2013/07/PPUGPS_29-maja_Krak%C3%B3w.pdf];
dostęp 04.02.2016 r.
WHO: Residential heating with wood and coal: health impacts and policy options in Europe
and North America. 2015. [http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/
0009/271836/ResidentialHeatingWoodCoalHealthImpacts.pdf?ua=1]; dostęp:
21.03.2016 r.
Małgorzata OLEK – dr inż., w roku 2002 ukończyła studia na Wydziale Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Jest adiunktem w Instytucie Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza
Politechniki Krakowskiej. Specjalność – utylizacja odpadów.
Piotr OLCZAK – mgr inż., absolwent Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Krakowskiej i Wydziału Zarządzania Uniwersytetu Ekonomicznego
w Krakowie. Doktorant w Instytucie Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza
Politechniki Krakowskiej. Specjalność – odnawialne źródła energii. Członek
Studenckiego Koła Naukowego Gospodarki Odpadami Politechniki Krakowskiej.
95
Kamila Habiera1, Arkadiusz Dyjakon2, Anna Lipowska1,
Alicja Motylska1
SKN BioEnergia, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, ul. C. K. Norwida 25, 50-375 Wrocław, [email protected]
2 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Inżynierii Rolniczej, Zakład Niskoemisyjnych
Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. Chełmońskiego 37a, 51-630 Wrocław, [email protected]
1
Abstrakt: Na pracę panelu fotowoltaicznego ma wpływ wiele czynników, takich jak:
natężenie i kąt padania promieniowania słonecznego, zacienienie oraz temperatura jego powierzchni. Najwięcej energii elektrycznej z panelu fotowoltaicznego można uzyskać latem,
co wynika z długości dnia, liczby godzin słonecznych oraz ilości energii słonecznej docierającej do jego powierzchni. Niestety, ubocznym efektem promieniowania słonecznego jest
nagrzewanie się panelu fotowoltaicznego do zbyt wysokich temperatur, co skutkuje obniżeniem jego mocy, a tym samym wydajności i sprawności. Celem artykułu było zbadanie
wpływu prędkości wiatru na pracę panelu PV. Badania przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym przy natężeniu promieniowania świetlnego wynoszącym 1000 W∙m-2. Wykazano,
że dzięki przepływowi powietrza temperatura powierzchni panelu obniża się, co powoduje
wzrost napięcia, a tym samym zwiększenie jego mocy elektrycznej. Dla prędkości przepływu powietrza wynoszącej 4,4 m∙s-1 uzyskano spadek temperatury powierzchni panelu PV
o 28 oC powodując wzrost napięcia o ΔU=1,8 V, co stanowi zmianę wartości o ponad 10%
w odniesieniu do bezwietrznych warunków odniesienia. W efekcie, moc panelu wzrosła o 3
W zwiększając tym samym wydajność o 14,35%.
Słowa kluczowe: energia odnawialna, panel fotowoltaiczny, wiatr, moc
1. Wstęp
Potrzeby energetyczne XXI wieku nie mogą być pokryte wyłącznie przez konwencjonalne źródła energii z uwagi na ich ograniczone zasoby oraz wysoką emisyjność wpływającą
niekorzystnie na środowisko naturalne. W efekcie rozwija się intensywnie nowe technologie niskoemisyjne, w tym także oparte na odnawialnych źródłach energii (Mokrzycki i in.
2008). Największym odnawialnym źródłem energii znajdującym się w obrębie Ziemi jest
Słońce. Energia promieniowania słonecznego docierająca do powierzchni Ziemi jest na tyle
duża by zaspokoić światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną obecnie i w najbliższej
przyszłości. Ponadto, jest w zasadzie powszechnie dostępna i darmowa. Niestety, pewną niedogodnością energii słonecznej jest jej zmienność (moc i natężenie) oraz nierównomierność
rozkładu (ryc. 1). Wpływ na to ma cykliczność występowania promieniowania słonecznego
w poszczególnych rejonach Ziemi (dostępnego od kilku do kilkunastu godzin) oraz uwarunkowania pogodowe (Góralczyk, Tytko 2015).
96
Kamila Habiera, Arkadiusz Dyjakon, Anna Lipowska, Alicja Motylska
Ryc. 1. Potencjał promieniowania słonecznego na Ziemi
Najbardziej rozpowszechnionymi kierunkami zastosowania energii słonecznej jest
podgrzewanie wody użytkowej, ogrzewanie budynków oraz produkcja energii elektrycznej (Jastrzębska 2014, Walończyk 2011). Do zamiany energii promieniowania słonecznego
w energię elektryczną wykorzystuje się panele fotowoltaiczne, w których zachodzi konwersja fotowoltaiczna. Jest to przemiana energii fotonów w energię elektryczną. Ogniwo fotowoltaiczne to krzemowa płytka półprzewodnikowa, wewnątrz której istnieje bariera potencjału (pole elektryczne), w postaci złącza p-n (positive – negative). Padające na fotoogniwo
fotony zawarte w promieniowaniu słonecznym wybijają elektrony z ich miejsc w strukturze
półprzewodnika, tworząc pary nośników o przeciwnych ładunkach (elektrony z ładunkiem
ujemnym i tzw. dziury z ładunkiem dodatnim). Ładunki te zostają następnie rozdzielone
przez istniejące na złączu p-n pole elektryczne, co sprawia, że w ogniwie pojawia się napięcie. Ogniwa fotowoltaiczne zaliczają się do ekologicznie czystych źródeł energii elektrycznej. Dodatkowo cechuje je duża odporność na warunki atmosferyczne, bezawaryjna i cicha
praca oraz dostatecznie duża trwałość (Romański 2013).
Efektywne wykorzystywanie energii słonecznej przez panele fotowoltaiczne sprawia
pewne problemy techniczne. Słońce zmienia swoją wysokość nad horyzontem w zależności
od pory dnia, jak i roku. Aby panele fotowoltaiczne mogły wytwarzać energię elektryczną
w sposób wydajny, promieniowanie słoneczne powinno padać prostopadle do powierzchni panelu. Także warunki pogodowe mają znaczenie w konwersji energii. Występowanie
chociażby zamglenia również ogranicza konwersję fotowoltaiczną, gdyż część energii jest
pochłaniana przez parę wodną (Sobierajski i in. 2009). Innym czynnikiem wpływającym
na efektywność paneli fotowoltaicznych jest temperatura jego pracy.
W Polskich warunkach, panele fotowoltaiczne pracują w zakresie temperatur od około
-25 °C do +70 °C. Konsekwencją wzrostu temperatury powierzchni roboczej jest spadek
napięcia spowodowany zmniejszoną ruchliwością elektronów, wybijanych przez fotony,
w sieci krystalicznej ogniwa. Ogólnie wpływa to na pogorszenie parametrów panelu PV
(spadek mocy i sprawności) (Wacławek, Rodziewicz 2014), co przedstawiono schematycznie na rysunku 2. Z kolei ze spadkiem temperatury punkt maksymalnej mocy wyjściowej
(MPPT) przesuwa się w stronę wyższych napięć (Klugmann-Radziemska 2010). Zatem, obniżenie temperatury pracy panelu PV jest korzystne pod względem jego wydajności i sprawności. Naturalnymi zjawiskami skutkującymi obniżeniem temperatury powierzchni paneli
97
fotowoltaicznych jest zachmurzenie oraz opad deszczu. Niestety, występowanie tych zjawisk
w większości przypadków związane jest jednocześnie z obniżeniem natężenia promieniowania słonecznego. Bilans energetyczny jest w efekcie niekorzystny. Innym czynnikiem wpływającym na temperaturę panelu PV jest przepływ powietrza (wiatr).
a)
b)
Ryc. 2. Wpływ temperatury na pracę panelu PV:
a) charakterystyka prądowo-napięciowa, b) moc w funkcji napięcia z uwzględnieniem maksymalnych punktów mocy (MPPT)
Żródło: www.freelight.eu
Celem pracy było zbadanie wpływu prędkości przepływu powietrza na temperaturę panelu fotowoltaicznego oraz jego moc.
2. Stanowisko badawcze
Głównymi elementami stanowiska badawczego (ryc. 3 są cztery halogeny, emitujące
natężenie promieniowania świetlnego padające prostopadle na panel fotowoltaiczny Celline
CL040-12 o wymiarach 0,6 m x 0,4 m, którego ogniwa wykonane są z krzemu polikrystalicznego. Moc znamionowa panelu PV, dla warunków standardowych (STC), wynosi Pmax=40
W, wartość prądu znamionowego Impp=2,33 A, napięcia znamionowego Umpp=17,2 V, prądu
zwarcia Isc=2,65 A, napięcia obwodu otwartego Uoc=21,6 V.
Źródłem strugi powietrza (wiatru) był wiatrak pokojowy o regulowanej prędkości
obrotowej. Do obciążenia panelu służyła opornica dekadowa. Do pomiaru wielkości elektrycznych wykorzystano uniwersalne mierniki cyfrowe. Temperatura panelu mierzona była
za pomocą czujnika rezystancyjnego PT100 przymocowanego do tylnej ścianki panelu PV.
Natężenie promieniowania słonecznego mierzono za pomocą odpowiedniego czujnika firmy
Viessmann.
98
Ryc. 3. Elementy stanowiska badawczego:
1 – panel fotowoltaiczny Celline CL040-12, 2 – źródło światła, 3 – opornica dekadowa,
4 – woltomierz, 5 – miernik temperatury i natężenia promieniowania słonecznego,
6 – wentylator pokojowy
3. Metodyka badawcza
Dla ustalonego natężenia promieniowania świetlnego (Ip=1000 W∙m-2) i przy wyłączonym wentylatorze (prędkość wiatru V1=0 m∙s-1), po nagrzaniu się panelu PV, mierzono
zmianę generowanego napięcia w funkcji obciążenia panelu fotowoltaicznego. Obciążenie
panelu zmieniane było w zakresie od 1 Ω do 5 kΩ. Następnie włączono wentylator pokojowy
i dla ustalonej prędkości przepływu powietrza (V2=3,0 m∙s-1) dokonywano pomiarów zmiany temperatury powierzchni panelu PV w funkcji czasu oraz generowanego napięcia (dla
stałego obciążenia wynoszącego R=40 Ω). Po ponownym ustabilizowaniu się temperatury
powierzchni panelu PV, powtórzono pomiary wielkości elektrycznych w funkcji obciążenia.
Podobnie wykonano badania dla prędkości przepływu powietrza V3=3,6 m∙s-1 oraz V4=4,4
m∙s-1. Dla każdej prędkości powietrza przeprowadzono trzy serie pomiarowe
Na podstawie dokonanych pomiarów obliczono następujące wielkości oraz parametry
charakteryzujące panel fotowoltaiczny:
- moc promieniowania słonecznego Np:
Np = Ip ⋅ A
gdzie:
Np – moc promieniowania słonecznego, W,
Ip – natężenie promieniowania słonecznego, W∙m-2,
A – powierzchnia panelu PV, m2.
(1)
99
- moc panelu fotowoltaicznego NPV:
NPV= UPV · IPV

(2)
gdzie:
UPV – napięcie na zaciskach panelu, V,
IPV – natężenie prądu obwodu, A.
4. Dyskusja wyników
Na rysunku 4 przedstawiono zależność zmiany temperatury i generowanego napięcia
na zaciskach panelu fotowoltaicznego w funkcji czasu pod wpływem oddziaływania promieniowania świetlnego o natężeniu 1000 W.m-2. Zaobserwowano spadek napięcia elektrycznego na zaciskach od wartości U1=20 V do wartości U2=17,2 V (ΔU=2,8 V), przy wzroście
temperatury powierzchni panelu fotowoltaicznego od 24,4 oC do 86,8 oC. Zatem, wzrost
temperatury o wartość ΔT=62,4 °C spowodował obniżenie napięcia o 14%. W ogniwach
fotowoltaicznych prąd powstaje poprzez przepływ elektronów wybitych ze struktury krystalicznej krzemu przez padające fotony. Rosnąca temperatura stopniowo ogranicza ruchliwość
tych elektronów, co bezpośrednio przyczynia się do spadku napięcia na zaciskach panelu
fotowoltaicznego.
W celu sprawdzenia wpływu prędkości wiatru na generowane parametry elektryczne
panelu PV sporządzono jego charakterystykę prądowo-napięciową (ryc. 5). Z rysunku 5 zauważyć można, że przepływające powietrze spowodowało wyraźny wzrost napięcia obwodu
otwartego (od wartości Uoc=17,8 V do Uoc=19,4 dla prędkości wiatru V2=3,0 m∙s-1), a tym
samym zwiększenie mocy panelu fotowoltaicznego.
Dla największej badanej prędkości wiatru V4=4,4 m·s-1 przyrost napięcia wyniósł
ΔU=1,8 V, czyli napięcie zwiększyło się o 10,52% w stosunku do wartości wyjściowej napięcia obwodu otwartego. Można jednak zaobserwować, że wpływ prędkości wiatru na parametry pracy panelu fotowoltaicznego nie jest liniowy. Wzrost prędkości wiatru z V2=3,0
m·s-1 do prędkości V4=4,4 m·s-1, czyli o prawie 50%, nie spowodował już znaczącej zmiany
generowanego napięcia.
Wydaje się zatem, że najważniejsze jest początkowe obniżenie temperatury pracy panelu PV, a to może być już uzyskane przy niewielkich prędkościach przepływu powietrza
(wiatru). Można więc stwierdzić, że bardzo niekorzystnymi warunkami dla pracy panelu
fotowoltaicznego są wysokie temperatury i bezwietrzne warunki otoczenia.
Przeprowadzono także obliczenia mocy panelu PV w funkcji jego obciążenia (ryc. 6).
Wraz ze zwiększaniem obciążenia, moc panelu PV rosła osiągając pewne maksimum, a następnie malała. Maksymalne moce uzyskano dla obciążenia w zakresie R=13-15 Ω, co należy tłumaczyć zrównaniem się rezystancji wewnętrznej panelu fotowoltaicznego z wartością
obciążenia układu.
100
Ryc. 4. Wpływ zmiany temperatury na generowane napięcie w panelu fotowoltaicznym
Należy podkreślić, że także moc panelu PV pod wpływem oddziaływania wiatru zwiększyła się. Przy prędkości wiatru wynoszącej V4=4,4 m·s-1 moc panelu fotowoltaicznego wzrosła o około 3 W, w stosunku do mocy panelu w warunkach bezwietrznych. W przeliczeniu
na procenty, moc panelu PV zwiększyła się o 14,35%. Taki przyrost mocy należy uznać już
za znaczący w kontekście możliwości wytwarzania energii elektrycznej.
5. Podsumowanie
Wykorzystanie promieniowania słonecznego do produkcji energii elektrycznej należy
do intensywnie rozwijanych technologii energetycznych, co wynika z ograniczonego oddziaływania na środowisko naturalne, możliwości uzyskania niezależności energetycznej oraz
trendu spadkowego cen instalacji fotowoltaicznych.
Instalacja fotowoltaiczna charakteryzuje się jednak zmienną wydajnością, co utrudnia
prognozowanie produkcji energii elektrycznej. Na wydajność paneli fotowoltaicznych wpływa wiele czynników zarówno fizycznych, jak i technicznych.
Jednym z czynników fizycznych jest prędkość wiatru w okolicy zainstalowanego panelu
fotowoltaicznego. W pracy wykazano, że przepływ powietrza (wiatr) pozytywnie wpływa
na parametry pracy panelu PV, ponieważ powoduje obniżenie temperatury jego powierzchni,
a tym samym zwiększenie generowanego napięcia. Dla prędkości wiatru 4,4 m∙s-1 uzyskano
wzrost napięcia o ponad 10% (ΔU=1,8 V), co przełożyło się także na wzrost mocy panelu
o około 14% (ΔP=3,0 W), w porównaniu do parametrów pracy panelu w warunkach bezwietrznych.
Biorąc pod uwagę uzyskane rezultaty można wnioskować, że dobrymi lokalizacjami
dla montażu instalacji fotowoltaicznych są miejsca z jednej strony dobrze nasłonecznione,
ale jednoczenie charakteryzujące się odpowiednią wietrznością, aby wspomagać naturalne
chłodzenie paneli fotowoltaicznych.
101
Ryc. 5. Charakterystyka prądowo-napięciowa panelu fotowoltaicznego
Ryc. 6. Wykres zależności mocy w funkcji obciążenia panelu PV
102
Bibliografia
Góralczyk I., Tytko R.: Fotowoltaika: urządzenia, instalacje fotowoltaiczne i elektryczne,
Wydawnictwo i Drukarnia Towarzystwa Słowaków w Polsce, Kraków 2015.
Jastrzębska G.: Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie, WKiŁ,
Warszawa 2014.
Klugmann-Radziemska E.: Fotowoltaika w teorii i praktyce, BTC, Legionowo 2010.
Mokrzycki E. Ney R., Siemek J.: Światowe zasoby surowców energetycznych – wnioski dla
Polski, Rynek Energii, 2008, Nr 6, s. 2-13.
Romański L., Odnawialne źródła energii, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu: Oficyna
Wydawnicza ATUT - Wrocławskie Wydawnictwo Oświatowe, Wrocław 2013.
Sobierajski J., Starzomska M., Piotrowski J.: Odnawialne źródła energii: wiadomości ogólne, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2009.
Wacławek M., Rodziewicz T.: Ogniwa słoneczne: wpływ środowiska naturalnego na ich pracę, WNT, Warszawa 2015.
Walończyk F.: Jak wykorzystać darowaną energię. O kolektorach słonecznych i ogniwach
fotowoltaicznych, KaBe, Krosno 2011. www.dlr.de/tt/desktopdefault.aspx/tabid-2885/4422_read-16596/ (dostęp: 17.03.2016).
www.freelight.eu/wikisolar/akademia-sloneczna/dlaczego-mppt-jest-taki-wazny/
(dostęp: 12.03.2016).
Arkadiusz Dyjakon – dr inż., w roku 1999 ukończył studia na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym Politechniki Wrocławskiej. Obecnie jest adiunktem
na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu w Zakładzie Niskoemisyjnych
Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami. Opiekun Studenckiego Koła Naukowego SKN BioEnergia na Wydziale Przyrodniczo-Technologicznym.
Kamila Habiera – studentka 2-ego roku studiów inżynierskich na Wydziale
Przyrodniczo-Technologicznym Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
na kierunku Odnawialne Źródła Energii i Gospodarka Odpadami. Członek
Studenckiego Koła Naukowego SKN BioEnergia na Wydziale PrzyrodniczoTechnologicznym.
103
Możliwości wykorzystania paneli fotowoltaicznych
w kamperze
Klaudia Rudzka1, Arkadiusz Dyjakon2, Aleksandra Wachowiak1
1
2
SKN BioEnergia, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, ul. C. K. Norwida 25, 50-357 Wrocław, Polska, [email protected]
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Inżynierii Rolniczej, Zakład Niskoemisyjnych
Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. Chełmońskiego 37a, 51-630 Wrocław, Polska, [email protected]
Abstrakt: Uzyskanie autonomii energetycznej odgrywa dużą rolę, szczególnie w miejscach odległych od sieci elektroenergetycznej czy instalacjach mobilnych. Jednym z przykładów jest kamper turystyczny, na którego wyposażeniu jest coraz więcej urządzeń wymagających zasilania energią elektryczną. Celem pracy jest analiza techniczno-ekonomiczna
możliwości zastosowania instalacji fotowoltaicznej w kamperze, co pozwoli na zwiększenie
jego funkcjonalności przy jednoczesnym ograniczeniu emisji dwutlenku węgla do atmosfery
i zużycia paliw kopalnych. W oparciu o zapotrzebowanie energetyczne przez urządzenia
elektryczne zainstalowane w kamperze określono moc projektową instalacji PV oraz dobrano odpowiednie podzespoły wraz z układem magazynowania energii. Określono koszty
instalacji oraz wyznaczono prosty okres zwrotu nakładów inwestycyjnych (SPBT). Dla założonych kosztów unikniętych oraz okresu wykorzystania kampera wskaźnik SPBT wyniósł
około 7 lat.
Słowa kluczowe: panele PV, kamper, energia odnawialna, analiza ekonomiczna
1. Wstęp
Instalacje fotowoltaiczne zyskują coraz więcej zwolenników wśród posiadaczy pojazdów turystycznych. Wynika to głównie z chęci uzyskania autonomii energetycznej (Boxwell
2015) oraz zwiększenia bezpieczeństwa dostaw energii. Pojazdy turystyczne (przyczepy kampingowe, kampery) są wyposażone w akumulator pokładowy, który aby zaspokoić potrzeby
użytkowników wymaga codziennego ładowania. Obliguje to do uruchamiania lub przemieszczania pojazdu (ładowanie akumulatorów podczas jazdy), podłączenia do zewnętrznej
sieci energetycznej lub zakupu dodatkowego generatora spalinowego charakteryzującego się
często uciążliwą i głośną pracą. Wykorzystywanie do tego celu spalinowych generatorów
prądu czy warunkowo dostępnej sieci elektrycznej jest często niewygodne, a przede wszystkim szkodliwe dla środowiska z uwagi na zużycie paliw kopalnych i emisję zanieczyszczeń
do atmosfery (Kordylewski i in. 2005). Stąd obserwuje się wzrost zainteresowania instalacjami fotowoltaicznymi (ryc. 1) w pojazdach turystycznych, której zadaniem jest konwersja
promieniowania słonecznego na energię elektryczną.
104
Klaudia Rudzka, Arkadiusz Dyjakon, Aleksandra Wachowiak
Ryc. 1. Schemat ideowy instalacji fotowoltaicznej
Dzięki takiej inwestycji, kamper staje się samowystarczalnym energetycznie domem letniskowym, co znacząco poprawia nie tylko jego walory i możliwości turystyczne, ale także
komfort użytkowania. Dodatkowo, ogranicza w ten sposób emisję dwutlenku węgla i innych
produktów spalania oraz zużycie paliw kopalnych.
Na rynku istnieją gotowe zestawy dedykowane dla kamperów lub przyczep kempingowych w zakresie mocy od 50 W do 200 W (www1). Względnie niewielka moc ogniw
takich zestawów pozwala na zasilenie kilku żarówek, radia oraz pompy (w zależności od
rodzaju żarówek oraz intensywności eksploatacji urządzeń). Zestaw taki zabezpiecza także
czasowo akumulator przed głębokim rozładowaniem wydłużając jego żywotność, ale tylko
w ograniczonym zakresie i nadal nie rozwiązuje problemu zapewnienia energii elektrycznej
w dłuższym okresie czasu. W efekcie, ilość zgromadzonej energii akumulatorze jest niewystarczająca dla użytkowników i pomimo poniesionych nakładów inwestycyjnych nadal uniemożliwia wyjazd kamperem w odległe miejsca pozbawione dostępu do energii elektrycznej.
Zakup gotowego zestawu może wydać się atrakcyjnym finansowo oraz wykonawczo rozwiązaniem, lecz z reguły nie spełnia indywidualnych potrzeb klienta i nie jest dopasowany
do mocy zainstalowanego sprzętu. Dobranie odpowiednich parametrów instalacji fotowoltaicznej do zapotrzebowania umożliwi właściwe wykorzystanie istniejącego potencjału, a także sposób jego montażu czy lokalizacji (ryc. 2).
Aby zapewnić najwyższą skuteczność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną, należy doprowadzić do sytuacji, w której na moduł fotowoltaiczny pada maksymalna ilość
promieniowania. Zachodzi to wówczas, gdy promienie padają prostopadle na powierzchnię
ogniwa (Sarniak 2008). Ze względu na zmianę kąta promieniowania, w zależności od pory
dnia i pory roku (Messenger, Ventre 2010), należy tak dobrać instalację, aby zrównoważyć
straty wynikające z braku optymalnego ułożenia paneli PV. W przypadku kamperów, jachtów lub przyczep kampingowych montaż instalacji odbywa się najczęściej płasko na dachu.
Kąt pochylenia wynosi wówczas 0o, a największą skuteczność osiągnie w południe. Należy
dodać, że sprawność konwersji oraz ilość produkowanej energii będą rosły w przypadku
podróżowania w kierunku południowym.
Z uwagi na mobilność kampera, nie wszystkie panele PV nadają się do montażu i pracy
w warunkach, w których mogą występować drgania, wibracje czy dodatkowe naprężenia wynikające z ruchu pojazdu. Konieczne jest zatem sprawdzenie warunków technicznych eksploatacji paneli fotowoltaicznych celem uniknięcia problemów i nieprzewidzianych kosztów
związanych z usunięciem awarii.
105
a) instalacja płasko na dachu
b) instalacja wolnostojąca
Ryc. 2. Sposoby lokalizacji i montażu paneli fotowoltaicznych w kamperze
Niezbędnym elementem instalacji jest regulator ładowania. W systemie autonomicznym
(niepodłączonym do sieci) zapewnia poprawną charakterystykę ładowania akumulatorów
oraz nie dopuszcza do nadmiernego rozładowania akumulatora. Konieczne jest odpowiednie
dobranie urządzenia tak, aby w połączeniu z akumulatorem ładowanie odbywało się w produktywny sposób. Z uwagi na specyfikę instalacji akumulatory powinny charakteryzować
się przede wszystkim dużą żywotnością, odpornością na wstrząsy, zdolnością do cyklicznej
pracy w szerokim zakresie temperatur oraz wysoką sprawnością ładowania. Dobrymi magazynami energii w instalacjach autonomicznych o niestabilnej sieci zasilającej są akumulatory
żelowe.
Aby system działał funkcjonalnie, kamper powinien mieć rozprowadzoną instalację prądu stałego o napięciu 12 V oraz przemiennego o napięciu 230 V. Uzyskuje się to poprzez zastosowanie stacjonarnego wielofunkcyjnego inwertera czy dołączenie przenośnej przetwornicy napięcia. Dwie instalacje podwyższają komfort użytkowania pojazdu oraz pozwalają
na brak ograniczeń w doborze wyposażenia.
Celem pracy jest analiza techniczno-ekonomiczna możliwości zastosowania instalacji
fotowoltaicznej w kamperze, co pozwoli na zwiększenie jego funkcjonalności przy jednoczesnym ograniczeniu emisji dwutlenku węgla do atmosfery i zużycia paliw kopalnych.
2. Metodyka i procedura
2.1. Założenia projektowe
W związku z przeznaczeniem projektowanej instalacji fotowoltaicznej do zaspokojenia
potrzeb energetycznych w kamperze przyjęto następujące założenia projektowe:
− niezbędne wymiary kampera przyjęto na podstawie danych dla Fiata Ducato Sharky
500D (ryc. 3),
106
Ryc. 3. Zdjęcie Fiat Ducato Sharky 500D
−liczba użytkowników: 4 osoby,
− instalacja zamontowana jest płasko na dachu, co eliminuje potrzebę specjalnego parkowania pojazdu i pozwala na stały montaż,
− instalacja wyposażona w układ magazynowania wyprodukowanej energii elektrycznej w akumulatorach,
−instalacja elektryczna wyposażona w sieć prądu stałego o napięciu 12 V oraz prądu
przemiennego o napięciu 230 V,
− obliczenia wykonane w oparciu o średnią liczbę godzin słonecznych dla Polski znormalizowanych do warunków standardowych,
− rezerwa energii elektrycznej zmagazynowana w akumulatorach: 2,5 doby.
2.2. Obliczenia projektowe instalacji PV dla kampera
Podstawową wielkością niezbędną do zaprojektowania instalacji PV jest dobowe zapotrzebowanie na energię elektryczną, którą określa się w oparciu o dane zamontowanych
urządzeń elektrycznych oraz szacowany ich czas pracy (Tabela 1).
Tabela 1. Dzienne zapotrzebowanie na energię elektryczną
Moc
Czas pracy
Ilość
Dzienne zapotrzebowanie
na energię elektryczną
W
h.doba-1
szt.
Wh.doba-1
Żarówka LED
2,5
5
10
125
Telewizor
20
3
1
60
Radio samochodowe
20
5
1
100
Urządzenie
107
Ładowarki urządzeń
elektrycznych
5
Czajnik elektryczny
Lodówka
4
3
60
380
1
1
380
65
24
1
1560
Pompka wody
20
1
1
20
Komputer
120
3
1
360
Inne urządzenia
200
1
2
400
razem
3065
Sumaryczne zapotrzebowanie na energię elektryczną Eid (tabela 1) obliczono według
wzoru:
Eid = ∑ ni ⋅ N i ⋅ t i
(1)
gdzie:
n – ilość urządzeń jednego rodzaju, szt.,
N – moc urządzenia, W,
t – czas pracy urządzenia, h.doba-1.
W
ymaganą moc nominalną modułów wyznaczono ze wzoru uwzględniającego średnią
ilość godzin słonecznych oraz współczynniki poprawkowe wpływające na jego eksploatację:
N PV =
Eid
Z 1 ⋅ Z 2 ⋅ Z 3 ⋅ V1 ⋅ V2 ⋅ V3 ⋅
(2)
gdzie:
NPV – projektowana moc nominalna modułów, W,
Z1 – średnia dzienna ilość godzin słonecznych w warunkach STC zależna od położe
nia geograficznego i miesiąca roku (Tabela 2), h.doba-1,
Z2 – współczynnik związany z odchyleniem od płaszczyzny poziomej (ryc. 4),
Z3 – współczynnik związany z temperaturą modułu (Tabela 3),
V1 – współczynnik uwzględniający spadki napięcia w przewodach i straty związane z użyciem akumulatora,
V2 – sprawność przemian energii elektrycznej w energię chemiczną i z powrotem w elektryczną, które zachodzą w akumulatorach,
V3 – straty związane z wahaniami napięcia generowanego podczas zmiennego nasłonecznienia i przy różnej temperaturze modułu.
Tabela 2. Współczynnik Z1 określający średnią liczbę godzin słonecznych w odniesieniu do położenia
i miesiąca w roku (znormalizowany do STC) (Klugmann-Radziemska 2010)
Miesiąc
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Z1,
h∙dzień-1
0,65
1,21
2,26
3,43
4,45
4,87
4,58
4,00
2,93
1,68
0,87
0,48
Z uwagi na główne wykorzystanie kampera w okresie półrocza letniego, do obliczeń
przyjęto uśrednione wskaźniki pracy instalacji od maja do września, stąd: Z1=4,17 h.doba-1,
108
Z2=0,85 oraz Z3=0,898. Na potrzeby obliczeń przyjęto ponadto, że (Klugmann-Radziemska,
2010): V1=0,94, V2=0,9 oraz V3=0,9. Po odpowiednich podstawieniach otrzymano moc nominalną modułów wynoszącą około 1200 Wp.
W celu optymalnego wykorzystania dostępnej powierzchni, dobrano 12 modułów o mocy
nominalnej 100 Wp każdy (Ryc. 5). Projekt instalacji przewiduje również dodatkowy układ
magazynowania energii. W celu przedłużenia żywotności akumulatora, pokrycie zapotrzebowania na energię przyjęto z 50% zapasem, aby uniknąć głębokiego rozładowania. Pojemność
akumulatorów dobrano korzystając ze wzoru:
C akum =
Eid ⋅ Z extra ⋅ Z rez
U pracy
(3)
gdzie:
Zextra – współczynnik uwzględniający zabezpieczenie przed głębokim
rozładowaniem akumulatora (przyjęto Zextra=2),
Zrez – współczynnik związany z rezerwą energii w przypadku złych warunków
pogodowych (przyjęto Zrez=2,5),
Upracy – napięcie systemu (przyjęto Upracy=12 V), V.
Po podstawieniu danych uzyskano pojemność akumulatorów wynoszącą około
1200 Ah.
Ryc. 4. Współczynnik Z2 związany z odchyleniem modułu od płaszczyzny poziomej
109
Ryc. 5. Widok z góry projektowanej instalacji (rozmieszczenie modułów)
Tabela 3. Współczynnik Z3 związany z temperaturą modułu (Klugmann-Radziemska 2010)
Miesiąc
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Z3
1,00
1,00
0,98
0,96
0,93
0,90
0,88
0,88
0,90
0,94
0,97
0,99
3. Uproszczona analiza ekonomiczna i dyskusja wyników
Kluczowym czynnikiem wpływającym na decyzję o instalacji systemu fotowoltaicznego
są poniesione koszty i czas zwrotu poniesionych nakładów. W największym stopniu zależą
od zapotrzebowania energetycznego przez urządzenia zamontowane w kamperze, rodzaju
przyjętych paneli PV i pojemności akumulatorów odpowiedzialnych za magazynowanie
energii elektrycznej.
Przyjęto rozwiązanie dość komfortowe dla użytkownika (Tabela 1), zawierając w zakładanym wyposażeniu pojazdu taki sprzęt, jak telewizor, komputer, lodówka oraz stosunkowo
duży zapas energii na inne urządzenia elektryczne. Należy zwrócić uwagę, że połowa wyliczonego zapotrzebowania na energię elektryczną przypada na zasilanie lodówki. Pomimo,
że nie jest to urządzenie dużej mocy jako jedyne musi pracować całą dobę.
W tabeli 4 przedstawiono średnie koszty związane z instalacją fotowoltaiczną dla kampera, sporządzone w oparciu o ceny na polskim rynku. Podstawowym parametrem stosowanym
w statycznej analizie ekonomicznej jest wskaźnik SPBT (SPBT – Simple Pay Back Time).
Jest on definiowany, jako czas potrzebny do odzyskania nakładów inwestycyjnych poniesionych na realizację danego przedsięwzięcia. Wskaźnik SPBT (Milewski, Kwiatkowski 2015)
nie uwzględnia zmiany wartości pieniądza w czasie, ale jest prostym i zrozumiałym parametrem w ocenie opłacalności inwestycji przez osoby fizyczne.
Najprostszym sposobem wyznaczenia okresu zwrotu kosztów jest stosunek poniesionych nakładów na instalację fotowoltaiczną do rocznych wydatków związanych z dostępem
i zużyciem energii elektrycznej podczas eksploatacji kampera przed rzeczową inwestycją.
Dotychczas ponoszone wydatki, po wykonaniu instalacji fotowoltaicznej, stanowić będą tzw.
koszty uniknięte, które mogą być zaliczone jako zysk z inwestycji. Największą część wydatków stanowią opłaty za przyłączenie do zewnętrznej sieci energetycznej lub zakup paliwa
do generatora spalinowego. Średnia cena przyłączenia do sieci pola kempingowego to 14
PLN za dobę (uwzględniając ceny na polskich polach kempingowych). Zakładając używanie
kampera średnio przez 3 miesiące rozpatrywanego okresu daje to 1260 PLN oszczędności.
110
Tabela 4. Koszty inwestycyjne instalacji PV dla kampera
Ilość
Cena
jednostkowa
Cena końcowa
szt.
PLN
PLN
Element instalacji
Panel fotowoltaiczny 100 Wp
12
750
9000
Regulator ładowania
1
550
550
Akumulator żelowy 300 Ah
4
1800
7200
Inwerter
1
500
500
Okablowanie
1
400
400
1
2000
2000
Montaż i konfiguracja
razem
19650
Instalacja fotowoltaiczna, oprócz oszczędności energetycznych, umożliwia również
swobodę przemieszczania się i doboru miejsc odpoczynku. Dzięki temu można uniknąć
także koszty związane z samym parkowaniem pojazdu. Taka opłata postojowa (biwakowa)
wynosi średnio 22 PLN za dobę, co pozwala obniżyć koszty nawet o 660 PLN miesięcznie.
Należy jeszcze zwrócić uwagę na możliwość obniżenia kosztów związanych z opłatą
za przebywanie osób na kempingu (nie jest to jednak ujęte w rozpatrywanym przypadku).
Na podstawie przyjętych założeń i dokonanej kalkulacji można stwierdzić, że w okresie
od maja do września zyski w postaci kosztów unikniętych mogą sięgać około 3000 PLN
na sezon. Biorąc pod uwagę nakład w wysokości 19 650 PLN, prosty czas zwrotu inwestycji SPBT wyniesie wówczas około 7 lat. Należy podkreślić, że czynnikami decydującymi o okresie zwrotu poniesionych nakładów są przede wszystkim stopień wykorzystania
kampera w rozpatrywanym okresie (i nie tylko) oraz koszty przyłączenia do sieci (dostępu
do energii elektrycznej).
Biorąc pod uwagę użytkowanie kampera za granicą, opłacalność inwestycji może być
większa, ze względu na wyższe opłaty na polach biwakowych.
4. Podsumowanie
Instalacja paneli fotowoltaicznych w kamperach wiąże się z poważną inwestycją, która
na obecną chwilę wymaga porównywalnie długiego czasu zwrotu. Biorąc jednak pod uwagę
rozwój technologii fotowoltaicznych oraz stale malejące ceny elementów instalacji PV można przypuszczać, że koszty inwestycji będą systematycznie obniżać się.
Należy również zaznaczyć, że wzrost świadomości ekologicznej oraz tendencja do niezależności energetycznej zwiększa zainteresowanie tego typu instalacjami generującymi
energię elektryczną, zwłaszcza w rozwiązaniach autonomicznych.
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń można stwierdzić, że:
− średnie dzienne zapotrzebowanie na energię elektryczną w kamperze wynosi około
3 kWh, a głównym źródłem jej zużycia jest chłodziarko-zamrażarka,
−powierzchna na dachu kampera jest wystarczająca z punktu widzenia montażu instalacji fotowoltaicznej o mocy 1200 Wp,
− okres zwrotu poniesionych nakładów w dużej mierze zależy od stopnia wykorzyProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
111
stania instalacji oraz kosztów unikniętych (braku konieczności podłączenia do sieci
elektrycznej), i w przypadku racjonalnego wykorzystania okresu użytkowania kampera wynosi około 7 lat.
− instalacja fotowoltaiczna na dachu kampera umożliwia uniezależnienie się od zewnętrznych sieci elektrycznych.
Bibliografia
M.: Solar Electricity Handbook 2015 Edition - a simple, practical guide to solar energy - designing and installing solar PV systems.
Greenstream Publishing 2015,
Klugmann-Radziemska E.: Fotowoltaika w teorii i praktyce. Wydawnictwo BTC,
Legionowo 2009,
Messenger R. A., Ventre J.: Photovoltaic Systems Engineering. CRC Press 2010,
Milewski R., Kwiatkowski E.: Podstawy Ekonomii. Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2015,
Sarniak M.: Podstawy fotowoltaiki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,
Warszawa 2008,
Wolańczyk F.: Jak wykorzystać darowaną energię? Wydawnictwo KaBe, Krosno 2011,
www1: suntrack.pl, dostęp: 29.02.2016 r.,
www2: camperdream.pl, dostęp: 29.02.2016 r.
www.energosol.pl/energia_slonca.html, dostęp 29.02.2016r.
Boxwell
Klaudia Rudzka – studentka 3-ego roku studiów inżynierskich na Wydziale
Przyrodniczo-Technologicznym Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
na kierunku Odnawialne Źródła Energii i Gospodarka Odpadami. Członek
Studenckiego Koła Naukowego SKN BioEnergia na Wydziale PrzyrodniczoTechnologicznym.
Aleksandra Wachowiak – studentka 3-ego roku studiów inżynierskich na
Wydziale Przyrodniczo-Technologicznym Uniwersytetu Przyrodniczego we
Wrocławiu na kierunku Odnawialne Źródła Energii i Gospodarka Odpadami.
Członek Studenckiego Koła Naukowego SKN BioEnergia na Wydziale Przyrodniczo-Technologicznym.
113
Technologie współspalania biomasy w kotłach energetycznych
dużej mocy
Maciej Cholewiński1*, Michał Kamiński2
1
Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Katedra Technologii Energetycznych, Turbin i Modelowania Procesów Cieplno-Przepływowych, Wybrzeże Wyspiańskiego 27,
50-370 Wrocław, [email protected]
2
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Instytut Inżynierii Rolniczej, Zakład Niskoemisyjnych Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. C. K. Norwida 25, 50-375 Wrocław, [email protected]
Abstrakt: Integracja odnawialnych źródeł energii z krajowym systemem energetycznym stanowi jeden z obecnie wdrażanych postulatów polityki proekologicznej Unii Europejskiej. Integracja ta wymaga opracowywania ekonomicznie i technicznie uzasadnionych,
wysokosprawnych technologii energetycznych umożliwiających pokrywanie zmiennego
popytu na różne formy energii. Poza zyskującymi na popularności układami solarnymi
i wiatrowymi, wciąż najpowszechniej użytkowanym odnawialnym nośnikiem energii pozostaje biomasa stała. W przypadku dużych, zawodowych bloków energetycznych, szereg
ograniczeń logistycznych i ekonomicznych uniemożliwia jednak pokrywanie przez nią
całkowitego zapotrzebowania na energię chemiczną doprowadzaną do paleniska. Zmusza
to projektantów do tworzenia układów wielopaliwowych, przede wszystkim w kombinacji
z paliwami kopalnymi. W artykule przedstawiono najważniejsze technologie współspalania
biomasy stałej z węglami energetycznymi. Dokonano przeglądu rozwiązań z zakresu technik
bezpośrednich i pośrednich dedykowanych ważniejszym typom palenisk. Porównano również właściwości fizykochemiczne wybranych węgli energetycznych oraz różnych rodzajów
biomasy pod kątem możliwości ich współspalania oraz wykonano obliczenia wybranych
parametrów eksploatacyjnych hipotetycznego bloku o mocy 200 MWel brutto zasilanego różnymi paliwami stałymi.
Słowa kluczowe: biomasa, energetyka zawodowa, współspalanie, paliwa kopalne
1. Wstęp
Mająca w ostatnich latach transformacja europejskiego sektora energetycznego to efekt
systematycznego wdrażania kolejnych założeń polityki proekologicznej Unii Europejskiej.
Postępujące zmiany nastawione są przede wszystkim na redukcje antropogenicznych emisji szeregu zanieczyszczeń (gazów cieplarnianych, tlenków siarki i azotu, metali ciężkich,
pyłów), wzrost efektywności energetycznej różnych gałęzi przemysłu oraz stopniowe odchodzenie od spalania paliw kopalnych na rzecz wykorzystania energii słonecznej, wiatru,
wód czy też biomasy (tzw. źródeł odnawialnych). Obszar przemian obejmuje zarówno jednostki małej mocy (indywidualne kotły grzewcze, małe ciepłownie), jak i systemowe źródła
energii elektrycznej lub ciepła (elektrownie, elektrociepłownie). W przypadku energetyki
zawodowej dużych mocy, w Polsce opartej głównie na procesach spalania węgla, rozbudowa
infrastruktury odnawialnych źródeł energii możliwa jest m.in. poprzez kojarzenie paliw koProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
114
Maciej Cholewiński, Michał Kamiński
palnych z biomasą (stałą, ciekłą lub gazową) bądź też całkowite zastępowanie węgla przez
biomasę. Trend ten zauważalny był w polskich elektrowniach i elektrociepłowniach w pierwszej dekadzie XX wieku (m.in. ze względu na obowiązujący wówczas system certyfikatów
pochodzenia energii) oraz towarzyszył równolegle tworzonej sieci siłowni wiatrowych.
Spalanie biomasy jako paliwa indywidualnego w kotłach energetycznych znacznych
wydajności w elektrowniach i elektrociepłowniach jest przedsięwzięciem wymagającym.
Przebudowa siłowni węglowej pod kątem zasilania ich w 100% nowym rodzajem paliwa,
podobnie jak sama budowa dużego, zawodowego bloku biomasowego, wymaga bowiem
wysokich nakładów finansowych oraz podjęcia odpowiednich zabiegów technicznych umożliwiających generację energii elektrycznej lub ciepła w sposób stabilny, bezpieczny i ekonomiczny. Co więcej, o ile realizacja spalania biomasy w przypadku małej oraz średniej mocy
kotłów oparta może zostać w całości o lokalne źródła biopaliw stałych, o tyle zapewnienie
wystarczającego strumienia paliwa dla jednostki o mocy elektrycznej na poziomie 200 MWel
(odpowiadającej spalaniu 1-1,5 mln ton biomasy rocznie) nie jest w większości przypadków
możliwe bez importu biopaliw z zagranicy. Takie podejście zaprzecza ponadto idei zrównoważonego rozwoju (emisje towarzyszące transportowi biomasy od jej producentów) oraz
przyczynia się do wzrostu rynkowych cen biomasy, co skutkuje problemami ekonomicznymi
pozostałych gałęzi przemysłu wykorzystujących biomasę stałą. Fakty te prowadzą do ograniczania mocy wytwórczych jednostek biomasowych, a tym samym wzrostu kosztów generacji
energii w przeliczeniu na 1 kW zainstalowanej mocy.
Wspominane problemy może znacząco ograniczyć realizacja współspalania paliw w obrębie jednego bloku energetycznego. Stanowi je zespół procesów technologicznych wykorzystujących, w danej instalacji do spalania paliw, co najmniej dwa rodzaje nośników energii
chemicznej. W przypadku węgla i biomasy uzyskuje się hybrydowy układ łączący spalanie
paliwa kopalnego oraz wdrażający technologię z grupy odnawialnych źródeł energii. Włączenie niewielkiego dodatku biomas (odpowiedniej jakości) do węgla wymaga względnie
niewielkich inwestycji z zakresu dostosowania istniejącej infrastruktury siłowni węglowej
do współspalania biopaliwa. Co więcej, współspalanie może być realizowane w większości
funkcjonujących obecnie rodzajów palenisk - w złożu fluidalnym, w złożu stacjonarnym
(na ruszcie) oraz w strumieniu pyłowym. Tym samym daje ono duże możliwości do wdrażania polityki redukcji emisji CO2 w przypadku gospodarek opartych na spalaniu paliw kopalnych, głównie węgli energetycznych.
Co jednak ważne, wybór technologii współspalania oraz udziału biomasy w łącznym strumieniu paliwa zależą od wielu czynników natury technicznej i ekonomicznej, m.in. od jakości
biopaliwa oraz węgla, rodzaju oraz konfiguracji paleniska czy też ograniczeń logistycznych.
2. Właściwości fizykochemiczne węgli energetycznych i biomasy
Technologie energetycznego wykorzystania materiałów biodegradowalnych na drodze
ich współspalania z węglem obejmują szeroki zakres nośników energii klasyfikowanych jako
biomasa. Potencjalne biopaliwa dodawane do spalanej w kotle mieszaniny stanowią przede
wszystkim uprawy energetyczne, odpady: leśne, przemysłowe (np. z przemysłu drzewnego,
wysokokaloryczne – m.in. opony), rolnicze (słoma) czy też komunalne (w pierwszej kolejności frakcje wysokokaloryczne) oraz osady ściekowe. Co zrozumiałe, mnogość źródeł
pochodzenia biomasy skutkuje zróżnicowaniem właściwości fizykochemicznych w obrębie
wspomnianej grupy materiałów, a odmienna geneza ich powstania w stosunku do paliw kopalnych - odmiennym charakterem spalania w stosunku do węgli energetycznych.
Zjawiska fizyczne i chemiczne zachodzące w czasie spalania paliw kopalnych i biomasy
są na tyle skomplikowane, iż komponowanie udziałów poszczególnych nośników energii
w obrębie podawanej do kotła mieszaniny wymaga kompleksowej analizy zjawisk korozyjProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
115
nych, erozyjnych, emisyjnych, eksploatacyjnych (pracy młynów, intensywności żużlowania
i popielenia, sprawności instalacji ochrony atmosfery). Jako że biomasa cechuje się szeregiem odmiennych właściwości fizykochemicznych w porównaniu do węgli energetycznych
(wyniki badań autora, ryc. 1. oraz tab. 1.), jej wpływ na proces spalania może być zarówno
korzystny (np. ograniczenie emisji), jak i niekorzystny (wzrost zagrożenia żużlowaniem komory). Co więcej, wskazuje się na możliwość wystąpienia synergizmu w przypadku równoczesnego spalania biomasy i węglem (Rybak 2006). O ile dodawanie biopaliwa do strumienia paliwa kopalnego wpływa na pierwotny skład spalin, warunki cieplno-przepływowe
panujące w ciągu spalinowym, jakość generowanych popiołów czy też intensywność zjawisk
towarzyszących spalaniu paliw stałych (korozja, erozja, żużlowanie i popielenie), o tyle
umiejętne skomponowanie mieszanki oraz odpowiedni dobór biomasy (ze względu na jej
udział oraz jakość) pozwalają na wzmacnianie pozytywnych oraz ograniczanie negatywnych
zjawisk towarzyszących współspalaniu.
Porównując właściwości węgla kamiennego i biomasy wskazuje się, iż paliwo kopalne
cechuje się wyższą kalorycznością i mniejszą zawartością wilgoci, jednak większym udziałem popiołu w paliwie (substancja mineralna w węglu zawiera jednak mniej fosforu i potasu). Gęstość biopaliw roślinnych jest niższa aniżeli węgla (150-500 kg/m3 w stosunku do ok.
800-1200 kg/m3), co rzutuje na uzyskiwaną gęstość energetyczną (0,7-12 GJ/m3 w stosunku
do 22-25 GJ/m3) i problemy w dozowaniu, a stworzenie mieszanki w liczbie 5% wag. biomasy i 95% wag. węgla wymaga ok. 1 m3 wspomnianego biopaliwa i 1,7 m3 węgla. Biomasa
posiada odmienną strukturę wewnętrzną w stosunku do węgla, stąd też do jej przemiału
przeznaczone zostać powinny zupełnie inne instalacje młynowe. Stosunek części lotnych
do zawartości stałych części palnych, liczbowo zupełnie inny dla węgli i biomas, wskazuje
z kolei na odmienną kinematykę spalania pojedynczego ziarna paliwa.
W przypadku dodatku biomasy do węgla, literatura wskazuje ponadto na intensyfikację niekorzystnych zjawisk korozyjnych oraz ryzyko ograniczenia wymiany ciepła ze względu na zarastanie powierzchni ogrzewalnych przez narosty w postaci półpłynnego popiołu, skutkujące
wzrostem częstotliwości odstawień bloków. Jest to efekt odmiennego składu popiołów pochodzących ze spalania obu paliw, w przypadku biomasy obfitującego w związku sodu i potasu.
W – udział wilgoci całkowitej, A – zawartość popiołu, C, H, N, S, O - udziały, kolejno: węgla pierwiastkowego,
wodoru, azotu, siarki oraz tlenu w paliwie; * węgiel niskozasiarczony, o niskiej zawartości rtęci; RDF – ang. Refusederived Fuel – nazwa handlowa paliw alernatywnych produkowanych z wybranych (wysokokalorycznych, palnych)
składników odpadów komunalnych
Ryc. 1. Skład wybranych paliw stałych w stanie analitycznym (Cholewiński 2015)
116
Tabela 1. Pozostałe właściwości wybranych paliw stałych (Cholewiński 2015)
Wtr
paliwo
Va
FCa
FRa
% wag
-
Qia
Qa
kJ/kg
Hga
Cla
ppb
% wag
węgiel
kamienny*
10,47
26,64
48,12
1,87
29 939
28 976
47,1
0,15
węgiel
brunatny
37,93
44,44
35,03
0,79
19 987
18 900
545,3
0,07
biomasa
stała
17,73
68,88
20,9
0,32
18 855
17 587
37,6
0,29
osad
ściekowy
45,11
46,51
7,84
0,17
12 148
11 198
1246,4
0,08
RDF
19,79
78,59
8,39
0,11
28 426
26 560
608
0,57
Wt – wilgoć całkowita, V – zawartość części lotnych, FC – udział stałej części palnej (ang. Fixed Carbon) w paliwie,
FR – wskaźnik paliwowy (ang. Fuel Ratio), tzn. stosunek stałej części palnej do części lotnych w paliwie, Q – wartość
opałowa, Qi – ciepło spalania, Hg, Cl – udziały, kolejno: rtęci oraz chloru w paliwie; indeks a – stan analityczny
paliwa (powietrzno-suchy), indeks r – stan roboczy paliwa; * węgiel niskozasiarczony, o niskiej zawartości rtęci
Tabela 2. Wpływ parametrów fizycznych paliwa na pracę bloku energetycznego (Rybak 2006)
wielkość
zawartość wilgoci
kaloryczność
zawartość części lotnych
wpływ na użytkowanie paliwa w obrębie bloku
energetycznego
czas składowania, ubytek suchej masy, wartość opałowa,
samozapłon
wykorzystanie paliwa, spalany strumień paliwa
kinetyka spalania paliwa (faza odgazowania)
zawartość popiołu
emisja pyłów, usuwanie i składowanie popiołów, wykorzystanie
popiołów, technologia spalania
topliwość popiołu
intensywność zjawisk żużlowania, bezpieczeństwo pracy,
technologia i system kontroli procesu spalania
zarodniki, grzybnie
zagrożenie zdrowia
gęstość nasypowa
logistyka paliwa
gęstość pojedynczej cząstki
paliwa
przewodność cieplna, rozkład cieplny, dynamika procesu
spalania
Jak wykazują analizy pierwiastkowe poszczególnych paliw, biomasa stała zawiera
o wiele mniej siarki oraz rtęci oraz blisko 2 razy więcej chloru aniżeli węgiel kamienny (nawet ten uprzednio uszlachetniony i wzbogacony). Jej dodatek do paliwa kopalnego winien
z tego względu przyczyniać się do ograniczenia unosu tlenków siarki oraz związków rtęci
z przestrzeni kotła, jednakże intensyfikować ryzyko zajścia korozji chlorkowej powierzchni
omywanych przez powstające spaliny. Mniejsza zawartość węgla skutkuje mniejszą kaloProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
117
rycznością paliwa, natomiast większa tlenu – ogranicza potrzebę dostarczania utleniacza
z zewnętrznych źródeł oraz skutkuje inną dynamiką procesu spalania.
Zestawienie wpływu poszczególnych parametrów fizykochemicznych paliw stałych
na parametry procesu spalania stałych nośników energii przedstawiono w tab. 2. i tab. 3.
Mnogość wielkości warunkujących odpowiednią pracę paleniska tylko ze strony paliwa
sprawia, iż już samo zagadnienie jego doboru wymaga czasochłonnych badań i wieloparametrowych oznaczeń w oparciu o rozbudowane techniki i układy analityczne.
3. Technologie współspalania węgla z biomasą
Jak już zaznaczono, niska jakość oraz nieodpowiednia ilość podawanej wraz z węglem
biomasy mogą niekorzystnie wpływać na stabilność oraz niezawodność procesu spalania
w obrębie komory paleniskowej. Znając, na podstawie wykonanych analiz laboratoryjnych, właściwości fizykochemiczne biopaliwa, poszukiwania optymalnego udziału biomasy
w pierwszej kolejności winny opierać się na idei wykorzystania istniejącej, „węglowej”,
infrastruktury technicznej (młynów, palników). Wskazuje się przykładowo, iż dodatek
standardowej jakości biomasy do węgla na poziomie poniżej 5% łącznej masy mieszaniny
podawanej do paleniska pyłowego nie powinien skutkować nadmiernymi zmianami w parametrach eksploatacyjnych bloku (dotychczas opartego na spalaniu 100% węgla), przez co,
z pewnymi ograniczeniami, udział ten może być bezpośrednio spalany bez większych modyfikacji całego układu (jedynymi elementami do włączenia stają się zasobniki oraz podajniki
biomasy). W przypadku większych ilości biomasy, głównie ze względu na rozbieżności we
właściwościach fizykochemicznych obu paliw, niezbędna staje się bardziej zauważalna techniczna reorganizacja pracy bloku. W przypadku pozostałych rodzajów palenisk oraz lepszej
jakości biopaliw (np. toryfikatu), udział nieskutkujący nadmiernymi zmianami eksploatacyjnymi może być większy. Reasumując, wybór technologii współspalania biomasy z węglem
zależy od czynników takich jak infrastruktura siłowni cieplnej (np. rodzaj paleniska), jakość
mieszanych ze sobą paliw oraz występujące w ich parametrach użytkowych różnice, uwarunkowania lokalne (udział biomasy w spalanej mieszance ze źródeł zlokalizowanych możliwie
blisko bloku energetycznego) oraz ekonomiczne (koszt zakupu biomasy).
Do zidentyfikowanych układów technologicznych współspalania biomasy z węglem,
dedykowanych elektrowniom, elektrociepłowniom oraz ciepłowniom opalanym paliwami
stałymi, zalicza się:

współspalanie bezpośrednie:
ZZ ze wstępnym mieszaniem biomasy i węgla (na składowisku lub w linii nawęglania) oraz ich wspólnym przemiałem i spaleniem, już w postaci mieszaniny,
w palniku węglowym,
ZZ z mieleniem obu paliw w oddzielnych instalacjach młynowych (np. młynie
kulowo-misowym w przypadku węgla oraz w młynie bijakowym w przypadku
biomasy) oraz ich mieszaniem przed komorą paleniskową (w celu spalenia
w palniku węglowym),
ZZ z oddzielnym przemiałem/rozdrobnieniem oraz spaleniem obu paliw nad drodze wprowadzenia ich do komory paleniskowej oddzielnymi przewodami/
palnikami (w tym wielopaliwowymi),
ZZ na drodze wykorzystania biopaliw stałych (pył biomasowy), płynnych (oleje,
alkohole) lub gazowych (biometan) jako paliwa pomocnicze (rozpałkowe lub
reburningowe),
118

współspalanie pośrednie:
ZZ w przedpalenisku biomasowym (wraz z doprowadzeniem spalin ze spalania
biomasy do kotła węglowego - z ewentualnym częściowym odbiorem ciepła),
ZZ ze wstępnym zgazowaniem biomasy (powstający syngaz może służyć jako
paliwo rozpałkowe, dopalające w technikach reburningu lub też podawane
do układu podstawowych palników w konstrukcji wielopaliwowej lub monopaliwowej) lub jej upłynnieniem,
ZZ równoległe spalanie obu paliw w oddzielnych kotłach (pracujących na wspólne kolektory: parowy i spalinowy),
ZZ układy mieszane (zawierające elementy pośredniego i bezpośredniego współspalania).
Pierwsza przywołana technologia - współspalanie bezpośrednie - polega na reorganizacji pracy bloku węglowego pod kątem wprowadzania do komory biomasy (najczęściej
w stanie stałym) waloryzowanej jedynie na drodze metod mechanicznych (rozdrobnienie).
W zależności od rodzaju paleniska (pyłowe, rusztowe, fluidalne), technologie współspalania
biomasy cechują inne rozwiązania techniczne oraz ograniczenia eksploatacyjne, wynikające
z charakteru spalania oraz sposobu doprowadzania paliw do kotła.
Tabela 3. Wpływ parametrów chemicznych paliwa na pracę bloku energetycznego (Rybak 2006)
wielkość
wpływ na użytkowanie paliwa w obrębie bloku energetycznego
zawartość C, H, O
kaloryczność paliwa, ilość powietrza podawanego do spalania
zawartość chloru
emisje HCl, PCDD/F, korozja, intensyfikacja utleniania rtęci gazowej
zawartość azotu
emisje NOx i N2O
zawartość siarki
emisja SO2, korozja, inhibicja zjawisk utleniania rtęci
zawartość fluoru
emisje HF, korozja
zawartość potasu
korozja, obniżenie temperatury topliwości popiołów, tworzenie aerozoli,
wpływ na jakość popiołów
zawartość sodu
korozja, obniżenie temperatury topliwości popiołów, tworzenie aerozoli
zawartość magnezu
obniżenie temperatury topliwości popiołów, wykorzystanie popiołów
(nawozy)
zawartość wapnia
obniżenie temperatury topliwości popiołów, wykorzystanie popiołów
zawartość fosforu
praktyczne wykorzystanie popiołów
zawartość metali
ciężkich (w tym Hg)
emisje, jakość popiołów lotnych, tworzenie aerozoli
Jednym z częściej stosowanych układów paleniskowych w przypadku węgla jest palenisko pyłowe. W przypadku palenisk węglowych, podwyższenie sprawności procesu spalaProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
119
nia uzyskuje się bowiem dzięki rozdrabnianiu podawanego paliwa stałego do postaci pyłu.
Realizacja tak projektowanych palenisk wymaga więc wydajnego systemu przemiału oraz
zestawu palników umożliwiających tworzenie stabilnego płomienia pyłowego. W przypadku biomasy i węgla, a wiec paliw o odmiennej strukturze wewnętrznej, kinetyce spalania
oraz charakterystyce wybuchowości, zagadnienie współspalania będzie wymagało więc zagwarantowania tak uzyskania stabilnego płomienia dla przypadku spalania mieszaniny obu
nośników energii, jak i warunków dostatecznego mielenia oraz bezpiecznej pracy (rozdrobniona biomasa charakteryzuje się odmiennymi granicami wybuchowości i palności).
Współspalanie w paleniskach pyłowych, w przypadku metody bezpośredniej ze zmieszaniem obu paliw przed procesem mielenia, jest technologią najtańszą, jednak obarczoną
największym ryzykiem zaburzenia stabilności procesu spalania oraz spadku dyspozycyjności bloku (zagrożenia wybuchowe i pożarowe, problemy odpowiedniego przemiału biomasy
w młynach węglowych, natykanie przewodów) (Jobczyk 2015). Z tego względu może być
prowadzone jedynie w przypadku ograniczonej grupy biopaliw stałych oraz niewielkiego ich
udziału w spalanym paliwie (poniżej 5% masy). Mieszanie obu paliw po mieleniu w oddzielnych instalacjach młynowych – rozwiązanie to jest nieco droższe od poprzedniego, lecz znacząco ogranicza problemy sprawności i bezpieczeństwa etapu rozdrabniania paliw do postaci
pyłu - niesie ze sobą z kolei problem stabilności pracy palników przy różnych obciążeniach
cieplnych komory (możliwy do ograniczenia w przypadku stosowania palników strumieniowych). Dopiero rozdzielenie instalacji transportu (taśmociągi), przemiału (młyny) oraz
spalania (palniki) obu paliw gwarantuje, w przypadku kotłów pyłowych, relatywną łatwość
kontroli pracy bloku (zarówno w przypadku palenisk z palnikami wirowymi, jak i strumieniowymi). Co więcej, dzięki uzyskaniu możliwości niezależnego dozowania obu paliw do kotła
(problem uprzedniego mieszania biomasy z węglem) pojawia się sposobność na zwiększenie
udziału biomasy w łącznym strumieniu paliwa podawanego do kotła. Co jednak zrozumiałe, całość wymaga największych nakładów inwestycyjnych. W ramach tej koncepcji można
również dokonać montażu ruchomego rusztu w leju żużlowym kotła i podawania za jego
pośrednictwem rozdrobnionego biopaliwa bądź też wtryskiwać, za pomocą palników olejowych, do komory zawiesinę rozdrobnionej biomasy w wodzie bądź oleju.
Większy udział biomasy w mieszaninie paliwowej, przy zachowaniu minimalnych nakładów inwestycyjnych, uzyskać można w paleniskach cyklonowych. Ze względu na odmienny charakter spalania (frakcje ziarnowe o rozmiarach ok 6 mm) aniżeli ma to miejsce
w kotłach pyłowych (pył z udziałem minimum 80% ziaren o wielkości poniżej 90 μm oraz
maksymalnie 2% powyżej 200 μm), współspalanie w ich obrębie może przebiegać z 10%
dodatkiem (w przeliczeniu na generowane ciepło spalin) biomasy (Kruczek 2001). Co więcej, mieszaniu obu paliw na składowisku nie towarzyszy pogorszenie pracy jednostki – także
w przypadku pracy układu cyklonowego jako przedpaleniska.
Także kotły rusztowe, ze względu na ich rozwiązania konstrukcyjne (m.in. brak mielenia
paliw), umożliwiają uzyskiwanie udziałów biomasy w mieszaninie z węglem nawet do 20%.
Mieszanie na składowisku lub dozowanie obu nośników energii przez oddzielne dozowniki
(np. w postaci dwóch zalegających na sobie warstw) nie wymaga ponoszenia nadmiernych
kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Współspalanie biomasy z węglem na ruszcie nie
narzuca obowiązku mielenia obu paliw, a zagrożenia z ich stosowania niesie ze sobą jedynie
używanie paliw o wyraźnie różnych charakterystykach fizycznych (np. podczas składowania). Ograniczeniem staje się wpływ biomasy na topliwość popiołów – dodatek biopaliwa nie
może przyczyniać się do spiekania popiołów, jednakże zapobiec mu może sama konstrukcja
rusztu (np. mechanicznego lub chłodzonego wodą).
Stosunkowo nowy rodzaj paleniska w energetyce zawodowej stanowią kotły fluidalne.
Proces spalania w ich przypadku ma miejsce w obrębie poddanego fluidyzacji złoża, składającego się z materiału inertnego o dużej pojemności cieplnej (głównie piasku), popiołu (ze
spalanego materiału), sorbentów (głównie pod katem wiązania tlenków siarki) oraz sameProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
120
go paliwa (stanowiącego jedynie 3-5% masy warstwy fluidalnej). Charakter spalania (m.in.
duża pojemność cieplna oraz skład złoża, ograniczające wahania parametrów pracy kotła
w momencie zmian jakości paliwa) pozwala na stosowanie mieszanin różnych nośników
energii, także diametralnie różniących się od siebie, oraz wysoką elastyczność paliwową (ze
względu na kaloryczność, wilgotność, zawartość części lotnych). Intensywność wymiany
masy i energii w złożu sprawia, iż współspalanie biomasy z węglem, a wiec dwóch paliw
wyraźnie różniących się od siebie ze względu na własności fizyczne i chemiczne, może przebiegać bez większych zakłóceń (m.in. dzięki recyrkulacji spalin w obrębie komory czy też
stopniowaniu powietrza, poprawiającym dopalanie biomasy). Kotły fluidalne nie wymagają
podawania paliwa w postaci pyłu (współpracują z kruszarkami). Ponownie ograniczeniem
jest obniżanie przez biomasę topliwości popiołów, prowadzące do aglomeracji złoża (rys.
2A) i zaniku fluidyzacji, oraz zjawiska korozyjne (związane z obecnością w biomasie chloru). Wskazuje się, iż to właśnie technologia fluidalna (ze złożem stacjonarnym lub cyrkulującym) winna w przyszłości stanowić podstawową w przypadku współspalania lub spalania
biomasy (Rybak 2006). Możliwe do uzyskania udziały biomasy, w przypadku kotłów węglowych pracujących w blokach energetycznych o mocach powyżej 500 MWel, wynoszą nawet
20-50% (Foster Wheeler 2011).
Wspólne spalanie biomasy i węgla w systemach pośrednich polega na dostarczaniu
do paleniska kotła węglowego spalin z przedpaleniska biomasowego lub też na uprzednim
zgazowaniu (konwersji paliwa stałego do postaci gazowej) biomasy w specjalnej konstrukcji
gazogeneratorze (m.in. Lurgi lub Foster Wheeler) i spaleniu produktów procesu w zasadniczym kotle (Rybak 2006). Proces ten wymaga wstępnego rozdrobnienia biomasy (do wielkości ziaren poniżej kilku minimetrów) oraz jej podsuszenia. Co istotne, obie technologie mogą
znaleźć zastosowanie nie tylko w paleniskach węglowych, ale także olejowych i gazowych
(także stacjonarnych turbin gazowych zasilanych gazem ziemnym). Współspalanie pośrednie ze zgazowaniem jest bardzo kapitałochłonne, jednakże gwarantuje uzyskanie najwyższego stopnia elastyczności, dyspozycyjności oraz bezpieczeństwa pracy bloku energetycznego
podczas realizacji współspalania. Powstające biopaliwo gazowe, poza dodatkiem do paliwa
gwarancyjnego (poprzez indywidualne palniki gazowe), może także służyć jako czynnik
reburningowy lub rozruchowy. Zaletą techniki zgazowania jest fizyczne rozdzielenie substancji mineralnej z biomasy od tej obecnej w węglu (pozostaje ona w stałych produktach
niekierowanych do komory spalania), co eliminuje proceder spadku temperatury mięknięcia
popiołów w palenisku oraz intensyfikacji żużlowania i popielenia komory (ryc. 2B i 2C1,
2C2). W przyszłości do metod pośrednich wliczać się powinno rozwijające się technologie
upłynnienia biomasy stałej.
Spalanie równoległe opiera się na budowie oddzielnego paleniska biomasowego (wraz
z linią przygotowania paliwa) oraz podłączeniu go do istniejącego kolektora parowego kotła węglowego (szeregowo lub równolegle). Całkowicie eliminuje się w ten sposób niekorzystny wpływ biomasy na pracę węglowej instalacji paleniskowej oraz stwarza techniczne
warunki do współspalania z węglem dowolnej jakości biomasy. Podobnie do technik pośrednich wymaga bardzo wysokich nakładów inwestycyjnych oraz szeregu modernizacji (m.in.
zwiększenie kanałów spalinowych).
4. Porównanie wybranych parametrów eksploatacyjnych bloku energetycznego
opalanego różnymi paliwami stałymi
W celu porównania wybranych parametrów eksploatacyjnych bloków opalanych różnymi paliwami stałymi, Autorzy pracy dokonali obliczeń modelowych przykładowej komory
paleniskowej współpracującej w bloku energetycznym o mocy elektrycznej 200 MW. Każdy
z analizowanych przypadków zakładał spalanie 100% danego paliwa. Oznaczano strumienie
121
generowanych spalin, wskaźniki emisji tlenków siarki, rtęci oraz popiołów, wyznaczono zapotrzebowanie roczne na paliwo.
A – spiekanie złoża fluidalnego w kotle opalanym węglem brunatnym i słomą rzepakową, B – tworzenie się osadów
powierzchni opromieniowanych w kotle, C – osady na przegrzewaczu pary z kotła (1 – przypadek dla spalania 100%
węgla, 2 – po tygodniu współspalania słomy z węglem)
Ryc. 2. Problemy występujące podczas bezpośredniego współspalania biomasy z węglem
(Materiały dydaktyczne Zakładu Kotłów, Spalania i Procesów Energetycznych PWr)
Tabela 4. Parametry eksploatacyjne bloku opalanego danym paliwem stałych
Vpow1
Vsm1
Tpł1,2
B1,3
m3norm / kg
m3norm / kg
C
kg/s
węgiel kamienny
7,610
7,991
1 640
21,89
węgiel brunatny
3,990
4,768
1 050
46,57
biomasa stała
4,520
5,197
1 225
38,90
osad ściekowy
2,067
2,828
621
89,85
RDF
6,000
6,734
1 409
26,59
paliwo
o
obliczenia dla λ = 1,2 i stanu roboczego paliwa (metoda stechiometryczna) wg (Kozaczka 1993), bez wstępnego
suszenia w przypadku paliw mocno zawilgoconych; 2 temperatura płomienia przy współczynniku pirometrycznym
μ=0,8; 3 strumień paliwa niezbędny do spalania w celu uzyskania mocy elektrycznej 200 MW brutto dla bloku
energetycznego o sprawności konwersji 35%
1
W tab. 4. przedstawiono jednostkowe zapotrzebowanie na powietrze oraz ilość generowanych spalin. Wyznaczono także strumień paliwa podawanego do kotła. Ponadto oznaczono
temperaturę płomienia powstającego podczas spalania paliw o jakości przedstawionej na ryc.
1. i w tab. 1. Wartości poszczególnych parametrów paliwa zostały przeliczone ze stanu analitycznego na roboczy zgodnie z PN-G-04510:1991 Paliwa stałe – Symbole i współczynniki
przeliczeniowe.
Jak wykazały analizy, dodatek biomasy stałej do węgla kamiennego może powodować
spadek temperatury płomienia. Jako że paliwo to cechuje niższa kaloryczność, w celu uzyskania tego samego efektu cieplnego niezbędne jest podanie większego strumienia materiału, a więc wymagane są wydajniejsze systemy transportowe oraz większe składowiska.
Co jednak ważne, poprawę wartości opałowej biomasy czy też węgla brunatnego uzyskać
można na drodze suszenia, np. poprzez wykorzystanie ciepła odpadowego lub też stosowanie
122
rurosuszarek (jak ma to miejsce w kotłach opalanych właśnie węglami brunatnymi). Efekt
ten, w przypadku modernizacji istniejących bloków, uzyskuje się na drodze dodatkowych
nakładów inwestycyjnych bądź też zakupu biomasy poddanej uprzedniej waloryzacji.
W tab. 5. zestawiono ze sobą strumienie generowanych zanieczyszczeń: SO2, pyłów
oraz rtęci, ilość powstających spalin oraz roczne zapotrzebowanie na paliwa. Co zauważalne, dodatek biopaliw do węgla brunatnego powoduje zwiększenie ilości spalin, a więc
zmienia warunki cieplno-przepływowe panujące w kanałach spalinowych. Przyczynia się
jednak do spadku unosu SO2. Ponieważ kaloryczność biomasy jest mniejsza aniżeli węgla,
do uzyskania założonego efektu energetycznego (1,584 TWh energii elektrycznej) spalić
trzeba większe jej ilości. Pomimo więc mniejszego udziału rtęci oraz popiołu w paliwie,
pracy bloku opartego na spalaniu biomasy o danej jakości towarzyszy większy unos obu
zanieczyszczeń w skali roku. Należy jednak zwrócić uwagę, iż analizowany węgiel kamienny cechował się wyjątkowo niskim udziałem Hg oraz niskim substancji mineralnej, stąd
też, w przypadku innych węgli kamiennych, także unos rtęci i popiołów winien przemawiać
za użyciem biopaliw.
Tabela 5. Obliczenia bloku o mocy 200 MWel opalanych różnymi paliwami stałymi
paliwo
spaliny
unos SO21
unos pyłu2
unos Hg0
paliwo3
m3norm/s
t/h
ppm
t/h
g/m3norm
t/h
μg/m3norm
g/h
tys. t/rok
węgiel
kamienny
177,6
848
373
0,68
12,1
7,7
5,2
3,3
624,1
węgiel
brunatny
222,1
1 019
1 677
3,83
17,6
14,0
74,3
59,4
1 327,8
biomasa
stała
205,0
952
89
0,19
11,0
8,1
6,1
4,5
1 109,1
osad
ściekowy
257,0
1 114
3 154
8,34
67,2
62,2
247,1
228,7
2 251,8
RDF
181,6
832
357
0,67
11,5
7,5
72,0
47,1
758,1
1
przy założeniu 100% konwersji siarki w paliwie; 2 przy założeniu przejścia 80% substancji mineralnej z paliwa
do popiołów oraz 20% do żużla; 3 przy dyspozycyjności 330 dni rocznie
5. Wnioski
Wpływ dodatku biomasy do węgla oraz skutki tego przedsięwzięcia w znacznej mierze wynikają z różnic we właściwościach fizykochemicznych oraz mechanicznych obu paliw. Energetyczna utylizacja biomasy w instalacjach węglowych będzie korzystna jedynie
w momencie odpowiedniego doboru biopaliwa (jego jakości), typu i konstrukcji kotła oraz
warunków eksploatacyjnych – całość pod kątem zmniejszania intensywności zachodzenia
szeregu niekorzystnych zjawisk charakterystycznych dla współspalania. Ryzyko w postaci
spadku dyspozycyjności i sprawności bloku oraz wzrostu kosztów eksploatacyjnych (przede
wszystkim na remonty) winno być uwzględniane już na etapie projektowania układu do jednoczesnego spalania biomasy i węgla.
W przypadku tak istniejących, jak i nowopowstających kotłów energetycznych dużej
mocy o wiele prostszym rozwiązaniem jest realizacja tzw. współspalania węgla oraz biomaProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
123
sy. Pozwala ona zredukować koszty wytwarzania energii z biomasy, zwiększyć sprawność
konwersji energii chemicznej biomasy oraz zapewnić odpowiednią elastyczność paliwową.
Co ważne, utylizacja biopaliw w dużych węglowych blokach energetycznych (elektrowniach,
elektrociepłowniach), dzięki wysokim parametrom pracy tego typu jednostek (w porównaniu
do układów mniejszych mocy), pozwala na uzyskiwanie lepszej sprawności konwersji energii chemicznej paliwa.
Biomasa stała, szczególnie w przypadku spalania bezpośredniego, przyczynia się
do zmian parametrów eksploatacyjnych młynów węglowych, pyłoprzewodów oraz palników,
warunków cieplno-przepływowych w obrębie kotła, intensywności zjawisk korozyjnych
oraz tych obejmujących żużlowanie i popielenie, jakości popiołów czy też instalacji ochrony
atmosfery (odsiarczanie, odazotowanie, odpylanie, usuwanie związków rtęci). W przypadku
zwiększenia możliwości współspalania biomasy w obrębie energetyki zawodowej, istotna
staje się waloryzacja (mechaniczna, termiczna, biochemiczna) surowej biomasy. Wzrostu
jakości (zmniejszenie wilgotności, homogenizacja, karbonizacja, poprawa własności przemiałowych), a wiec także energetycznego potencjału biopaliwa stałego, należy spodziewać
się po wdrożeniu przemysłowych instalacji do toryfikacji biomasy bądź też zgazowania (produkcja węgla drzewnego).
Współspalanie biomasy z węglem wspiera rozwój lokalnych producentów biopaliw,
stymuluje rozbudowę infrastruktury rynku biopaliw w sposób zrównoważony oraz pozwala
na efektywne wykorzystywanie lokalnych zasobów paliw w myśl idei dywersyfikacji źródeł
energii. Odpowiednio prowadzona pozwala także na ekonomicznie i technicznie uzasadnioną realizację polityki ograniczania emisji gazów cieplarnianych (CO2) oraz zanieczyszczeń
powietrza (NOx, rtęć) w gospodarce energetycznej opartej na spalaniu węgla. Przyczynia
się do ograniczenia składowania odpadów biomasy na składowiskach. Musi być ono jednak
prowadzone w odpowiedni sposób – tak, aby do minimum ograniczać problemy techniczne
obejmujące składowanie i przemiał obu paliw, towarzyszące ich wspólnemu spalaniu emisje
zanieczyszczeń czy też intensywność zmian z zakresu korozji, żużlowania i popielenia oraz
gwarantować odpowiednią jakość generowanych odpadów paleniskowych (miałkość, strata
niedopału, skład tlenkowy).
Bibliografia
Cholewiński M.: Badania paliw stałych pod kątem ograniczania emisji rtęci z bloków węglowych. Zeszyty Energetyczne Tom II. Problemy współczesnej energetyki, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2015, str. 65-81
Rybak W. Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2006
Kozaczka J.: Procesy spalania. Inżynierskie metody obliczeń. Wydawnictwa AGH, Kraków
1993
Jobczyk T.: Współspalanie i spalanie produktów OZE a zagrożenie wybuchem. Paliwa
i energetyka, 4/2015, str. 30-32
Kruczek S.: Kotły. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001
Foster Wheeler: Kotły Foster Wheeler’a do spalania biomasy - aktualny stan i perspektywy
rozwojowe. Forum Technologii w Energetyce – Spalanie Biomasy, Bełchatów,
27-28.10.2011
Materiały dydaktyczne ze strony Zakładu Kotłów, Spalania i Procesów Energetycznych Politechniki Wrocławskiej (data pobrania 31.03.2016):
http://fluid.wme.pwr.wroc.pl/~spalanie/dydaktyka/spalanie_wyklad_energetyka/SPAL_
BIOM_I_ODP/Wspolspalanie_biomasy_z_weglem.pdf
124
Maciej CHOLEWIŃSKI – mgr inż., absolwent Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej. Doktorant w Katedrze Technologii
Energetycznych, Turbin i Modelowania Procesów Cieplno-Przepływowych
Politechniki Wrocławskiej (promotor – prof. dr hab. inż. Wiesław Rybak). Specjalność – ograniczanie emisji zanieczyszczeń (głównie rtęci).
Michał KAMIŃSKI – mgr inż., absolwent Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej, Doktorant w Zakładzie Niskoemisyjnych
Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Specjalność – biopaliwa.
125
Podstawowe kierunki energetycznego wykorzystania
produktów ubocznych z sektora rolniczego
i rolno-spożywczego
Barbara Drygaś
Uniwersytet Rzeszowski, Wydział Biologiczno-Rolniczy, Katedra Technologii Bioenergetycznych, ul. Zelwerowicza 4, 35-601 Rzeszów, [email protected]
Abstrakt: Gospodarka odpadami i wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych są bardzo ważnymi i aktualnymi zagadnieniami we współczesnym świecie. Praca ma na celu zaprezentowanie możliwości pozyskiwania energii z rolniczej biomasy odpadowej. Głównymi
kierunkami jej energetycznego wykorzystania są: spalanie i współspalanie z węglem, produkcja biogazu, produkcja biokomponentów do paliw silnikowych.
Słowa kluczowe: biomasa, odpady, rolnictwo, energia
1. Wprowadzenie
Produkcja rolnicza oraz sektor przetwórstwa rolno – spożywczego generują w Polsce
ogromne ilości pozostałości poprodukcyjnych a ich biomasa posiada ogromny potencjał
energetyczny. Największe ilości organicznych pozostałości generuje przemysł cukrowniczy
(ok. 6 959 640 Mg rocznie), owocowo – warzywny (ok. 1 357 200 Mg na rok), browarniczy
(839 916 Mg rocznie), gorzelniany (207 030 Mg rocznie) (Czyżyk i Strzelczyk 2015).
W opracowaniu dokonano przeglądu pozostałości poprodukcyjnych pod kątem możliwości ich energetycznego wykorzystania.
2. Biomasa „energetyczna”
Pojęcie biomasy stałej obejmuje „organiczne, niekopalne substancje o pochodzeniu biologicznym, które mogą być wykorzystane w charakterze paliwa do produkcji energii cieplnej
lub wytwarzania energii elektrycznej (…)”1. W innym ujęciu2 biomasa określona jest jako
„ulegająca biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa (łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych
z nimi działów przemysłu lub „odpady, które ulegają rozkładowi tlenowemu i beztlenowemu
przy udziale mikroorganizmów”3. Największe ilości biomasy produkowane są przez sektor
rolny. Biomasa pochodzenia rolniczego wykorzystywana do produkcji energii obejmuje zarówno specjalne uprawy (tzw. rośliny energetyczne) jak i biomasę odpadową.
Spośród wielu znanych technologii konwersji biomasy w energię, wydzielić można
dwa główne kierunki: przetwarzanie termochemiczne i biochemiczne. Rozkład termiczny
zachodzi najczęściej na drodze beztlenowych procesów – pirolizy lub gazyfikacji. Podczas
w rozumieniu rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/1099/WE;
1
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE;
2
Ustawa z dn. 27 kwietnia 2001 r. o odpadach, Ustawa z dn. 14 grudnia 2012 r. o odpadach.
3
126
Barbara Drygaś
procesu pirolizy powstaje biowęgiel (węgiel drzewny), olej pirolityczny i gazy pirolityczne
(Lewandowski 2007; Lewandowski i in. 2010; Klein 2002). Biomasa stała może być również
spalana bezpośrednio; wówczas zawarta w niej energia chemiczna przekształcana jest przy
udziale tlenu w energię cieplną.
Inną możliwością pozyskania energii z biomasy jest przeprowadzenie konwersji biochemicznej przy udziale mikroorganizmów (fermentacji metanowej prowadzącej do powstania
biogazu i alkoholowej dla uzyskania bioetanolu jako dodatku do paliw transportowych).
Surowcem do produkcji paliwa mogą być również oleje roślinne, w tym odpadowe (biodiesel). Najczęściej stosowanymi metodami przetwarzania frakcji biologicznej odpadów organicznych z rolnictwa i przemysłu rolno-spożywczego na cele energetyczne są fermentacja,
piroliza, spalanie (Daniel i in. 2012).
3. Produkty uboczne a odpady
W produkcji rolnej, tak roślinnej jak i zwierzęcej oraz w przemyśle przetwórstwa rolnospożywczego, poza produktami głównymi (celowymi) powstają różnego rodzaju pozostałości poprodukcyjne, określane jako substancje i przedmioty, których powstanie nie jest celem
danego procesu produkcyjnego, lecz ubocznym skutkiem jego przeprowadzenia4. Mogą one
być klasyfikowane jako produkty uboczne lub odpady. Odpady to „każda substancja lub
przedmiot (…) których posiadacz pozbywa się, zamierza pozbyć się lub do ich pozbycia się
jest zobowiązany”5.W celu rozróżnienia produktów ubocznych od odpadów, zespół opracowujący wytyczne w zakresie wykorzystania produktów ubocznych z rolnictwa na zlecenie
Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi proponuje następujące definicje:
dla produktów ubocznych: „pozostałości poprodukcyjne, nadające się do bezpośredniego wykorzystania bez uprzedniego przetwarzania lub stanowiące surowiec
do produkcji innych wyrobów”;
 dla odpadów: „pozostałości poprodukcyjne, wymagające poddawania procesom
przerobu w celu odzysku lub unieszkodliwienia, oraz pozostałości poprodukcyjne
nienadające się do odzysku i przedmioty lub ich części nienadające się do użytku”.
Produkty uboczne wykorzystuje się na miejscu (w miejscu ich powstania), sprzedaje
lub oddaje, odpady natomiast poddaje się procesom odzysku lub unieszkodliwiania
i likwidacji (Czyżyk i in. 2010).

Największy odsetek niewykorzystanych surowców powstaje w wyniku przetwarzania
buraków cukrowych, produkcji olejów roślinnych, serów oraz wytwarzania skrobi ziemniaczanej (Daniel i in. 2012).
4. Zagospodarowanie odpadów rolniczych
Zagospodarowanie odpadowej biomasy pochodzenia rolniczego odbywa się najczęściej
na trzy podstawowe sposoby:
a) zastosowanie nawozowe,
b) wykorzystanie do produkcji pasz,
4
według Ustawy z dnia 14 grudnia 2012 o odpadach oraz Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/
WE.
Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 o odpadach (Dz.U. z 2013 r. Nr 0, poz. 21).
5
Podstawowe kierunki energetycznego wykorzystania produktów ubocznych z sektora rolniczego …
127
c) wykorzystanie do celów energetycznych przez między innymi:
ZZ spalanie i współspalanie z węglem w postaci brykietów, pelletów itp.;
ZZ poddanie procesowi fermentacji metanowej w celu produkcji biogazu;
ZZ produkcję alkoholu (np. bioetanolu) jako dodatku do paliw transportowych
na drodze fermentacji alkoholowej (Czyżyk i in. 2010; Dai i in. 2008; Jasiulewicz 2014, Czyżyk i Strzelczyk 2015).
Biogaz pozyskiwany z biomasy w wyniku jej fermentacji składa się w przeważającej
części z metanu (ok. 65%) i dwutlenku węgla. Może zawierać śladowe ilości azotu, wodoru
czy siarkowodoru a dokładny skład zależeć będzie od wykorzystanych substratów i zastosowanego procesu technologicznego (Furgol i Szlachta 2009; Herout i in. 2011; Rogulska i in.
2011). Najczęściej wykorzystywane do produkcji biogazu substraty to odpady pochodzenia
zwierzęcego (gnojowica, obornik), rośliny i odpady zielone, odpady organiczne, odpady
z przemysłu spożywczego, osady ściekowe (Głodek i in. 2007, Herout i in. 2011; Lackey i in.
2015). Najpowszechniej wykorzystywanym spośród surowców roślinnych w biogazowniach
rolniczych jest obecnie kiszonka kukurydziana, jednak konieczność poszukiwania alternatywnych źródeł biomasy podyktowana jest rosnącymi kosztami pozyskania i konkurencyjnym wykorzystywaniem kukurydzy do celów żywieniowych (Lackey i in. 2015 Rogulska
i in. 2011). Z drugiej strony, pojawia się problem utylizacji odpadów rolniczych w zakładach
przetwórstwa rolno – spożywczego, dlatego tak ważne jest poszukiwanie rozwiązań ukierunkowanych z jednej strony na gospodarkę odpadami a z drugiej na możliwość uzyskania
dostępu do lokalnych źródeł energii odnawialnej.
Energetyczne wykorzystanie biogazu polega na produkcji energii elektrycznej, energii cieplnej oraz energii elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojarzonych. Oczyszczony
biometan może być również wykorzystywany do napędzania pojazdów silnikowych jako
zamiennik gazu ziemnego (Dumitru i in. 2013; Głodek i in. 2007). Proces wytwarzania biogazu pozwala jednocześnie na produkcję energii odnawialnej, unieszkodliwianie odpadów
i produkcję nawozu naturalnego w postaci pulpy pofermentacyjnej (Głodek i in. 2007).
5. Możliwości energetycznego wykorzystania rolniczych pozostałości
poprodukcyjnych
Pod pojęciem odpadowej biomasy z produkcji roślinnej rozumieć można między innymi: resztki pożniwne, jak np. słoma zbożowa, łodygi rzepakowe i kukurydziane, plewy,
liście oraz inne „resztki” roślin, pozostałości powykopkowe, ziarno odpadowe, spleśniałe
i zamoknięte ziarna niezdatne do wykorzystania na cele żywieniowe, drobne korzenie, nadgniłe warzywa (Czyżyk i in. 2010, Furgol i Szlachta 2009).
Niewykorzystana do celów żywieniowych biomasa roślinna powinna być zagospodarowana w miejscu jej powstawania, toteż zalecane jest jej rozdrabnianie, rozprowadzanie
po polu i przyorywanie resztek pożniwnych i pozostałości powykopkowych. Słomę zbożową
można przeznaczać na cele energetyczne poprzez spalanie lub współspalanie z węglem, choć
korzystniejszym rozwiązaniem jest zwracanie substancji organicznej oraz składników pokarmowych, zawartych w pozostałościach pożniwnych, bezpośrednio na pola uprawne (lub
po wcześniejszym przykompostowaniu) (Czyżyk i in. 2010).
Wysokim wskaźnikiem powstawania produktów ubocznych i odpadów charakteryzuje
się branża cukrownicza. Należą do nich m. in. wysłodki buraczane, melasa i zielona masa
z buraków. Z wysłodków buraczanych najczęściej produkuje się pasze dla zwierząt (pod
warunkiem spełnienia określonych wymagań i norm jakościowych), lecz mogą być także
wykorzystywane jako surowiec do produkcji biogazu lub etanolu (Czyżyk i Kołodziej 2015).
1 kg suchej masy wysłodów dostarczyć może 430 dm3 metanu (Kryvoruchko i in. 2009)
128
Barbara Drygaś
i 100 g etanolu (wydajność maksymalna – teoretyczna) (Rezić i in. 2013). Melasa buraczana
stanowić może wartościowy surowiec do produkcji bioetanolu (Czyżyk i in. 2010), Liczba
gorzelni rolniczych w Polsce zmniejsza się u uwagi na trudną sytuację finansową (nieopłacalność produkcji) (Golisz i Wójcik 2013).
Biomasa pozyskiwana z odpadów i niewykorzystanych produktów pochodzenia rolniczego składa się częściowo z pentoz a większość drożdży nie posiada enzymów pozwalających na ich rozkład i wykorzystanie jako źródło węgla. Problem ten rozwiązuje się prowadząc badania w zakresie konstruowania i ulepszania szczepów drożdżowych (Sybirny i in.
2007). Dzięki doskonaleniu metod inżynierii genetycznej, pojawia się coraz więcej możliwości efektywnego wykorzystania odpadowej biomasy rolniczej w produkcji biopaliw ciekłych
(Kłosowski i in. 2010).
W przemyśle mleczarskim główną pozostałość poprodukcyjną stanowi serwatka. Znanych jest wiele technologii jej ponownego wykorzystania (Białecka 2008). Zastosowanie
energetyczne polega na produkcji alkoholu i biogazu, który może być wykorzystany na potrzeby energetyczne zakładu (Czyżyk i in. 2010).
Co roku polski przemysł owocowo-warzywny generuje ponad 13 mln Mg pozostałości
poprodukcyjnych (Czyżyk i Kołodziej 2015). Główne pozostałości poprodukcyjne z przetwarzania owoców to wytłoczyny (wytłoki) owocowe oraz młóto z przecierów na powidła
i marmolady. Surowce te mają dużą wartość paszową, lecz można je również wykorzystywać
na cele energetyczne – do produkcji biogazu i alkoholu (Czyżyk i in. 2010).
W eksperymencie przeprowadzonym w Laboratorium Analiz Chemicznych Instytutu
Biosystemów UP testowano użyteczność wybranych odpadów owocowych jako potencjalnego substratu do produkcji biogazu. Potwierdzono skuteczność jednego z nich – miąższu
pomarańczy jako kosubstratu dającego duży uzysk metanu. Wykorzystanie miąższu z awokado poskutkowało wytworzeniem utrudniającego przepływ gazów kożucha. Zastosowanie
substratów w postaci odpadów z gruszek, miąższu ananasa i owoców kiwi doprowadziło
do procesów zakwaszania lub fermentacji alkoholowej (Adamczak i in. 2015).
Łatwiejsze w zagospodarowaniu są pozostałości z przetwórstwa warzyw ze względu
na dłuższą trwałość. Stanowią wartościowy substrat do mieszanek kompostowych, ale można
je także wykorzystać do produkcji furfuralu znajdującego zastosowanie w przemyśle naftowym, chemicznym czy farmaceutycznym. Innym sposobem energetycznego wykorzystania
pozostałości owocowo-warzywnych jest ich suszenie, przetwarzanie do postaci brykietów
i wykorzystanie jako opału (Borycka 2009; Czyżyk i in. 2010).
W przemyśle „ziemniaczanym” produktami ubocznymi są różnego rodzaju pozostałości
organiczne, np. obierki, odrzucone ziemniaki nie nadające się do spożycia, pulpa ziemniaczana. W przypadku braku dalszych odbiorców, zaleca się wykorzystywanie tych pozostałości
do produkcji biogazu lub etanolu w gorzelniach. Inną możliwością jest przekompostowanie
i wykorzystanie nawozowe (Czyżyk i in. 2010).
W procesach produkcji alkoholu w gorzelniach pozostają m. in. osady, suche pozostałości roślinne (z procesów czyszczenia surowców) i wywary gorzelnicze (Czyżyk i in. 2010).
Ilość wywaru powstającego w gorzelni przekracza kilkunastokrotnie ilość wytworzonego
spirytusu (Czupryński i Kotarska 2011). Wywary gorzelnicze (gorzelniane) wykorzystywane
są na cele paszowe, podejmowane są również próby stosowania ich w nawożeniu pól (Czyżyk i in. 2010; Skowrońska i Filipek 2012). Z uwagi na spore nadwyżki wywaru, istnieje konieczność poszukiwania alternatywnych rozwiązań jego zagospodarowania, toteż testowane
są możliwości poddawania go fermentacji metanowej. Stwierdzono, że wywar gorzelniany
może służyć jako substrat do produkcji biogazu, jego objętość jest zbliżona do ilości otrzymanej w wyniku zastosowania kiszonki i gnojowicy (Adamski i in. 2009) oraz że dobrym
surowcem do produkcji biogazu jest wywar żytni dający możliwość uzyskiwania zawartości
metanu na poziomie 68% (Czupryński i Kotarska 2011).
Również przemysł piwowarski generuje spore ilości odpadów roślinnych, z których
129
część przydatna może być do celów energetycznych. W procesach przygotowania słodu zbożowego pozostają: słoma, plewy, łuski, poślad i ziarna odpadowe, kiełki i pyły słodowe.
Zanieczyszczenia organiczne i pyły słodowe można kompostować lub współspalać z węglem
w kotłowni zakładowej. W procesie produkcji piwa dodatkowo powstaje również tzw. młóto
(wysłodziny), które można wykorzystać jako surowiec do produkcji biogazu (Czyżyk i in
2010).
Pozostałości poprodukcyjne powstają również w wyniku tłoczenia olejów roślinnych
oraz produkcji tłuszczów zwierzęcych. W Polsce oleje roślinne pozyskuje się głównie z nasion rzepaku i słonecznika. Po procesach tłoczenia pozostają wytłoki, śruta poekstrakcyjna
oraz zanieczyszczenia powstałe z mycia i odwirowywania. Ze względu na wysoką zawartość
białka i tłuszczu, a także dobrze zbilansowany skład aminokwasowy, śruta poekstrakcyjna
i wytłoki stosowane są jako dodatki do pasz (Smulikowska i in. 1998; Czyżyk i in. 2010).
Po procesach produkcji tłuszczów zwierzęcych pozostaje stosunkowo niewiele odpadów
i są to głównie: skwarki powytopowe oraz tłuszcze odpadowe (niezdatne do spożycia). Mogą
mieć różne zastosowanie, np. w produkcji mydła, jako dodatek do pasz (Czyżyk i in. 2010).
Odpadowe tłuszcze mogą być również wykorzystane, po odpowiedniej obróbce, do produkcji biodiesla II generacji (Chhetri i in. 2008; Nor Hazwani i in. 2013).
6. Podsumowanie, wnioski
Jednym z zasobów energii odnawialnej jest biomasa a duże jej ilości produkowane
są przez sektor rolny oraz przemysł przetwórstwa surowców pochodzenia rolniczego. Jednym ze sposobów zagospodarowania odpadów z rolnictwa jest wykorzystywanie odpadowej
biomasy rolniczej na cele energetyczne przez m. in. spalanie i współspalanie z węglem w różnych postaciach (lub produkcję biowęgla – toryfikatu), produkcję biogazu lub bioetanolu.
Surowcami dla tych procesów mogą być np. resztki pożniwne (słoma zbożowa, łodygi rzepakowe i kukurydziane, plewy, liście), pozostałości powykopkowe, plewy, ziarno odpadowe,
pozostałości z przetwórstwa owoców. W produkcji biogazu zastosowanie znajdują np. odpady z produkcji cukru (wysłodki buraczane), serwatka, odpady owocowo-warzywne, obierki ziemniaczane, wywary gorzelnicze. W produkcji bioetanolu jako substraty zastosować
można melasę, serwatkę, wytłoczyny, odpadowe ziemniaki i ziarna zbóż. Dzięki postępom
inżynierii genetycznej bioetanol z lignocelulozy może być produkowany z coraz większą
wydajnością. Odpadowe oleje roślinne i zwierzęce znaleźć mogą zastosowanie w produkcji
biodiesla II generacji. Rozwijanie i doskonalenie technologii pozyskiwania energii z biomasy pozwoli na zagospodarowanie i efektywne energetyczne wykorzystanie masy rolniczej
traktowanej dotychczas jako produkt uboczny.
Bibliografia
Adamczak W., Adamski M., Durczak K., Osuch A.: Przydatność odpadów z przemysłu owocowego do produkcji biogazu [w:] Współczesne Problemy Ochrony Środowiska
III red. Pikoń K., Bogacka M, Gliwice, 2015, s. 15-19.
Adamski M., Pilarski K., Dach J.: Możliwości wykorzystania wywaru gorzelnianego jako
substratu w biogazowni rolniczej. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 54(3), 2009, s. 10-16.
Białecka B.: Gospodarka odpadami z przemysłu rolno- spożywczego w województwie śląskim. Problemy ekologii, 12(1), 2008, s. 28-32.
Borycka B.: Walory ekologiczne spalania biomasy z odpadów owocowo-warzywnych. Energetyka i ekologia, 2009, s. 847-851.
130
Barbara Drygaś
Chhetri B. A., Watts K. Ch., Rafiqul Islam M.: Waste Cooking Oil as an Alternate Feedstock
for Biodiesel Production. Energies, 1, 2008, s. 3-18.
Czupryński B., Kotarska K.: Recyrkulacja i sposoby zagospodarowania wywaru gorzelniczego. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 50(2), 2011, s. 21-23.
Czyżyk F., Strzelczyk M.: Rational utilization of production residues generated in agri-food.
Achieves of Waste Management and Environmental Protection, 17(3), 2015,
s. 99-106.
Czyżyk F., Strzelczyk M., Steinhoff-Wrześniewska A., Godzwon J., Rajmund A., Kołdras J.,
Kaca E.: Wytyczne w zakresie wykorzystania produktów ubocznych oraz zalecanego postępowania z odpadami w rolnictwie i przemyśle rolno- spożywczym.
Falenty – Warszawa, 2010, ss. 103.
Dai J., Sokhansajn S., Grace J. R., Bi X., Jim Lim C., Melin S.: Overview and some issues
related to co-firing biomass and coal. The Canadian Journal of Chemical Engineering 86(3), 2008, s. 367-386.
Daniel Z., Juliszewski T., Kowalczyk Z., Malinowski M., Sobol Z., Wrona P.: Metoda szczegółowej klasyfikacji odpadów z sektora rolniczego i rolno-spożywczego. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 2(4), 2012, s. 141-152.
Dumitru M., Stanciu M., Bibu M., Some possibilities of using biogas as an alternative to
fossil fuels, Management Agricole 15(1), 2013.
Furgol M., Szlachta J.: Analiza bazy surowcowej do produkcji biogazu w powiecie strzelińskim. Inżynieria Rolnicza 5(114), 2009, s. 69-76.
Głodek E., Kalinowski W., Janecka L., Werszler A., Garus T., Kościanowski J.: Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolniczego. Część I – proces technologiczny: Opole, 2007, ss. 32.
Golisz E., Wójcik G. : Problemy gorzelni rolniczych i przemysłu bioetanolowego w Polsce.
Inżynieria Rolnicza 2(143), 2013, s. 69-78.
Herout M., Malaťák J, Kučera L., Dlabaja T.: Biogas composition depending on the type
of plant biomass used. Research in Agriculture Engineering 57(4), 2011,
s. 137-143.
Jasiulewicz M., Potencjał agrobiomasy lokalnej podstawą rozwoju biogazowni na przykładzie województwa zachodniopomorskiego. Prace naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu, 361, 2014, s. 66-77.
Klein A.: Gasyfication: An Alternative Process for Energy Recovery and Disposal of Municipal Solid Wastes. Columbia University, 2002, ss. 50.
Kłosowski G., Macko D., Mikulski D.: Development of biotechnological methods of biofuels production from renewable sources, Environmental Protection and Natural
Resources 12(45), 2010, s. 118-135.
Kryvoruchko V., , Andrea Machmüller A., V., Amon B., Amon T: Anaerobic digestion of
by-products of sugar beet and starch potato processing. Biomass and Bioenergy,
33(4), 2009,s. 620-627.
Lackey J. C., Peppley B., Champagne P., Maier A., Composition and uses of anaerobic digestion derived biogas from wastewater treatment facilities in North America.
Waste Management & Research 33(8), 2015, s. 767-771.
Lewandowski W. M., Proekologiczne odnawialne źródła energii, Warszawa, 2007, ss. 528.
Lewandowski W. M., Radziemska E., Ryms M., Ostrowski P.: Nowoczesne metody termochemicznej konwersji biomasy w paliwa gazowe, ciekłe i stałe, Proceedings of
ECOpole, 4(2), 2010, s. 453-457.
Nor Hazwani A., Haji Hasan S., Mohd Yosoff N. R.: Biodiesel Production Based on Waste
Cooking Oil (WCO). International Journal of Materials Science and Engineering 1(2), 2013, s. 94-99.
131
Rezić T., Oros D., Marković I., Kracher D., Ludwig R., Santek B.:Integrated hydrolyzation
and fermentation of sugar beet pulp to bioethanol. Journal of Microbiology and
Biotechnology 23(9), 2013, s. 1244-1252.
Rogulska M., Grzybek A., Szlachta J., Tys J., Krasucka E., Biernat K., Bajdor K., Powiązanie
rolnictwa i energetyki w kontekście realizacji celów gospodarki niskoemisyjnej
w Polsce. Polish Journal of Agronomy 7, 2011, s. 92-101.
Skowrońska M., Filipek T.: Nawozowe wykorzystanie wywaru gorzelnianego. Proceedings
of ECOpole 6(1), 2012, s. 267-271.
Smulikowska S., Mieczkowska A., Pastuszewska B.: Skład i wartość pokarmowa nasion,
wytłoków i śruty poekstrakcyjnej z żółtonasiennego rzepiku jarego podwójnie
ulepszonego (Brassica rapa) i brązowonasiennego rzepaku ozimego podwójnie
ulepszonego (Brassica napus) oznaczona w testach na kurczęta. Rośliny oleiste
19, 1998, s. 151-157.
Sybirny W., Puchalski Cz., Sybirny A.: Metaboliczna inżynieria drobnoustrojów do konstruowania wydajnych producentów bioetanolu z lignocelulozy. Biotechnologia
4(79) 2007, s. 38-54.
Akty prawne:
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE.
Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE z dnia 19 listopada 2008 r.
w sprawie odpadów oraz uchylająca niektóre dyrektywy (Dz.Urz. UE L312/3).
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dn. 14 sierpnia 2008 r. (Dz. U. z 28 sierpnia 2008 r.
Nr 156, poz. 969 ze zm.).
Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady WE nr 1099/2008.
Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 o odpadach (Dz.U. z 2013 r. Nr 0, poz. 21, art. 10)
Barbara DRYGAŚ – mgr, doktorantka w Katedrze Technologii Bioenergetycznych Uniwersytetu Rzeszowskiego. Absolwentka studiów magisterskich
na kierunkach biologia i geologia - spec. ochrona przyrody oraz zarządzanie
własnością intelektualną na Uniwersytecie Jagiellońskim w Krakowie
133
Wstępna ocena wzrostu i zimotrwałości paulowni puszystej
(Paulownia tomentosa Steud.) uprawianej na cele
energetyczne
Beata Jacek1,2 , Wojciech Litwińczuk2
1 2 Studium Doktoranckie IUNG PIB w Puławach i Uniwersytetu Rzeszowskiego;
[email protected]
Uniwersytet Rzeszowski, Wydział Biologiczno-Rolniczy, Zakład Fizjologii i Biotechnologii Roślin, Ćwiklińskiej 2, 35-601 Rzeszów; [email protected]
Abstrakt: Paulownia puszysta (Paulownia tomentosa Steud.), roślina drzewiasta naturalnie rosnąca na terenie Chin, jest wykorzystywana w zachodniej i południowej Europie w celach przemysłowych i energetycznych ze względu na dużą intensywność wzrostu
oraz pozyskiwaną w krótkim czasie dużą biomasę. Jest gatunkiem o wysokich wymaganiach
termicznych, dlatego dotychczas nie była uprawiana na szerszą skalę w naszym kraju. Celem prezentowanych badań było określenie siły wzrostu oraz zimotrwałości 13 populacji
paulowni puszystej w naszych warunkach klimatycznych. Badane populacje różniły się
pod względem siły wzrostu, tj. liczby, grubości i długości przyrostów w pierwszym roku
uprawy polowej. Większość osobników (ok. 90%) dobrze przezimowała. Istnieją podstawy
do skutecznego wyselekcjonowania szybko rosnących genotypów o zmniejszonych wymaganiach termicznych i większej odporności na niskie temperatury.
Słowa kluczowe: paulownia omszona, biomasa, mrozoodporność, uprawy
bioenergetyczne
1. Wstęp
Paulownia puszysta (Paulownia tomentosa Steud.) to drzewo liściaste zaliczane do rodziny paulowniowatych (Paulowniaceae) (Yadav i in. 2013). Paulownia występuje naturalnie w Chinach, gdzie jest uprawiana od ponad 2600 lat. Obecnie powszechnie spotykana
jest również w Azji, Ameryce Północnej, Australii oraz zachodniej i południowej Europie
(Essl 2007). Na kontynencie europejskim jest stosunkowo młodym gatunkiem uprawnym,
jednak o szerokim zastosowaniu.
Gatunek ten uznany jest za jedno z najszybciej rosnących drzew na świecie
(Ayan i in. 2006; Woods 2008). Charakteryzuje się wysoką produkcją biomasy, kilkakrotnie
wyższą niż inne gatunki drzew energetycznych. Niewątpliwą jej zaletą są duże przyrosty
roczne, niewielkie wymagania siedliskowe oraz możliwość pozyskiwania biomasy w cyklu
rocznym. W korzystnych warunkach 10-letnie drzewa mogą osiągnąć 10-12 metrów wysokości i 30-40 cm średnicy pnia oraz wyprodukować drewno o objętości 0,2-0,6 m3 (Vityi i Marosvölgyi 2011). Jednoroczne przyrosty roślin mogą osiągnąć nawet do 5 metrów
długości (Rao 1986). Zaletą paulowni jest wysoka zdolność regeneracji pędów z korzeni
lub z podstawy pędu po ścięciu części nadziemnej. Pędy po ścięciu szybko schną, mogą być
suszone naturalnie na świeżym powietrzu w ciągu 30-60 dni, natomiast w suszarni – w czasie
24-48 godzin (El-Showk i El-Showk 2003). Stosunkowa niska wilgotność biomasy w chwili
134
Beata Jacek, Wojciech Litwińczuk
zbioru oraz szybkie jej wysychanie znacznie obniżają koszty pozyskiwania biomasy.
Optymalną ilość biomasy osiąga się po 2 lub 3 latach wzrostu. Paulownia nie wymaga
ponownego sadzenia przez około 24 lata, co oznacza, że w tym czasie można dokonać minimum 8 wyrębów. W korzystnych warunkach przy obsadzie 3000-3500 roślin/ha, ilość uzyskanej biomasy waha się od 60 do 80 ton suchej masy na hektar. Niemniej jednak, intensywny
wzrost roślin sprawia, że biomasa może być pozyskiwana również w cyklu rocznym (Paszkiel 2015). Biomasa uzyskana z paulowni znajduje zastosowanie jako paliwo dla energetyki,
stanowi surowiec do produkcji energii cieplnej, a przetworzona na bioetanol może służyć
jako paliwo do silników spalinowych (Woods 2008).
Uprawy paulowni w dodatku wpływają korzystnie na poprawę stanu środowiska naturalnego, ponieważ nadają się dobrze do fitoremediacji i rekultywacji gleb zdegradowanych
oraz utylizacji osadów ściekowych. Gatunek ten jest bardziej tolerancyjny na metale ciężkie
niż wierzby czy topole (Azzarello i in. 2012). Ze względu na silnie rozbudowany system
korzeniowy i wysoką produktywność pobiera z gleby duże ilości pierwiastków śladowych
(Woods 2008). Paulownia ma niewielkie wymagania siedliskowe, dobrze rośnie na różnych
typach gleb i znosi okresowe niedostatki wody. Dodatkowo biomasa charakteryzuje się niską zawartością siarki (Paszkiel 2015). Ogromne, opadłe liście wzbogacają glebę w materię
organiczną, która jest łatwo przekształcana w próchnicę. Jako roślina fotosyntezy typu C4
asymiluje znacznie więcej CO2 niż gatunki drzew z fotosyntezą C3 (np. wierzba). Jednohektarowa uprawa paulowni w ciągu roku pochłania około 1235 ton CO2, co w efekcie wpływa
pozytywnie na zmianę mikroklimatu (Woods 2008).
Drewno paulowni stanowi wartościowy produkt dla przemysłu drzewnego. Intensywnie
prowadzona plantacja paulowni, przy obsadzie 2000 drzew na hektar, w 5 - 7 roku po założeniu, może wydać plon drewna rzędu 150-300 t/ha (López i in. 2012). Jest ono lekkie,
elastyczne, a jednocześnie wytrzymałe i odporne na deformacje mechaniczne. Surowiec ten
jest łatwy w obróbce ręcznej i mechanicznej. Wszystkie te zalety sprawiają, że roślina ta
jest cennym materiałem w przemyśle drzewnym. Drewno paulowni ma szerokie zastosowanie, m.in. w przemyśle budowlanym, w branży papierniczej, używane jest do produkcji
narzędzi gospodarczych, instrumentów muzycznych, a także w konstruowaniu samolotów
czy budowie jachtów (Rao 1986; Ayan i in. 2003).
Paulownia posiada ponadto szereg właściwości leczniczych. W medycynie naturalnej
są przygotowywane preparaty z jej liści, owoców, kory lub drewna, które mogą być stosowane w chorobach układu krwionośnego, pokarmowego, oddechowego (Yadav i in. 2013).
Z liści i kwiatów powstaje pełnowartościowa pasza dla zwierząt. Okazałe liście, dzięki dużej zawartości azotu, mogą posłużyć jako nawóz. Kwiaty paulowni są stosowane również
w przemyśle kosmetycznym w produkcji m.in. perfum, kremów (Rao 1986).
W rodzaju Paulownia, gatunek paulownia puszysta (Paulownia tomentosa Steud.) odznacza się najwyższą odpornością na mróz. Rośliny wytrzymują jednak spadki temperatury
do około ‑20oC (Rao 1986; Johnson 2000). Mimo to istnieją podstawy, aby sądzić, że uprawa paulowni na biomasę w Polsce będzie możliwa. W naszych warunkach klimatycznych,
paulownia była dotychczas nasadzana w cieplejszych regionach kraju jako drzewo ozdobne.
Ze względu na okazałe liście i piękne kwiaty, pojawiające się jeszcze przed rozwojem liści,
cieszy się dużym zainteresowaniem wśród polskich ogrodników.
Uprawa paulowni obecnie nie jest jeszcze rozpowszechniona na skalę przemysłową
w Polsce. Brakuje wiarygodnych informacji na temat plonowania zdolności do przezimowania roślin na terenie naszego kraju. Dlatego celem pracy było określenie siły wzrostu
oraz zimotrwałości kilkunastu populacji paulowni puszystej w warunkach klimatycznych
Podkarpacia.
Wstępna ocena wzrostu i zimotrwałości paulowni puszystej na cele energetyczne
135
2. Materiały i metody
Badania przeprowadzono na kilkumiesięcznych rozmnożonych generatywnie roślinach
paulowni puszystej należących do 13 populacji odmiennego pochodzenia. Większość ocenianych populacji pochodziła z nasion pozyskanych z drzew rosnących w ogrodach botanicznych, arboretach oraz na prywatnych posesjach na terenie Polski. Trzy pozostałe populacje
były pochodzenia zagranicznego, utworzono je z nasion pozyskanych z Węgier, Rumunii
i Krymu (Tab. 1).
Tab. 1. Pochodzenie badanych populacji paulowni puszystej
Symbol
Miejscowość
Miejsce pochodzenia nasion
Bg
Boguchwała
(koło Rzeszowa)
Prywatna posesja
Bl
Bolestraszyce
Arboretum
Bd
Bydgoszcz
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin
Państwowy Instytut Badawczy w Radzikowie
Oddział w Bydgoszczy
Cr
Kraków
Ogród Botaniczny Uniwersytetu Jagiellońskiego
w Krakowie
Kr
Krym
Nieznane
LuB
Lublin
Ogród Botaniczny UMCS w Lublinie
LuD
Lublin
Ogród Botaniczny UMCS w Lublinie
LuP
Lublin
Prywatna posesja
Po
Poznań
Ogród Botaniczny Uniwersytetu im. Adama
Mickiewicza w Poznaniu
Ru
Rumunia
Kampus uniwersytecki w Oradea
Wa
Warszawa
Ogród Botaniczny Uniwersytetu Warszawskiego
We
Węgry
Nieznane
Wr
Wrocław
Ogród Botaniczny Uniwersytetu Wrocławskiego
Dziesięciotygodniową rozsadę wysadzono do gruntu na początku czerwca 2014 r. Doświadczenie zostało założone w Świlczy koło Rzeszowa, na glebie organicznej (torf niski),
w układzie bloków kompletnie zrandomizowanych (3 powtórzenia x 13 populacji x 12 roślin). Każda populacja reprezentowana była przez 36 roślin. Rośliny wysadzono w systemie rzędowo-pasowym o rozstawie 6,4 m między pasami, 1,5 m między rzędami w pasie
i 0,5 m między roślinami w rzędzie.
Pod koniec okresu wegetacji dokonano wstępnej oceny cech użytkowych paulowni
puszystej tj. siły wzrostu (październik 2014 r.). Wykonano pomiary biometryczne roślin
uwzględniając: średnicę i długość przyrostów oraz liczbę pędów. Wiosną (kwiecień 2015 r.)
oceniono zimotrwałość notując ilość zamarłych osobników. Uzyskane wyniki opracowano
136
statystycznie za pomocą analizy wariancji (ANOVA). Średnie porównano za pomocą testu NIR na poziomie istotności α < 0,05.
3. Wyniki i dyskusja
Rośliny paulowni puszystej charakteryzowały się niezwykle intensywnym wzrostem
(Ryc. 1). Podstawowym kryterium przy doborze genotypów paulowni do uprawy na cele
energetyczne jest plon biomasy, który związany jest m.in. ze wzrostem i pokrojem roślin.
Po pierwszym roku wegetacji średnia długość 4-miesięcznych przyrostów przekraczała
80 cm, zaś średnica podstawy pędu – 1,5 cm (Tab. 2). Najsilniejsze osobniki wytworzyły znacznie dłuższe (niemal 1,5 m) i grubsze (3 cm) przyrosty. Badane populacje różniły
się wyraźnie pod względem siły wzrostu, tj. grubości i długości przyrostów (Ryc. 2A i 2B).
Rośliny należące do trzech populacji (Kr, Bl, LuB) odznaczały się wyraźnie słabszym wzrostem. Średnia długość i grubość przyrostów tych roślin była niższa w porównaniu do średniej
ogólnej dla wszystkich ocenianych populacji. Najkorzystniejszymi parametrami morfologicznymi w zakresie długości i średnicy pędów wyróżniały się rośliny należące do populacji:
Bd, LuD i We.
Poza długością i grubością pędów o plonie biomasy decyduje również ich liczba. Średnia liczba pędów dla poszczególnych populacji wahała się od 1,0 do 1,4 szt. (Ryc. 2D).
Większość roślin (83,7%) w pierwszym roku uprawy charakteryzowała się silną dominacją
wierzchołkową – jednym pędem głównym. Tylko nieliczne osobniki wykazywały tendencję
do rozkrzewiania się. Spośród badanych populacji, LuP odznaczała się największą liczbą
pędów.
Pod względem łącznej długości pędów, statystycznie istotnie wyróżniały się rośliny należące do dwóch populacji: LuP i Po (wyk. 1C). Średnia łączna długość pędów dla tych populacji wynosiła odpowiednio 111,3 cm i 110,7 cm, przy czym średnia wysokość tych roślin
to 90,9 cm i 88,7 cm. Największa łączna długość pędów jednej rośliny wynosiła 240 cm.
Niezbędna jest ocena zdolności roślin paulowni puszystej do przetrwania w niekorzystnych warunkach klimatycznych panujących zimą. Na początku drugiego okresu wegetacyjnego dokonano oceny stanu przezimowania roślin. Większość roślin (ok. 90%) dobrze przezimowała. W zależności od populacji liczba zamarłych osobników wahała się od 0 do 11%.
Połowa z ocenianych populacji charakteryzowała się bardzo dobrym przezimowaniem,
wszystkie rośliny przetrwały okres zimowy. Nieznacznie mniejszą zimotrwałością odznaczały się rośliny należące do trzech populacji (3-6% zamarłych roślin): Ru, We i Bg. Jedynie
trzy pozostałe populacje były istotnie wrażliwe na niską temperaturę (8 i 11% osobników
zamarłych, odpowiednio dla populacji Kr i Bd oraz LuB). Ze względu na łagodną zimę
trudno jest jednak ocenić różnice w zimotrwałości poszczególnych populacji i osobników.
W okresie zimowym (XII-II) odnotowana najniższa temperatura powietrza na Podkarpaciu
wynosiła -16oC. W tym przedziale czasu odnotowana średnia dobowa temperatura powietrza
była ujemna podczas 45 dni. Młode rośliny są szczególnie wrażliwe na mróz. Paulownia
puszysta wytrzymuje spadki temperatury do około -20oC. W literaturze nie ma dostępnych
informacji przez jak długi okres czasu roślina ta toleruje temperatury poniżej 0oC.
137
Ryc. 1. Rośliny paulowni puszystej w pierwszym roku wegetacji [Zdjęcia wykonane: tuż po posadzeniu roślin - 7 VI 2014 r. i 8 IX 2014 r.; Wojciech Litwińczuk]
Tab. 2. Wybrane cechy biometryczne pędów paulowni puszystej po pierwszym roku wegetacji.
współczynnik
zmienności
średnia dla
10 najsilniej
szych osobników
badane cechy
średnia
(n=13)
długość pędu [cm]
85,5
31,0-145,0
25,0 %
130,3
1,2
1,0-3,0
38,3 %
3,0
łączna długość
wszystkich pędów [cm]
96,6
31,0-240,0
36,1 %
211,6
średnica podstawy pędu
[cm]
1,7
0,5-3,0
32,2 %
2,9
liczba pędów [szt.]
zakres cechy
(min-max)
4. Podsumowanie wyników
Potwierdzono znane z literatury zagranicznej informacje dotyczące intensywnego wzrostu roślin paulowni puszystej. Badane populacje paulowni różniły się pod względem siły
wzrostu tj. liczby, grubości i długości przyrostów. Najlepszymi parametrami wzrostu charakteryzowały się populacje LuP i Po, wykazujące najlepsze dostosowanie do polskich warunków klimatycznych. Na obecnym etapie badań nie można jeszcze wyciągnąć daleko idących wniosków na temat przydatności upraw paulowni puszystej na terenie Polski. Niemniej
jednak istnieją podstawy do skutecznego wyselekcjonowania szybko rosnących genotypów
o zmniejszonych wymaganiach termicznych i większej odporności na niskie temperatury.
138
Ryc. 2A-D. Porównanie wybranych cech badanych populacji paulowni puszystej po pierwszym roku wegetacji roślin (odmienne litery wskazują na istotne różnice przy α < 0,05)
139
Bibliografia
Ayan S., Sađlam I., Sivaciođlu A.: Paulownia Sieb. and Zucc: a new exotic genus for multipurpose uses in Kastamonu – Turkey. Decision Support for Multiple Purpose
Forestry, 2003, p. 1-9.
Ayan S., Sivacioglu A., Bilir N.: Growth variation of Paulownia Sieb. and Zucc. species and
origins at the nursery stage in Kastamonu-Turkey. Journal Environmental Biology 27, 2006, p. 499-504.
Azzarello E., Pandolfi C., Giordano C., Rossi M., Mugnai S., Mancuso S.: Ultramorphological and physiological modifications induced by high zinc levels in Paulownia
tomentosa. Environmental and Experimental Botany 81, 2012, p. 11-17.
El-Showk S., El-Showk N.: The Paulownia tree an alternative for sustainable forestry, 2003
[http://www.cropdevelopment.org/docs/PaulowniaBrochure.pdf];
dostęp 23.03.2016
Essl F.: From ornamental to detrimental? The incipient invasion of Central Europe by Paulownia tomentosa. Preslia 79, 2007, p. 377-389.
Johnson D.V.: Nicaragua ARAP. Agriculture Reconstruction Assistance Program. Use of Paulownia for forest plantations in the Leon region of Nicaragua. AID Managua,
Nicaragua, 2000, p. 1-15.
López F., Pérez A., Zamudio M.A.M., De Alva H.E., García J.C.: Paulownia as raw material for solid biofuel and cellulose pulp. Biomass and Bioenergy 45, 2012,
p. 77-86.
Paszkiel M.: Paulownia OXI – szybka i opłacalna produkcja biomasy. Magazyn Biomasa 11,
2015, p. 32-35.
Rao A.N. (ed.): Paulownia in China: Cultivation and utilization by Chinese Academy of Forestry Staff. Asian Network for Biological Sciences, 1986. p. 1-65.
Vityi A., Marosvölgyi B.: New tree species for agroforestry and energy purposes. Energy,
Environment, Biology and Biomedicine, 2011, p. 82-84.
Woods V.B.: Paulownia as a novel biomass crop for Northern Ireland? A review of current
knowledge. Agri-Food and Biosciences Institute, 2008, p. 1-47.
Yadav N.K., Vaidya B.N., Henderson K., Lee J.F., Stewart W.M., Dhekney S.A., Joshee N.:
A Review of Paulownia Biotechnology: A Short Rotation, Fast Growing Multipurpose Bioenergy Tree. American Journal of Plant Sciences 4, 2013, p. 20702082.
Beata JACEK – mgr, absolwentka Wydziału Biologiczno-Rolniczego Uniwersytetu Rzeszowskiego. Doktorantka w Zakładzie Fizjologii i Biotechnologii
Roślin Uniwersytetu Rzeszowskiego. Specjalność - nauki rolnicze w dyscyplinie agronomia.
Wojciech LITWIŃCZUK – dr hab. inż., Kierownik Zakładu Fizjologii i Biotechnologii Roślin na Wydziale Biologiczno-Rolniczym Uniwersytetu Rzeszowskiego.
141
Potencjał lokalny biomasy z drzew jabłoniowych
na Dolnym Śląsku
Rafał Wicherski1, Arkadiusz Dyjakon2
1
2
SKN BioEnergia, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, ul. C. K. Norwida 25, 50-357 Wrocław, Polska, [email protected]
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Inżynierii Rolniczej, Zakład Niskoemisyjnych
Źródeł Energii i Gospodarki Odpadami, ul. Chełmońskiego 37a, 51-630 Wrocław, Polska, [email protected]
Abstrakt: Polska jest największym producentem jabłek w Europie, co wynika z dużej
ilości sadów jabłoniowych. W celu utrzymania wysokiej produktywności, konieczne jest
przycinanie drzew jabłoniowych w okresie zimowo-wiosennym. Problematyka pracy dotyczy
wyznaczenia zasobów pozostałości drewna z sadów jabłoniowych na obszarze województwa
dolnośląskiego powstających wskutek pielęgnacyjnej przycinki drzew. W oparciu o dane
statystyczne określono powierzchnie sadów jabłoniowych w poszczególnych powiatach regionu. Na podstawie badań własnych oraz przeglądu literatury określono średni zbiór gałęzi
z przycinania drzew jabłoniowych na poziomie 3 - 3,5 Mg·ha-1·rok-1. W efekcie opracowano
mapy przedstawiające potencjał teoretyczny, techniczny i ekonomiczny biomasy sadowniczej
z drzew owocowych na obszarze Dolnego Śląska, który może być wykorzystany dla celów
energetycznych. Wykazano, że największe zasoby teoretyczne biomasy z sadów znajdują się
w powiecie trzebnickim i wrocławskim, odpowiednio 2238 Mg·rok-1 i 1960 Mg·rok-1.
Słowa kluczowe: biomasa, sady jabłoniowe, potencjał energetyczny
1. Wstęp
Pokrycie całkowitego zapotrzebowania społeczeństwa na energię przy jednoczesnym
ograniczonym wpływie emisji na środowisko jest ważnym aspektem polityki energetycznej. Kierunkiem obecnych działań jest wykorzystanie naturalnych, powszechnie dostępnych
nośników energii odnawialnej. W zależności od warunków lokalnych dostępne rozwiązania
mogą znacznie się od siebie różnić. Pewną alternatywą częściowego zastąpienia paliw kopalnych jest wykorzystanie lokalnego potencjału biomasy drzewnej z sadów jabłoniowych
dla celów energetycznych. Ich potencjał może być duży, ponieważ Polska jest największym
producentem jabłek w Europie. Pozostałości drewna z sadów stanowią często dla właścicieli
problemowy odpad (ryc. 1), a ich potencjał nie jest właściwie zagospodarowany.
142
Rafał Wicherski, Arkadiusz Dyjakon
a) gałęzie bezpośrednio po przycince
b) gałęzie zebrane na końcu kwatery
Źródło: Dyjakon (16.02.2016, Sady Trzebnica)
Źródło: Wicherski (24.03.2015, Sady Trzebnica)
Ryc. 1. Wiosenna przycinka drzew jabłoniowych w sadzie
W większości przypadków jest ona rozdrabniana i pozostawiana w sadzie (ryc. 2), lub
wypychana z międzyrzędzi i spalana na poboczu w pryzmie. Innym sposobem jej wykorzystania może być przeznaczenie na cele energetyczne do produkcji ciepła (Dyjakon i in.,
2014a).
Podczas zbioru biomasy z sadów wykorzystuje się wiele rozwiązań (Romański i in.
2014). Charakterystyka nasadzeń drzew w gospodarstwach stwarza wymagania dla maszyn,
które powinny być przystosowane do warunków pracy (dobra zwrotność, kompatybilność).
Cechy konstrukcyjne stosowanych jednostek wpływają na czas i jakość wykonanej pracy,
a więc decydują o końcowych kosztach użytkowania. Nowoczesne technologie pozwalają
przy ograniczonych kosztach zagospodarować pozostałości z pielęgnacji drzew owocowych.
Podstawowymi metodami jest podnoszenie ściętych gałęzi z podłoża przez specjalnej konstrukcji nagarniacze, a następnie ich kompaktowanie (zagęszczanie) do postaci balotów/kostek (ryc. 3) lub zrębkowanie (ryc. 4).
Specjalistyczne maszyny współpracujące z ciągnikiem pozwalają na zbieranie i przetwarzanie biomasy drzewnej podczas jednego przejazdy pomiędzy drzewami owocowymi.
Jest to istotną zaletą z uwagi na ograniczenie kosztów procesu (Magagnotti 2013).
Ryc. 2. Zagospodarowanie gałęzi z przycinki drzew owocowych (Dyjakon i in. 2014b)
143
Korzyści wynikające z energetycznego przeznaczenia pozostałości z pielęgnacji sadów
mogą odnosić nie tylko właściciele gospodarstw, ale także środowisko naturalne poprzez
ograniczenie emisji CO2 do atmosfery. Jest to istotne zwłaszcza w kontekście decentralizacji
systemów energetycznych i wykorzystywania źródeł lokalnych. Należy jednak zachować
odpowiednią równowagę pomiędzy stopniem przycinania, a produktywnością owoców,
co zapewni efektywność i opłacalność prowadzonego procesu (Grella i in. 2013).
a) produkcja małych balotów
b) produkcja dużych balotów
Źródło: Spinelli i in. 2010
Źródło: Dyjakon (16.06.2014, PIMR)
Ryc. 3. Balotowanie gałęzi z przycinki drzew owocowych
Ryc. 4. Zestaw do zbioru i zrębkowania pozostałości drewna z sadów (Spinelli i in. 2010)
W zależności od charakterystyki uprawy, wieku sadu i ilości nasadzeń, potencjał teoretyczny, techniczny czy ekonomiczny gospodarstw sadowniczych może się różnić. Oprócz
zasobności biomasy w postaci ścinek z drzew owocowych, istotna jest także koncentracja
sadów, gdyż może wpływać na wybór technologii postępowania z tego typu odpadową materią organiczną. Obecnie, brak jest jednak danych dotyczących zasobności lokalnej biomasy
sadowniczej, co było podstawowym powodem podjęcia tematu.
144
2. Metodyka i procedura badawcza
Z uwagi na dominującą w Polsce produkcję jabłek, w pracy podjęto się oceny lokalnego
potencjału drewna odpadowego z sadów jabłoniowych na terenie Dolnego Śląska. Określenie potencjałów biomasy oparto na podstawie uzyskanych danych z Wrocławskiego Urzędu
Statystycznego dotyczących wielkości i ilości sadów w województwie dolnośląskim z podziałem na powiaty oraz badań własnych i danych literaturowych w zakresie ilości generowanych gałęzi z przycinki drzew jabłoniowych. Zebrane dane posłużyły do oszacowania
potencjału teoretycznego, technicznego i ekonomicznego rozpatrywanej biomasy w danym
regionie.
3. Badania i dyskusja wyników
W celu określenia ilości powstających gałęzi podczas przycinki drzew jabłoniowych,
przeprowadzono odpowiednie pomiary w gospodarstwie sadowniczym w Trzebnicy. Na podstawie uzyskanych informacji o nasadzeniu obliczono ilość biomasy odpadowej produkowanej z jednego hektara dla danej odmiany (Tab. 1). Przy szacowaniu biomasy odpadowej
wykorzystano wzór:
Zbd = mj · n
(1)
gdzie:
Zbd – zasoby biomasy drzewnej z sadów, kg·ha-1·rok-1,
mj – jednostkowa masa gałęzi uzyskana z drzewa owocowego, kg·szt.-1·rok-1,
n – liczba drzew na jednym hektarze, szt.·ha-1.
Ilość zebranej biomasy odpadowej była zróżnicowana pod względem gatunku drzewa.
Na podstawie wyników, przyjęto średnią ilość biomasy odpadowej z sadów na poziomie3,1
Mg·ha-1·rok-1. Uzyskane wartości pokrywają się z danymi literaturowymi (Janic 2012, Zivkovic i in. 2013).
Tabela 1. Masa gałęzi z cięcia zimowego otrzymana z jednego drzewa
Jabłoń
Pomiar
Golden
Champion
Boscoop
Jonagold
Idared
Masa gałęzi
kg·szt.-1
1
2
3,12
3,02
2,09
2,44
2,46
1,91
1,71
1,82
5,65
6,15
3
3,20
2,10
1,96
1,67
6,55
4
3,10
2,00
2,29
2,32
6,05
5
3,04
2,03
2,58
2,26
6,40
6
3,16
2,09
2,68
2,26
6,25
145
Średnia
3,11
2,13
2,31
2,01
6,20
2,51
3,5
Masa gałęzi
Mg·ha-1
Średnia
3,89
2,66
2,89
3,1
Źródło: badania i opracowanie własne
W województwie dolnośląskim uprawy sadownicze zajmują powierzchnię ponad 7,5
tys. ha, z czego sady jabłoniowe stanowią 50% całej uprawy (GUS 2015). Analiza potencjału
teoretycznego opiera się o gospodarstwa rolne ogółem. Miasta na prawach powiatu ujęto
w ogólnej powierzchni poszczególnych regionów. Całkowita masa pozostałości z sadów
jabłoniowych możliwa do uzyskania podczas cięcia stanowi potencjał teoretyczny na terenie powiatów Województwa Dolnośląskiego (ryc. 5). Przeprowadzona analiza wykazała, że na Dolnym Śląsku sumaryczny potencjał teoretyczny biomasy z drzew jabłoniowych
wynosi około 12 173 Mg∙rok-1 świeżej masy. Należy jednak zwrócić uwagę, że potencjał
ten nie jest równomierny. W podziale na Powiaty można zaobserwować, że istnieją obszary
o wyraźnie wyższym czy niższym potencjale.
Ryc. 5. Potencjał teoretyczny biomasy z przycinki sadów
jabłoniowych w województwie dolnośląskim
146
Największym potencjałem teoretycznym dysponuje powiat wrocławski i trzebnicki (kolejno 1960,1 i 2238,3 Mg∙rok-1). Korzystna lokalizacja pow. średzkiego (Środa Śląska) pozwala na współpracę z większymi, sąsiednimi regionami. Podobna sytuacja dotyczy obszarów
Oławy, Świdnicy, choć są to mniejsze tereny sadów. Dodatkową zaletą dla tych obszarów jest
bliskość dużego miasta, które może stanowić potencjalny rynek zbytu pozyskanej biomasy
dla celów energetycznych. Największy obszar zajmują powiaty, w których łączna wielkość
sadów jest w zakresie od 100 do 500 ha. Najmniejsze obszary sadów, a tym samym najniższe
zasoby, występują w powiatach: kamiennogórskim, jeleniogórskim, jaworskim oraz wołowskim (w każdym regionie poniżej 100 Mg∙rok-1). Dla tych regionów rozwiązaniem może być
współpraca między właścicielami gospodarstw w formie spółdzielni lub konsorcjów.
Potencjał techniczny zagospodarowania drewna odpadowego z sadów wyznaczono
poprzez odrzucenie gospodarstw o powierzchni uprawy do 1 ha (ryc. 6). Odrzucenie powierzchni sadów poniżej 1 ha wynika z założenia, że są to sady często niezagospodarowane w sposób właściwy, z ograniczonym zakresem pielęgnacji drzew czy trudno dostępne
z punktu widzenia zastosowania maszyn do zbierania biomasy.
Ryc. 6. Potencjał techniczny biomasy z przycinki sadów jabłoniowych w województwie Dolnośląskim
Największy potencjał techniczny jest w pow. Trzebnickim i Wrocławskim (odpowiednio
2121,9 i 1858,2 Mg∙rok-1). Zmianie uległ potencjał na terenie powiatu Kłodzko i Środa Śląska, gdzie zasoby drewna odpadowego z drzew jabłoniowych porównywalne są z powiatami:
Lubińskim, Świdnickim i Oławskim, które przy wyznaczonym potencjale teoretycznym były
wyższe (zasoby poniżej 800 Mg∙rok-1). Na pozostałych obszarach nie zauważono dodatkowych zmian.
147
Wyznaczony potencjał ekonomiczny pozwala ocenić prawdopodobieństwo wykorzystania gałęzi z sadów dla celów energetycznych w praktyce (ryc. 7). Przy ostatecznym szacowaniu możliwości zagospodarowania pozostałości drewna z drzew jabłoniowych na obszarze
województwa Dolnośląskiego ograniczono potencjał techniczny sadów poprzez odrzucenie
gospodarstw o powierzchni uprawy 1-5 ha. Wynika to przede wszystkim z braku opłacalności zakupu wyspecjalizowanych maszyn do balotowania czy zrębkowania gałęzi przez
właścicieli małych sadów oraz rozproszenia samych sadów, co również prowadzić może
do braku opłacalności stosowania tej technologii.
Porównując oszacowany potencjał ekonomiczny z teoretycznym zauważono, że możliwości pozyskiwania gałęzi z sadów jabłoniowych znacznie się różnią. Dużej zmianie uległa sytuacja w powiecie Oławskim, gdzie zasoby są mniejsze od początkowo założonych
i zbliżone do większości obszarów. Różnica, jaka była pomiędzy potencjałami w regionach
Lubina, Świdnicy a Środy Śląskiej, ostatecznie jest niezauważalna. Nadal jednak największe
zasoby biomasy są w Powiecie Trzebnickim i Wrocławskim (w każdym z regionów powyżej
1500 Mg∙rok-1).
Ryc. 7. Potencjał ekonomiczny biomasy z przycinki sadów jabłoniowych w województwie Dolnośląskim
4. Podsumowanie i wnioski końcowe
Pielęgnacyjne przycinanie drzew owocowych, w tym jabłoniowych, generuje pewną
ilość biomasy odpadowej wymagającej zagospodarowania. Jako odpad sadowniczy, może
148
jednak być przeznaczona na cele energetyczne, co może pozwolić odnieść korzyści ekonomiczne dla sadowników oraz środowiskowe dla lokalnej społeczności. Obecny brak szerokiego zainteresowania właścicieli sadów uczestnictwem na rynku energetycznym może
wynikać z konieczności zakupu wyspecjalizowanych maszyn, zdobycia odbiorcy, a także
niewielkiego rozpowszechnienia takiej metody zagospodarowania ścinek gałęzi. Znaczne
powierzchnie upraw sadowniczych wymagają analizy warunków w poszczególnych regionach. Istotna jest także znajomość ilości powstającej w sadzie biomasy oraz jej potencjał
lokalny. Określenie potencjału już na szczeblu lokalnym może ułatwić podjęcie decyzji w zakresie energetycznego wykorzystania pozostałości drewna z sadów.
Zasobność biomasy wyznaczono w oparciu o dane statystyczne oraz badania terenowe
w sadzie. Na podstawie badań własnych oszacowano, że średni zbiór gałęzi z przycinania
drzew jabłoniowych na Dolnym Śląsku wynosi około 3,1 Mg·ha-1·rok-1. Uwzględniając dane
statystyczne dotyczące wielkości powierzchni sadów jabłoniowych w województwie oraz
ilość biomasy z prześwietleń drzew jabłoniowych, określono roczne jej zasoby, które wynoszą od 12 173 Mg (w przypadku potencjału teoretycznego), do 11 713 Mg (w przypadku
potencjału technicznego). Analiza wykazała, że najwyższe potencjały występują w powiatach: wrocławskim (1960,1 Mg∙rok-1) oraz trzebnickim (2238,2 Mg∙rok-1), a najniższe w jaworskim (84,52 Mg∙rok-1) oraz kamiennogórskim (38,8 Mg∙rok-1).
Uzyskane potencjały z pewnością nie są duże w bilansie krajowym, ale w skali lokalnej
stanowić mogą pewne uzupełnienie rynku o paliwo opałowe pochodzące z własnego regionu. Możliwości wykorzystania pozostałości z sadów warunkuje sytuacja na rynku (popyt,
ceny transportu, surowca oraz konkurencyjnych paliw). Znając prawdopodobny potencjał
do uzyskania można rozpocząć planowanie inwestycji poprzez nabycie maszyn oraz pozyskanie przyszłych odbiorców-klientów. Uzyskaną biomasę najczęściej można przetworzyć
do zrębków lub balotów, które posłużyć mogą jako paliwo w małych, domowych kotłach
czy lokalnych kotłowniach. Wariant wytworzenia określonej formy paliwa powinien być
jednak dostosowany do potrzeb klienta. Pomoc ze strony władz wojewódzkich w postaci
dopłat, subsydiów mogłaby przyspieszyć proces energetycznego zagospodarowania biomasy
drzewnej z sadów. Należy także pamiętać, że gałęzie z sadów to odnawialne źródło energii,
i w przypadku zastąpienia węgla przynoszą korzyści dla środowiska i lokalnej społeczności.
Podziękowanie
Praca współfinansowana przez Komisję Europejską w ramach 7 Programu Ramowego dotyczącego badań i innowacji technologicznych oraz wiedzy opartej na bio-ekonomii,
oraz ze środków finansowych na naukę w latach 2013-2016 przyznanych przez polskiego
Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego (umowa nr 2896/7.PR/2013/2 z dnia 18.11.2013)
na realizację projektu międzynarodowego współfinansowanego EuroPruning.
Bibliografia
Dyjakon A., den Boer J., Bukowski P., 2014a. Europruning: A new direction for energy production from biomass, Agricultural Engineering, 2014, Vol. 3(151), 163-174.
Dyjakon A., den Boer J., Bukowski P., 2014b. Wykorzystanie gałęzi ze ścinek drzew owocowych dla celów energetycznych, Opolski Festiwal EKOENERGETYKI, Opole
8-11.10.2014, Polska.
Grella M., Manzone M., Gioelli F., 2013. Harvesting orchard pruning residues in southern
Piedmont. Journal of Agricultural Engineering, 44 (14), 97-102.
GUS - Główny Urząd Statystyczny (www.stat.gov.pl. 30.11.2015).
149
Janic T. (ed.), 2012. Energy efficiency and biomass potential analysis, UNDP – SERBIA,
Novi Sad, Report SI-06/2012.
Magagnotti N., 2013. Technology alternatives for tapping the pruning residue resource.
Bioresource Technology, 128, 697-702.
Romański L., Dyjakon A., Adamczyk F., Frąckowiak P., 2014: Problems with deriving the
fruit tree pruned biomass for energy use, Agricultural Engineering, Vol. 3(151),
157-167.
Spinelli R., Picchi G., 2010. Industrial harvesting of olive tree pruning residues for energy
biomass. Bioresource Technology, 101, 730-735.
Wrocławski Urząd Statystyczny, 6.01.2016.
Zivkovic M., Urosevic M., Oljaca S., Oljaca M., Gligorevic K., Zlatanovic I., Koprivica R.
2013. Aspects of using potential energy products of biomass after pruning fruit
and grape plantations in the Republic of Serbia, Agriculture and Forestry 59(1):
167-182.
Rafał Wicherski – inż. w roku 2016 ukończył studia inżynierskie na Wydziale Przyrodniczo-Technologicznym Uniwersytetu Przyrodniczego we
Wrocławiu na kierunku Odnawialne Źródła Energii i Gospodarka Odpadami.
Obecnie realizuje studia magisterskie na tym samym kierunku. Członek Studenckiego Koła Naukowego SKN BioEnergia na Wydziale Przyrodniczo-Technologicznym.
151
Bartnictwo - przywracania dzikich pszczołowatych
na terenie Polski
Mateusz Kęsy
Wydział Leśny, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul. Wojska Polskiego 82, 60-637 Poznań,
[email protected]
Abstract: Pszczoły stanowią jeden z najcenniejszych elementów ekosystemu, którego
głównym elementem jest człowiek. Dziś pszczoły mają większe znaczenie niż przeciętne
owady, a niektórzy twierdzą że są to najważniejsze zwierzęta na świecie. Człowiek od dawna
inspirował się zapylaczami i próbował je z różnym rezultatem udomowić. Skutkiem tego jest
chociażby rozwój pszczelarstwa, które zastępowało stopniowo bartnictwo. Dawniej hodowlę
pszczół prowadzono w lasach w tzw. barciach. Takie miejsca powstawały w starych drzewach. W wyniku przemian społecznych, gospodarczych a także kulturowych doszło w XIX
wieku do całkowitego zaniknięcia bartnictwa na terenie Polski. W pracy przedstawiono bartnictwo jako formę czynnej ochrony pszczołowatych na terenie Polski z uwzględnieniem roli
barci dla dzikich pszczół w lasach. Określono znaczenie powrotu bartnictwa do lasów jako
metody czynnej ochrony przyrody oraz przeanalizowano inne korzyści z tego wynikające.
Słowa kluczowe: pszczoły, las, innowacyjne pszczelarstwo
1. Wstęp
Bartnictwo to niemal całkowicie już zapomniany sposób hodowli i utrzymywania
pszczół w barciach dzięki specjalnie do tego przeznaczonym wnękom w drzewach. Owa
forma hodowli pszczół od kilkunastu lat jest regularnie wprowadzana do lasów na terenie
wschodniej Polski. Pomimo faktu iż zasoby rodzimych pszczół przez ostatnie dziesięciolecia całkowicie zaniknęły na terenach leśnych to na nowo staraniami pasiek zachowawczych
możemy wprowadzać je do lasów na terenie całego kraju. Problemem stały się pszczoły
sprowadzane przez pszczelarzy z zagranicy do hodowli w kraju. Celem tego działania było
podniesienie długowieczności, zdrowotności i odporności pszczół. Wprowadzanie pszczół
obcego pochodzenia na tereny Polski przyczyniło się do ograniczenia występowania pszczół
środkowoeuropejskich w lasach Polski. W pracy przedstawiono znaczenie powrotu bartnictwa w aspekcie ochrony przyrody i jednej z metod czynnej ochrony pszczołowatych. Przedstawiono najważniejsze działania w polskich lasach w ostatnich latach.
2. Bartnictwo- charakterystyka
Wspólna historia ludzi i pszczół miodnych jest bardzo długa. Początkowo dochodziło
do przypadkowych spotkań z pszczołami, które zakładały swoje gniazda w trudno dostępnych miejscach np. w szczelinach skał lub w wypruchniałych drzewach. Tym samym znalezienie miodu stwarzało dużo trudności. Pierwotnie pszczoła miodna Apis mellifera mellifera
była naturalnym składnikiem biocenozy lasu (Banaszak 2008). Tak cenne owady z czasem
152
Mateusz Kęsy
wzbudzały zainteresowanie wśród ludzi i coraz częściej próbowano je oswoić. Wyglądało to zapewne odmiennie od dzisiejszych metod hodowli pszczół. Dokładnej daty narodzin
bartnictwa nie znamy, jednakże pierwsza informacja na ten temat na terenie Polski pochodzi
z czasów Mieszka I (Blank-Weissberg 1937). W ujęciu historycznym bartnictwo stanowiło
jedną z najstarszych form użytkowania lasu i stanowiło ważną gałąź dla gospodarki kraju.
W Europie miodobrania te zastąpiono gospodarką bartniczą. W drzewach zaczęto tworzyć
bardziej dopasowane dla pszczół wnęki. Dzięki tworzeniu nowych barci jej opiekun miał
stały dostęp do pożądanej ilości gniazd pszczelich i oczywiście do produktów pszczelich
(Banaszak 2008). Bartnictwo na dużą skalę rozwinęło się na terenach, gdzie stosunkowo
późno zaczęto wylesianie, a więc w środkowej i wschodniej Europie. Największy rozwój
w Polsce przypadł na czasy średniowiecza. Zachowało się wiele starych pism, z których
można wywnioskować, że bartnictwo stanowiło silną gałąź gospodarki, a miód i wosk były
wysoko cenionymi towarami na rynku krajowym oraz zagranicznym. Las był bowiem wówczas nie tylko źródłem drewna, owoców, mięsa, ale przede wszystkim miodu i wosku (Ferenz-Szydełko i in. 1995). Późniejszy okres XVIII wieku, to czas podupadania rzemiosła
wskutek silnej eksploatacji lasów oraz przemian gospodarczych i społecznych. W 1832 roku
w Królestwie Polskim nakazano likwidację wszystkich barci w lasówach oraz zakazano wykonywania tego zawodu (Kielak 2004). Bartnictwo podupadało aż w końcu jako forma tradycyjnego użytkowania lasu zanikło w Polsce i na niemal całym obszarze Europy pod koniec
XIX wieku (Bornus 1989). Był to efekt rozwoju rolnictwa i leśnictwa. Do dnia dzisiejszego,
bartnictwo zachowało swoją pierwotną formę i funkcję jedynie na wschodnich krańcach Europy, na południowym Uralu, na terenie Republiki Baszkartostan w Rosji. Jest tam ponad
700 barci i zawieszonych na drzewach uli kłodowych. Bartnicy nabyli umiejętności oraz
barcie po swoich ojcach i dziadkach. W taki sposób już od co najmniej 7 pokoleń trwa tam
tzw. „gospodarka bartna” (Baranowska 2008). W Polsce, dopiero w ostatniej dekadzie zaczęto interesować się bartnictwem na nowo i uczyć się rzemiosła od bartników z Europy
Wschodniej. Warto jednak zauważyć, że w okresie upadku bartnictwa, w 1843 r. w Puszczy
Kozienickiej było 5018 barci, w 1827 r. w Puszczy Augustowskiej- 17736 barci, a w 1852 r.
w Puszczy Kurpiowskiej- 4621 barci. Silnie rozwinięte bartnictwo było także w puszczach:
Świętokrzyskiej i Sandomierskiej (Broda et al. 1965, Zaręba 1986).
3. Bartnictwo a pszczoły
Pszczoły środkowoeuropejskie Apis mellifera mellifera pierwotnie były naturalnym składnikiem biocenoz leśnych. Zapylały one liczne gatunki roślin, w tym wiele rzadkich lub coraz
rzadziej spotykanych, m.in.: pierwiosnki, sasanki, zawilce, przylaszczki, wiele gatunków rodowisko dla jednorodnych środowisk leśnych. Pozostawione do naturalnego rozkładu drzewa,
stawały się ostoją dla grzybów, porostów, bezkręgowców oraz ptaków (Banaszak 2008). Obecnie powrót do czasów przesycenia przestrzeni leśnej pszczołami miodnymi nie jest prosty.
Za sprawą sympatyków, pracowników naukowych a także pracowników Lasów Państwowych
prowadzi się programy przywracania pszczół rodzimych lasom. Najbogatsze tereny bartne
w Polsce, które są odtwarzane z udziałem rodzimych pszczół to: Puszcza Augustowska (30
barci), Puszcza Knyszyńska (11) oraz Spała (9), natomiast miejsca gdzie zlokalizowano mniej
barci lub dopiero trwają prace mające na celu stworzenie barci to: Puszcza Białowieska, Pilicka, Świętokrzyska, Nadleśnictwa Browsk, Augustów, Maskulińskie oraz Biebrzański Park
Narodowy. Przy realizacji projektów przywracania bartnictwa dość częstym przypadkiem jest
zasiedlanie przez dzikie pszczoły barci jeszcze podczas prac przygotowawczych. Takie zachowanie owadów świadczy o tym, że w lasach brakuje miejsc gdzie dzikie zapylacze mogą się
osiedlać i gdzie mogłyby odbudowywać stan populacji (Dzierżanowski i in. 2009).
Bartnictwo - perspektywy przywracania dzikich pszczołowatych na terenie Polski
153
4. Znaczenie przywracania bartnictwa
Bartnictwo to unikatowa tradycja w skali światowej i wiąże się z nim nie tylko nietypowe słownictwo i zwyczaje. Tradycja ta jest wciąż obecna w świadomości Polaków. To jeden
z powodów, dla których bartnictwo ma szansę stać się atrakcją turystyczną, a zbierane miody
unikatowymi produktami regionalnymi. Inne znaczenie ma bartnictwo dla funkcji pozaprodukcyjnych lasów za sprawą gospodarki krajowej. Kreuje ono miejsca pracy, które mogą
być związane z rekreacją i wypoczynkiem. Wraz z tworzeniem nowych barci i popularyzacją
wiedzy o dzikich pszczołach w lasach wzrasta liczba ofert turystycznych, gastronomicznych,
hotelarskich oraz reklamowych. Najważniejszymi korzyściami z przywracania bartnictwa
są jednak wartości przyrodnicze. Bartnictwo może prowadzić do przywrócenia zespołu
owadów zapylających w lasach gospodarczych oraz w lasach objętych ochroną obszarową.
Pamiętać należy, że roli dzikich zapylaczy nie jest w stanie zastąpić całkowicie powstałe
pszczelarstwo pasieczne. Nie zastępuje ono bowiem w pełni funkcji pszczół żyjących w leśnych ekosystemach. Sztuczne hodowle pszczół i ich koncentracja w pasiekach znacznie odbiega od naturalnej. Program reaktywacji bartnictwa sprzyja regionalnemu rozwojowi miast
i jest przykładem promocji regionu a także zrównoważonej gospodarki leśnej prowadzonej
przez Lasy Państwowe. Obecnie, przywracanie bartnictwa i jego promocję regionalną należy
rozpatrywać w kontekście certyfikacji leśnej, ponieważ pozyskiwany z barci miód mógłby zostać poddany temu procesowi. Stwarza to realną możliwość na wykreowanie nowego
produktu czyli miodu bartnego (Śliwka 2013). Znaczenie bartnictwa dla społeczeństwa ma
również wymiar edukacyjny. Podnoszenie świadomości powinno dotyczyć głównie ochrony
zasobów leśnych, ale również gospodarki leśnej. Część z barci pełni właśnie taką funkcję
jak chociażby te będące elementem ścieżki edukacyjnej w Biebrzańskim Parki Narodowym,
w okolicach Spały czy w sąsiedztwie rezerwatu Świnia Góra. Najtrudniejszy jest odpowiedni
dobór treści, prezentowany i przedstawiany zwiedzającym i turystom (Dzierżanowski 2009).
W dzisiejszych czasach bartnictwo ma również znaczenie kulturowe, światopoglądowe i edukacyjne. Populacje pszczół w lasach to również wzrost gospodarki drzewnej lasów. Pszczoły
zapylają kwiaty licznych krzewów leśnych, co zwiększa plony owoców stanowiących pokarm gatunków ptaków owadożernych, które są naturalnymi sprzymierzeńcami drzewostanów. Ważną cechą pszczół jest również fakt, że wykorzystują one najbardziej przesyconą
część biosfery, czyli przestrzeni, gdzie koncentrują się najważniejsze procesy życiowe oraz
najbogatsza bioróżnorodność gatunków zwierząt i roślin (Poskrobko 2007). Praca pszczół
służy przede wszystkim zwiększeniu ilości zdrowych, zdolnych do kiełkowania nasion potrzebnych do odnowienia lasu oraz jest konieczna do urodzaju owoców leśnych (Lipiński
2010). Jest tym samym duża szansa na odrodzenie się bartnictwa w Polsce (Gromisz, 1997,
Prabucki, Chuda-Mieckiewicz 1997). Prowadzone działania przywracania pszczół do lasów,
mogą znacząco przyczynić się również do odtwarzania bioróżnorodności związanej ze starymi drzewami poprzez ochronę innych gatunków owadów bytujących w obumierającym
drzewostanie i murszejącym drewnie (Poskrobko 2007).
5. Podsumowanie
W Polsce realizowane są programy przywracania bartnictwa do lasów. Największy
rozwój zauważalny jest w Puszczy Augustowskiej, gdzie corocznie odbywają się międzynarodowe zawody bartne a także warsztaty i szkolenia z hodowli pszczół w lasach. Warunki przyrodnicze polskich lasów w początku XXI w. stwarzają realne możliwości restytucji
bartnictwa w biocenozach leśnych. Potrzebne do tego celu stare drzewa, ponad stuletnie
154
Mateusz Kęsy
sosny, lipy, dęby oraz klony występują w prawie każdym nadleśnictwie. Sosna pokrywa około 70% lasów Polski. Drzewostany ponad stuletnie zajmują ok. 12,9% powierzchni leśnej,
w tym 2,6% to drzewostany blisko 150- letnie. Statystycznie na każde nadleśnictwo przypada 490 ha starodrzewów. Stworzenie warunków dla bartnictwa wymaga jeszcze dostarczenia pszczołom pożytków, z których będą mogły się utrzymywać. W Lasach Państwowych
jest wiele gatunków roślin miododajnych, w tym chociażby drzewa i krzewy takie jak: lipy,
wierzby, gatunki runa leśnego, malina czy wrzos. Obecna jest również spadź, głównie iglasta. Warunki, jakie daje pszczołom las są bezcenne i stanowią kluczowy element w zachowaniu rodzimych ras pszczół, jako czynnej metody ochrony. Perspektywy dalszego rozwoju
bartnictwa w Polsce są duże i wiele można zrobić w celu zwiększania liczby barci w lasach
Polski. Kluczowym elementem mającym duże znaczenie, mogłoby być włączenie bartnictwa
do pozaprodukcyjnej działalności nadleśnictw i objęcie wszystkich omówionych w pracy
lokalizacji zsynchronizowanym programem rozwojowym, obejmującym całą Polskę. Takie
i podobne działania odtwarzające bartnictwo w Polsce przyczyniają się do odrodzenia rodzimych pszczół (rasa środowoeuropejska, linie: M Augustowska, M Kampinoska, M Północna
i M Asta) w lasach (Broda i in.1965).
Bibliografia
Banaszak J, (2008). Pszczoła miodna w biocenozie lasu. Materiały z konferencji „Bartnictwo-Odrodzenie Staropolskiej Tradycji”. Spała.
Baranowska T, (2008). Biologia i ekologia burziańskiej pszczoły miodnej zasiedlającej barcie w lasach południowego Uralu. Materiały z konferencji „Bartnictwo- Odrodzenie Staropolskiej Tradycji”. Spała.
Blank-Weissberg S, (1937). Barcie i kłody w Polsce. Warszawa.
Bornus L, (1989). Encyklopedia pszczelarska. PWRiL. Warszawa.
Broda J, Krajski W, Marszałek T, Szczuka J, Zabko-Potopowicz A, (1965). Dzieje lasów,
leśnictwa i drzewnictwa w Polsce. PWRiL. Warszawa.
Dzierżanowski T., Nawrocki P., Pazura A., Zawadzki J. (2009). Możliwość przywrócenia
bartnictwa polskim lasom jako elementu zrównoważonego leśnictwa. Studia
i Materiały Centrum Edukacji Przyrodniczo-Leśnej, R. 11, Zeszyt 2 (21).
Ferenz-Szydełko E, (1995). Organizacja i funkcjonowanie bartnictwa w dobrach monarszych
w Polsce. Wydawnictwo Poznańskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk. Poznań.
Gromisz M, (1997). Zasoby pszczoły miodnej i ich ochrona. [w:] Cierzniak T., Postęp apidologii w Polsce. Materiały z IV Krajowej Konferencji Apidologicznej. Bydgoszcz.
Kielak B. (2004). Historia bartnictwa na Mazowszu. Zeszyty Naukowe Ostrołęckiego Towarzystwa Naukowego nr 18, Wyd. Ostrołęckie Towarzystwo Naukowe im.
Adama Chętnika w Ostrołęce. Ostrołęka.
Kuczyńska U, (2004). Bartnictwo Kurpiowskiej Puszczy Zielonej. Łomża.
Lipiński M., (2010) Pożytki pszczele. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa,
s. 43-45.
Poskrobko B, (2007). Ochrona Biosfery. Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne. Warszawa.
s. 9.
Prabucki J, Chuda-Mickiewicz B, (1997). Linia pomorska rasy środkowoeuropejskiej,
pszczołą północnej Polski. [w:] Cierzniak T., Postęp apidologii w Polsce. Materiały z IV Krajowej Konferencji Apidologicznej. Bydgoszcz.
Śliwka A., Stanoszewska P. (2013). Bartnictwo- historia czy przykład edukacji plenerowej?
Studia i materiały CEPL w Rogowie, R. 15. Zeszyt 34/1.
Zaręba R, (1986). Puszcze, bory i lasy Polski. PWRiL. Warszawa.
Bartnictwo - perspektywy przywracania dzikich pszczołowatych na terenie Polski
155
Mateusz KĘSY – inż., w roku 2015 ukończył studia na Wydziale Hodowli
i Biologii Zwierząt Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Jest magistrantem
w Instytucie Zoologii; Zakładzie Hodowli Owadów Użytkowych Uniwersytetu
Przyrodniczego w Poznaniu.
157
Określenie płodności pleopodalnej raka szlachetnego
(Astacus astacus) z najsilniejszej populacji spośród
zachowanych w jeziorach pomorskich
Marek Budniak, Jakub Skorupski, Przemysław Śmietana
Katedra Ekologii i Ochrony Środowiska, Wydział Biologii, Uniwersytet Szczeciński
Abstrakt: Rodzimy gatunek raka szlachetnego (Astacus astacus) w Polskiej Czerwonej
Księdze Zwierząt ma status zagrożenia oceniony jako VU (narażony na wyginięcie). Prowadzone badania wskazują na zasadność zmiany tej klasyfikacji do kategori CR (krytycznie
zagrożony). Monitorowanie stanu i kondycji populacji tego gatunku jest niezwykle istotne, szczególnie ze względu na możliwość prowadzenia działań z zakresu ochrony czynnej
np. restytucji. Ważnym elementem określającym aktualną kondycję populacji i jej zdolność
do trwałego występowania jest poziom płodności samic. Najwięcej stanowisk występowania
raka szlachetnego na obszarze Niżu Polskiego zlokalizowano na Pojezierzu Pomorskim. Badania prowadzono w jednym z tamtejszych jezior, na naturalnym stanowisku najliczniejszej
populacji tego gatunku na tym obszarze. Badaniom poddano próbę 40 samic w końcowym
okresie inkubacji jaj. Próby pobrano metodą nurkowania swobodnego. Na podstawie zebranych danych określono zależność pomiędzy długością całkowitą a ilością jaj u poszczególnych samic. Otrzymane wyniki pozwoliły na analizę porównawczą zmian tej niezwykle ważnej cechy populacji na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat. Wykazano, że płodność
pleopodalna najsilniejszej nizinnej populacji raka szlachetnego w Polsce uległa wyraźnemu
zmniejszeniu w ciągu ostatnich lat.
Słowa kluczowe: rak szlachetny, Astacus astacus, płodność pleopodalna, monitoring
populacji.
1. Wstęp
Rodzimy gatunek raka szlachetnego (Astacus astacus) w Polskiej Czerwonej Księdze
Zwierząt (Głowaciński i inni 2001) ma status zagrożenia oceniony jako VU (narażony
na wyginięcie). Aktualne badania tempa zaniku stanowisk tego gatunku oraz spadek liczebności poszczególnych populacji na Pomorzu wskazują zasadność klasyfikacji w kategori CR
(krytycznie zagrożony) (Śmietana 2013). Wobec powyższego zasadnym jest monitorowanie
stanu i kondycji ocalałych populacji ze szczególnym uwzględnieniem tych relatywnie najsilniejszych. Jest to niezwykle istotne ze względu na możliwość prowadzenia działań z zakresu
ochrony czynnej, np. restytucji wykorzystując potencjał najsilniejszych populacji jako źródło
materiału do zaraczeń. Takie populacje dają największą pewność wykorzystania do powyższych celów w sposób minimalizujący szkodliwość związaną z koniecznością pozyskiwania
osobników.
Najwięcej stanowisk występowania rodzimego gatunku raka na obszarze Niżu Polskiego
zlokalizowano na Pojezierzu Pomorskim (Śmietana 2013). Przedmiotem badań objęto najsilniejszą populację raka szlachetnego na tym obszarze. Jako kryterium kondycji populacji
158
przyjęto jej liczebność (zagęszczenie). Ze względu na status zagrożenia wyginięciem gatunku, wszelkie informacje o lokalizacji poszczególnych populacji na Pomorzu należą do rodzaju informacji wrażliwych i nie będą podane w niniejszej pracy. Innym istotnym wskaźnikiem
jakości populacji raków słodkowodnych jest ich płodność.
Płodność pleopodalna samic jest istotnym elementem określającym aktualną kondycję
populacji i poziom jej dostosowania do aktualnych warunków środowiskowych. Badania
różnic efektywnej płodności danej populacji na przestrzeni lat pozwalają ocenić efektywną
zdolność przystosowania gatunku do zachodzących zmian w środowisku. Tym samym możliwa jest ocena kierunku, dynamiki i skali zagrożenia wyginięciem populacji na poszczególnych stanowiskach.
Badaniom poddano jaja przytwierdzone do odwłoka (płodność pleopodalna) znajdujące
się w końcowym okresie inkubacji u 40 samic raka szlachetnego (Astacus astacus) pochodzących z najsilniejszej populacji tego gatunku na Pomorzu (Śmietana 2013). Siedliskiem tej
populacji jest jezioro o powierzchni 19 ha, średniej głębokości 3,1 m, długości lini brzegowej
3275 m rozwiniętej na poziomie K=2,12.
Samice wchodzące w skład próby były, podobnie jak w badaniach Śmietany (2013),
pozyskane metodą nurkowania swobodnego. Połowy odbywały się w nocy. U każdej złowionej samicy w warunkach laboratoryjnych określano liczbę jaj przytwierdzonych do odwłoka
poprzez ich liczenie bez ich odrywania i z zachowaniem należytej ostrożności. Wszystkie
odłowione osobniki zostały zmierzone (długość całkowita, długość odwłoka). Samice po dokonaniu pomiarów wpuszczano z powrotem do ich siedliska bez zbędnej zwłoki w sposób
minimalizujący ewentualne straty. Uzyskane wyniki (długości całkowite (Lt) i liczby inkubowanych jaj) uporządkowano w formie szeregu rozdzielczego i zobrazowano histogramami. Na tej bazie przeprowadzono analizę zgodności rozkładów w próbie z rozkładem
normalnym. Płodność pleopodalną w badanej próbie samic opisano zależnością liniową pomiędzy długością całkowitą a liczbą jaj u poszczególnych samic. Uzyskane wyniki posłużyły
do analizy porównawczej płodności zbadanej na podstawie próby z danymi historycznymi
z tej samej populacji (Śmietana 2013).
Analizy statystyczne wykonano wykorzystując program Statistica 10.0 PL.
3. Wyniki
Wyniki pomiarów długości całkowitej badanych 40 samic raka przedstawia rycina 1).
Przeciętna długość całkowita (±SD), samicy w przebadanej próbie wynosiła 43,88 ±6,72
mm. Najliczniejszą grupę stanowiły osobniki w przedziale długości całkowitej od 80,73
do 90,45 mm. Stwierdzono zgodność próby z rozkładem normalnym (test Kruskala-Wallisa
d=0,084; p>0,20).
159
Określenie płodności pleopodalnej raka szlachetnego (Astacus astacus) …
K-S d=,08409, p> .20; Li l l i efors p> .20
14
12
10
8
6
Liczba osobników
4
2
0
61,30
71,02
80,73
90,45
100,17
109,88
119,60
Dł ugość cał kowi ta Lt (m m )
Ryc. 1. Rozkład wielkości samic.
Liczbę policzonych jaj u badanych samic raka, przedstawia rycinina 2. Średnia liczba jaj
u samicy w przebadanej próbie wynosiła 49,2 ±19,5. Najliczniejszą grupę stanowiły osobniki
z liczbą jaj od 40 do 50 szt. Stwierdzono zgodność próby z rozkładem normalnym (test Kruskala-Wallisa d=0,10124; p>0,20).
K-S d=,10124, p> .20; Li l l i efors p> .20
Oczeki wana norm al na
14
12
10
8
6
Liczba obserwacji
4
2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Li czba j aj
Ryc. 2. Rozkład liczby jaj u samic raka szlachetnego.
Zależność pomiędzy długością całkowitą Lt a liczbą jaj u badanych samic opisano za pomocą równania liniowego mającego postać:
F=-25,1206+0,8738*Lt (Ryc. 3)
F – liczba jaj,
Lt – długość całkowita
Zgodnie z wartością współczynnika determinacji stwierdzono, że zmienność liczby jaj
jest w 39,15% uwarunkowana zmiennością długości całkowitej. Na wykresie zaznaczono
95% przedział ufności dla zależności liniowej (łuki zaznaczone przerywaną linią) oraz przedział 95% ufności rozproszenia wyników (elipsa zaznaczona przerywaną linią).
Stwierdzono wysoką statystyczną istotność współczynnika korelacji wskazującego
na relatywnie wysoką zależność pomiędzy długością ciała a liczbą jaj.
160
Li czba j aj : Dł ugość cał kowi ta Lt
Li czba j aj =-25,1206+0,8738* Lt;
r=0,6257; p=0,00002; r 2=0,3915
110
100
90
80
70
60
50
Liczba jaj
40
30
20
10
0
50
60
70
80
90
100
110
120
130
Dł ugość cał kowi ta Lt
Ryc. 3. Zależność liniowa pomiędzy długością ciała a liczbą jaj.
Samice badane przez Śmietanę w 2000r. miały długość od 70 do 140 mm (Lt). Długość
całkowita (Lt) samic badanych obecnie wynosiła od 61,30 do 119,60 mm. Oba przedziały
wielkości zaznaczono strzałkami na wykresie zależności liniowej (ryc. 4).
Zależność pomiędzy płodnością pleopodalną (F) a długością całkowitą (Lt) została opisana równaniem liniowym mającym postać:
F=-108,67+2,2749*Lt; (R2=0,699, p=0,01)
dla prób pobranych w 2000r (Śmietana 2013), a dla prób pobranych w 2015r:
F=-25,1206+0,8738*Lt; (R2=0,3915, p=0,00002)
140
120
100
80
Liczba jaj (szt.)
60
40
20
20
40
60
80
100
120
140
160
Długość całkowita - Lt (mm)
180
200
220
Rok 2000
Rok 2015
Ryc. 4. Zależność liniowa pomiędzy długością ciała a liczbą jaj w poszczególnych latach.
Określenie płodności pleopodalnej raka szlachetnego (Astacus astacus) …
161
4. Dyskusja
Jednym z podstawowych warunków trwałej egzystencji organizmów jest zdolność
do wydawania potomstwa determinowana płodnością. Wyróżnić możemy trzy główne fazy
realizacji płodności składające się na jej łączną efektywność. Podstawową fazą, mającą
wpływ na możliwości skutecznej reprodukcji danego gatunku są uwarunkowania genetyczne
jego przedstawicieli – przejawiające się w postaci płodności absolutnej samic, określanej
maksymalną liczbą komórek jajowych w ovariach i będących maksymalną możliwą do uzyskania liczebnością potomstwa. Kolejną fazą u raków jest płodność pleopodalna, czyli liczba
jaj złożonych przez samicę, zdolnych do zapłodnienia, które przytwierdzane są do jej odwłoka. Określa ona zdolność samicy do wytworzenia konkretnej liczby jaj w danym środowisku.
Czynnikiem determinującym w tym procesie są warunki środowiska a przede wszystkim
dostępność pokarmu. Przyjąć można, że w optymalnych warunkach środowiskowych płodność rzeczywista byłaby bardzo zbliżona do płodności absolutnej. W warunkach naturalnych
jednak płodność rzeczywista jest niższa od absolutnej. Trzecią fazą procesu rozrodu raków
jest tzw. płodność zrealizowana czyli liczba potomstwa w danym cyklu reprodukcji w konkretnych warunkach. W niniejszej pracy badania płodności pleopodalnej zrealizowano tuż
przed wylęgiem raków co daje podstawy do założenia, że badano poziom tej fazy realizacji
płodności. W tej fazie największe znaczenie mają warunki siedliskowe takie jak dostępność
kryjówek, presja drapieżnicza, konkurencja wewnątrz- i międzygatunkowa. Przyjąć można,
że w optymalnych warunkach środowiskowych płodność zrealizowana jest równa rzeczywistej. Jak wcześniej wspomniano, płodność pleopodalna jest warunkowana czynnikami
środowiska, jest również ważnym wskaźnikiem kondycji populacji. Zależy ona zarówno od
wieku samicy, jak i biotycznych i abiotycznych warunków środowiska Jednak to warunki
środowiska stanowią zmienną, która bezpośrednio wpływa na fluktuacje płodności w poszczególnych grupach wiekowych samic. Innymi słowy wartość płodności w zestawieniu
rok do roku lub kilku lat może obrazować zmiany zachodzące w środowisku bytowania danej
populacji. Wyniki badań prowadzonych na przestrzeni kilkunastu lat w odniesieniu do najsilniejszej populacji raka szlachetnego występującej na Pojezierzu Pomorskim wskazują
na spadek płodności samic, a tym samym obniżenie możliwości naturalnego odnawiania
kolejnych pokoleń. Jest to sygnał o spadku poziomu dostosowania populacji do środowiska
i zachodzących w nim zmian (Śmietana 2013). W konsekwencji prowadzi to do stopniowego
ustępowania gatunku z zajmowanego siedliska.
Zestawienie parametrów równań i wyników przedstawionych na rycinie 4, wskazuje
na mniejszą liczbę wytworzonych i inkubowanych jaj w przedziałach od 61,30 – 119,60 mm
długości przystępujących obecnie do rozrodu samic. Niższa jest również średnia długość
całkowita raków z ostatnio pobranej próby.
Czynnikami mogącymi przyczynić się do obniżenia zdolności do rozrodu mogą być:
- antropopresja i pogarszające się parametry fizyko-chemiczne wody,
- stres związany ze zwiększoną presją drapieżników.
Mając jednak na uwadze, że akwen będący siedliskiem badanej populacji charakteryzuje się stałą biocenozą i brakiem konkurencyjnego gatunku raka pręgowatego (Orconectes
limosus), oraz stałym składem ichtiofauny, jedynym zmiennym i decydującym o aktualnym
stanie populacji raka elemementem wydaje się być pogarszająca się jakość wód.
Warto także zastanowić się, czy zmiany w zakresie płodności pleopodalnej, szczególnie
w odniesieniu do ustępujących i ostatnich naturalnie występujących populacji rodzimego gatunku raka szlachetnego winny być obligatoryjnie monitorowane i uznane za wskaźnikowe
162
w ocenie stanu zachowanych populacji. Śledzenie kierunku i dynamiki tych zmian poprzez
zestawienie danych rok do roku na danym stanowisku oraz obserwacji czynników mających
wpływ na zachodzące procesy w krótkich okresach czasu daje możliwość wczesnego reagowania w sytuacjach zagrożenia wyginieciem populacji raka szlachetnego.
Bibliografia
Głowaciński Z., i inni Polska Czerwona Księga Zwierząt. Instytut Ochrony Przyrody PAN
w Krakowie, 2001.
Śmietana P. Uwarunkowania rormieszczenia i mechanizmy konkurencji międzygatunkowej
raka szlachetnego (Astacus astacus L.) i raka pręgowatego (Orconectes limosus Raf.) w wodach Pomorza. Uniwersytet Szczeciński. Rozprawy I Studia T.
(CMXXXIV), 2013.
Marek BUDNIAK – mag.inż., absolwent Wydziału Nauk o Żywności i Rybactwa Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie
– specjalność rybactwo. Doktorant w Katedrze Ekologii i Ochrony Środowiska
Wydziału Biologii Uniwersytetu Szczecińskiego. Przewodniczący Naukowego
Koła Ekologów.
Jakub SKORUPSKI – dr, absolwent Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Szczecińskiego, Wydziału Biotechnologii i Hodowli Zwierząt Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Szczecińskiego. Tytuł doktora uzyskał na Wydziale
Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Przemysław ŚMIETANA – dr nauk rolniczych specjalność rybactwo, doktor
habilitowany nauk biologicznych specjalność biologia. Karcinolog. Kierownik
Katedry Ekologii i Ochrony Środowiska, dyrektor Instytutu Badań nad Bioróżnorodnością na Wydziale Biologii Uniwersytetu Szczecińskiego.
163
Kotewka orzech wodny Trapa natans L.
– czy na pewno wymierający gatunek w Polsce?
Sabina Jarek1 i Mariusz Klich2
1
2
Firma usługowa ECO-HELP Sabina Jarek, ul. Krzyska 186, 33-103 Tarnów; [email protected]
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie, Zakład Ochrony Środowiska,
ul. Mickiewicza 8, 33-100 Tarnów; [email protected]
Abstrakt: Kotewka orzech wodny Trapa natans L. jest rzadkim gatunkiem rośliny
w Polsce, podlegającym ścisłej ochronie gatunkowej, wymagającym ochrony czynnej. Występuje obecnie głównie w południowej części kraju. W „Polskiej czerwonej księdze roślin”
gatunek ten posiada status EN – zagrożony, a w „Czerwonej liście roślin Polski” oznaczony
jest jako wymierający (E). Na podstawie analizy literatury oraz własnych badań terenowych
stwierdzono zwiększanie się liczby stanowisk oraz liczebności populacji gatunku w ostatnich
latach, w szczególności na siedliskach antropogenicznych. Prawdopodobnie krytyczny okres
dla kotewki w Polsce miał miejsce w drugiej połowie XX wieku za sprawą prowadzonych
na masową skalę prac melioracyjnych i antropogenicznych zmian stosunków wodnych,
skutkujących gwałtowną dewastacją siedlisk gatunku. Konieczny jest monitoring istniejących stanowisk oraz siedlisk potencjalnych Trapa natans w Polsce w celu ustalenia trendu
liczebności populacji oraz statusu gatunku. Zdaniem autorów publikacji wyginięcie gatunku
w Polsce jest mniej prawdopodobne niż jego odrodzenie się.
Słowa kluczowe: kotewka orzech wodny, Trapa natans, gatunek wymierający
1. Wstęp
Kotewka orzech wodny Trapa natans L. jest roczną rośliną wodną, o długim pędzie
zakorzenionym w dnie zbiornika. Pęd posiada liczne korzenie przybyszowe, podwodne równowąskie liście oraz pędy boczne. Na końcu każdego pędu wytworzona jest rozeta liści pływających o kształcie romboidalnym, z ząbkowanymi blaszkami. W centralnej części rozety
znajdują się kwiaty na szypułkach o długości do 1,5 cm. Owocem jest orzech posiadający
4 ostre, haczykowate kolce, utworzone ze stwardniałych działek kielicha (Ryc. 1) (Piórecki
1980).
Gatunek ten zasiedla starorzecza, naturalne i sztuczne zbiorniki wodne i stawy rybne.
Preferuje wody eutroficzne, o odczynie zbliżonym do obojętnego, wahającym się od słabo
kwaśnego do słabo zasadowego. Występuje w płytkich wodach stojących o głębokości od 1,4
do 1,8 m lub w wodach o słabym przepływie. Jest gatunkiem ciepłolubnym i światłożądnym.
W ostatnich latach coraz częściej obserwuje się gatunek w zbiornikach antropogenicznych,
szczególnie w stawach hodowlanych (Kowalczyk 2009, Krechowski i in. 2009, Piórecki
1975, Smieja i Ledwoń 2013). Tworzy zespół Trapetum natantis oraz wchodzi w skład zbiorowisk roślin wodnych z klasy Potametea. Występuje często w towarzystwie innych gatunków, szczególnie grążela żółtego Nuphar lutea, grzybienia białego Nymphaea alba i paproci
wodnej – salwinii pływającej Salvinia natans (ryc. 2) (Kamiński 2012).
164
Sabina Jarek, Mariusz Klich
Ryc. 1. Orzechy kotewki – orzecha wodnego (fot. M. Klich, 03.09.2013, Racibórz)
Kotewka jest gatunkiem euroazjatycko-afrykańskim. Występuje w zachodniej, środkowej i południowo-wschodniej Europie, południowo-zachodniej Azji, a także w północnej
i środkowej Afryce (Piórecki 1975, Kowalczyk 2009, Krechowski i in. 2009). Jako roślina
introdukowana występuje w Australii i Ameryce Północnej. W Polsce osiąga północną granicę występowania, w szczególności notowana była w dorzeczach górnej Odry, górnej Wisły
i górnego Sanu (Piórecki 1980). Z tego względu jest to bardzo rzadki element flory kraju.
Kotewka wymieniona jest w „Polskiej czerwonej księdze roślin” (Piórecki 2014) ze
statusem EN – zagrożony (przed 2014 rokiem CR – krytycznie zagrożony), a na „Czerwonej liście roślin Polski” (Zarzycki i Szeląg 2006) występuje jako gatunek wymierający (E).
W Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej roślin znajduje się na liście gatunków ściśle chronionych, ponadto wymaga
ochrony czynnej. W skali międzynarodowej gatunek objęty jest Konwencją Berneńską, jest
wymieniony na liście IUCN z kategorią LC (małej troski) oraz na europejskiej czerwonej
liście roślin z kategorią NT (bliski zagrożenia).
Ryc. 2. Zespół Trapetum natantis z domieszką grążela żółtego
w starorzeczu rzeki Psina – dopływu Odry (fot. S. Jarek, 03.09.2013)
Kotewka orzech wodny Trapa natans L. – czy na pewno wymierający gatunek w Polsce
165
W XX wieku stwierdzono zwiększone ustępowanie kotewki z terenu Polski. Istnieje
wiele przyczyn jej zanikania. Głównym powodem jest prowadzenie na dużą skalę melioracji,
osuszania terenów i prostowanie koryt rzecznych. Praktyki te były szczególnie częste w drugiej połowie XX wieku. Regulacje cieków wodnych prowadzą do ograniczenia możliwości
ich meandrowania i w rezultacie powstawania starorzeczy, które są głównymi siedliskami
kotewki (Leśniczak 1988). Ponadto, obwałowanie większości rzek w Polsce znacznie utrudniło powstawanie regularnych wylewów. Rozlewanie się wód rzecznych jest jednym ze skuteczniejszych sposobów rozsiewania nasion gatunku. Istotnym zagrożeniem dla kotewki jest
jej niszczenie w stawach hodowlanych. Roślina ta jest gatunkiem uciążliwym w hodowli ryb
(Krzanowski 1976). W dogodnych warunkach jest bardzo ekspansywna i zarasta zbiornik
wypłycając go. Z tego powodu hodowcy wycinają ją w całości. W przypadku hodowli amura
białego, który jest bardzo żarłoczną rybą roślinożerną, kotewka jest doszczętnie wyjadana
(Kalemba 2002). Często obserwuje się kotewkę w stanie zaatakowanym przez różnego rodzaju szkodniki. Jednym z nich jest szarynka grzybieniówka. Powoduje duże zniszczenia
liści w postaci wygryzionych części (Kamiński 2012). Jeszcze w okresie międzywojennym
dodatkowym zagrożeniem dla występowania kotewki było jej użytkowanie gospodarcze.
Orzechy były chętnie zjadane na surowo, bądź gotowane. Robiono z nich również mąkę,
z której wypiekano chleb (Hryniewiecki 1950, Kowalczyk 2009). Obecnie roślina ta nie jest
spożywana. Aktualnie czynnikiem niekorzystnie wpływającym na populacje gatunku są również zanieczyszczenia chemiczne. Powyższe czynniki, a w największym stopniu regulacje
rzek wpłynęły na drastyczny spadek liczebności kotewki w Polsce w XX wieku.
Ryc. 3. Starorzecze rzeki Psiny – dopływu Odry po wykonaniu zasypania jego części
(fot. S. Jarek, 09.06.2015)
166
2. Wzrost liczby stanowisk kotewki orzecha wodnego
W ostatnich latach, w szczególności od końca XX wieku, stwierdzono występowanie
w Polsce wielu stanowisk, na których gatunek ten występuje licznie, a nawet masowo. O dużej zdolności reprodukcji kotewki może świadczyć przykład z Ligoty k. Czechowic-Dziedzic
w województwie śląskim (Kotlina Oświęcimska), gdzie w jednym ze stawów przeprowadzono rekultywację w latach 1982-1986. Już w kolejnym roku po zakończeniu rekultywacji
stwierdzono pojawienie się gatunku (Toma 1994). Od tego czasu rozwijał się w stawie masowo co roku, mimo regularnego koszenia. Wszystko wskazuje na to, że orzechy kotewki
trwały zagrzebane w mule zbiornika od wielu lat, a ingerencja w zbiornik spowodowała
ich wykiełkowanie. Kolejnym przykładem na fluktuacje występowania kotewki, obecnie
z trendem rosnącym, jest Kuźnia Nieborowska (Kotlina Raciborska), w której kotewka występowała bardzo licznie w pierwszej połowie XX wieku. Następnie jej liczebność zaczęła
maleć, a do roku 1975 pozostało jedynie kilka płatów na powierzchni stawów. Cztery lata
później jej populacja zaczęła się odbudowywać i obecnie występuje tam masowo (Kowalczyk 2009). Obfite stanowisko kotewki odkryto również w okolicy Jakubowic w województwie opolskim w 2007 roku w czterech stawach. Stawy, blisko siebie położone, mają łączną
powierzchnię około 5 ha. Liczebność kotewki oszacowano na 300-400 tysięcy osobników,
a w części zbiorników pokrywa całą powierzchnię (Kostrakiewicz i Kozak 2009). Można się
spodziewać, że w niedługim czasie pozostałe stawy także będą całkowicie zarośnięte. Interesujące jest odnalezienie nowego stanowiska masowego występowania kotewki w południowo-wschodniej Polsce. Jej siedliskiem jest Zbiornik Rzeszowski, który został wybudowany
w 1974 roku. W 2007 roku stwierdzono obecność niewielkiej liczby rozet. Prawdopodobnie
została tu zawleczona przez człowieka. Już w 2010 roku roślina zajmowała 10% powierzchni
zbiornika, czyli około 4 ha. Jest to istotna informacja, ponieważ tak masowe stanowiska
kotewki do tej pory notowane były zazwyczaj w Polsce południowej i południowo-zachodniej. Zbiorowisko w Zbiorniku Rzeszowskim jest najbogatszym stanowiskiem gatunku
w południowo-wschodniej części kraju (Kukuła i in. 2013). Równie ważnym miejscem występowania kotewki są jeziora Opatkowickie i Kozienickie w województwie mazowieckim
(Nizina Środkowomazowiecka). Mimo, że liczebność gatunku w zbiornikach nie jest duża,
jest to najbardziej wysunięte na północ znane stanowisko gatunku. W wyniku inwentaryzacji
przeprowadzonej w 2008 roku stwierdzono obecność 56 rozetek liściowych w Jeziorze Opatkowickim i 12 w Jeziorze Kozienickim. W obu jeziorach rosły również inne gatunki roślin
chronionych, m. in. salwinia pływająca i grążel żółty (Krechowski i in. 2009). O skuteczności rozmnażania się kotewki świadczą obserwacje wyników reintrodukcji przeprowadzonej
w 2002 roku w Kotlinie Oświęcimskiej (Smieja i Ledwoń 2013). Wybrano 15 stanowisk,
na których wcześniej prawdopodobnie kotewka występowała, lecz w XX wieku ustąpiła.
Stanowiska wybrano pod względem odpowiednich warunków siedliskowych, dostosowanych do preferencji gatunku. Do zbiorników wprowadzono po kilkanaście – kilkadziesiąt
orzechów. Już w kolejnym roku osobniki kotewki pojawiły się w 9 stawach, a ich liczebność
była bardzo duża, płaty liczyły tysiące osobników.
Obserwacje własne autorów potwierdzają możliwości rozprzestrzeniania się gatunku.
W okolicy Raciborza na Śląsku (Nizina Śląska) realizowana jest obecnie duża inwestycja
związana z budową suchego zbiornika przeciwpowodziowego. Na potrzeby budowy jednej
z zapór polderu konieczne było zasypanie części starorzecza rzeki Psiny – dopływu Odry
na terenie miasta Racibórz (ryc. 3). Ze względu na to, że w starorzeczu stwierdzono występowanie chronionych gatunków roślin, w tym kotewki i grążela żółtego, część osobników
została w 2013 roku przesiedlona w ramach kompensacji przyrodniczej do specjalnie w tym
celu wybudowanego zbiornika zastępczego. W 2014 r., następnym roku po wykonaniu zasyProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
167
pania części starorzecza, liczebność kotewki w starorzeczu gwałtownie wzrosła i pokrywała
około 60% jego powierzchni. Co więcej, swoją liczebność zwiększyła szczególnie w miejscu
bezpośrednio przylegającym do zasypanej części akwenu. Prawdopodobnie orzechy kotewki
były uwięzione w mule i w wyniku penetracji zbiornika wykiełkowały. Ponadto, osobniki
przeniesione do stawu zastępczego zaowocowały i pojawiły się w niewielkiej liczbie w kolejnym roku po ich translokacji.
O tym, że najprawdopodobniej istnieje obecnie jeszcze wiele nowych, nieznanych stanowisk kotewki może świadczyć odkrycie jej stanowiska w regionie uznanym za historyczny
dla kotewki. Stanowisko stanowi staw położony w widłach Wisły i Sanu, w miejscu gdzie wg
aktualnej literatury gatunek ten ustąpił (Piórecki 2014) (ryc. 4). W 2015 roku w obszarze tym,
w dolinie rzeki Łęg, w gminie Grębów (Równina Tarnobrzeska) stwierdzono występowanie
kotewki. Akwen, w którym występuje jest zbiornikiem antropogenicznym, zlokalizowanym
przy drodze, w centrum wsi, a więc jest pod silnym wpływem antropogenicznym i narażony
jest na zanieczyszczenia. Mimo tego, rośliny są w bardzo dobrym stanie, bez oznak chorobowych, a ich rozety pokrywają około 15% powierzchni zbiornika, (powierzchnia akwenu
wynosi około 9 a) (ryc. 5). Jest duża szansa, że w kolejnych latach rozmnoży się i pokryje
cały zbiornik.
Ryc. 4. Stanowisko kotewki w widłach Wisły i Sanu (gmina Grębów)
(fot. S. Jarek, 05.06.2015)
3. Podsumowanie
Kotewka orzech wodny wydaje się być gatunkiem mało wrażliwym na trudne warunki
środowiskowe. Biorąc pod uwagę dostępne dane literaturowe, wykazujące dużą zmienność
liczebności gatunku od końca XIX wieku, a także przytoczone przykłady jego masowego występowania, można wnioskować, że jest większa szansa na odrodzenie się kotewki
168
w Polsce niż jej wyginięcie. W niektórych częściach świata stała się gatunkiem inwazyjnym.
Kotewka została sprowadzona do Ameryki Północnej pod koniec XIX wieku jako roślina
ozdobna, a na początku XXI wieku była obecna już w kilkunastu stanach USA. Bardzo
intensywnie się rozprzestrzenia i powoduje duże straty ekologiczne i ekonomiczne. Od 1982
roku jej usuwanie tylko z jednego jeziora Champlain (stany Nowy Jork i Vermont) kosztowało prawie 10 mln dolarów, a mimo to wciąż z roku na rok się w nim odradza (Internet 1). Świadczy to o dużych zdolnościach reprodukcyjnych gatunku. Można więc uznać,
że zagrożenie dla jego występowania w Polsce w drugiej połowie XX wieku było wynikiem zaniku siedlisk w skutek nadmiernego osuszania terenu oraz regulacji rzek i niszczenia
starorzeczy. Aktualnie świadomość ekologiczna jest coraz większa, a prowadzone w kraju
prace renaturyzacyjne w dolinach rzecznych oraz wymagania prawne (środowiskowe) wobec prowadzonych inwestycji mogą przywrócić kotewce cenne siedliska. Niemały wpływ
na fluktuacje liczebności gatunku w Polsce mają z pewnością również procesy ekologiczne
zachodzące zazwyczaj na granicach zasięgów (Mitka 1997). W związku z tym, że w południowej części kraju przebiega obecnie północna granica występowania kotewki w Europie,
warunki jej odpowiadające są mniej optymalne i bardziej zmienne, niż w centralnej części
zasięgu, dlatego liczebność kotewki na granicach zasięgu zmienia się w czasie. O wpływie
warunków klimatycznych na zasięg występowania gatunku w Europie świadczą stanowiska
kopalne. W okresie atlantyckim i subborealnym kotewka występowała także na Pomorzu,
a nawet w Skandynawii (Hryniewiecki 1950). Aktualne ocieplanie się klimatu, niekorzystne
dla wielu gatunków roślin i zwierząt, może paradoksalnie przyczynić się do ponownego
rozszerzenia się zasięgu gatunku w kierunku północnym. Przykłady udanych reintrodukcji
kotewki świadczą o tym, że przy wprowadzeniu odpowiednich praktyk ochrony czynnej, istnieje duże prawdopodobieństwo, że w niedalekiej przyszłości gatunek utraci status gatunku
zagrożonego i wymierającego, a jego stan ochrony w Polsce będzie właściwy. Konieczny jest
monitoring znanych stanowisk oraz poszukiwania na siedliskach potencjalnych.
Ryc. 5. Okazy kotewki – orzecha wodnego na stanowisku w widłach Wisły i Sanu,
gmina Grębów – widoczny bardzo dobry stan roślin (fot. S. Jarek, 05.06.2015)
169
Bibliografia
Hryniewiecki B. Kotewka, czyli orzech wodny (Trapa natans L.) Chrońmy Przyrodę Ojczystą 6 (11-12), 1950, s. 3-9.
Kalemba A. Ocena stanu zagrożenia stanowisk kotewki orzecha wodnego Trapa natans przez
wezbrania powodziowe w wybranych rezerwatach doliny Odry. [W]: Denisiuk
Z. (red.). Strategia zachowania różnorodności biologicznej i krajobrazowej obszarów przyrodniczo cennych dotkniętych klęską powodzi. IOP PAN Kraków,
2002, s. 66-79.
Kostrakiewicz K., Kozak M. Nowe, obfite stanowisko kotewki orzecha wodnego Trapa natans L. na Opolszczyźnie. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 65 (1), 2009, s. 61-64.
Kowalczyk B. Stanowisko kotewki orzecha wodnego (Trapa natans) w Kuźni Nieborowskiej
(Kotlina Raciborska). Annales Academiae Medicae Silesiensis 63 (2), 2009,
s. 36-39.
Krechowski J., Piórek K., Ciosek M. T. Kotewka orzech wodny Trapa natans L. i inne interesujące gatunki roślin naczyniowych w szacie roślinnej Jeziora Opatkowickiego
i Kozienickiego (Nizina Środkowomazowiecka). Chrońmy Przyrodę Ojczystą
65 (6), 2009, s. 449-454.
Krzanowski A. Jak chronić kotewkę orzech wodny Trapa natans?. Chrońmy Przyrodę
Ojczystą 4, 1976, s. 46 – 48.
Kukuła K., Bylak A., Tabasz S., Kubejko Ł. Najbogatsze stanowisko kotewki orzecha
wodnego Trapa natans w południowo-wschodniej Polsce. Chrońmy Przyrodę
Ojczystą 69 (6), 2013, s. 535-537.
Leśniczak A. B. Nieznane stanowisko kotewki orzecha wodnego Trapa natans w okolicach
Brzegu na Opolszczyźnie. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 44 (5), 1988, s. 74-76.
Mitka J. Małe, izolowane populacje na skraju zasięgu geograficznego – niektóre procesy
ekologiczne i genetyczne. Wiadomości Botaniczne 41(2), 1997, s.13-34.
Kamiński R. Kotewka orzech wodny Trapa natans L. s.l. [w:] Perzanowska J. (red.) Monitoring gatunków roślin. Przewodnik Metodyczny. Część III. Biblioteka Monitoringu Środowiska. GIOŚ, Warszawa, 2012, s. 128-143.
Piórecki J. Trapa natans L. w Kotlinie Sandomierskiej (ekologia, rozmieszczenie i ochrona).
Rocznik Przemyski XV-XVI, 1975, s. 347-400.
Piórecki J. Kotewka – orzech wodny w Polsce. Towarzystwo Przyjaciół Nauk w Przemyślu.
Biblioteka Przemyska XIII, 1980.
Piórecki J. Trapa natans L. Kotewka orzech wodny. [w:] Kaźmierczakowa R., Zarzycki K.,
Mirek Z. (red). Polska Czerwona Księga Roślin. Instytut Botaniki im. W. Szafera, PAN. Instytut Ochrony Przyrody PAN, Kraków, 2014, s. 343-345.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej roślin. Dz.U. 2014 poz. 1409. (dostęp z 28.03.2016)
Smieja A., Ledwoń M. Reintrodukcja kotewki orzecha wodnego Trapa natans w Kotlinie
Oświęcimskiej. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 69 (6), 2013, s. 475-482.
Toma C. Kotewkowy paradoks. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 50 (6), 1994, s. 69-70.
Zarzycki K., Szeląg Z. Czerwona lista roślin naczyniowych w Polsce. W: Mirek Z., Zarzycki K., Wojewoda W., Szeląg Z. (red.). Czerwona lista roślin i grzybów Polski.
Instytut Botaniki im. W. Szafera. PAN. Kraków, 2006, s. 9-20.
Internet:http://nyis.info/?action=invasive_detail&id=39 (dostęp z dnia 28.03.2016)
170
Sabina JAREK – mgr, absolwentka Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego. Biolog-botanik. Właścicielka Firmy Usługowej ECOHELP w Tarnowie, zajmującej się usługami z dziedziny ochrony środowiska
i przyrody.
Mariusz KLICH – biolog absolwent Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego, dr nauk rolniczych. Zastępca Kierownika Zakładu
Ochrony Środowiska w Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej w Tarnowie.
Opiekun Studenckiego Koła Naukowego Przyrodników „OŚKA”.
171
Łukasz Doroż
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, [email protected]
Abstrakt: W Polsce występuje 18 gatunków płazów i 10 gatunków gadów podlegającej
ochronie prawnej całkowitej lub częściowej, na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt (Dz.U. 2014
poz. 1348). Większa część herpetofauny to gatunki rzadkie. Pozostałe występują na terenie
całego kraju ale spotykane są okazjonalnie. Pomimo ochrony wszystkich gatunków liczba
płazów ciągle maleje. Do głównych przyczyn zaniku herpetofauny możemy zaliczyć przede
wszystkim degradację środowiska. Innym przykładem może być rozrastanie się miast, przemysłu oraz zwiększająca się liczba dróg, która uniemożliwia migracje w celu odbycia godów. Jest wiele koncepcji aby temu zapobiec. Przede wszystkim należy podjąć działania
formalnoprawne mające na celu objęcie cennych stanowisk różnymi formami ochrony. Płazy
i gady są bardzo pożytecznymi stworzeniami. Po ich obecności można stwierdzić czy dane
środowisko jest w dobrym stanie czy wręcz przeciwnie.
Słowa kluczowe: płazy, gady, ochrona herpetofauny, zanik płazów
1. Wstęp
Gady i płazy to zwierzęta, których negatywny obraz przetrwał do dziś. Dawniej zwierzęta te budziły strach i wstręt wynikający głównie z wyglądu. Także skryty tryb życia, nieznana
biologia czy ich jadowitość w głównym stopniu się do tego przyczyniły. Gady i płazy były
upodabniane do zła już od bardzo dawna. Przykładem są baśnie, legendy i zapisy w Starym
i Nowym Testamencie. W religii wąż utożsamiany jest z szatanem, natomiast żaby były jedną
z plag egipskich (Kilmaszewski 2013). Zainteresowania badawcze płazami i gadami sięgają
początku XVIII wieku. Opisywano je wtedy jako jedną grupę zwierząt dzielącą się na trzy
rzędy: gad leżący, pełzający, pływający. Polska ma długą tradycje związaną z badaniami herpetofauny. Najstarsze opracowanie w Polsce pochodzi z połowy XVIII wieku, a autorem był
Rzęczyński. Jednak za jednego z najwybitniejszych przyrodników naszego kraju uważano
Krzysztofa Kluka, który przyczynił się do popularyzowania nauk przyrodniczych (Herczek
i Gorczyca 1999).
Płazy i gady posiadają wiele wspólnych cech. Są to zwierzęta kręgowe, przeważnie małe
zmiennocieplne, spotykane rzadziej niż ssaki czy ptaki. Na świecie występuje ponad 6 tysięcy gatunków płazów podzielonych na trzy rzędy bezogonowe Anura, ogoniaste Caudata,
beznogie Gymnophiona. Ponad 90% stanowią płazy bezogonowe. Każdego roku liczba taksonów wrasta, ponieważ odkrywane są nowe gatunki w miejscach trudnych do penetracji
między innymi w Ameryce Południowej. Zwierzęta te zamieszkują wszystkie kontynenty,
za wyjątkiem Antarktydy, Arktyki oraz większości wysp oceanicznych na skutek braku
przystosowania do słonej wody. Najwięcej gatunków płazów występuje w krajach tropikalnych takich jak np. Indochiny. Najmniej występuje w Europie i Azji północnej (Mazgajska
2009).
172
Łukasz Doroż
Gady należą do czterech rzędów: żółwie – Testudines, krokodyle – Crocodilia, sfenodonty – Sphenodontia oraz łuskonośne – Squamata. Aktualnie liczbę gatunków gadów szacuje
się na około 9 tysięcy, lecz liczba ta ulega zmianom. Gady zamieszkują prawie wszystkie
środowiska, można je spotkać wszędzie poza obszarami bardzo zimnymi. Największą ich
liczebność stwierdzono w lasach tropikalnych i subtropikalnych. Niektóre gatunki osiągają
rozmiary powyżej 7 metrów długości np. anakonda (Eunectes) (Mazgajska 2009).
Herpetofauna Polski jest bardzo uboga. Występuje u nas 28 gatunków, z czego 18 gatunków to płazy a 10 to gady. Przeważająca większość to gatunki rzadkie lub bardzo rzadkie
spotykane lokalnie w odseparowanych skupiskach jak np. wąż Eskulapa (Zamenis longissimus). Pozostałe zamieszkują terytorium całego kraju, ale zwykle w małych liczebnościach.
Zwierzęta te objęte są całkowitą lub częściową ochroną, mimo tego obserwuje sie ciągły
spadek liczebności w szczególności najrzadszych gatunków. Występowanie oraz areał występowania gatunków herpetofauny zależy przede wszystkim od szerokości geograficznej,
mikroklimatu, wilgotności oraz wysokości terenu. Bardzo duże znaczenie ma jakość wody
oraz pobliskie zagospodarowanie terenu (Wąsik 2011).
W ostatnich latach liczba płazów na świecie ciągle maleje. W Europie płazy i gady należą do grupy kręgowców najbardziej zagrożonych wyginięciem. Jedną z głównych przyczyn
zaniku herpetofauny jest rozwój miast i przemysłu przez co niszczone są naturalne siedliska
płazów i gadów. Kolejną ważną przyczyną są drogi, na których podczas migracji w celu odbycia godów ginie bardzo dużo dorosłych osobników. Drogi stanowią jedną z podstawowych
barier migracyjnych szczególnie dla płazów. W ostatnich latach ruch samochodowy ciągle
rośnie, co skutkuje wzrostem liczby zabijanych płazów. Jest to ogromny problem dla wielu
populacji tych zwierząt (Cantini i in. 2013). Inną ważną przyczyną zmniejszania liczebności płazów są melioracje oraz wysuszanie podmokłych miejsc, w których te zwierzęta się
rozmnażają (Mazgajska 2009). Przyczyną zamierania płazów jest również promieniowanie
UV (spowodowane ubytkiem warstwy ozonowej), mające negatywny wpływ na ich skórę.
Kolejne negatywne oddziaływania to zanieczyszczanie oraz niszczenie środowisk np. oczek
wodnych potrzebnych do rozrodu. Groźne dla płazów są także choroby, głównie grzybicze. Wreszcie nie można pominąć bezmyślności człowieka, która prowadzi do wytępienia
rzadkich gatunków poprzez zabijanie lub wyłapywanie do prywatnych hodowli i ogrodów
zoologicznych (Balerstet i in. 2005), (Cantini i in. 2013).
Mimo dobrego zabezpieczenia wszystkich krajowych gatunków herpetofauny ochroną
prawną (Dz.U. 2014 poz. 1348) obserwuje się stopniowe zanikanie zarówno tych najrzadszych, jak i dotychczas pospolitych gatunków. Dzieje się tak niemal na całym terytorium
Polski, a szczególnie tendencja ta zaznaczyła się w ostatnich dziesięcioleciach.
2. Znaczenie i ochrona płazów
Jest wiele sposobów, które pozwalają chronić płazy i gady. Jednym z nich jest budowanie przepustów pod drogami lub ustawianie podczas pory godowej płotków wzdłuż pobocza.
Dobrym sposobem by chronić te zwierzęta jest zbieranie przez ochotników co pewien czas
płazów i przenoszenie ich z jednej strony jezdni na drugą. Innymi sposobami jest podjecie działań formalnoprawnych. Rozumie się przez to obejmowanie cennych stanowisk różnorodnymi formami ochronnymi takimi jak np. użytek ekologiczny (Krzyściak-Kosińska
2011). Należy eliminować lub przynajmniej ograniczać czynniki przyczyniające się do przekształcania naturalnych siedlisk. Powinno dążyć się do zwiększenia sukcesu rozrodczego
płazów i gadów. W przypadku płazów jest to tworzenie niewielkich, płytkich i bezrybnych
zbiorników. Skuteczną formą ochrony gadów jest z kolei utrzymanie i pielęgnacja miejsc
nasłonecznionych m.in. muraw kserotermicznych oraz usypywanie odpowiednich kopców
z gnijących materiałów roślinnych. Ważna jest również edukacja w szkołach, która powinna
173
uczyć o konieczności ochrony płazów i gadów. Do dobrej ochrony przyczynia się też zakaz
przetrzymywania herpetofauny z terenu Polski w placówkach naukowych, ogrodach zoologicznych i prywatnych hodowlach (Najbar 2014).
Monitoring populacji płazów jest bardzo ważny. Zebrane informacje mogą posłużyć
do analiz porównawczych. Płazy są dobrymi bioindykatorami negatywnych zmian w środowisku. Podstawową rolę związaną z ciągłym występowaniem płazów oraz gadów odgrywają
siedliska, w których te zwierzęta będą mogły się rozmnażać. Dla płazów niezbędne do odbycia godów, są zbiorniki wodne, miejsca wilgotne i podmokłe. Część płazów spędza sezon
poza godowy w najbliższym otoczeniu miejsca, gdzie odbyły gody. Pozostałe zajmują inne
siedliska takie jak np. łąki, lasy, nieużytki, ale zwykle w niewielkiej odległości od wody
(Mazgajska 2009).
W Polsce wszystkie gatunki płazów i gadów podlegają ochronie prawnej na podstawie
Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt (Dz.U. 2014 poz. 1348). Prawna ochrona płazów realizowana jest na mocy
przepisów międzynarodowych i krajowych. Obejmuje ona akty prawne związane z wprowadzeniem ochrony gatunkowej, ochrony siedlisk oraz specjalistyczne przepisy odnoszące
się do różnych dziedzin powiązanych z planowaniem i realizacją inwestycji. Dodatkowo
niektóre gatunki lub ich siedliska objęte są ochroną jako obiekty zainteresowania Unii Europejskiej. Reguluje to Konwencja o Ochronie Gatunków Dzikiej Flory i Fauny Europejskiej
oraz ich Siedlisk (tzw. Konwencja Berneńska z dnia 19.09.1979), a także Dyrektywa Rady
92/43/EWG z dnia 21 maja 1992 w Sprawie Ochrony Siedlisk Naturalnych oraz Dzikiej Fauny i Flory (tzw. Dyrektywa Habitatowa). Gatunki szczególnie zagrożone opisane są w Czerwonych Księgach.
Konwencja Berneńska jest podzielona na szereg części, z czego płazów dotyczą dwa
załączniki: załącznik II (B/II) zawierający spis ściśle chronionych gatunków zwierząt oraz
załącznik III (B/III) zawierający spis chronionych gatunków fauny.
Elementem Dyrektywy Habitatowej jest załącznik 2 (H/2) zawierający spis gatunków,
których ochrona wymaga wyznaczenia specjalnych obszarów ochrony oraz załącznik 4 (H/4)
zawierający spis gatunków, które wymagają ścisłej ochrony.
W skład Dyrektywy Siedliskowej wchodzą dwa ważne załączniki dotyczące m.in. ochrony płazów i gadów: Załącznik II („Gatunki, których ochrona wymaga wyznaczenia specjalnych obszarów ochrony”, N/II) i Załącznik IV („Gatunki, które wymagają ścisłej ochrony”,
N/IV).
Tabela 1. Międzynarodowy i krajowy i status prawny płazów.
Gatunek
Konwencja
berneńska
Dyrektywa
Siedliskowa
Unii
Europejskiej
nr załącznika
1. Traszka
grzebieniasta
II
2. Traszka
zwyczajna
III
3. Traszka karpacka
II
4. Traszka górska
III
II/IV
Światowa
Czerwona
Lista IUCN
Polska
Czerwona
Lista
Zwierząt
kategoria zagrożenia
LC d
LC d
LC d
częściowa
NT
pełna
x
x
LC s
II/IV
Ochrona krajowa
x
LC
x
174
Łukasz Doroż
5. Salamandra
plamista
III
6. Kumak nizinny
II
II/IV
LC d
7. Kumak górski
II
II/IV
LC d
x
8. Grzebiuszka
ziemna
II
IV
LC d
x
9. Ropucha szara
III
10. Ropucha
zielona
II
IV
LC d
x
11. Ropucha
paskówka
II
IV
LC d
x
12. Rzekotka
drzewna
II
IV
LC d
x
13. Żaba
moczarowa
II
IV
LC s
x
14. Żaba zwinka
II
IV
LC i
15. Żaba trawna
III
V
LC s
x
16. Żaba śmieszka
III
V
LC d
x
17. Żaba
jeziorkowa
III
IV
LC d
x
18. Żaba wodna
III
V
LC d
x
x
LC d
x
DD
x
LC s
NT
x
Tabela 2. Międzynarodowy i krajowy i status prawny gadów.
Gatunek
Konwencja
berneńska
Dyrektywa
Siedliskowa
Unii
Europejskiej
nr załącznika
Światowa
Czerwona
Lista IUCN
Polska
Czerwona
Lista
Zwierząt
kategoria zagrożenia
Ochrona krajowa
częściowa
1. Żółw błotny
II
II
LR
EN
2. Jaszczurka
zwinka
II
IV
LC
x
3. Jaszczurka
żyworodna
II
IV
LC
x
4. Jaszczurka
zielona
II
IV
EXP
pełna
x
x
175
5. Padalec
zwyczajny
x
6. Gniewosz
plamisty
II
IV
VU
VU
x
7. Wąż Eskulapa
II
IV
LR
CR
x
8. Zaskroniec
zwyczajny
III
IV
LC
9. Zaskroniec
rybołów
II
IV
10. Żmija
zygzakowata
x
x
x
Objaśnienia do tabel 1 i 2:
Konwencja Berneńska o ochronie europejskiej fauny i flory oraz ich naturalnych
siedlisk:
ZZ załącznik II – obejmuje gatunki bardzo zagrożone i ściśle chronione,
ZZ załącznik III – obejmuje gatunki zagrożone i chronione.
Dyrektywa Siedliskowa Unii Europejskiej:
ZZ załącznik II - Gatunki zwierząt będące przedmiotem zainteresowania Wspólnoty, których ochrona wymaga wyznaczenia Specjalnych Obszarów Ochrony
ZZ załącznik IV – obejmuje gatunki wymagające ochrony ścisłej,
ZZ załącznik V – obejmuje gatunki, dla których należy określić zasady pozyskania
i odławiania.
Czerwona Księga:
ZZ kategoria CR - najbardziej zagrożone gatunki
ZZ kategoria VU - gatunki, które mogą wymrzeć stosunkowo niedługo, choć nie
tak szybko jak zagrożone
ZZ kategoria EN - przypisuje się im wysokie ryzyko wymarcia w niedalekiej
przyszłości
ZZ kategoria LR - gatunki niskiego ryzyka
ZZ kategoria EXP - gatunki zanikłe lub prawdopodobnie zanikłe w Polsce
ZZ kategoria NT - obejmuje gatunki bliskie zagrożenia,
ZZ kategoria LC - obejmuje gatunki mniejszej troski,
ZZ kategoria DD - gatunki o słabo rozpoznanym statusie.
Lista IUCN - trend liczebności populacji:
d – spadkowy, s – stabilny, i – wzrostowy (Rybacki i in. 2011).
Wszystkie dorosłe płazy są mięsożerne a ich dietę podstawową stanowią owady. Płazy są więc obok ptaków owadożernych istotnym czynnikiem utrzymującym prawidłową
równowagę biologiczną. Dawniej płazy miały także znaczny wpływ na gospodarkę człowieka (Balerstet i in. 2005). Obecnie rola praktyczna i ekonomiczna płazów w gospodarce
człowieka jest niewielka. Zwierzęta te zjadają wiele owadzich szkodników i to zarówno
dorosłych jak również ich larw. Zjadane przez płazy owady niszczą lasy i uprawy rolne,
lecz zachodzące zmiany w przemyśle rolniczym i sadownictwie doskonale sobie z tym radzą (Mazgajska 2009). Płazy odgrywają ważna rolę w łańcuchu pokarmowym. Zdarzają się
tez sytuacje negatywnego wpływu płazów, gdyż niektóre gatunki wyrządzają duże szkody
w gospodarstwach rybackich hodujących karpiowate, poprzez zjadanie małych ryb i narybku
176
Łukasz Doroż
karpia (Juszczyk 1987, Wąsik 2011). Płazy dostarczają człowiekowi jadalnego mięsa o dużej zawartości białka zwierzęcego, ale w Polsce rzadko są wykorzystywane w gastronomii.
Płazy wykorzystywane są także w medycynie i farmakologii, a prowadzone z ich użyciem
badania laboratoryjne pomagają wielu osobom. Gruczoły jadowe tych zwierząt stosowane
są w leczeniu dolegliwości takich jak niskie ciśnienie krwi, złe samopoczucia czy osłabienie
serca (Herczek, Gorczyca 1999). Przytoczone powyżej pozytywne aspekty znaczenia płazów
dla człowieka nie wpływają niestety na poprawę życia płazów. Płazy nadal masowo giną
na placach budów czy w otwartych systemach odwodnieniowych, a ich siedliska są bezpowrotnie niszczone przez działalność człowieka.
Bibliografia
Balerstet J., Lewański W., Prokop J., Sabath K., Skirmuntt G., 2005. Biologia 1. Zakres
rozszerzony, podręcznik dla liceum ogólnokształcącego. Wydawnictwo Pedagogiczne OPERON, Gdynia, s. 287-310.
Bonk M., Briggs L., Kruszyk R., Maniakowski M., 2011. Przeprowadzenie monitoringu
płazów w tym efektywności wykonania działań minimalizujących i kompensujących na odcinku trasy ekspresowej s-1 obwodnica Grodźca Śląskiego, [dostęp
1.05.2015]. Dostępny w Internecie: http://www.gddkia.gov.pl/upload/File/Centrala/SprawozdanieplazyczI.pdf
Cantini M., Menchetti A., Vannini A., Bruni G., Borri B., Mori E., 2013. Checklist of Amphibians and Reptiles in a hilly area of Southern Tuscany (Central Italy): an
update. Wydawnictwo Herperology Notes, volume 6,s.227 [dostęp 03.06.2015
r.]. Dostępny w Internecie: http://www.herpetologynotes.seh-herpetology.org/
Volume6_PDFs/Cantini_Herpetology_Notes_Volume6_page223-228.pdf
Gromadzki M., Mikusek R., Kmiecik A., Kmiecik P., 2012. Metodyka prowadzenia inwentaryzacji gatunków zwierząt, Warszawa, Gdańsk, Poznań [dostęp 15.03.2015 r.].
Dostępny w Internecie: http://www.wigry.win.pl/inf_i_rozw/plany/po_metodyki/13_zwie.pdf
Herczek A. i Gorczyca J. 1999. Płazy i gady Polski. Wydawnictwo Kubajak, ISBN 83-8797111-1
Juszczyk W. 1987. Płazy i gady krajowe, część I wiadomości ogólne. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.
Juszczyk W. 1987. Płazy i gady krajowe, część II płazy. Państwowe Wydawnictwo Naukowe,
Warszawa.
Juszczyk W. 1987. Płazy i gady krajowe, część III gady. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.
Klimaszewski K. 2013. Płazy i gady, Wydawnictwo Multico, ISBN 978-83-7073-992Kondracki J. 2000. Geografia regionalna Polski, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
Krzyściak-Kosińska R. 2011. Przyroda Popradzkiego Parku Krajobrazowego. Praca zbiorowa pod redakcją Staszkiewicza J., Wydawca Zespół Parków Krajobrazowych
Województwa Małopolskiego, Stary Sącz.
Makomaska-Juchiewicz M. (red.) 2010. Monitoring gatunków zwierząt. Przewodnik metodyczny. Część I. GIOŚ, Warszawa. ISBN 978- 83-61227-44-1
Makomaska-Juchiewicz M., Baran P. (red.). 2012. Monitoring gatunków zwierząt. Przewodnik metodyczny. Część III. GIOŚ. Warszawa. ISBN 978-83-61227-92-2
Maślak R. 2012. Inwentaryzacja stanowisk płazów w Parku Miejskim w Jaworze i opracowanie działań minimalizujących wpływ konserwacji stawu na populację płazów,
Wrocław
177
Mazgajska J. 2009. Płazy świata, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. ISBN 978-8301-15846-0
Najbar B. Vlček P. Šuhaj J. 2011, New locality record for the Agile Frog (Rana dalmatina)
from an Odra River meander in southern Poland, Wydawnicto Herpetology
Notes, volume 4, [dostęp 13.05.2015 r.]. Dostępny w Internecie: http://herpetologynotes.seh-herpetology.org/Volume4_PDFs/Najbar_et_al_Herpetology_Notes_Volume4_pages063-065.pdf
Najbar B. 2000 Możliwości działań lokalnych w ochronie rodzimych gatunków płazów i gadów, [dostęp 22.04.2015]. Dostępny w Internecie: http://www.eko.org.pl/lkp/
bociek/2000_3/2000_3_plazygady.htm
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt (Dz.U. 2014 poz. 1348)
Rybacki M., Kurek R., Sołtysiak M., 2011. Poradnik ochrony płazów. Stowarzyszenie Pracowania na rzecz Wszystkich Istot, Bystra. ISBN 978-83-61453-20-8
Wąsik S. 2011. Płazy i gady Mazowieckiego Zespołu Parków Krajobrazowych, Wydawnictwo Epograf, Warszawa, [dostęp 3 maja 2015 r.]. Dostępny w Internecie: http://
www.tygodniksiedlecki.com/plazy.pdf
Łukasz DOROŻ – absolwent Instytutu Matematyczno-Przyrodniczego w Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej w Tarnowie. Magistrant Ochrony Środowiska w Wydziale Rolniczo-Ekonomicznym Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie. Specjalność – zagrożenia i ochrona ekosystemów.
Były członek Koła Naukowego OŚKA w PWSZ Tarnów.
179
Inwentaryzacja herpetofauny na cennym przyrodniczo
starorzeczu Białej Tarnowskiej w Tarnowie
Mariusz Klich1, Magdalena Bogusz2, Sabina Jarek3
1
2
3
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Tarnowie, Zakład Ochrony Środowiska, ul. Mickiewicza
8, 33-100 Tarnów, Polska, [email protected]
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Polska, [email protected]
Firma Usługowa ECO-HELP Sabina Jarek w Tarnowie, ul. Krzyska 186, 33-103 Tarnów, Polska,
[email protected]
Abstrakt: Aktualnie w Polsce występuje 18 gatunków płazów i 10 gatunków gadów,
wszystkie podlegają ochronie gatunkowej. Płazy są najbardziej zagrożoną wyginięciem
grupą kręgowców na świecie. Większość występujących w Polsce gadów to mało liczne
i zagrożone wyginięciem populacje. Największymi zagrożeniami dla płazów i gadów są:
zanikanie siedlisk, a zwłaszcza miejsc rozrodu, izolacja populacji wynikająca z budowy dróg
i autostrad, chemizacja rolnictwa. Wiosną 2015 roku w trakcie 20 wizyt terenowych przeprowadzono inwentaryzację składu gatunkowego herpetofauny oraz ocenę jej liczebności
na starorzeczu zlokalizowanym przy ul. Rudy - Młyny w Tarnowie. Zidentyfikowano 4 gatunki płazów: Triturus vulgaris, Triturus cristatus, Rana lessonae, Bufo bufo oraz 2 gatunki
gadów: Natrix natrix i Lacerta agilis. Pomimo, że otoczenie badanego starorzecza stanowią
tereny ruderalne i miejskie, jest ono cennym siedliskiem rozrodu i bytowania płazów i gadów. Obszar zalewany jest co kilka lub kilkanaście lat przez Białą Tarnowską, dlatego nie
planuje się na nim żadnych inwestycji. Siedlisko znajduję się w pobliżu dwóch istotnych
lokalnych korytarzy ekologicznych: doliny Białej Tarnowskiej i potoku Wątok. Starorzecze
zwiększa bioróżnorodność i w pewnym stopniu stanowi bank genów występujących w nim
gatunków.
Słowa kluczowe: herpetofauna, inwentaryzacja, Tarnów, starorzecze, Triturus vulgaris,
Triturus cristatus, Rana lessonae, Bufo bufo, Natrix natrix, Lacerta agilis.
1. Wstęp
Polskę aktualnie zamieszkuje 18 gatunków rodzimych płazów oraz 10 gatunków gadów.
Większość z nich to gatunki rzadkie i wrażliwe na zmiany środowiska. W Polsce wszystkie
gatunki płazów i gadów podlegają ochronie prawnej na podstawie Rozporządzenia Ministra
Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt. Ochronie
ścisłej podlega 10 gatunków płazów i 5 gatunków gadów, ochronie częściowej podlega 8
gatunków płazów i 5 gatunków gadów (Dz.U. 2014 poz. 1348).
Płazy uważane są za najbardziej zagrożoną grupę kręgowców na świecie. Według różnych szacunków co czwarty, lub nawet co trzeci gatunek płaza narażony jest na wyginięcie. Również w Polsce płazy spośród kręgowców są grupą najbardziej zagrożoną (Juszczyk
1987a,b,c, Głowaciński i Rafiński 2003, Stuart i in.2004, Beebee i Griffiiths 2005, Mazgajska
2009). Niektóre spośród gatunków krajowych płazów występują na licznych stanowiskach
i osiągają duże liczebności jak żaby zielone (Pelophylax esculentus complex), żaba trawna
180
Mariusz Klich, Magdalena Bogusz, Sabina Jarek
(Rana temporaria), czy ropucha szara (Buffo buffo). Bardzo rzadko i nielicznie występuje natomiast żaba zwinka (Rana dalmatina), a rzadko salamandra plamista (Salamandra
salamandra), traszka karpacka (Triturus montandowi) i traszka górska (Triturus alpestris)
(Głowaciński i Rafiński 2003, Mazgajska 2009, Makomaska-Juchiewicz 2010, MakomaskaJuchiewicz i Baran 2012).
Gady w Polsce występują nielicznie. Pomimo, że relatywnie łatwo można spotkać stanowiska najliczniejszego gada w Polsce – jaszczurki zwinki (Lacerta agilis), dość licznie
występują również zaskrońce zwyczajne (Natrix natrix), jaszczurki żyworodne (Zootoca
vivipara) czy padalce (Anguis fragilis), to pozostałe gatunki występują rzadko lub niezwykle
rzadko. Bardzo nielicznie występuje wąż eskulapa (Zamenis longissimus) (populacja liczy
zaledwie 80-100 osobników), gniewosz plamisty (Coronella austriaca) i żółw błotny (Emys
orbicularis). Niejasny jest status występowania w Polsce jaszczurki zielonej (Lacerta viridis) i zaskrońca rybołowa (Natrix tesselata) (Juszczyk 1987a,b,c, Głowaciński i Rafiński
2003, Makomaska-Juchiewicz 2010, Makomaska-Juchiewicz i Baran 2012).
Od drugiej połowy XX wieku aż do dzisiaj obserwuje się stały spadek liczebności płazów
i gadów w Polsce. Ich zanik związany jest z silną antropopresją. Największymi zagrożeniami
dla płazów i gadów są: zanikanie siedlisk, a zwłaszcza miejsc rozrodu, izolacja populacji
wynikająca z budowy dróg i autostrad, intensywna gospodarka rolnicza i leśna, chemizacja
rolnictwa, wprowadzanie zanieczyszczeń do wód, gleb i atmosfery oraz śmierć na drogach
w czasie migracji. Wśród wszystkich kręgowców płazy są najbardziej podatne na oddziaływania powodujące niszczenie przyrody. Biologia ich rozmnażania związana jest ze środowiskiem wodnym, dlatego do ich życia niezbędne są zbiorniki wodne o odpowiedniej wielkości
i odpowiednich parametrach fizykochemicznych wody. Skóra płazów pełni funkcje oddechowe i wspomaga oddychanie płucne. To powoduje, że jest ona przepuszczalna dla gazów
i roztworów wodnych, dlatego płazy są wrażliwe na wszelkie zanieczyszczenia chemiczne
wody, gleby jak i powietrza. Jest również wrażliwa na oddziaływania promieniowania UV,
którego intensywność powiązana jest z niszczoną przez człowieka warstwą ozonową atmosfery. Z opisanych powyżej względów skóra płazów również jest mało odporna na grzyby
i wirusy, zwłaszcza nowe odmiany, formy i mutacje związane z rolnictwem i stosowaniem
środków ochrony roślin (Juszczyk 1987a,b, Głowaciński i Rafiński 2003, Mazgajska 2009).
W dobie globalnego wymierania płazów (Stuart i in.2004, Beebee i Griffiiths 2005, Budzik i Budzik 2013) cenne może być każde nowe doniesienie na temat występowania ich
populacji. Nie tylko tereny „dzikie” są ważnymi siedliskami batrachofauny. Często właśnie
siedliska płazów w pobliżu terenów przekształconych antropogenicznie stanowią kluczową
role dla egzystencji lokalnych populacji (Jarek i Klich 2016).
Celem pracy było przeprowadzenie inwentaryzacji herpetologicznej starorzecza rzeki
Biała Tarnowska usytuowanego na przedmieściach Tarnowa. Badany teren jest o tyle interesujący, że łączy cenne przyrodniczo siedliska (nieprzekształcone starorzecze, doliny dwóch
rzek) z terenami podlegającymi silnej antropopresji (tory kolejowe, ogródki działkowe, tereny poprzemysłowe i obwodnica). Na terenie tym nigdy wcześniej nie prowadzono inwentaryzacji herpetologicznej.
2. Teren badań i metodyka
Obszar badań położony jest w obrębie miasta Tarnowa, w powiecie tarnowskim, w województwie małopolskim. Według „Regionalizacji geobotanicznej Polski” Matuszkiewicza
teren znajduje się w dziale wyżyn południowopolskich, krainie kotliny sandomierskiej, okręgu niepołomicko-tarnowskim, podokręgu tarnowskim (Matuszkiewicz 2008).
Rzeka Biała Tarnowska jest największym dopływem Dunajca, o długości ponad 101,8
km. Jej źródła znajdują się w Beskidzie Niskim. Do Dunajca uchodzi w 30,3 km jego biegu
Inwentaryzacja herpetofauny na cennym przyrodniczo starorzeczu Białej Tarnowskiej w Tarnowie
181
w miejscowości Biała koło Tarnowa. Zlewnia Białej Tarnowskiej zbudowana jest głównie
z utworów fliszowych, takich jak piaskowce i łupki. Koryto rzeki jest głęboko wcięte w ciasną dolinę (Internet 1, Internet 2). Główne dopływy Białej to: Binczarówka, Pławianka, Wojnarówka, Jastrzębianka, Kipsznianka, Rychwałdzianka, Rzepianka, Szwedka i wpadający
do Białej niedaleko badanego obszaru potok Wątok (Jelonek i in. 2003, Wiśniewolski i in.
2014).
W niższych położeniach Biała Tarnowska utworzyła w wielu miejscach starorzecza, powstałe w wyniku odcięcia szyi meandru. Jedno ze starorzeczy stanowi obiekt badań będący
przedmiotem niniejszej pracy. Badany zbiornik znajduje się w południowo-zachodniej części
Tarnowa, na prawym brzegu rzeki, w rejonie zamkniętym przez Białą, Wątok, potok Dębnica
i tory kolejowe.
Badane starorzecze ma powierzchnię około 1700 m2. Maksymalna głębokość wynosi 1,5
m, natomiast średnia głębokość to około 0,9 m. Otocznie starorzecza podlega dosyć silnej
antropopresji. W odległości około 150 m od starorzecza znajdują się ogródki działkowe.
W odległości 10 m od starorzecza po stronie wschodniej biegnie czerwony szlak rowerowy
na ul. Rudy - Młyny (ryc. 1).
Na północ od starorzecza znajdują się tereny przemysłowe i handlowe ulokowane
wzdłuż ulic Fabrycznej i Przemysłowej. Ulice te prowadzą w kierunku południe – północ,
do ulicy Krakowskiej, stanowiącej jeden z głównych szlaków samochodowych Tarnowa.
Pomimo opisanej powyżej bliskości terenów o silnej antropopresji, starorzecze zachowało
bliski naturalnemu charakter (ryc. 2 i 3). Co istotne, starorzecze wypełnione wodą znajduje
się na końcu V-kształtnej pradoliny starorzecza, która sięga do rzeki Białej. Odległość lustra
wody starorzecza od rzeki stanowiącej dobrze zachowany korytarz ekologiczny wynosi 700
metrów.
Badany obszar znajduje się w odległości kilku kilometrów od granic dwóch ważnych
obszarów sieci Natura 2000: Biała Tarnowska (PLH120090) i Dolny Dunajec (PLH 120085).
Rzeka Biała Tarnowska oraz jej dolina stanowią korytarz ekologiczny o znaczeniu lokalnym.
Rzeka Dunajec oraz jej dolina stanowią korytarz ekologiczny o znaczeniu międzynarodowym (Internet 3).
Prace terenowe poprzedzono szeregiem wizyt w roku 2014 celem dobrego rozpoznania
terenu. Inwentaryzacje herpetologiczną przeprowadzono w okresie 10 marca – 16 maja 2015
r. W okresie tym wykonano 20 kilkugodzinnych obserwacji występujących na stanowisku
gatunków płazów i gadów zgodnie z metodyką zaproponowaną przez Główny Inspektorat
Ochrony Środowiska (Makomaska-Juchiewicz 2010 Makomaska-Juchiewicz i Baran 2012).
W trakcie inwentaryzacji zanotowano wszystkie zaobserwowane i zarejestrowane słuchowo
gatunki płazów i gadów na badanym obszarze. Badania terenowe polegały na kontrolowaniu
całej powierzchni starorzecza oraz jej najbliższego otoczenia. Dokonywano pomiarów temperatury wody, ponieważ wiosenna aktywność płazów i gadów jest silnie skorelowana z tym
parametrem. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji dokonano oszacowania liczebności zwierząt występujących na stanowisku. Szacunek taki obarczony jest pewnym błędem,
ponieważ istnieje możliwość liczenia tych samych osobników częściej niż jednokrotnie.
Starano się błąd ten wyeliminować, prowadząc obserwacje na całej długości linii brzegowej,
patrolując teren powoli i cicho.
182
Ryc.1. Lokalizacja badanego starorzecza Białej Tarnowskiej w Tarnowie (czerwony
punkt; współrzędne geograficzne N 49°59’34”, E 20°58’7”) (źródło: OpenStreetMap)
Ryc.2. Starorzecze Białej Tarnowskiej w Tarnowie – widok w kierunku południowym
(współrzędne geograficzne: N 49°59’34”, E 20°58’7”) (19.04.2016 r.; fot. M. Klich)
183
Ryc.3. Starorzecze Białej Tarnowskiej w Tarnowie – widok w kierunku północnym
(współrzędne geograficzne: N 49°59’34”, E 20°58’7”) (19.04.2016r.; fot. M. Klich)
2. Wyniki
Wiosną 2015 roku na badanym starorzeczu Białej Tarnowskiej w Tanowie stwierdzono występowanie czterech gatunków płazów oraz dwóch gatunków gadów. Jako pierwsze
na stanowisku pojawiły się traszki zwyczajne i traszki grzebieniaste (15.03), płazy te również
jako pierwsze odbyły gody i opuściły stanowisko pod koniec kwietnia. Żaby jeziorkowe pojawiły się na stanowisku 26 kwietnia i pozostały w nim do końca okresu obserwacji (16.05).
Ropuchy szare na stanowisko przybyły 27 kwietnia i po krótkich, ale burzliwych godach
opuściły je 12 maja. Jaszczurki zwinki w okolicach starorzecza stały się aktywne 10 kwietnia, a zaskrońce zwyczajne 25 kwietnia (tab. 1).
Na badanym starorzeczu zaobserwowano łącznie kilkaset osobników płazów i gadów.
Najliczniej występowały traszki zwyczajne (ryc. 4) i traszki grzebieniaste. Liczne były również jaszczurki zwinki. Pozostałe gatunki występowały mniej licznie (tab. 2).
184
Data / rodzaj aktywności
Temperatura
wody [°C]
jaszczurka
zwinka
zaskroniec
zwyczajny
ropucha
szara
żaba jeziorkowa
traszka
grzebieniasta
traszka
zwyczajna
Tab.1. Występowanie i aktywność herpetofauny na stanowisku w Tarnowie (N 49°59’34”, E 20°58’7”)
wiosną w roku 2015 (brąz – pojawienie się na stanowisku, niebieski – gody, zielony – migracja)
15.03
26.03
29.03
09.04
6
8
7
8
10.04
9
14.04
19.04
22.04
25.04
27.04
28.04
30.04
01.05
03.05
05.05
07.05
09.05
12.05
14.05
16.05
8
5
8
13
10
9
10
7
10
13
11
9
12
10
11
Tab.2. Szacowana liczebność herpetofauny na stanowisku w Tarnowie (N 49°59’34”, E 20°58’7”)
na podstawie obserwacji wiosną w roku 2015
Lp.
gatunek
oszacowana liczebność
1
traszka zwyczajna
90-110
2
traszka grzebieniasta
60-70
3
ropucha szara
15-20
4
żaba jeziorowa
20-25
5
jaszczurka zwinka
60-70
6
zaskroniec zwyczajny
10-12
185
Ryc.4. Gody traszki zwyczajnej na starorzeczu Białej Tarnowskiej w Tarnowie
(29.03.2015r.; fot. M. Bogusz)
3. Podsumowanie
Rzeka wraz ze swą dolina stanowi niezwykle cenne siedlisko, ważne dla bytowania wielu gatunków roślin i zwierząt. Oprócz oczywistych walorów siedliskowych doliny rzeczne
stanowią korytarz ekologiczny. Istotnym elementem dolin rzecznych są starorzecza, stanowiące uzupełnienie korytarzy ekologicznych i ważną ostoję dla wielu organizmów. Niebagatelne przyrodnicze, gospodarcze i społeczne znaczenie starorzeczy opisuje wielu autorów
(Wiśniewolski i in. 2009, Dembowska i Napiórkowski 2012, Wilk-Woźniak i in. 2012, Zając
i in. 2013, Makles i in. 2014).
Badany obszar mimo niewielkiej powierzchni i sąsiedztwa miasta jest cenny przyrodniczo. Na stanowisku stwierdzono obecność wielu zwierząt: sarny, jelenia, dzika i zająca oraz
wielu gatunków ptaków. Badane starorzecze, to naturalny zbiornik. Charakteryzuje się nieregularną linią brzegową oraz licznymi wypłyceniami. Obszar ten nie jest uprawiany w żaden
sposób przez człowieka, bądź jest uprawiany ekstensywnie. Porasta go roślinność łąkowa,
ruderalna oraz widoczne są efekty sukcesji wtórnej charakterystycznej dla porzuconych łąk.
Zazwyczaj siedliska o dużej różnorodności herpetologicznej występują w obszarach
pozamiejskich. Bliska odległość terenów zurbanizowanych zwykle nie sprzyja bogactwu
gatunkowemu. Przedstawione powyżej wyniki świadczą o tym, że od reguły tej występują
odstępstwa. Starorzecze Białej w Tarnowie stanowi siedlisko licznego występowania i rozrodu czterech gatunków chronionych płazów oraz dwóch gatunków gadów. Łączna szacowana
liczba osobników płazów i gadów przekracza 250 osobników (tab. 2). Przeprowadzone badania wskazują, że siedliska tego typu, znajdujące się blisko centrum miasta są cenne i warte ochrony. Obserwacje na innym siedlisku w mieście Tarnowie w pobliżu dużego osiedla
mieszkaniowego pozwoliły na zidentyfikowanie 5 gatunków płazów i 3 gatunków gadów
reprezentowanych łącznie przez ponad 470 osobników (Jarek i Klich 2016).
Obydwie te inwentaryzacje potwierdzają, że zbiorniki wodne różnych rozmiarów są doProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
186
skonałym miejscem dla bytowania i rozrodu płazów i gadów. Utrzymywanie i ochrona takich
siedlisk, a także tworzenie nowych w ramach kompensacji przyrodniczych jest cenną i ważną formą ochrony przyrody.
Należy również zwrócić uwagę na to, że wykonana inwentaryzacja może stanowić przyczynek do dalszego poznania herpetofauny Tarnowa i jej okolic. O składzie herpetofauny
decyduje głównie charakter zbiornika i strefy ekotonowej (Juszczyk 1987a,b,c). Nie można
siedlisk miejskich lekceważyć, ponieważ stanowią one zaplecze dla populacji płazów i gadów, zwiększając bioróżnorodność i w pewnym stopniu są bankami genów dla gatunków.
Badane siedlisko jest ważne i cenne, ponieważ znajduje się w pobliżu dwóch istotnych korytarzy ekologicznych Białej Tarnowskiej i potoku Wątok. Można rozważyć objęcie badanego
terenu ochroną, choćby w formie użytku ekologicznego.
Bibliografia
Beebee T.J.C., Griffiiths R.A. 2005. The amphipian decline crisis: a watershed for consrvation biology? Biol. Conserv. 125: 271-285.
Budzik K.A, Budzik K.M. 2013. Stanowisko salamandry plamistej Salamandra salamandra
w północnej części Pogórza Rożnowskiego. Chrońmy Przyr. Ojcz. 69 (6) 538542.
Dembowska E., Napiórkowski P. Dlaczego warto chronić starorzecza? Kosmos, 61 (2), 2012,
s. 341-349.
Głowaciński Z., Rafiński J. (red.) 2003. Atlas płazów i gadów Polski - status, rozmieszczenie,
ochrona. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Inspekcja Ochrony Środowiska /
Instytut Ochrony Przyrody PAN, Kraków – Warszawa: 1-160.
Internet 1. www.wios.tarnow.pl
Internet 2. http://natura2000.gdos.gov.pl/ SDF Biała Tarnowska, SDF Dolny Dunajec
Internet 3. Sieć ECONET-PL: http://www.ios.edu.pl/biodiversity/9/baza4.htm
Jarek S., Klich M. 2016. Ważne siedlisko rozrodcze żaby zwinki Rana dalmatina (Bonaparte,
1840) i innych płazów na terenie Tarnowa. Chrońmy Przyr. Ojcz. – w druku.
Jelonek M., Klich M., Żurek R., 2003. Ichtiofauna Białej Tarnowskiej. Suppl. ad Acta Hydrobiol., 6, 19 – 28.
Juszczyk W. 1987a. Płazy i gady krajowe, część I wiadomości ogólne. PWN, Warszawa.
Juszczyk W. 1987b. Płazy i gady krajowe, część II płazy. PWN, Warszawa.
Juszczyk W. 1987c. Płazy i gady krajowe, część III gady. PWN, Warszawa.
Makles M., Pawlaczyk P., Stańko R. 2014. Podręcznik najlepszych praktyk ochrony mokradeł. CKPŚ Warszawa.
Makomaska-Juchiewicz M. (red.) 2010. Monitoring gatunków zwierząt. Przewodnik metodyczny. Cześć I. GIOŚ, Warszawa.
Makomaska-Juchiewicz M., Baran P. (red.) 2012. Monitoring gatunków zwierząt. Przewodnik metodyczny. Cześć III. GIOŚ, Warszawa.
Matuszkiewicz J.M. 2008. Regionalizacja geobotaniczna Polski, IGiPZ PAN, Warszawa.
Mazgajska J. 2009. Płazy świata. PWN, Warszawa.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt. (Dz. U. 2014 r. poz. 1348)
Stuart S.N., Chanson J.S., Cox N.A., Young B.E. Rodrigues A.S.L., Fischman D.L., Waller
R.W. 2004. Status and trends of amphibian declines and extinctions worldwide.
Science 306: 1783-1786.
Wilk-Woźniak E., Gąbka M., Pęczuła W., Burchardt L., Cerbin S., Glińska-Lewczuk K.,
Gołdyn R., Grabowska M., Karpowicz M., Klimaszyk P., Kołodziejczyk A.,
Kokociński M., Kraska M., Kuczyńska-Kippen N., Ligęza S., Messyasz B., NaProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
187
gengast B., Ozimek T., Paczuska B., Pełechaty M., Pietryka M., Piotrowicz R.,
Pociecha A., Pukacz A., Richter D., Walusiak E., Żbikowski J. 3150 Starorzecza
i naturalne eutroficzne zbiorniki wodne ze zbiorowiskami z Nympheion, Potamion [w:] Mróz W. (red.). Monitoring siedlisk przyrodniczych. Przewodnik metodyczny, 2012, Część druga, s. 130-149. Biblioteka Monitoringu Środowiska.
Wiśniewolski W., Ligięza J., Prus P., Buras P., Szlakowski J., Borzęcka I. Znaczenie łączności rzeki ze starorzeczami dla składu ichtiofauny na przykładzie środkowej
i dolnej Wisły. Nauka Przyr. Technol. 3, 3, 2009.
Wiśniewolski W., Klich M., Jarek S. 2014. Operat rybacki obwodu rybackiego rzeki Biała
Tarnowska Nr 2. Piaseczno-Tarnów, lipiec 2014. Icht-Log.
Zając T., Pociecha A., Wilk-Woźniak E., Zając K., Bielański W., Ciszewski D., Florek J., Gołąb M., Guzik M., Lipińska A., Myszka R., Najberek K., Potoczek M., Walusiak
E., Szczęsny B. Analiza stanu ochrony starorzecza na przykładzie kompleksu
starorzeczy „Wiśliska” – obszar Natura 2000 PLH 120084. Chrońmy Przyrodę
Ojczystą 68 (2), 2013, s. 116–133.
Mariusz KLICH – biolog, absolwent Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego, od roku 2002 dr nauk rolniczych w zakresie zootechniki. Zastępca Kierownika Zakładu Ochrony Środowiska w Państwowej
Wyższej Szkole Zawodowej w Tarnowie. Od roku 2010 opiekun Studenckiego
Koła Naukowego Przyrodników „OŚKA”.
Magdalena BOGUSZ – w 2015r. absolwentka PWSZ w Tarnowie na kierunku
Ochrona Środowiska, Wydział Matematyczno – Przyrodniczy. Były członek
Studenckiego Koła „OŚKA” na PWSZ w Tarnowie. Obecnie magistrantka na
Uniwersytecie Rolniczym w Krakowie (specjalność : Zagrożenia i ochrona
ekosystemów).
Sabina JAREK – mgr, absolwentka Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego. Biolog-botanik. Właścicielka Firmy Usługowej ECOHELP w Tarnowie, zajmującej się usługami z dziedziny ochrony środowiska
i przyrody.
189
Występowanie bobra Castor fiber L. oraz wstępna ocena
stanu siedliska i perspektyw zachowania na stanowisku
w nadleśnictwie Stary Jawornik
(województwo podkarpackie)
Arleta Jędrocha
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, [email protected]
Abstrakt: Od lipca 2014 do maja 2015 r. inwentaryzowano występowanie bobra europejskiego Castor fiber L. na potoku Dopływ spod piasków w miejscowości Stary Jawornik,
w gminie Czarna (województwo podkarpackie). Stwierdzono 7 tam, 17 nor oraz 2 półżeremia. Przeprowadzono badania podstawowych parametrów chemizmu wody. Stwierdzono,
że bobrowe tamy działają jak oczyszczalnie ścieków, polepszając jakość wody poniżej miejsca ich wybudowania. Tamy powstałe jako pierwsze są największe, najszersze i najdłuższe,
bo wybudowały je starsze osobniki, będące założycielami rodziny. Zbadano preferencje
pokarmowe bobrów. Najczęściej ścinanymi gatunkami drzew były: dąb bezszypułkowy, rzadziej brzoza i sosna. Drzewa zazwyczaj były ścięte na wysokości 40 i 50 cm, preferowany
rozmiar to pierśnica od 7 cm do 179 cm. Przewiduje się, że populacja bobrów na tym terenie
będzie się zwiększać. Badany teren posiada bogatą bazę pokarmową oraz dobre schronienie
w razie niebezpieczeństwa. Nie stwierdzono czynników, które przyczyniłyby się do pogorszenia stanu populacji obecnie i w niedalekiej przyszłości. Badany teren jest zlokalizowany
z dala od dróg i autostrad, co stwarza doskonałe warunki do bytowania bobrów. Ogólna
ocena wskaźników dla parametrów: populacja i siedlisko gatunku wskazuje na ocenę FV
czyli właściwą.
Słowa kluczowe: bóbr, Castor fiber, stawy bobrowe, ochrona gatunkowa, szkody, Jawornik
1. Wstęp
Bóbr od zawsze zadziwiał ludzi swą pracowitością. Budując tamy i żeremia tworzy
schronienie dla swojej rodziny. Dobrze zbudowana konstrukcja jest w stanie utrzymać ponad
100 kilogramowego człowieka. Ich działania mają ogromny wpływ na środowisko. W stawach, rzekach i w ich otoczeniu następują znaczne zmiany. W zalewiskach nurt zwalnia
a strumyki stawów działają jak oczyszczalnie. Woda w początkowej fazie uwalnia się od
zawiesin, następnie przelewając się przez tamę dużo czystsza płynie dalej – bardzo często
do następnej tamy, gdzie ten proces się powtarza (Demianowicz 2009). W rzekach, gdzie
bobrów jest dużo, ich zbiorniki mogą magazynować wiele wody. (Janiszewski 2014).
Na chwilę obecną oszacowanie siedlisk bobrowych nie jest możliwe, gdyż zwierzęta
te bardzo się rozpowszechniły, zajmując nawet niewielkie rzeki czy potoki. Określenie liczebności bobrów jest trudne, ponieważ stosowane metody były zróżnicowane i mogą być
obciążone znacznymi błędami (Janiszewski 2013). Co istotne, bóbr jest zwierzęciem płochliwym, o skrytym trybie życia, a siedliska zajmowane przez grupy rodzinne często są trudnoProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
190
Arleta Jędrocha
dostępne. Często trudno jest stwierdzić czy działalność bobra jest negatywna czy pozytywna.
Zależy to od wielu czynników takich jak aktualne użytkowanie terenu, wielkość szkód jakie
spowodowały bobry, tolerancja właściciela gruntu. W tej kwestii na pewno należy brać pod
uwagę opinię wielu zainteresowanych- zarówno naukowców jak i osób poszkodowanych
(Czech 2007).
Dokonana w Polsce odbudowa populacji bobra była na pewno sukcesem. Obecnie zagęszczenie bobrów powiększa się, co wiąże się z większymi szkodami wywołanymi przez
tego gryzonia (Bereszyński i Homan 2013). Każdy właściciel gospodarstw rolnych, leśnych
czy rybackich może ubiegać się o odszkodowanie w wyniku strat jakie poniósł przez działalność tych ssaków (Zgodnie z art. 126 ust. 1 pkt. 5 ustawy z dnia 16 kwietnia 2004 r. (Dz.
U. z 2013 r. poz. 627, z późn. zm.)). Jest wiele pomysłów, propozycji i metod, dzięki którym
można było by zapobiec lub przynajmniej zmniejszyć szkody powodowane przez bobry.
W tym celu prowadzane są odłowy i przesiedlenia ssaków na inne miejsca. Kolejnym pomysłem jest wprowadzanie rur przelewowych przyspieszających przepływ stojącej wody.
Jednak najskuteczniejszą metodą na ograniczenie negatywnej działalności bobrów wydaje się być ogradzanie sadów, działek leśnych oraz drzew (Czech 2005). Bobry mają także
niewątpliwie pozytywny wpływ na środowisko. Poprawiają stosunki wodne, zwiększają
bioróżnorodność, prowadzą do samooczyszczania się wody, ograniczają erozję, a także przyczyniają się do powstawania torfowisk. Często na stanowiskach bobrowych można spotkać
gatunki, które dotąd występowały bardzo rzadko (Rosell i in. 2005). Przebywa tam dużo
ptaków, gdyż są to najlepsze miejsca do wylęgu i wychowu młodych. Bobrowe zalewiska
są atrakcyjnym miejscem także do rozrodu dla płazów. Jest to bardzo ważne, gdyż jest ich
coraz mniej (Janiszewski 2013).
Obecnie bóbr europejski jest uznany za zwierze zagrożone i jest objęty ochroną międzynarodową na podstawie: konwencji berneńskiej (załącznik III), Dyrektywy Rady Wspólnoty
Europejskiej nr 92/43/EWG z 21 maja 1992 roku w sprawie ochrony siedlisk naturalnych
oraz dzikiej flory i fauny zwanej Dyrektywą Siedliskową (załącznik II, IV i V), Czerwonej
Księgi Gatunków Zagrożonych IUCN, Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt.
Celem pracy było przeprowadzenie inwentaryzacji stanowiska bobrów na rzece Potok
spod piasków w miejscowości Stary Jawornik, w gminie Czarna (województwo podkarpackie) oraz określenie czynników oddziaływujących na populację tego ssaka. W badaniach
podjęto próbę określenia wpływu obecności bobrów na wybrane parametry wody oraz struktury gatunkowej ścinanych przez bobry drzew.
2. Charakterystyka terenu badań
Stary Jawornik jest miejscowością atrakcyjną turystycznie i przyrodniczo znajdującą się
w województwie podkarpackim, w gminie Czarna. Potok Dopływ spod Piasków jest ciekiem
IV rzędu o długości około 4,2 km. Zajmuje 5,70 km2 powierzchni elementarnej oraz jest
dopływem rzeki Czarna. Obszar ten jest zalesiony i podmokły. Las ma charakter mieszany
ze zróżnicowanymi gatunkowo i wiekowo drzewami. Najbliższym budynkiem, który się tam
znajduje jest leśniczówka. Jest oddalona od ostatniej tamy o 125 m. Szerokość potoku waha
się od 1 m do 25 m. Wartość maksymalna spowodowana jest działalnością bobrów.
Ssaki w tym miejscu mają bardzo dużo pokarmu. Stały i dość wysoki poziom wody
ułatwia im poruszanie się w trakcie wykonywania codziennych prac. Osuszenie terenu w niektórych miejscach powoduje, że bobry są zmuszone przemieszczać się wzdłuż cieku i budować nowe konstrukcje. Na tym obszarze bobry mogą liczyć na ciche miejsce, gdzie nikt nie
ingeruje w ich działalność.
Bóbr w nadleśnictwie Stary Jawornik (województwo podkarpackie)
191
Dokonano wstępnej wizji lokalnej fragmentu badanego terenu. Na tej podstawie zakwalifikowano go jako potencjalnie dobre siedlisko bytowania bobrów. W trakcie przeprowadzania inwentaryzacji zwrócono uwagę na to czy w pobliżu tam, żeremi, nor występują magazyny żerowe bobrów. Są to zatopione pod wodą gałęzie, które mają służyć im jako pokarm
w zimowe dni. Zwierzęta już od października zaczynają je gromadzić. Ich występowanie
daje pewność bytowania bobrów na określonym terenie (Czech 2010).
Czynnikiem potwierdzającym zamieszkiwanie bobrów na badanym obszarze są świeże
zgryzienia drzew, wydeptane ścieżki, odnowione tamy lub wybudowane nowe. Zgryzanie
drzew potraktowano jako element dodatkowy, gdyż ssaki te mogą się przemieszczać lub
przybyć z sąsiedniego terenu w celu poszukiwania pożywienia. Obserwacje prowadzono od
13 lipca 2014 roku do 29 maja 2015 roku w wybranych miejscach w Gminie Czarna (Stary
Jawornik). Obserwacji dokonano na długości około 600 m na potoku Dopływ spod Piasków.
Podczas inwentaryzacji zaobserwowano wzdłuż strumienia świeże zgryzienia drzew, a także
z łatwością można było zauważyć nowe ścieżki bobrowe, tzw. rampy. Ważnym elementem
było zmierzenie odległości pomiędzy magazynami żerowymi, tamami, żeremiami czy norami. Podczas przeprowadzonych badań zmierzono długość i szerokość każdej z tam oraz
obwód zgryzionych drzew i określono gatunek każdego z nich.
Odpowiednie zbiorniki wodne dla bobrów nie mogą odznaczać się dużymi fluktuacjami poziomu wody. Stały i dosyć wysoki poziom wody umożliwia ukrycie wejść do nor,
tworzenie magazynów żerowych, a przede wszystkim pozwala na szybką ucieczkę w razie
niebezpieczeństwa (Zając 2013). W trakcie inwentaryzacji zwrócono uwagę na gatunek preferowanych przez gryzonie drzew a także jakość wody w rzece. Woda nie jest zanieczyszczona, jest bez zapachu i zabarwienia, które mogłoby świadczyć o skażeniu przemysłowym
bądź komunalnym. Występują w niej liczne żywe makrofity oraz nie zaobserwowano w niej
widocznego osadu na dnie. Stopień jakości wód oceniono na podstawie widocznych zanieczyszczeń, przejrzystości oraz koloru i zapachu wody.
Podczas inwentaryzacji wykorzystano informacje o monitoringu gatunku dostępne na stronie internetowej Głównego Inspektora Ochrony Środowiska (http://www.gios.gov.pl/pl/).
Ocenę stanu zachowania siedliska i populacji bobra przeprowadzono zgodnie z metodyką zatwierdzoną i stosowaną przez GIOŚ (Makomaska-Juchiewicz i Bonk 2015).
Dokonano pomiarów pH, przewodności oraz temperatury przed i za każdą tamą. Oznaczanie wykonano wodoszczelnym pH/konduktometrem CPC-411 z elektrodą kombinowaną,
wykalibrowaną przy pomocy buforów. Czynność tą powtórzono powyżej i poniżej każdej
tamy.
4. Wyniki i dyskusja
W toku przeprowadzonych obserwacji na badanym terenie stwierdzono na potoku Dopływ spod piasków występowanie w bliskiej odległości siedmiu tam bobrowych. W tabeli 1
przedstawiono podstawowe informacje pozwalające zidentyfikować stanowiska badawcze.
192
Arleta Jędrocha
Tabela 1. Współrzędne geograficzne oraz wysokość bezwzględna poszczególnych tam.
Tama
N
W
Wysokość
n.p.m. [m]
I
50° 4’ 28.02”
21° 13’ 5.23”
260
II
50° 4’ 26.58”
21° 13’ 4.66”
264
III
50° 4’ 24.06”
21° 13’ 1.78”
263
IV
50° 4’ 22.91”
21° 13’ 1.63”
259
V
50° 4’ 22.37”
21° 13’ 1.63”
248
VI
50° 4’ 21.22”
21° 13’ 1.45”
247
VII
50° 4’ 18.3”
21° 13’ 1.85”
246
Pierwsze wybudowane tamy były największe. Długość wahała się od 5 m do 23 m, a szerokość od 1 m do 2,3 m. Ich dobry stan techniczny wskazywał, że nadal są zamieszkiwane
przez bobry. Położone niżej tamy (IV – VII) są mniejsze i powstały później. Można wnioskować, że na badanym terenie nastąpiło zasiedlenie odcinka rzeki w obrębie populacji bobrów.
Starsze wyżej położone tamy zamieszkiwały osobniki, które założyły rodzinę. Poniżej tamy
założyło ich potomstwo, które już się usamodzielniło i założyło nowe rodziny.
Tabela 2. Długość i szerokość inwentaryzowanych tam bobrowych.
tama
długość
tamy [m]
szerokość
tamy [m]
I
12,5
2,3
II
23,0
1,5
III
17,0
2,2
IV
10,0
1,0
V
5,0
1,0
VI
9,0
2,5
VII
2,0
1,0
Bobrowe tamy zmieniły parametry fizykochemiczne wód. Można zaryzykować stwierdzenie, że działają podobnie jak biologiczne oczyszczalnie ścieków. ph na badanym obszarze
wahało się w zakresie od 7,4 - 7,78 (Ryc. 1). Zaobserwowano wzrost wartości pH poniżej
każdej z tam. Wyjątkiem jest tama V, gdzie pH było takie samo. Powodem tego był fakt, iż
podczas wykonywania badań konstrukcja była nieszczelna i woda przepływała górą.
Przewodność elektrolityczna na badanym terenie wahała się w zakresie 212 - 228 µS/cm
(Ryc. 2). Poniżej każdej tamy zaobserwowano obniżenie przewodności elektrolitycznej.
193
Rycina 1. Wyznaczone wartości pH powyżej i poniżej każdej tamy zbudowanej przez bobry.
Rycina 2. Wyznaczone wartości przewodności powyżej i poniżej każdej tamy zbudowanej przez bobry.
Jesienią wśród ściętych przez bobry drzew dominował dąb bezszypułkowy, natomiast
zimą dąb bezszypułkowy i brzoza (Ryc. 3 i 4). Największym ściętym drzewem na badanym obszarze był dąb bezszypułkowy o obwodzie 179 cm. Najczęściej były ścinane drzewa
o większej średnicy, które dostarczają ssakom więcej zasobów pokarmowych. Bóbr do ścięcia wybierał przede wszystkim drzewa zlokalizowane blisko potoku, po to by wysiłek przy
transporcie drewna był jak najmniejszy (Czech 1999). Drzewa iglaste służyły im jako uzupełnienie diety przy niedoborze składników mineralnych (Janiszewski 2013). Na podstawie
przeprowadzonej inwentaryzacji można stwierdzić, że bobry korzystały z zasobów drzewnych znajdujących się nie dalej niż 30 m od brzegu.
194
Arleta Jędrocha
Rycina 3. Procentowy udział poszczególnych gatunków drzew ściętych przez bobry
na badanym obszarze w dniu 2 listopada 2014 r. (N = 40)
Rycina 4. Procentowy udział poszczególnych gatunków drzew ściętych przez bobry
na badanym obszarze w dniu 28 lutego 2015 r. (N = 64)
Ssaki te preferują raczej wody o stałym i spokojnym przepływie o odpowiedniej głębokości (Janiszewski 2013). Takie warunki zapewniają im stały dostęp do nor. Unikają rzek
o rwącym nurcie, gdyż w przypadku podniesienia poziomu wody może dojść do utonięcia
młodych, zniszczenia zapasów pokarmowych czy tez może być utrudnieniem podczas budowy tam (Bunalski i in. 2013). Obszar ten cechuje się bardzo zróżnicowanym drzewostanem,
a co najważniejsze wystarczy gryzoniom na bardzo długi czas.
Ważnym elementem jest podmokły teren oraz charakter rzeki. Strome brzegi potoku
umożliwiają bobrom kopanie nor. Krawędzie rzeki muszą być w miarę stabilne i twarde,
tak aby nie doprowadziły do zasypania całej sieci kanałów podziemnych. Długość nor może
wynosić nawet 11 m. Natomiast wysokość waha się między 0,3 a 0,5 m. (Janiszewski 2013).
Według obserwacji kopanie nor w niektórych miejscach jest problemem, ponieważ nawet
195
pod niewielkim ciężarem osuwa się teren. Szczególnie na to narażone są nory zlokalizowane
w pobliżu III tamy. Każde takie wejście jest dobrze zasłaniane gałązkami, po to, aby uniknąć
ingerencji człowieka.
Najbardziej charakterystycznymi konstrukcjami budowanymi przez bobry są tamy. Ich
celem jest podniesienie poziomu wody co jest skutkiem tworzenia tzw. rozlewisk bobrowych
(Rurek i in. 2013). Na potoku znaleziono 7 tam. Większość z nich jest użytkowana przez
bobry, gdyż można na nich znaleźć świeże gałązki, co jest wynikiem ich odnawiania. Największą aktywność bobrów zaobserwowano przy tamie III.
Ogólna ocena wskaźników dla parametrów: populacja i siedlisko gatunku wskazuje
na ocenę FV czyli właściwą. Wskaźniki oceniono zgodnie z metodyką zatwierdzoną i stosowaną przez GIOŚ (Makomaska-Juchiewicz i Bonk 2015).
Na badanym obszarze nie występują zbiorniki wodne spełniające kryteria zbiorników
optymalnych gatunku. Jest to mały potok i jezioro nie jest w tym przypadku potrzebne.
Jeziora nie występują na takim obszarze, mimo to obserwacja wykazuje, że bobry chętnie
zasiedlają takie tereny. Ogólną ocenę przyjęto FV, ponieważ niemal wszystkie wskaźniki
wykazały FV.
Bobry na tym obszarze są bardzo czujne i wrażliwe nawet na niewielką ingerencje człowieka. Badany teren gwarantuje im bardzo dobre schronienie w razie niebezpieczeństwa.
Tworzenie coraz większej liczby siedlisk wskazuje na to, że bobry doskonale sobie radzą
na wybranym obszarze. Teren, płochliwość zwierząt oraz ilość wybudowanych tam wskazują, że pozostaną one tam na dłuższy czas. Prawdopodobnie będą zasiedlały kolejne obszary,
a rodzina wyjściowa będzie się rozprzestrzeniać. Bóbr jest zwierzęciem terytorialnym, dlatego będzie podejmował próby migrowania w różnych kierunkach, również na tereny rolnicze
i zamieszkałe przez ludzi. Wtedy może dojść do tępienia bobrów przez bezpośrednie niszczenie tam, płoszenie, próby chwytania, a nawet zabijania. Natomiast pozostając na badanym
potoku populacja bobrów na pewno nie zmaleje, wręcz przeciwnie, zapewne się powiększy.
Jeśli nie będą tam zaplanowane znaczące przekształcenia terenu, co raczej nie jest prawdopodobne, to będzie pojawiało się naturalne następowanie pokoleń, ponieważ jest to bardzo
dobre siedlisko do bytowania bobrów.
Bóbr spowodował zmiany środowiskowe, które sprzyjają występowaniu na badanym
obszarze różnych gatunków zwierząt. Niektóre dotąd na tym terenie nie występowały lub
można było je zaobserwować bardzo rzadko (Rosell i in. 2005). Obszar pełni bardzo ważną
rolę jaką jest wodopój dla większych zwierząt, głównie korzystają z niego sarny. Znajdująca
się tam populacja bobrów nie powoduje większych strat. Dzięki temu, że jest to las państwowy bobry są nie zagrożone i mogą w dalszym ciągu korzystać z wszystkich zasobów, które
tam się znajdują. Badany teren jest nieużytkowany a działalność bobrów sprawiła, że stał się
on ciekawszy przyrodniczo.
5. Podsumowanie i wnioski
Na potoku Dopływ spod piasków w Jaworniku w gminie Czarna znajduje się 7 tam bobrowych, 17 nor oraz 2 półżeremia. Badany teren jest zalesiony co stwarza gryzoniom szeroką bazę pokarmową. Głównie znajduje się tam dąb bezszypułkowy, który jest najczęściej
obgryzany. Rzadziej ścinana jest brzoza i sosna. Drzewa iglaste służą bobrom jako uzupełnienie składników pokarmowych. Zwierzęta zazwyczaj ścinają grubsze drzewa, ponieważ
dostarczają im o wiele więcej pokarmu niż okazy o mniejszej średnicy. W zależności od
sezonowości bobry preferują różne gatunki drzew. Latem jest to roślinność wodna i nabrzeżna, jesienią świeżo ścięte drzewa, natomiast zimą przygotowane wcześniej gałązki zatopione pod wodą. Bobrowe tamy stwarzają wielu gatunkom doskonałe warunki do zimowania,
a także na tych terenach można spotkać zwierzęta, które dotąd występowały bardzo rzadko.
196
Arleta Jędrocha
Chronią one także w pewnym stopniu przed powodziami, gdyż zatrzymują znaczną ilość
wody i zwiększają parametry retencyjne doliny.
Na badanym obszarze nie występuje konflikt między człowiekiem a bobrem, ponieważ
zwierzęta nie oddalają się dalej niż 30 m od brzegu, a najbliższy budynek jakim jest leśniczówka znajduje się w odległości około 125 m od VII tamy. Z przeprowadzonych badań
na potoku Dopływ spod piasków można wywnioskować, że żyjące tam gryzonie bardzo dobrze przystosowały środowisko do własnych potrzeb. Jest to zatem idealne miejsce do dalsze
rozwoju populacji bobra europejskiego. Badane siedlisko i populacja bobrów wydaja się być
niezagrożona. Dyspersja, zmienność pokoleń powoduje, że ten teren będzie w dalszym ciągu
zasiedlany przez długi czas, ponieważ jest to bardzo dobre siedlisko do bytowania bobrów.
Obszar zasiedlony przez bobry stał się atrakcyjniejszy pod względem turystyki i rekreacji,
a także może posłużyć jako dobre miejsce na przeprowadzenie lekcji z zakresu edukacji
ekologicznej.
Mapa 1. Potok Dopływ spod piasków - obszar inwentaryzacji bobrów.
Źródło: http://geoportal.gov.pl
197
Fot. 1. Tropy bobra europejskiego Castor fiber na badanym terenie
(fot. A. Jędrocha 13.07.2014).
Fot. 2. Najgrubsze ścięte drzewo o obwodzie wynoszącym 179 cm
198
Arleta Jędrocha
Fot. 3. Rozlewisko wodne na badanym obszarze
Fot. 4. Tama bobrowa (II) na potoku Dopływ spod piasków
199
Fot. 5. Pierwsza i największa spośród wszystkich tam na badanym potoku
Fot. 6. Rozlewisko bobrowe na badanym potoku
200
Arleta Jędrocha
Bibliografia
Bereszyński A., Homan E. 2007. Występowanie bobra europejskiego (Castor fiber Linnaeus
1758) w Poznaniu, Nauka Przyroda Technologie, Poznań.
(http://www.npt.up-poznan.net/pub/art_1_38.pdf) (dostęp z dnia 18.03.2016)
Czech, A. 1999. Bóbr. Gryzący problem. Sposoby rozwiązywania konfliktów pomiędzy
ludźmi a bobrami – poradnik, Kraków.
Czech, A. 1999. Górskie bobry „Wiedza i życie”, nr 5.
Czech, A. 2005. Analiza dotychczasowych rodzajów i rozmiaru szkód wyrządzanych przez
bobry oraz stosowanie metod rozwiązywania sytuacji konfliktowych, Instytut
Ochrony Przyrody PAN, Kraków.
Czech, A. 2007. Krajowy Plan Ochrony Gatunku: bóbr europejski (Castor fiber). Opracowanie planów renaturalizacji siedlisk przyrodniczych i siedlisk gatunków na obszarach Natura 2000 oraz planów zarządzania dla wybranych gatunków objętych
Dyrektywą Ptasią i Dyrektywą Siedliskową, Kraków.
Czech, A. 2010. Bóbr- budowniczy i inżynier, Fundacja Wspierania Inicjatyw Ekologicznych, Kraków.
Demianowicz J. 2009. Wilk. Żubr. Bóbr. Kampania na rzecz ograniczania szkód, Fundacja
Zielone Płuca Polski, Białystok.
Janiszewski, A. 2013. Bóbr inżynier środowiska, Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska,
Warszawa.
Janiszewski, P., Hanzal, V. and Misiukiewicz, W. 2014. The Eurasian Beaver (Castor fiber)
as a Keystone Species – a Literature Review. Baltic Forestry 20(2): 277-286.
(Review paper) (http://www.balticforestry.mi.lt/bf/PDF_Articles/2014-20[2]/
The%20Eurasian%20Beaver%20as%20a%20keystone%20species.pdf) (dostęp
z dnia 15.03.2016)
Makomaska-Juchiewicz M., Bonk M. (red.) 2015. Monitoring gatunków zwierząt. Przewodnik metodyczny. Część IV. GIOŚ. Warszawa. ISBN: 978-83-61227-37-3
Bunalski, M., w (red.) Ptaszyk J. i Wojtkowski K. 2013. Bóbr zapobiegliwy gospodarz, Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska, Poznań.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej zwierząt (Dz. U. 2014 poz. 1348)
Rosell, F., Bozsér, O., Collen, P. and Parker, H. 2005. Ecological impact of beavers Castor
fibre and Castor canadensis and their ability to modify ecosystems, Mammal
Rev Printed in Singapore (https://dspace01.hit.no/bitstream/handle/2282/536/
Ecological_impact.pdf?sequence=1) (dostęp z dnia 15.03.2016)
Rurek, M., Krupa, A., Hojan, M., Giętkowski, T. 2013. Wpływ działalności bobrów na rzeźbę małych dolin na przykładzie Doliny Gajdówki, Południowe Bory Tucholskie,
Polska, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, str. 257-266.
Ustawa o ochronie przyrody z 16 kwietnia 2004 r. (Dz. U. z 2013 r. poz. 627, z późn. zm.)
Zając, T. 2013. Monitoring gatunków i siedlisk przyrodniczych ze szczególnym uwzględnieniem specjalnych obszarów ochrony siedlisk Natura 2000. Bóbr Castor fiber
(1337). Wyniki monitoringu gatunków GIOŚ raport za rok 2013. (http://siedliska.gios.gov.pl/pdf/siedliska/2013/wyniki_monitoringu_zwierzat_1337.pdf)
(dostęp z dnia 15.03.2016)
201
Netografia:
http://bip.gdos.gov.pl/files/zamowienia_publiczne/22289/Rozpoznanie_cenowe_Metodyka_inwentaryzacja_bobra_10_06_14.pdf (dostęp z dnia 12.03.2016)
http://www.paweljaniszewski.pl/?page_id=145 (dostęp z dnia 10.03.2016)
http://pracownia.org.pl/dzikie-zycie-numery-archiwalne,2102,article,2203 (dostęp z dnia
10.03.2016)
http://archiwum.wiz.pl/1999/99054300.asp (dostęp z dnia 15.03.2016)
http://www.srokowo.olsztyn.lasy.gov.pl/documents/688665/25461276/Ochrona+bobra+europejskiego+-+RDO%C5%9A.pdf (dostęp z dnia 15.03.2016)
Arleta JĘDROCHA – absolwentka Instytutu Matematyczno-Przyrodniczego
w Państwowej Wyższej Szkole Zawodowej w Tarnowie. Magistrantka Ochrony
Środowiska na Wydziale Rolniczo-Ekonomicznym Uniwersytetu Rolniczego
im. Hugona Kołłątaja w Krakowie. Specjalność – zagrożenia i ochrona ekosystemów. Były członek Koła Naukowego OŚKA w PWSZ Tarnów.
203
Rośliny inwazyjne wybranych siedlisk Wyżyny
Sandomierskiej
Karolina Ruraż *1 i Michalina Panek 1
1
Zakład Botaniki, Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15,
25-406 Kielce, Polska; *[email protected]
Abstrakt: Wyżyna Sandomierska położona jest w południowo-wschodniej Polsce,
stanowiąc wschodnią część makroregionu Wyżyny Kieleckiej. Zajmuje powierzchnię około 1140 km2. Krajobraz wyżyny jest typowo rolniczy. Dogodne warunki klimatyczne oraz
obecność żyznych gleb sprzyjają prowadzeniu upraw na dużą skalę. W związku z rozwojem
rolnictwa szata roślinna wyżyny uległa licznym przeobrażeniom. Widoczne jest to chociażby
w postaci nielicznych obszarów leśnych oraz gwałtownie zmniejszającej się powierzchni
muraw kserotermicznych.
Zaburzone i fragmentaryczne siedliska półnaturalne oraz antropogeniczne odznaczają
się większą podatnością na zagrożenia. Jednym z nich są rośliny inwazyjne stanowiące obce,
trwale zadomowione gatunki, wykazujące zdolność do rozprzestrzeniania się oraz zmiany
składu i struktury zbiorowisk. Dlatego też, celem pracy było przedstawienie roślin inwazyjnych zaobserwowanych wśród wybranych siedlisk wyżyny.
Podczas prowadzonych badań terenowych (w latach 2014-2015) stwierdzono występowanie taksonów należących do gatunków inwazyjnych i potencjalnie inwazyjnych, odnotowano
m.in.: ambrozja bylicolistna (Ambrosia artemisiifolia), irga błyszcząca (Cotoneaster lucidus),
robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia), nawłoć kanadyjska (Solidago canadensis).
Słowa kluczowe: rośliny obcego pochodzenia, murawy kserotermiczne, siedliska antropogeniczne, Sandomierz, Wyżyna Sandomierska
1. Wstęp
Gatunki obce, a przede wszystkim gatunki inwazyjne wśród roślin stanowią współcześnie jedno z największych zagrożeń dla bioróżnorodności. Cechuje ich powszechne występowanie na siedliskach antropogenicznych oraz coraz częstsze bytowanie wśród siedlisk
naturalnych i półnaturalnych. Ich nasilona kolonizacja przebiega zwłaszcza, gdy dane zbiorowisko jest zaburzone m.in. przez jego fragmentację, niedobór składników pokarmowych
czy zmiany klimatyczne.
Spośród 3554 gatunków roślin naczyniowych odnotowanych na terenie kraju 1017 (około 29%) stanowi gatunki obcego pochodzenia (Tokarska-Guzik 2005). Należy mieć na uwadze, iż nie każdy gatunek obcy jest gatunkiem inwazyjnym. Za gatunek inwazyjny przyjmuje
się gatunek obcy, który jest trwale zadomowiony, zdolny do rozprzestrzeniania się przez
co powoduje powstanie szkód w środowisku, strat ekonomicznych lub stwarza zagrożenie
dla zdrowia i życia ludzkiego (Tokarska-Guzik i in. 2012).
Wśród roślin inwazyjnych znajdują się zarówno rośliny zielne: gatunki jednoroczne
i wieloletnie, a także krzewy i drzewa. Elementem łączącym różne formy życiowe tych gaProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
204
Karolina Ruraż, Michalina Panek
tunków są cechy, które zadecydowały o ich sukcesie kolonizacyjnym. Do tych cech należą:
wysoka produktywność oraz trwałość nasion, szybki wzrost i wczesna reprodukcja, wyposażenie diaspor w urządzenia ułatwiające ich rozprzestrzenianie się, odporność na warunki
środowiskowe, niskie wymagania siedliskowe, zdolności konkurencyjne (w tym także allelopatyczne) oraz możliwość krzyżowania czy tworzenia mieszańców z gatunkami pokrewnymi
(Faliński 2004).
Pierwsze prace florystyczne odnoście tej części Polski ukazały się w XIX wieku za sprawą Łapczyńskiego (1887). Po I wojnie światowej swoje badania rozpoczął Dziubałtowski
(1918, 1922, 1923, 1925) oraz Kozłowska (1925). Znaczące w badaniach nad szatą rośliną
wyżyny były publikacje Głazka (1968a, 1968b) dotyczące flory oraz roślinności muraw kserotermicznych. Niezwykle bogate są opracowania rodologiczne m.in. Popka (1967, 1983)
z Gór Pieprzowych, Krzaczka (1967) z okolic Sandomierza, Opatowa i Ożarowa.
Celem niniejszej publikacji jest przedstawienie roślin inwazyjnych i potencjalnie inwazyjnych występujących na wybranych siedliskach, stwierdzonych podczas prowadzonych
badań terenowych nad florą muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej oraz florą
roślin naczyniowych Sandomierza. Analizie zostały poddane murawy kserotermiczne Wyżyny Sandomierskiej oraz siedliska półnaturalne i antropogeniczne w obrębie Sandomierza.
Ponadto, odnotowanym gatunkom została nadana kategoria inwazyjności oraz określono ich
liczbę stanowisk.
Połączenie tak różnorodnych siedlisk miało na celu wykazanie istotnych różnic zarówno
w liczebności gatunków inwazyjnych oraz w odmiennym składzie gatunkowym. Dlatego
też, starano się potwierdzić tezę o występowaniu większej liczby gatunków obcych, w tym
inwazyjnych na terenach miejskich w stosunku do siedlisk półnaturalnych.
2. Charakterystyka obszaru badań
Wyżyna Sandomierska położona jest w południowo-wschodniej Polsce. Zajmuje
wschodnią część makroregionu Wyżyny Kieleckiej o powierzchni około 1140 km2. Niekiedy
nazywana jest także Wyżyną Opatowską. Odznacza się ona spadkiem wysokości w kierunku
południowo-wschodnim z 300 do 180 m n.p.m. Teren jest rozcięty przez doliny rzeczne tj.
Opatówki, Koprzywianki, Kamionki oraz Świśliny (Kondracki 2011).
Cechą charakterystyczną badanego obszaru jest występowanie żyznych gleb czarnoziemów, należących do gleb pozastrefowych. Wyróżniają się one znaczą miąższością poziomu
próchniczego przekraczającą 40 cm oraz dużą zawartością próchnicy (około 4%). Skałę macierzystą czarnoziemu stanowi less, który poddawany jest nasilonej erozji, czego efektem
są często występujące wąwozy lessowe. Lessy wykazują zdolność gromadzenia sporej ilości
wody dostępnej dla roślin i zawierają pierwiastki chemiczne niezbędne do ich rozwoju (Wicik 2005, Bednarek 2011).
Wyżyna Sandomierska charakteryzuje się swoistymi warunkami klimatycznymi sprzyjającymi rozwojowi roślin. Do najważniejszych czynników klimatycznych należy długość
okresu bezprzymrozkowego, który wynosi tu średnio 165 dni oraz nasłonecznienie, rozkład
temperatury, a także suma opadów (Suszyna 2000).
Warunki glebowe i klimatyczne sprawiają, że Wyżyna Sandomierska jest obszarem wykorzystywanym rolniczo, głównie pod uprawy winorośli, warzyw czy sadownictwa. Niewątpliwie, dominacja takiej formy użytkowania gruntu doprowadziła do ograniczenia rozwoju
zbiorowisk leśnych, jak i murawowych. Z tego względu zwrócono uwagę na gatunki w obrębie trzech siedlisk o charakterze półnaturalnym: muraw kserotermicznych, leśnych oraz
dolin rzecznych. Wśród przyrodniczo cennych kompleksów leśnych stanowiących jednocześnie rezerwaty przyrody należy wymienić: Lisiny Bodzechowskie oraz rezerwat przyrody
Zielonka. Za przedmiot ich ochrony uznaje się zbiorowiska grądowe. Siedliskiem zakwalifiProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
205
kowanym do sieci Natura 2000 są murawy kserotermiczne. Ukształtowanie terenu oraz budowa geologiczna podłoża sprzyja występowaniu gatunków kserotermicznych. Jednak brak
ochrony czynnej zbiorowisk, działalność antropogeniczna, a także oddziaływanie ze strony
gatunków inwazyjnych prowadzi do ich fragmentacji oraz zmniejszenia różnorodności.
3. Materiał i metody badań
Praca zawiera część wyników zgromadzonych podczas prowadzonych badań terenowych
nad florą muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej oraz florą roślin naczyniowych
Sandomierza. W badaniach terenowych prowadzonych w latach 2014-2015 zastosowano
metodę kartogramu, zgodnie z założeniami metodycznymi dla ATPOL (Zając 1978).
W przypadku analizy flory muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej za stanowisko uznano kwadrat o boku 2,5 km (w sumie badany teren liczy 234 stanowiska, dotychczas badaniem objęto 197 stanowisk, z czego siedlisko odnaleziono na 59 stanowiskach).
Natomiast w obrębie miasta Sandomierz przyjęto kwadrat o boku 1 km, uzyskując 41 jednostek badawczych. Z uzyskanych list florystycznych wyodrębniono gatunki inwazyjne. W nawiasie za nazwą każdego gatunku podano jego liczbę stanowisk.
Za gatunki inwazyjne uznano rośliny ujęte w Rozporządzeniu Ministra Środowiska
z dnia 9 września 2011 r. w sprawie listy roślin i zwierząt gatunków obcych, które w przypadku uwolnienia do środowiska przyrodniczego mogą zagrozić gatunkom rodzimym lub
siedliskom przyrodniczym (Dz.U. 2011, Nr 210, poz. 1260) oraz w publikacji TokarskiejGuzik i in. (2012). Nazwy gatunkowe roślin naczyniowych przyjęto za Mirkiem i in. (2002).
Tylko przy pierwszym cytowaniu danego gatunku została przypisana jego nazwa łacińska.
Odnotowane rośliny inwazyjne uporządkowano według klasyfikacji zaproponowanej
przez Tokarską-Guzik i in. (2012), przypisując im odpowiednią kategorię inwazyjności według wzoru przedstawionego przez autorkę:
- kategoria I - chwasty segetalne i ruderalne, mogące występować w dużej ilościowości przede wszystkim na siedliskach antropogenicznych, bądź rośliny potencjalnie
inwazyjne;
- kategoria II - gatunki powiększające zajmowany obszar lub liczbę stanowisk, bądź
wykazujące duży potencjał inwazyjny znany z innych krajów;
- kategoria III - gatunki bytujące na niewielu stanowiskach o dużej ilościowości lub
przebywające w rozproszeniu na wielu stanowiskach o małej ilościowości, ale stwarzające znaczne zagrożenie;
- kategoria IV - gatunki wykazujące dużą liczbę stanowisk i ilość osobników w płatach oraz taksony z których większość stale powiększa liczbę stanowisk i zajmowany obszar.
Gatunki potencjalnie inwazyjne podano w oparciu o własne obserwacje oraz publikację
Tokarskiej-Guzik i in. (2012).
4. Analiza wyników
W trakcie badań terenowych stwierdzono występowanie gatunków zaliczanych do roślin
potencjalnie inwazyjnych bądź inwazyjnych. Poddano analizie gatunki siedlisk półnaturalnych jakimi są murawy kserotermiczne Wyżyny Sandomierskiej oraz siedlisk półnaturalnych
i antropogenicznych w obrębie miasta Sandomierz. Na badanych siedliskach odnotowano
łącznie 35 gatunków roślin inwazyjnych. Na murawach kserotermicznych stwierdzono 20
206
gatunków, natomiast dla Sandomierza zanotowano 34 gatunki. Wykazano również występowanie 2 gatunków uznanych za potencjalnie inwazyjne.
Poniżej przedstawiono 20 stwierdzonych roślin inwazyjnych wśród muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej wraz z wyodrębnieniem ich kategorii inwazyjności.
Kategoria I - szarłat szorstki (Amaranthus retroflexus) (2), przymiotno kanadyjskie (Conyza canadensis) (16), chwastnica jednostronna (Echinochloa crus-galli) (2), żółtlica owłosiona (Galinsoga ciliata) (2), żółtlica drobnokwiatowa (Galinsoga parviflora) (3), kolcowój
pospolity (Lycium barbarum) (5), przetacznik perski (Veronica persica) (3).
Kategoria II - wierzbownica gruczołowata (Epilobium ciliatum) (16), przymiotno białe
(Erigeron annuus) (33), słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus) (2), orzech włoski (Juglans regia) (11), sparceta siewna (Onobrychis viciifolia) (3), dąb czerwony (Quercus rubra)
(1), sumak octowiec (Rhus typhina) (3).
Kategoria III - kolczurka klapowana (Echinocystis lobata) (6), rdestowiec ostrokończysty (Reynoutria japonica) (2), nawłoć późna (Solidago gigantea) (4).
Kategoria IV - klon jesionolistny (Acer negundo) (15), robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia) (16), nawłoć kanadyjska (Solidago canadensis) (23).
Ponadto, odnotowano gatunek potencjalnie inwazyjny - irga błyszcząca (Cotoneaster
lucidus) (1).
Gatunkiem najczęściej notowanym na murawach kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej oraz wykazującym największe zagrożenie jest nawłoć kanadyjska. Późnym latem
oraz jesienią, kiedy przypada jej okres kwitnienia można zaobserwować nawet z dalszych
odległości charakterystyczne kępy o żółtej barwie kwiatów (Ryc. 1). Często tworzy zwarte
łany, dominując i wypierając inne gatunki ze zbiorowisk. Po kilku sezonach wegetacyjnych
nawłoć silnie rozprzestrzenia się, co prowadzi do ograniczenia rozwoju rodzimych gatunków
i przekształca siedlisko zmieniając jego strukturę i charakter. Takie gatunki określane są mianem tzw. transformers (Pyšek i in. 2004).
Terenem szczególnie cennym na Wyżnie Sandomierskiej są Góry Pieprzowe chronione
jako rezerwat przyrody oraz Obszar Specjalnej Ochrony Siedlisk (SOO) w ramach sieci Natura 2000. Niezwykłe bogactwo gatunkowe oraz walory geologiczne obszaru nie są jednak
pozbawione występowania następujących roślin inwazyjnych: klon jesionolistny, przymiotno kanadyjskie, chwastnicę jednostronną, kolczurkę klapowaną, przymiotno białe, żółtlicę
drobnokwiatową, robinię akacjową oraz nawłoć kanadyjską. Natomiast za gatunek potencjalnie inwazyjny z tego obszaru uznano się irgę błyszczącą.
Ryc. 1. Nawłoć kanadyjska dominująca w murawie kserotermicznej koło Łukawy Kościelnej (fot. K. Ruraż, 21.08.2015)
207
Poniżej przedstawiono 34 stwierdzonych roślin inwazyjnych wśród flory roślin naczyniowych Sandomierza zaklasyfikowanych do kategorii inwazyjności.
Kategoria I - szarłat szorstki (6), aster wierzbolistny (Aster ×salignus) (1), przymiotno
kanadyjskie (19), chwastnica jednostronna (3), żółtlica owłosiona (19), żółtlica drobnokwiatowa (19), kolcowój pospolity (2), szczawik rożkowaty (Oxalis corniculata) (2), szczawik
żółty (Oxalis fontana) (19), włośnica sina (Setaria pumila) (19), włośnica zielona (Setaria
viridis) (19), przetacznik perski (19).
Kategoria II - ambrozja bylicolistna (Ambrosia artemisiifolia) (1), aster nowobelgijski
(Aster novi-belgii) (1), powojnik pnący (Clematis vitalba) (3), wierzbownica gruczołowata
(1), miłka połabska (Eragrostis albensis) (3), przymiotno białe (19), słonecznik bulwiasty
(2), życica wielokwiatowa (Lolium multiflorum) (3), orzech włoski (19), sparceta siewna (2),
winobluszcz zaroślowy (Parthenocissus inserta) (1), dąb czerwony (1), rdestowiec pośredni
(Reynoutria ×bohemica) (1), sumak octowiec (2), róża pomarszczona (Rosa rugosa) (1),
rudbekia naga (Rudbeckia laciniata) (1).
Kategoria III - kolczurka klapowana (2), niecierpek drobnokwiatowy (Impatiens parviflora) (19).
Kategoria IV - klon jesionolistny (19), rdestowiec ostrokończysty (3), robinia akacjowa (19),
nawłoć kanadyjska (19).
Co więcej, odnotowano jeden gatunek potencjalnie inwazyjny - pałka wysmukła (Typha laxmanii) (1).
Wymienione rośliny inwazyjne występujące w granicach miasta rosną na siedliskach antropogenicznych, zwłaszcza siedliskach ruderalnych m.in.: cmentarze, torowiska kolejowe,
przydroża, pobocza ulic, osiedla, boiska szkolne (Ryc. 2). Stwierdzono ich występowanie także
na siedliskach o charakterze półnaturalnym, tj. w murawach kserotermicznych oraz w okolicy
starorzecza Wisły. Spośród wyżej wymienionych, największe zagrożenie dla gatunków rodzimych stwarzają: klon jesionolistny, rdestowiec ostrokończysty, nawłoć kanadyjska. Taksonem
nowym dla Sandomierza i jednocześnie wymagającym dalszego monitoringu jest ambrozja bylicolistna (Łapczyński 1887, Głazek 1968a, Dubiel 1989). Gatunkiem wykazującym największą
liczbę stanowisk jest klon jesionolistny. Rośnie on zarówno na siedliskach antropogenicznych,
m.in. na osiedlach miejskich, ale również na siedliskach półnaturalnych (murawy kserotermiczne, starorzecze Wisły, tereny podmokłe przy ujściu rzeki Koprzywianki do Wisły).
Ryc. 2. Rdestowiec ostrokończysty koło ulicy Zamkowej w Sandomierzu
(fot. R. Piwowarczyk, 08.06.2014)
208
5. Podsumowanie
Przeprowadzenie badań nad florą siedlisk muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej oraz półnaturalnych i antropogenicznych w obrębie Sandomierza dostarczyło nowych
danych odnośnie zagrożeń wpływających na ich stan. Niewątpliwie, szczególnie są na nie
podatne murawy kserotermiczne. Krajobraz wyżyny jest typowo rolniczy przez co wywiera
znaczący wpływ na zmniejszenie powierzchni muraw kserotermicznych, fragmentacje siedlisk oraz na wymieranie wielu gatunków roślin czy zastępowanie ich gatunkami obcymi,
w tym inwazyjnymi.
W obrębie badanych siedlisk tj. muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej oraz
siedlisk położonych w granicach Sandomierza stwierdza się występowanie gatunków w każdej kategorii inwazyjności według Tokarskiej-Guzik i in. (2012). Gatunki należące do ostatniej klasy wykazują dużą liczbę stanowisk oraz liczebność osobników w płatach. Niektóre
z nich stanowią zarazem grupę tzw. transformers, czyli taksonów wywołujących zmiany
w ekosystemach, a są nimi: klon jesionolistny, rdestowiec ostrokończysty, robinia akacjowa, nawłoć kanadyjska. Ze względu na silnie przekształcony i antropogeniczny charakter
siedlisk w Sandomierzu, obserwuje się większą liczbę gatunków inwazyjnych w stosunku
do muraw kserotermicznych w pozostałej części Wyżyny Sandomierskiej.
Ze względu na brak wczesniejszych publikacji odnoszących się wyłącznie do roślin inwazyjnych badanego terenu można jedynie porównać uzyskane wyniki z muraw kserotermicznych z pracą Głazka (1968a) dotyczącą flory muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej i Przedgórza Iłżeckiego. Autor wymienia ogólnie 8 gatunków roślin inwazyjnych
w porównaniu do 20 gatunków stwierdzonych podczas prowadzonych badań. Niewątpliwie
na taki stan ma wpływ blisko 50-letni upływ czasu oraz zmian, które dokonały się w środowisku.
Bibliografia
Bednarek R., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z.: Badania ekologiczno-gleboznawcze. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa, 2011.
Dubiel E.: Roślinność i flora doliny Wisły między Oświęcimiem a Sandomierzem. – Stud.
Ośr. Dok. Fizjogr. 17, 1989, s. 137–208.
Dziubałtowski S.: Rozwój roślinności na porębach lessowych w Sandomierskiem
w oświetleniu florystyczno-statystycznem. Sprawozdania z Posiedzeń Towarzystwa Naukowego Warszawskiego, Wydział III, Nauk Matematycznych i Przyrodniczych 11 (2), 1918, s. 187-245.
Dziubałtowski S.: O zbiorowiskach roślinnych godnych ochrony w Sandomierskiem
i Opatowskiem. Kosmos 47 (1, 2, 3), 1922, s. 30-38.
Dziubałtowski S.: La distribution et l`ecologie des associations steppiques sur le plateau de la Petite Polotne. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 1 (3), 1923,
s. 185-200.
Dziubałtowski S.: Les associations steppiques sur le plateau de la Petite Pologne et leur succesions. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 3 (2), 1925, s. 164-195.
Faliński J. B.: Inwazje w świecie roślin: mechanizmy, zagrożenia, projekt badań. Phytocoenosis (N.S.), 16, Seminarium Geobotanicum 10, 2004, s. 3–31.
Głazek T.: Flora kserotermiczna Wyżyny Sandomierskiej i Przedgórza Iłżeckiego. Wydawnictwo Artystyczno-Graficzne. Kraków, 1968a.
209
Głazek T.: Roślinność kserotermiczna Wyżyny Sandomierskiej i Przedgórza Iłżeckiego. Monografie Botaniczne 25. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1968b.
Kondracki J.: Geografia regionalna Polski. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa, 2011.
Kozłowska A.: Zmienność kostrzewy owczej (Festuca ovina L.) w związku z sukcesją zespołów stepowych na Wyżynie Małopolskiej. Sprawozdanie Komisji Fizjograficznej. Polska Akademia Umiejętności 60, 1925, s. 63-110.
Krzaczek W.: Materiały rodologiczne z Okręgu Sandomiersko-Opatowskiego. Fragmenta Floristica et Geobotanica 13 (4), 1967, s. 475-482.
Łapczyński K.: Roślinność Sandomierza i Gór Pieprzowych. Pam. Fizjogr. 7 (3), 1887,
s. 44-59.
Mirek Z., Piękoś-Mirkowa H., Zając A., Zając M.: Flowering plants and pteridophytes of
Poland – a checklist [w:] Z. Mirek (red.). Biodiversity of Poland 1. W. Szafer
Institute of Botany. Polish Academy of Sciences. Kraków, 2002.
Popek R.: Róże Gór Pieprzowych koło Sandomierza. Fragmenta Floristica et Geobotanica
13 (4), 1967, s. 459-474.
Popek R.: Róże Gór Pieprzowych koło Sandomierza. Fragmenta Floristica et Geobotanica
29 (3-4), 1983, s. 345-353.
Pyšek P., Richardson D. M., Rejmanek M., Webster G.L., Williamson M., Kirschner J.: Alien
plants in checklists and floras: towards better communication between taxonomists and ecologists. Taxon 53 (1), 2004, s. 131-143.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2011 r. w sprawie listy roślin
i zwierząt gatunków obcych, które w przypadku uwolnienia do środowiska
przyrodniczego mogą zagrozić gatunkom rodzimym lub siedliskom przyrodniczym. Dz.U. 2011, Nr 210, poz. 1260.
Suszyna J.: Specyfika czynników klimatycznych Wyżyny Sandomierskiej. [w:] T. Puszkar, L. Puszkar (red.). Przyroda Obszarów Stykowych Ziemi Sandomierskiej
i Polski Południowo-Wschodniej. Towarzystwo Naukowe Sandomierskie. Instytut Biologii i Ochrony Środowiska WSP w Rzeszowie. Wyższa Szkoła Humanistyczno-Przyrodnicza w Sandomierzu. Sandomierz, 2000, s. 19-25.
Tokarska-Guzik B., The establishment and spread of alien plant species (kenophytes) in the flora of Poland. Prace Naukowe Uniw. Śląskiego w Katowicach. Katowice, 2005.
Tokarska-Guzik B., Dajdok Z., Zając M., Zając A., Urbisz A., Danielewicz W., Hołdyński C.:
Rośliny obcego pochodzenia w Polsce ze szczególnym uwzględnieniem gatunków inwazyjnych. Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska. Warszawa, 2012.
Wicik B.: Gleby. [w:] A. Richling, K. Ostaszewska (red.). Geografia fizyczna Polski. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa, 2005, s. 201-244.
Zając A.: Założenia metodyczne „Atlasu rozmieszczenia roślin naczyniowych w Polsce”.
Wiad. Bot. 22 (3), 1978, s. 145-155.
Karolina RURAŻ – mgr, absolwentka Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Doktorantka w Zakładzie
Botaniki, Instytucie Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego. Specjalność
– Geobotanika i ochrona szaty roślinnej. Członek Studenckiego Koła Naukowego Botaników.
Michalina PANEK – mgr, absolwentka Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Doktorantka w Zakładzie
211
Śródmiejskie wzgórza ostoją roślin ciepłolubnych
na przykładzie Sandomierza
Michalina Panek*1 i Karolina Ruraż1
1
Zakład Botaniki, Instytut Biologii, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15,
25-406 Kielce, Polska, *[email protected]
Abstrakt: Niewielkie wzgórza i kurhany to obiekty o dużym znaczeniu florystycznym.
Ich zazwyczaj strome zbocza są niedostępne dla maszyn rolniczych, przez co stanowią
siedliska o specyficznych warunkach – ostoje roślinności ciepłolubnej. Celem badań było
wykazanie udziału śródmiejskich wzgórz w zachowaniu ciepłolubnej flory na przykładzie
sandomierskiego wzniesienia Salve Regina.
Badania florystyczne na terenie Sandomierza prowadzono w latach 2014-2015 metodą
kartogramu, w jednostkach badawczych o boku 1 km (zgodnych z ATPOL). Niniejsza praca
stanowi fragment wyników tychże badań.
Prace inwentaryzacyjne wykazały obecność flory ciepłolubnej na wzgórzu Salve Regina,
które zlokalizowane pośród sadów oraz prywatnych posesji i zabudowań gospodarczych stanowi ostoję dla wielu interesujących i rzadkich gatunków. Wśród odnotowanych taksonów
na uwagę zasługują: krwawnik pannoński (Achillea pannonica), zawilec wielkokwiatowy
(Anemone sylvestris), chaber nadreński (Centaurea stoebe), goździk kartuzek (Dianthus cartusianorum), sparceta siewna (Onobrychis viciifolia), lebiodka pospolita (Origanum vulgare), głowienka wielkokwiatowa (Prunella grandiflora), szałwia łąkowa (Salvia pratensis),
czyściec prosty (Stachys recta) oraz macierzanka Marschalla (Thymus marschallianus).
Słowa kluczowe: wzgórze Salve Regina, flora, murawa kserotermiczna, rośliny chronione, Wyżyna Sandomierska
1. Wprowadzenie
Murawy kserotermiczne są to zbiorowiska, które do rozwoju wymagają suchych, ciepłych i dobrze nasłonecznionych siedlisk. Preferują zasadowy lub obojętny odczyn gleb,
dlatego występują na podłożach lessowych lub wapiennych. Charakteryzują się dużą różnorodnością biologiczną (Matuszkiewicz 2013).
Kurhany i kopce nie rzadko spełniają siedliskowe wymagania kserotermicznych gatunków tworzących murawy ciepłolubne. Przez swe strome zbocza są niedostępne dla maszyn
rolniczych. Dzięki temu flora je porastająca nie ulega zniszczeniu przez zabiegi agrotechniczne, czy inne formy działalności człowieka. Pozwala to przetrwać wielu rzadkim gatunkom roślin przez co uważane są one za mikrocentra różnorodności biologicznej oraz ostoje
wielu cennych taksonów. Aktualnie istnieje niewielka liczba publikacji poświęconych florze
kurhanów. Z początkiem XXI w. wzrosła intensywność badań w tym zakresie (Cwener &
Towpasz 2003, Cwener 2004, Moysiyenko & Sudnik-Wójcikowska 2013).
Teren Wyżyny Sandomierskiej jest szczególnie bogaty w kurhany. Znanych jest 36 pojedynczych obiektów oraz 7 cmentarzysk kurhanowych (Florek 2011). W trakcie badań florystycznych na terenie Sandomierza zwrócono uwagę na florę wzgórza Salve Regina, które
212
Michalina Panek, Karolina Ruraż
przez mieszkańców miasta nazywane było kurhanem lub kopcem. Poniżej przedstawione
zostały wyniki obserwacji ze szczególnym uwzględnieniem roślin ciepłolubnych rosnących
w zbiorowiskach roślinnych z klasy Festuco-Bometea i Trifolio-Geranietea sanguinei.
2. Charakterystyka terenu badań
Wzgórze Salve Regina leży w obszarze administracyjnym Sandomierza zlokalizowanego w południowo-wschodniej Polsce, na granicy makroregionu Kotlina Sandomierska i mezoregionu Wyżyna Sandomierska (Kondracki 2011). Zgodnie z podziałem geobotanicznym
część miasta na północ od Wisły przynależy do krainy Miechowsko-Sandomierskiej i okręgu
Sandomiersko-Opatowskiego, których charakterystyczną cechą jest obecność pokrywy lessowej. Południowy fragment Sandomierza jest zaliczany do krainy Kotlina Sandomierska.
W granicach miasta znajduje się również częściowo podokręg Góry Pieprzowe o odrębnych
właściwościach klimatycznych i edaficznych (Szafer, Zarzycki 1977).
Salve Regina, które stanowi obiekt badań znajduje się w południowo-zachodniej części
Sandomierza zwanej Krakówką lub Przedmieściem Krakowskim. Leży na granicy pradoliny Wisły, nieopodal ulic: Salve Regina - od wschodu i Krakowskiej – od południa (Buko
2005).
Miasto Sandomierz oraz cała Wyżyna Sandomierska od wielu lat budzą zainteresowanie badaczy zajmujących się florą i roślinnością. Badania w tym zakresie przeprowadzone
były przez Łapczyńskiego już w 1887 roku. Kolejne godne uwagi pozycje to prace między
innymi: Dziubałtowskiego (1922, 1923, 1925), Popka (1967, 1983), Głazka (1968a, b, 1978,
1996) oraz ostatnio Ruraż (2015).
2.1. Kopiec, kurhan, wzgórze – czym jest Salve Regina?
Przez wiele lat trwały polemiki na temat powstania, funkcji i charakteru Salve Regina spowodowane m.in. położeniem oraz kształtem wzgórza: ostrosłup foremny o trójkątnej
podstawie. Najczęściej spotykane w literaturze określenia to: kurhan, kopiec, cypel, góra,
pagórek i wzgórze (Buliński 1879; Łapczyński 1887; Buko 1983, 2005). Do połowy XX wieku pochodzenia wzgórza upatrywano w licznych legendach odzwierciedlających powstanie
miasta i jego historię. Badania geologiczne z początku lat 80-tych XX w. wskazały na naturalne pochodzenie wzgórza, natomiast badania archeologiczne wykazały obecność cmentarza tzw. kultury złockiej z 3 tysiąclecia p.n.e. (Buko 1983, 2005). Współcześnie miejsce
jest wykorzystywane w praktykach religijnych – nabożeństwa majowe oraz jako popularne
miejsce wycieczek i spotkań.
2.2. Warunki siedliskowe
Główną cechą charakterystyczną Wyżyny Sandomierskiej jest obecność pokrywy lessowej, która występuje prawie na całym jej obszarze (Czarnecki 1996). W okolicy Sandomierza jej maksymalna grubość zawiera się w przedziale 25-30 m, natomiast w samym mieście
miąższość lessu to około 26 m. Podłoże to ma bardzo niską wilgotność, która oscyluje w okolicy 20% (Kolano, Cała 2011). Wzgórze Salve Regina w całości zbudowane jest z utworów
lessowych (Buko 1983).
Wzgórze mierzy ponad 11 m wysokości, a średnica jego podstawy to ok. 40 m (Buko
2005). Charakteryzuje się stromymi zboczami, które wyraźnie odcinają się od podłoża, a ich
kąt nachylenia jest bliski 60o (Gil 2002) (Ryc.1).
213
Pokrój Salve Regina oraz less z jakiego jest ono zbudowane umożliwia utrzymywanie
wyższej temperatury podłoża oraz docieranie do niego dużej ilości promieni słonecznych.
Sprzyja to wytworzeniu się specyficznych warunków siedliskowych preferowanych przez
gatunki kserotermiczne.
Ryc. 1. Wzgórze Salve Regina – widok od strony południowej (fot. M. Panek, 10.08.2015)
3. Metodyka
Praca zawiera część wyników zgromadzonych podczas badań florystycznych prowadzonych na terenie Sandomierza w latach 2014-2015. Wzgórze Salve Regina położone
jest w kwadracie ATPOL FE 9233 (Zając 1978). Uzyskaną listę gatunków zanotowanych
na wzgórzu zanalizowano pod kątem obecności gatunków ciepłolubnych. Przyjęto klasyfikację syntaksonomiczną na podstawie opracowania Matuszkiewicza (2013). Jako gatunki
ciepłolubne przyjęto taksony charakterystyczne dla syntaksonów klasy Festuco-Brometea
(+++) oraz Trifolio-Geranietea sanguinei (++). Uwzględniono także gatunki wymienione
jako ciepłolubne (+) przez Medwecką-Kornaś i Kornasia (1972). Nazewnictwo gatunków
podano za Mirkiem in. (2002).
4. Wyniki badań
W trakcie przeprowadzonych badań florystycznych na terenie wzgórza Salve Regina
stwierdzono występowanie 71 gatunków roślin naczyniowych należących do 27 rodzin.
W tabeli (Tab. 1) przedstawiono wykaz odnotowanych gatunków. W spisie uwzględniono
nazwę łacińską i polską oraz zaznaczono, które gatunki są ciepłolubne.
214
Tab. 1. Wykaz roślin naczyniowych wzgórza Salve Regina w Sandomierzu
Gatunek
ciepłolubny
Gatunek - nazwa łacińska
Gatunek - nazwa polska
Acer pseudoplatanus
Klon jawor
Achillea millefolium
Krwawnik pospolity
Achillea pannonica
Krwawnik pannoński
Aegopodium podagraria
Podagrycznik pospolity
Agrimonia eupatoria
Rzepik pospolity
Amaranthus retroflexus
Szarłat szorstki
Anemone sylvestris
Zawilec wielkokwiatowy
Anthriscus sylvestris
Trybula leśna
Arrhenatherum elatius
Rajgras wyniosły
Asparagus officinalis
Szparag lekarski
Ballota nigra
Mierznica czarna
Brachypodium pinnatum
Kłosownica pierzasta
Campanula rapunculoides
Dzwonek jednostronny
Carex hirta
Turzyca owłosiona
Carduus crispus
Oset kędzierzawy
Centaurea scabiosa
Chaber driakiewnik
+++
Centaurea stoebe
Chaber nadreński
+++
Chenopodium album
Komosa biała
Clinopodium vulgare
Klinopodium pospolite
Convolvulus arvensis
Powój polny
Conyza canadensis
Konyza kanadyjska
Coronilla varia
Cieciorka pstra
Dactylis glomerata
Kupkówka pospolita
Dianthus carthusianorum
Goździk kartuzek
+++
+++
++
+++
+++
+++
++
+++
215
Echinops sphaerocephalus
Przegorzan kulisty
Elymus repens
Perz właściwy
Erigeron annuus
Przymiotno białe
Euphorbia cyparissias
Wilczomlecz sosnka
+++
Falcaria vulgaris
Sierpnica pospolita
+
Festuca rubra
Kostrzewa czerwona
Festuca trachyphylla
Kostrzewa murawowa
+
Filipendula vulgaris
Wiązówka bulwkowa
+++
Fragaria vesca
Poziomka pospolita
Galeopsis pubescens
Poziewnik miękkowłosy
Galium mollugo
Przytulia pospolita
Galium verum
Przytulia właściwa
Geranium pratense
Bodziszek łąkowy
Geum urbanum
Kuklik pospolity
Helianthemum nummularium
Posłonek rozesłany
Hieracium umbellatum
Jastrzębiec baldaszkowaty
Hypericum perforatum
Dziurawiec zwyczajny
Lactuca serriola
Sałata kompasowa
Lolium perenne
Życica trwała
Malus domestica
Jabłoń domowa
Medicago falcata
Lucerna sierpowata
++
Onobrychis viciifolia
Sparceta siewna
+++
Origanum vulgare
Lebiodka pospolita
+++
Plantago media
Babka średnia
+++
Polygonum aviculare
Rdest ptasi
Primula veris
Pierwiosnek lekarski
+
Prunella grandiflora
Głowienka wielkokwiatowa
+
++
+++
216
Prunella vulgaris
Głowienka pospolita
Prunus domestica subsp. syriaca
Śliwa domowa mirabelka
Prunus spinosa
Śliwa tarnina
Ranunculus repens
Jaskier rozłogowy
Rosa agrestis
Róża polna
Rosa canina
Róża dzika
Rosa dumalis
Róża sina
Rubus caesius
Jeżyna popielica
Salvia pratensis
Szałwia łąkowa
Sambucus nigra
Bez czarny
Scabiosa columbaria
Driakiew gołębia
+++
Scabiosa ochroleuca
Driakiew żółtawa
+++
Seseli annuum
Żebrzyca roczna
+++
Setaria viridis
Włośnica zielona
Stachys recta
Czyściec prosty
Taraxacum officinale
Mniszek pospolity
Thalictrum minus
Rutewka mniejsza
+++
Thymus marschallianus
Macierzanka Marschalla
+++
Ulmus glabra
Wiąz górski
Urtica dioica
Pokrzywa zwyczajna
+
+++
Objaśnienia:
+++ - gatunki charakterystyczne dla syntaksonów Festuco-Brometea (wg Matuszkiewicza, 2013)
++ - gatunki charakterystyczne dla syntaksonów Trifolio-Geranietea sanguinei
(wg Matuszkiewicza, 2013)
+
- gatunki ciepłolubne podawane przez Medwecką-Kornaś i Kornasia (1972)
W składzie gatunkowym wzgórza zaznacza się stosunkowo duży udział gatunków ciepłolubnych, podczas gdy na terenach przyległych w promieniu około 1 km nie stwierdzono
żadnego z nich. Odnotowano 20 gatunków związanych z klasą Festuco-Brometea, co stanowi 28% flory badanego obiektu. Najbardziej interesujące gatunki to: głowienka wielkokwiatowa, krwawnik pannoński, driakiew gołębia, róża polna, czyściec prosty i goździk kartuzek.
217
Występuje tu również zawilec wielkokwiatowy, który jest objęty ochroną częściową zgodnie
z Rozporządzeniem Ministra Środowiska w sprawie ochrony gatunkowej z 2014 roku (Dz.U.
2014, poz. 1409).
5. Podsumowanie
Analizując wyniki badań należy wziąć pod uwagę lokalizację badanego terenu oraz
antropogeniczny wpływ z przeszłości oraz współczesny, a także funkcje jakie obecnie pełni. Analogicznie do „wyspy na morzu” otoczony jest prywatnymi posesjami oraz polami
i sadami, czyli obszarami charakteryzującymi się znacznym przekształceniem oraz ciągłym
wpływem antropopresji. Podkreśla to słuszność miana lokalnej ostoi dla ciepłolubnej flory,
ponieważ umożliwia przetrwanie wielu rzadkim gatunkom roślin. Fakt ten podkreślają obserwacje Łapczyńskiego już z 1887 roku. Autor ten zwraca uwagę na strome zbocza wzgórza,
nazywanego wówczas kurhanem, dzięki którym było ono niedostępne dla rolników. Dzięki
temu porastało go wiele interesujących roślin, autor wymienia między innymi: macierzanki, posłonki, sparcety. Przedstawiciele tych rodzajów ciągle są składnikami flory wzgórza.
Łapczyński podaje również dzwonek syberyjski (Campanula sibirica), którego niestety aktualnie nie stwierdzono.
Zaznaczyć należy, iż dzięki licznym legendom związanym z Salve Regina, bogatej historii oraz umiejscowieniu w granicach administracyjnych miasta, jest ono narażone na ruch
turystyczny, który nasila się w okresie wiosenno-letnim. Niewielka powierzchnia w stosunku
do liczby odwiedzających powoduje, iż na jego terenie zaznacza się udział płatów wydeptywanych, szczególnie na szczycie i wschodnim skłonie. Mimo to zbocze od strony południowo-zachodniej porasta bujna roślinność murawowa (Ryc. 2).
Choć wzgórze Salve Regina powstało w sposób naturalny, nie umniejsza roli sztucznych
kopców i kurhanów w zachowaniu ciepłolubnej flory, ponieważ przypomina je do złudzenia
swym pokrojem, a to w dużej mierze nachylenie zboczy i ekspozycja odpowiada za występowanie specyficznych warunków siedliskowych preferowanych przez roślinność kserotermiczną.
Zatem warto zwrócić uwagę na tego typu obiekty zlokalizowane w innych częściach kraju.
Ryc. 2. Murawa kserotermiczna na południowo-zachodnim zboczu Salve Regina (fot. R. Piwowarczyk, 26.08.2014)
218
Bibliografia
Buko A.: Archeologia Polski Wczesnośredniowiecznej, Odkrycia – hipotezy – intepretacje.
Wydawnictwo TRIO, Warszawa 2005.
Buko A.: Sandomierski „kopiec” Salve Regina w świetle wyników ostatnich badań. Archeologia Polski 28, 1983, s. 137-165.
Buliński M.: Monografija miasta Sandomierza, Wydanie pośmiertne Wawrzyńca Kuklińskiego, Warszawa 1879.
Cwener A., Towpasz K.: Kurhany jako ostoje różnorodności gatunkowej w rolniczym krajobrazie Płaskowyżu Proszowickiego. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 59 (6), 2003,
s. 57-65.
Cwener A.: Rośliny naczyniowe kurhanów w dorzeczu dolnej Szreniawy i Nidzicy (Wyżyna
Małopolska, południowa Polska). Fragmenta Floristica et Geobotanica Polonica
11, 2004, s. 27-40.
Czarnecki R.: Wyżyna Sandomierska, część wschodnia I. Warszawa 1996.
Dziubałtowski S.: O zbiorowiskach roślinnych godnych ochrony w Sandomierskiem i Opatowskiem. Kosmos 47 (1, 2, 3), 1922, s. 30-38.
Dziubałtowski S.: La distribution et l`ecologie des associations steppiques sur le plateau de la
Petite Pologne. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 1(3), 1923, s. 185-200.
Dziubałtowski S.: Les associations steppiques sur le plateau de la Petite Pologne et leur succesions. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 3(2), 1925, s. 164-195.
Florek M.: Kopce i cmentarzyska kurhanowe na Wyżynie Sandomierskiej. (w:) Kurhany
i obrządek pogrzebowy w IV-II tysiącleciu p.n.e., red. H. Kowalewska-Marszałek, P. Włodarczak, Instytut Archeologii i Etnologii Polskiej Akademii Nauk,
Instytut Archeologii Uniwersytetu Warszawskiego, Kraków, Warszawa 2011,
s. 235-254.
Gil G.: Kopce w krajobrazie kulturowym Polski. Małopolski Oddział Stowarzyszenia Miłośników Tradycji Mazurka Dąbrowskiego w Krakowie, Kraków 2002.
Głazek T.: Flora kserotermiczna Wyżyny Sandomierskiej i Przedgórza Iłżeckiego. Wydawnictwo Art.-Graf., Kraków 1968a.
Głazek T.: Roślinność kserotermiczna Wyżyny Sandomierskiej i Przedgórza Iłżeckiego. Monografie Botaniczne 25, 1968b s. 1-133.
Głazek T.: Flora Gór Pieprzowych pod Sandomierzem. Fragmenta Floristica et Geobotanica
24 (2), 1978, s. 197-224.
Głazek T.: Projektowany rezerwat stepu ostnicowego „Kamień Plebański” koło Sandomierza. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 1, 1996, s. 46-53.
Kolano M., Cała M.: Lessy okolic Sandomierza w świetle badań geologiczno-inżynierskich.
Górnictwo i Geoinżynieria 35 (2), 2011, s. 349-358.
Kondracki J.: Geografia regionalna Polski. Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2011.
Łapczyński K.: Roślinność Sandomierza i Gór Pieprzowych. Pamiętnik Fizjograficzny 7,
1887, s. 44–59.
Matuszkiewicz W.: Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski. Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa 2013.
Mirek Z., Piękoś-Mirkowa H., Zając A., Zając M.: Flowering plants and pteridophytes of
Poland – checklist. (w:) Biodiversity of Poland 1, red. Z. Mirek, (w:) Szafer
Institute of Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków 2002.
Moysiyenko I.I., Sudnik-Wójcikowska B.: Kurhany południowo-wschodniej Europy w badaniach florystycznych. (w:) Kurhany na „Dzikich Polach” – dziedzictwo kultury
219
i ostoja ukraińskiego stepu, B. Sudnik-Wójcikowska, I. I. Moysiyenko, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2013, s.39-101.
Popek R.: Róże Gór Pieprzowych koło Sandomierza. Cz. I. Fragmenta Floristica et Geobotanica 13 (4), 1967, s. 459-474.
Popek R.: Róże Gór Pieprzowych koło Sandomierza. Cz. II. Fragmenta Floristica et Geobotanica 29 (3-4), 1983, s. 345-353.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 października 2014 r. w sprawie ochrony gatunkowej roślin. Dz.U. 2014, poz. 1409.
Ruraż K.: Rzadkie gatunki roślin naczyniowych muraw kserotermicznych Wyżyny Sandomierskiej. Fragmenta Floristica et Geobotanica Polonica 22 (1), 2015,
s. 109-112.
Szafer W., Zarzycki K.: Szata roślinna Polski 2. Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 1977.
Zając A.: Założenia metodyczne „Atlasu rozmieszczenia roślin naczyniowych w Polsce”.
Wiadomości Botaniczne 22 (3), 1978, s.145-155.
Michalina PANEK – mgr, absolwentka Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Doktorantka w Zakładzie
Karolina RURAŻ – mgr, absolwentka Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Doktorantka w Zakładzie
221
Neofityzacja i zagrożenie powodziowe jako konsekwencje
antropogenicznych przekształceń obszarów nadrzecznych
na przykładzie doliny rzeki Kłodnicy
Robert Hanczaruk1, Natalia Gołąb2, Agnieszka Kompała-Bąba1
Katedra Botaniki i Ochrony Przyrody, Uniwersytet Śląski, ul. Jagiellońska 28, 40-032 Katowice,
[email protected]; [email protected]
2
Katedra Zarządzania i Inżynierii Bezpieczeństwa, Politechnika Śląska, ul. Akademicka 2, 44-100
Gliwice, nat.golab.gmail.com
1
Abstrakt: Dolina Kłodnicy, wskutek regulacji koryta, technicznej zabudowy brzegów,
zrzutów ścieków bytowo-gospodarczych, przemysłowych i słonych wód dołowych z kopalń
węgla kamiennego została silnie przeobrażona. W miejscu wyciętych zarośli wierzbowych
oraz łęgów wierzbowego i topolowego wykształciły się wtórne zbiorowiska nieleśne. Celem badań było: (i) przedstawienie aktualnego zróżnicowania roślinności doliny Kłodnicy ze
szczególnym uwzględnieniem w jej składzie inwazyjnych gatunków obcego pochodzenia,
(ii) wyznaczenie ryzyka zagrożenia powodziowego wynikającego z antropogenicznej przebudowy doliny Kłodnicy. Badania wykazały obecność 7 zbiorowisk nieleśnych, w których
wysokie pokrycie osiągają gatunki inwazyjne, takie jak: Solidago gigantea, Helianthus tuberosus, Aster novi-belgii, Reynoutria japonica, Solidago canadensis, Parthenocissus inserta,
Impatiens parviflora. Gatunki te stanowią poważne zagrożenie dla różnorodności gatunkowej doliny Kłodnicy. Wnikają w płaty istniejących zbiorowisk i eliminują gatunki rodzime,
a w skrajnych przypadkach tworzą jednogatunkowe agregacje. Zabudowa terenów nadrzecznych, ingerencja w brzegi koryta rzeki i likwidacja zbiorników retencyjnych, zwiększają
potencjalne ryzyko powodziowe, stanowiąc poważne zagrożenie dla mieszkańców terenów
zalewowych.
Słowa kluczowe: gatunki inwazyjne, synantropizacja, roślinność, taksonomiczna metoda klasyfikacji zagrożeń, metoda matrycy ryzyka, zagrożenie powodziowe
1. Wstęp
W zlewni rzeki Kłodnicy położone są miasta Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego,
takie jak: Katowice, Ruda Śląska, Zabrze i Gliwice, charakteryzujące się najwyższą w Polsce
gęstością zaludnienia. Urbanizacja i industrializacja, trwająca na tych terenach od ponad
dwóch stuleci, przyczyniły się do znacznych przekształceń doliny Kłodnicy. W wielu miejscach rzeka została skanalizowana, wybetonowana i wybrukowana (budowa Kanału Kłodnickiego), aby uniemożliwić ucieczkę wody do wyrobisk górniczych. Do rzeki odprowadzano
znaczne ładunki ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz słone wody dołowe
zawierające chlorki, zawiesiny i siarczany z kopalń węgla kamiennego i zakładów odwadniania kopalń (Lach i in. 2004; Nocoń i in. 2006). W latach 80-tych XIX wieku na obszarze
Gliwic powstał Park Wilhelma (obecny Parku Chrobrego) oraz most Stolzebrucke wraz ze
stopniem wodnym. Wycięte zostały naturalnie występujące na siedliskach nadrzecznych
zarośla wierzbowe (Salicetum triandro-viminalis) oraz łęgi: wierzbowy i topolowy (SaliceProjekt (publikacja, szkolenie, konferencja itd.) współfinansowany ze środków funduszy norweskich i krajowych.
222
Robert Hanczaruk, Natalia Gołąb, Agnieszka Kompała-Bąba
tum albo-fragilis, Populetum albae). W ich miejsce wprowadzono często obce siedliskowo
gatunki drzew, jak dąb czerwony (Quercus rubra), jesion pensylwański (Fraxinus pensylvanica), czy robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia) oraz rozwinęły się wtórne zbiorowiska
nieleśne (Bula i Skowrońska 2007). W latach 80-tych XX wieku położone na wschodnim
brzegu doliny w Gliwicach pola i łąki przekształcono na ogródki działkowe.
Wycięcie lasów, wyprostowanie i techniczna zabudowa koryta spowodowały dwukrotne
przyśpieszenie przepływu i piętrzenie wody, a w konsekwencji realne zagrożenie powodziowe w śródmiejskich dzielnicach Gliwic. Na przestrzeni ostatnich 115 lat Kłodnica 10-krotnie
wystąpiła z brzegów. Średni poziom wody z wielolecia wynosi ok. 90 cm. Najwyższy poziom
wody – 505 cm odnotowano w roku 1940. Spiętrzenie czoła fali powodziowej, spowodowane
zasypaniem zbiornika WN 35, położonego na granicy Zabrza Makoszów i Gierałtowic oraz
podniesienie wałów powodziowych w Przyszowicach przyczyniło się do ostatniej powodzi
w 2010 roku. Poziom wody wyniósł wówczas 384 cm, zalanych zostało 8 ulic w obrębie
osiedli Sośnica, Politechnika i Śródmieście, zaś zagrożone zalaniem było centrum Gliwic
oraz osiedle Szobiszowice (Absalon i in. 2007; Schmidt 2009).
Celem badań było:
p rzedstawienie zróżnicowania roślinności doliny Kłodnicy ze szczególnym uwzględnieniem w jej składzie florystycznym inwazyjnych gatunków obcego pochodzenia
decydujących o neofityzacji fitocenoz,
 wyznaczenie ryzyka zagrożenia powodziowego wynikającego z antropogenicznej
przebudowy doliny Kłodnicy.

2. Materiał i metody
W celu rozpoznania zróżnicowania aktualnej roślinności doliny Kłodnicy w sezonach
wegetacyjnych 2014-2015 na obszarze miasta Gliwice na odcinku 1.1 km wykonano 42 zdjęcia fitosocjologiczne metodą Braun-Blanqueta (1964), na powierzchniach o wielkości 25 m2,
aby uchwycić pełne zróżnicowanie roślinności badanego odcinka rzeki. Długość rzeki Kłodnicy w granicach miasta Gliwice wynosi 14 km. Wybrany odcinek badawczy charakteryzuje się najsilniejszym stopniem antropogenicznych przekształceń w zlewni rzeki Kłodnicy
– koryto rzeki zostało uregulowane i technicznie obudowane, a naturalna pokrywa roślinna
została zniszczona. Ponadto w odległości 1,5 km od obszaru badań do Kłodnicy wpada rzeka Bytomka – prawobrzeżny dopływ Kłodnicy, odwadniający zachodnią część Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego i niosący znaczne ładunki ścieków bytowo-gospodarczych
i przemysłowych, w odległości 2,85 i 3,5 km poprzez dwa bezimienne cieki powierzchniowe
odprowadzane są słone wody dołowe z KWK „Sośnica-Makoszowy” Ruch „Sośnica,” zaś
w odległości 3.85 km do rzeki za pośrednictwem Potoku Czarniawka zrzucane są słone wody
dołowe z KWK Sośnica-Makoszowy, Ruch Makoszowy (Nocoń i in. 2006, DziałoszyńskaWawrzkiewicz 2008). Zebrany materiał zdjęciowy sklasyfikowano w programie Statistica
10, wykorzystując metodę grupowania Warda oraz odległość euklidesową (Dzwonko 2007;
StatSoft 2011). Przed wykonaniem analiz skalę ilościowo-jakościową Braun-Blanqueta zamieniono na procentową, przyjmując jako r − 1, + − 2, 1- 3, 2-13, 3-38, 4- 68, 5-88.
Na podstawie wyników klasyfikacji wykonano tabelę synoptyczną w programie JUICE
7.0 (Tichỳ, Holt 2006). Poszczególne grupy zdjęć przeanalizowano pod kątem:

o becności gatunków diagnostycznych. Za gatunki diagnostyczne uznano gatunki o wysokiej wartości wierności (ang. fidelity) do danej grupy zdjęć, a jako miary wierności
użyto współczynnik Φ (phi coefficient of association) (Tichỳ, Chytrý 2006). Za gatunki
Neofityzacja i zagrożenie powodziowe obszarów nadrzecznych Kłodnicy
223
diagnostyczne uznano te, dla których Φ > 40 w oparciu o frekwencję gatunku w danej grupie zdjęć. W tabeli gatunki ułożono wg malejącej wartości wierności, podając
ich frekwencję (%) w danej grupie zdjęć,
 liczby i procentowego pokrycia gatunków rodzimych i obcych.
Dla poszczególnych grup zdjęć fitosocjologicznych podano w tabeli średnią liczbę gatunków.
Przynależność gatunków do grup geograficzno-historycznych oraz status gatunków we
florze Polski przyjęto za Kornasiem (1968) oraz Tokarską-Guzik i in. (2012). W przypadku kenofitów określono również ich kategorię inwazyjności. Kategoryzacja gatunków pod
względem inwazyjności jest przeprowadzana w sposób punktowy i opisowy przy zastosowaniu skali punktowej. Pod uwagę brane są dane dotyczące rozmieszczenia gatunku na terenie
Polski, jego status zadomowienia, wielkość populacji, typy kolonizowanych siedlisk, tendencje dynamiczne oraz zagrożenia. Gatunek o kategorii I jest najmniej, a o IV najbardziej inwazyjny, ze względu na dużą liczbę stanowisk i dużą liczebność osobników w płatach, a także
tendencję do zwiększania liczby stanowisk lub zajmowanego obszaru (Tokarska i in. 2012).
Nazwy gatunkowe roślin naczyniowych przyjęto za Mirkiem i in. (2002), zaś przynależność syntaksonomiczną ustalono za Matuszkiewiczem (2001).
Dokonano również przeglądu dostępnych materiałów dotyczących powodzi i zagrożenia
powodziowego na terenie miasta Gliwice, takich jak: publikacje naukowe (Absalon i in.
2007; Krause i Gołąb 2015) i popularno-naukowe (Schmidt 2009; Sienkiewicz-Małyjurek,
Nowak i Nowak 2011), akty prawa miejscowego, dokumentacja fotograficzna, materiały Centrum Ratownictwa Gliwice (http://www.crggliwice.jaag.pl/?q=node/47; dostęp: 10.03.2016),
mapy zagrożenia i ryzyka powodziowego Informatycznego Systemu Obrony Kraju (ISOK).
Na podstawie zebranych danych przeprowadzono wizję terenową na obszarach, które
uległy zalaniu w ciągu ostatnich 115 lat pod kątem obecności czynników mogących powodować potencjalne zagrożenie powodziowe na obszarze miasta Gliwice. Do analizy ryzyka
zagrożenia powodziowego na badanym terenie wybrano dwie metody:
etodę matrycy ryzyka zaproponowaną przez Rządowe Centrum Bezpieczeństwa
m
do opracowania Raportu o zagrożeniach bezpieczeństwa narodowego (RCB 2010),
 taksonomiczną metodę klasyfikacji zagrożeń (Ficoń 2007).

Metoda matrycy ryzyka jest metodą stosowaną przez Rządowe Centrum Bezpieczeństwa
(RCB) w celu sporządzenia Raportu o zagrożeniach bezpieczeństwa narodowego i została
zawarta w dokumencie „Procedura opracowania raportu cząstkowego do Raportu o zagrożeniach bezpieczeństwa narodowego” (RCB 2010). Metoda matrycy ryzyka stosowana jest
w celu wykonania Raportu o zagrożeniach bezpieczeństwa narodowego, co czyni ją jednym
z ważniejszych elementów w przypadku tworzenia procedur mających na celu zapobieganie,
przygotowanie, reagowanie oraz odbudowę na wypadek wystąpienia zagrożenia. Metoda
matrycy ryzyka jest metodą pięciostopniową, w której określa się prawdopodobieństwo wystąpienia danego zagrożenia, a także jego skutki w ramach kategorii życie i zdrowie (Z),
mienie wraz z infrastrukturą (M) i środowisko (S). Skala prawdopodobieństwa, a także
skutków została przedstawiona w skali jakościowej. Istotnym elementem oceny ryzyka jest
wartościowanie ryzyka, które polega na zestawieniu ze sobą ustalonego prawdopodobieństwa i skutków wg matrycy ryzyka. Ostatnim elementem jest ustalenie, czy dane ryzyko
można zaakceptować, czy też nie. Ryzyko może być akceptowalne, tolerowane, warunkowo
tolerowane lub nieakceptowalne. Metoda matrycy ryzyka jest metodą jakościową, stosunkowo prostą w zastosowaniu, służącą do wstępnej oceny ryzyka, określającą wielkość ryzyka
w skali opisowej. (Krause i Gołąb 2015).
224
Taksonomiczna metoda klasyfikacji zagrożeń to metoda ilościowa, sformalizowana, służąca do szczegółowej oceny ryzyka, określająca wielkość ryzyka w skali liczbowej (Krause
i Gołąb 2015). Metoda ta polega na wyznaczeniu znormalizowanej wartości potencjału operacyjnego zagrożenia wg przedziału [1, 100] na podstawie (Ficoń 2007):
p otencjału sytuacji kryzysowej (wyznaczonego za pomocą macierzy cech diagnostycznych [Y] zawierającej unormowane dane liczbowe dotyczące kategorii: rodzaj
i skala zagrożenia, czas usuwania skutków, dziedzina kryzysu, stopień destrukcji,
determinizm przyczyn, zasięg przestrzenny oraz możliwość neutralizacji),
 potencjału degradacji bezpieczeństwa (wyznaczenie potencjałów cząstkowych
w czterech aspektach: gospodarczo-ekonomicznym, społeczno-socjalnym, polityczno-militarnym, przyrodniczo-ekologicznym; potencjały cząstkowe wyznacza się
na podstawie macierzy degradacji stanu bezpieczeństwa [V], a w następnej kolejności wyznacza się współczynnik wagowy i kryterium normowania);
 potencjału operacyjnego zagrożenia (suma potencjału sytuacji kryzysowej i potencjału degradacji bezpieczeństwa).

3. Wyniki
3.1. Zróżnicowanie aktualnej roślinności górnego odcinka doliny Kłodnicy
W wyniku przeprowadzonej klasyfikacji roślinności w oparciu o kryterium florystyczne
wyodrębniono 7 grup zdjęć fitosocjologicznych. Poszczególne grupy obejmują od 3 do 9
zdjęć oraz od 18 do 47 gatunków roślin naczyniowych (Tab. 1). W składzie florystycznym
wyróżnionych zbiorowisk przeważają apofity. Gatunki obce miały wysoki udział w pokryciu roślinności w zbiorowisku Reynoutria japonica, zbiorowisku Eupatorium cannabinumBromus inermis, w zbiorowisku Aster novi-belgii oraz zbiorowisku Helianthus tuberosus.
Wyróżnione zbiorowiska nieleśne wykształciły się w miejscu pierwotnie występujących
w dolinie Kłodnicy zbiorowisk zarośli i lasów łęgowych.
Zbiorowisko poziewnika miękkowłosego i niecierpka drobnokwiatowego obejmuje
nitrofilne fitocenozy o wysokości runi 60 cm z takimi gatunkami diagnostycznymi jak: poziewnik miękkowłosy, glistnik jaskółcze ziele oraz niecierpek drobnokwiatowy (kenofit o IV
kategorii inwazyjności). Z wyższą frekwencją w płatach wystąpiły również pokrzywa zwyczajna oraz podagrycznik pospolity. Fitocenozy te odnotowywano na całej długości odcinka
badawczego wzdłuż zachodniego brzegu doliny, gdzie tworzyły zwarte płaty w miejscach
o nachyleniu 0-20°. Natomiast na brzegu wschodnim zbiorowiska te występowały punktowo
w miejscach płaskich.
Zbiorowisko rdestowca ostrokończystego obejmuje płaty, zdominowane przez rdestowca ostrokończystego (kenofit o IV kategorii inwazyjności, osiągający do 4 m wysokości), z udziałem pnączy, takich jak: powój polny, kielisznik zaroślowy oraz różnych gatunków traw jak: rajgras wyniosły, stokłosa bezostna, trzcinnik piaskowy. Wyższą frekwencję
w płatach osiąga również nawłoć późna (kenofit o IV kategorii inwazyjności). Fitocenozy
zbiorowiska odnotowano w kilku miejscach na odcinku 150 m wzdłuż wschodniego brzegu
doliny, gdzie tworzyły zwarte płaty w miejscach płaskich lub o nachyleniu do 15°.
225
Tab. 1. Skrócona tabela synoptyczna roślinności doliny Kłodnicy na obszarze miasta Gliwice
Numer grupy
1
Liczba zdjęć w danej grupie
8
3
9
7
4
7
4
Średnia liczba gatunków w zdjęciu
7
10
14
10
13
10
11
Liczba kenofitów
4
4
6
3
3
4
6
Liczba archeofitów
3
0
3
0
0
0
0
Pokrycie apofitów (%)
71,3
27,5
72,6
53,7
63,8
25,8
42,6
Pokrycie archeofitów (%)
2
3
4
5
6
7
0,9
0
0,6
0
0
0
0
Pokrycie kenofitów (%) o I kat. inwazyjności
0
0
0,2
0
0
0
0,5
Pokrycie kenofitów (%) o II kat. inwazyjności
0
0
5,2
0,3
8,5
32,1
49,1
Pokrycie kenofitów (%) o IV kat. inwazyjności
27,8
72,5
21,4
46,1
27,7
42,1
7,9
Galeopsis pubescens
63
Impatiens parviflora**
75
Chelidonium majus
50
IV
Reynoutria japonica**
IV
13
Convolvulus arvensis
11
25
67
44
100
67
Acer campestre
14
25
44
Clematis vitalba**
33
II
Geum urbanum
13
33
56
Anthriscus sylvestris
22
Lysimachia nummularia
22
Eupatorium cannabinum
11
57
56
100
Bromus inermis
25
67
Lathyrus pratensis
Carex hirta
11
Cirsium arvense
Galium aparine
13
Calamagrostis epigejos
57
100
29
100
43
43
75
33
78
14
100
14
67
22
14
100
71
50
57
Aster novi-belgii**
86
IV
Parthenocissus inserata**II
Phleum pratense
57
Festuca rubra
Helianthus tuberosus**
29
11
II
14
29
100
Plantago media
50
Leontodon hispidus
50
Chenopodium album
50
Artemisia vulgaris
Elymus repens
13
44
14
50
14
100
44
57
75
43
100
226
Rubus caesius
13
33
33
57
75
100
75
Dactylis glomerata
13
33
44
57
25
71
50
Solidago gigantea**
25
67
89
100
50
71
100
Urtica dioica
100
100
44
43
100
14
Solidago canadensis**IV
25
33
89
57
75
Humulus lupulus
25
33
67
14
50
14
25
Calystegia sepium
50
100
67
71
50
29
50
Arrhenatherum elatius
13
67
67
71
50
43
50
Arctium tomentosum
13
22
14
29
25
Aegopodium podagraria
75
56
71
14
Poa palustris
22
14
14
Equisetum arvense
11
14
25
Phragmites australis
22
29
50
IV
Solanum nigrum*
67
50
50
13
Rosa rugosa**IV
25
Sisymbrium officinale*
11
Robinia pseudoacacia**
11
25
Conyza canadensis**
11
25
IV
I
Ballota nigra*
13
Objaśnienia: Zb – Zbiorowisko: 1 – Zb. poziewnika miękkowłosego (Galeopsis pubescens) i niecierpka
drobnokwiatowego (Impatiens parviflora); 2 − Zb. rdestowca ostrokończystego (Reynoutria
japonica); 3 – Zb. powojnika pnącego (Clematis vitalba) i kuklika pospolitego (Geum urbanum);
4 – Zb. sadźca konopiastego (Eupatorium cannabinum) i stokłosy bezostnej (Bromus inermis);
5 – Zb. groszku łąkowego (Lathyrus pratensis) i turzycy owłosionej (Carex hirta); 6 – Zb. astra
nowobelgijskiego (Aster novi-belgii); 7 − Zb. słonecznika bulwiastego (Helianthus tuberosus); grupa
geograficzno-historyczna: brak oznaczeń – apofity; * – archeofity; **I – kenofity o I kat. inwazyjności,
**II – kenofity o II kat. inwazyjności; **IV – kenofity o IV kat. inwazyjności; dla poszczególnych
gatunków podano ich frekwencje w procentach, gatunki diagnostyczne (Φ >40) zaznaczono kolorem
zielonym i uporządkowano wg malejącej wartości wierności (fidelity).
Zbiorowisko powojnika pnącego i kuklika pospolitego to nitrofilne fitocenozy z takimi gatunkami diagnostycznymi jak: powojnik pnący (kenofit o II kategorii inwazyjności),
kuklik pospolity, trybula leśna, tojeść rozesłana. Wyższą frekwencję w płatach osiągają nawłoć kanadyjska oraz późna (kenofity o IV kategorii inwazyjności). W składzie florystycznym przeważają gatunki rodzimego pochodzenia. Fitocenozy te występowały w miejscach
płaskich i zacienionych obu brzegów doliny i stanowiły najczęściej odnotowywane zbiorowisko wzdłuż badanego odcinka Kłodnicy.
Zbiorowisko sadźca konopiastego i stokłosy bezostnej współtworzą oba gatunki diagnostyczne: sadziec konopiasty i stokłosa bezostna, osiągające wysokość 150 cm. Z wyższym pokryciem i frekwencją w płatach odnotowywano również nawłocie: późną i kanadyjską (kenofity o IV kategorii inwazyjności), a z rodzimych gatunków podagrycznik pospolity,
rajgras wyniosły, kielisznik zaroślowy. Fitocenozy te występowały często na obu brzegach
doliny, w miejscach o nachyleniu 0-20°.
Zbiorowisko groszku łąkowego i turzycy owłosionej to fitocenozy o charakterze łąkowym i wysokości runi 120 cm, z wysokim pokryciem apofitów. Gatunkami diagnostycznymi
227
zbiorowiska są: groszek łąkowy, turzyca owłosiona, ostrożeń polny, przytulia czepna oraz
trzcinnik piaskowy. Z wysoką frekwencją wystąpiły również takie gatunki jak: pokrzywa
zwyczajna, jeżyna popielica, perz właściwy, czy nawłoć kanadyjska (kenofit o IV kategorii inwazyjności). Fitocenozy zbiorowiska występowały rzadko, zajmując powierzchnię
do 25 m2, w miejscach o nachyleniu 15° na brzegu wschodnim.
Zbiorowisko astra nowobelgijskiego obejmuje płaty zdominowane przez aster nowobelgijski (kenofit o IV kategorii inwazyjności, osiągający wysokość do 150 cm) oraz winobluszcz pięciolistkowy (pnącze, kenofit o II kategorii inwazyjności). Płaty współtworzą
ponadto gatunki łąkowe (tymotka łąkowa, kostrzewa czerwona). Fitocenozy występowały
często i tworzyły zwarte płaty, w miejscach o nachyleniu 15°, na odcinku 360 m wzdłuż
wschodniego brzegu doliny.
Zbiorowisko słonecznika bulwiastego zdominowane jest przez słonecznik bulwiasty
(kenofit o II kategorii inwazyjności, osiągający wysokość do 250 cm). Zbiorowisko współtworzą ponadto rośliny siedlisk ruderalnych (komosa biała, bylica pospolita) oraz gatunki łąkowe i murawowe (brodawnik zwyczajny, babka średnia). Fitocenozy te występowały rzadko i tworzyły płaty o powierzchni 25-50 m2 w miejscach płaskich na brzegu wschodnim.
3.2. Analiza ryzyka zagrożenia powodziowego
Analiza ryzyka zagrożenia powodziowego wykonana metodą matrycy ryzyka pozwoliła
na stwierdzenie, iż kilkukrotne wystąpienie Kłodnicy z koryta i fakt, że zdarzenia te są systematycznie dokumentowane od czasu przebudowy koryta rzeki sprawiają, iż możliwe jest
prawdopodobne wystąpienie zdarzenia. W przypadku skutków dla zdrowia ludzi są one małe
(brak rannych i ofiar śmiertelnych). Z kolei skutki dla mienia (spore straty finansowe, naprawa obiektów) i środowiska (tymczasowy bądź mały skutek o charakterze długotrwałym)
uznano za średnie (Tab. 2). Sumarycznie zagrożenia powodziowe na obszarze miasta Gliwice uznać należy za średnie (tolerowane) (Ryc. 1). Spowodowane jest to faktem, iż w chwili
obecnej nie ma możliwości zmniejszenia ryzyka wystąpienia powodzi na badanym terenie,
a co za tym idzie ograniczenia miejsca potencjalnej powodzi.
Ocena ryzyka zagrożenia powodziowego taksonomiczną metodą klasyfikacji zagrożeń pozwala na obliczenie potencjału operacyjnego zagrożenia, które w przypadku doliny
Kłodnicy wynosi 4,76. Potencjał sytuacji kryzysowej wynosi 2,71 i uzależniony jest od cech
danego zagrożenia, w tym przypadku powodzi, która cechuje się działaniem globalnym spowodowanym siła wyższą ze średnią możliwością neutralizacji, co czyni ją jedną z klęsk
żywiołowych, gdyż w zależności od zalanego terenu zasięg przestrzenny może się różnić,
tak samo jak czas usuwania skutków. Potencjał degradacji bezpieczeństwa wynoszący 2,05
uwarunkowany jest wpływem zagrożenia na dany standard bezpieczeństwa, w zależności od
kryterium normowania w stosunku do danego zagrożenia i zagrożonego terenu (Tab. 3-5).
W przypadku zagrożenia powodziowego istotną rolę odgrywa bezpieczeństwo przyrodniczo-ekologiczne, które zapewnia retencja zlewni. Na retencję zlewni składają się intercepcja (zatrzymywanie wody przez roślinność), infiltracja (wsiąkanie wody w grunt), retencja
glebowa (magazynowanie wody w profilu glebowym), retencja terenowa (zatrzymywanie
wody w zagłębieniach terenu) oraz retencja jeziorowa polegająca na zatrzymywaniu wody
w naturalnych lub sztucznych zbiornikach wodnych. W przypadku retencji jeziorowej, fala
wezbraniowa przepływająca przez zbiornik ulega spłaszczeniu, sumaryczna ilość wody dopływającej i odpływającej ze zbiornika nie ulega zmianie, ale maleje wartość przepływu
maksymalnego i następuje opóźnienie w czasie momentu kulminacji fali (Bednarczyk i in.
2006).
228
Tab. 2. Tabela wartości prawdopodobieństwa i skutków wg matrycy ryzyka
Skutki w ramach kategorii
Prawdopodobieństwo
Zdrowie
4
B
Środowisko
Mienie
C
Skutek
C
C
Objaśnienia: prawdopodobieństwo określono w skali 1-5 (4 oznacza, iż zdarzenie jest prawdopodobne
– systematycznie dokumentowane, może się zdarzyć raz na pięć lat); skutki w ramach kategorii: A –
nieistotne, B – małe, C – średnie, D – duże, E - katastrofalne
Potencjał sytuacji kryzysowej Π ZK
Π ZK =
1 7
1
1919
y i = (4 + 1 + 5 + 2 + 4 + 1 + 2 ) =
= 22,71
,71
∑
7 i =1
7
7
Potencjał degradacji bezpieczeństwa Π ZB
Π ZB =
1 4
1
8,2
wi vi = (1,2 + 1,2 + 1 + 4,8) =
= 22,05
,05
∑
4 i =1
4
4
Potencjał operacyjny Π Z
Π Z = Π ZK + Π ZB = 2
,7
1 + 2,0
5 = 4,7
6
2,71+2,05=4,76
Wskaźnik znormalizowany
nor
Π Z
ΠZ
nor
= C (Π Z − Π min
212,375 ⋅ (Π Z − 2) = 1212,375 ⋅ (4,76
76 − 2) = 34,16
34 ,16
Z ) =1
Gdzie: Ð
ΠZ – potencjał operacyjny zagrożeń; Ð
Π Z – potencjał sytuacji kryzysowej;
Ð – potencjał degradacji bezpieczeństwa; Π B1
–
potencjał
degradacji bezpieczeństwa goZ
B2
spodarczo-ekonomicznego; Π Z – potencjał degradacji bezpieczeństwa społeczno-socjalneB3
B4
go; Π Z – potencjał degradacji bezpieczeństwa polityczno-militarnego; Π Z – potencjał degradacji bezpieczeństwa przyrodniczo-ekologicznego; vi – unormowana wartość i-tej cechy
diagnostycznej macierzy [V]; wi – współczynnik wagowy cechy diagnostycznej vi ∈ V; ui
– kryterium normowania (indywidualna procedura heurystyczna, której dokonuje się każdorazowo dla danego zagrożenia, wagę kryterium normowania przypisuje
się je arbitralnie
_
nor
biorąc pod uwagę wpływ zagrożenia na standardy bezpieczeństwa); Π Z – znormalizowana
wartość potencjału operacyjnego
zagrożeń wg przedziału [1,100]; Π Z – wartość potencjału
_min
min
operacyjnego zagrożeń;ÐΠZZ ≡ 2 – minimalna wartość potencjału operacyjnego zagrożeń;
C – współczynnik proporcjonalności.
K
B
ΠZ
229
Ryc. 1. Wartość ryzyka dla zagrożenia powodziowego doliny rzeki Kłodnicy obliczona
wg metody matrycy ryzyka. Prawdopodobieństwo określono w skali 1-5
(1 - bardzo rzadkie, 2 – rzadkie, 3 – możliwe,
4 – prawdopodobne, 5 – bardzo prawdopodobne),
skutki (A – nieistotne, B – małe, C – średnie, D – duże, E – katastrofalne)
W przypadku oceny ryzyka zagrożenia powodziowego taksonomiczną metodą klasyfikacji zagrożeń wartość wskaźnika znormalizowanego wyniosła 34.16. Uwzględniając, iż
maksymalna wartość wskaźnika wynosi 100, oceniane zagrożenie uznać należy za akceptowalne. Akceptowalność wyniku z zagrożenia uzyskanego za pomocą tejże metody wynika
podobnie jak akceptacja wyniku metody matrycy ryzyka z braku możliwości podjęcia działań natychmiastowych zapobiegających możliwej powodzi.
4. Dyskusja
W dolinie rzeki Kłodnicy na obszarze miasta Gliwice relacja pomiędzy retencją zlewni
a spływem została istotnie zaburzona, zwiększając potencjalne ryzyko powodziowe i stanowiąc tym samym zagrożenie dla mieszkańców terenów zalewowych. Urbanizacja terenów
sąsiadujących z doliną oraz wysoki udział powierzchni wybetonowanych znacząco ograniczyły infiltrację wód opadowych i roztopowych w grunt, osadzanie się mułu węglowego spowodowało spłycenie koryta rzeki, likwidacja zbiornika retencyjnego WN35 na pograniczu
Gierałtowic i Zabrza-Makoszów wyeliminowała retencję jeziorową, zaś wycięcie naturalnie
występujących w dolinie Kłodnicy zarośli wierzbowych i łęgów wierzbowego oraz topolowego, znacząco ograniczyło intercepcję oraz retencję glebową, powodując zwiększenie
amplitudy wahań odpływu i kulminacji fal wezbraniowych. Wyprostowanie i techniczna
zabudowa koryta spowodowały zaburzenie stosunków glebowych nadbrzeży Kłodnicy,
ograniczyły przepuszczalność podłoża oraz retencję glebową i terenową, przyczyniając się
do dwukrotnego przyśpieszenia przepływu i piętrzenia wody (Absalon i in. 2007).
230
Tab. 3. Macierz [Y] cech diagnostycznych
Rangowanie cech diagnostycznych macierzy [X]
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
Grupowe cechy
diagnostyczne
Rodzaj i skala
zagrożenia
Czas usuwania
skutków
Dziedzina
kryzysu
Stopień
destrukcji
Determinizm
przyczyn
Zasięg
przestrzenny
Możliwość
neutralizacji
Ranga cechy diagnostycznej
1
2
3
4
5
Awarie
Wypadki
Katastrofy
Klęski
Kataklizmy
X
Krótki
Średni
Długi
Beztermi
nowy
Społeczeń
stwo
Polityka
Ekologia
X
Sektory
Globalnie
X
Mały
Średni
Wielki
Totalny
Mieszane
Siła
wyższa
X
Celowe
Losowe
X
Lokalny
Regionalny
Krajowy
Międzyna
rodowy
Średnie
Małe
Brak
Światowy
X
Duże
X
W miejscu roślinności naturalnej doliny Kłodnicy wykształciły się wtórne zbiorowiska
nieleśne. W ich składzie florystycznym, czy pokryciu roślinności duży udział mają gatunki
ekspansywne (trzcinnik piaskowy, stokłosa bezostna) bądź rośliny obcego pochodzenia. Zaburzenia (przemieszanie gleby, prace porządkowe, składowanie biomasy zielonej po ścięciu
trawników), a także rzeka odgrywają istotną rolę w przenoszeniu diaspor (nasion, owoców,
części wegetatywnych) gatunków inwazyjnych (np. rdestowiec ostrokończysty, słonecznik
bulwiasty) na inne miejsca i kolonizowanie brzegów rzeki, czy ich wkraczanie w płaty roślinność budowanej przez gatunki rodzime. W przypadku roślin inwazyjnych w konkurencji
z gatunkami rodzimymi o zasoby czy przestrzeń dużą rolę odgrywają m.in. takie ich cechy
231
jak: szeroka amplituda ekologiczna, wysokość, zdolność do rozmnażania wegetatywnego,
czy generatywnego, szybki wzrost, duża ilość produkowanej biomasy, czy brak naturalnych wrogów. Płaty z dominacja gatunków obcych są niejednokrotnie ubogie gatunkowo,
a w skrajnych przypadkach mogą powstać jednogatunkowe agregacje (jak w przypadku rdestowca).
Tab. 4. Macierz degradacji standardów bezpieczeństwa [V]
Rangowanie cech diagnostycznych macierzy [V]
Ranga cechy diagnostycznej
Standardy
bezpieczeństwa
1
2
3
4
Mały
Średni
Duży
Wielki
Gospodarczoekonomicznego
X
Mały
Średni
Duży
Wielki
Społeczno-socjalnego
X
Lp.
1
2
3
Polityczno-militarnego
4
Przyrodniczoekologicznego
Mały
5
Globalny
Globalny
Średni
Duży
Wielki
Globalny
Średni
Duży
Wielki
Globalny
X
Mały
X
Tab. 5. Współczynniki wagowe potencjału degradacji bezpieczeństwa dla zagrożenia powodziowego
Współczynniki wagowe służące do wyznaczenia potencjału degradacji
B
bezpieczeństwa (Π Z )
Lp.
Współczynniki
wagowe
ΠZ
ΠZ
ΠZ
ΠZ
1
2
3
4
5
6
2
vi
1
1
1
3
3
ui
0,2
0,2
0
0,6
4
wi
1,2
1,2
1
1,6
5
vi · wi
1,2
1,2
1
4,8
B1
B2
B3
B4
Do możliwych rozwiązań zapobiegających powodzi można zaliczyć: wybudowanie
zbiornika przyjmującego wodę powodziową przed terenem zagrożonym zalaniem, skierowanie większej ilości wody na tereny zalewowe przed osiedlem Politechnika, poszerzenie
koryta rzeki przed tym osiedlem. Można też podjąć zabiegi renaturyzacji doliny poprzez
deregulację brzegów rzeki i próbę odtworzenia roślinności naturalnej występującej dawniej
w tym miejscu, w oparciu o obecność gatunków typowych dla tego siedliska. Podjęcie któregoś z ww. zaleceń przeciwpowodziowych, a zwłaszcza budowla hydrotechniczna znacznie zmniejszy prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia, przyczyni się do zmniejszenia
potencjalnych skutków, a także zmniejszy wartość potencjału degradacji bezpieczeństwa,
co wpłynie na obniżenie wartości znormalizowanej potencjału operacyjnego zagrożenia.
232
5. Podsumowanie wyników i wnioski
zdłuż badanego odcinka doliny Kłodnicy na obszarze miasta Gliwice wyróżnioW
no 7 wtórnych zbiorowisk nieleśnych, które wykształciły się w miejscu pierwotnie występujących w dolinie zbiorowisk łęgowych. W składzie florystycznym tych
zbiorowisk odnotowano 18 gatunków obcego pochodzenia (6 archeofitów oraz 12
kenofitów). Liczba kenofitów w poszczególnych zbiorowiskach nieleśnych wynosiła od 3 do 6, a średnie pokrycie kenofitów w zbiorowiskach wynosiło od 26.8%
(zbiorowisko powojnika pnącego i kuklika pospolitego) do ponad 70% (zbiorowisko
rdestowca ostrokończystego: 72,5%, zbiorowisko astra nowobelgijskiego: 76,2%).
 Kenofity o IV kategorii inwazyjności (nawłoć późna, aster nowobelgijski, rdestowiec ostrokończysty, nawłoć kanadyjska, niecierpek drobnokwiatowy) oraz o II kategorii inwazyjności (słonecznik bulwiasty, winobluszcz pięciolistkowy) stanowią
poważne zagrożenie dla różnorodności gatunkowej doliny Kłodnicy. Gatunki te łatwo regenerują się i rozprzestrzeniają, wnikają do zbiorowisk rodzimych i eliminują
gatunki rodzime, w skrajnych przypadkach tworząc jednogatunkowe agregacje.
 Analiza ryzyka zagrożenia powodziowego wykonana metodą matrycy ryzyka wykazała, iż zagrożenie powodziowe jest średnie, które można uznać za tolerowane. Natomiast analiza wykonana taksonomiczną metodą klasyfikacji zagrożeń wykazała,iż
oceniane zagrożenie można uznać za akceptowalne.
 Zaobserwowana urbanizacja terenów nadrzecznych, likwidacja zbiorników mających przyjmować wodę powodziową, usunięcie naturalnej pokrywy roślinnej oraz
ingerencja w brzegi koryta rzeki stają się bezpośrednią przyczyną zwiększenia potencjalnego ryzyka powodziowego, a tym samym stanowią zagrożenie dla mieszkańców terenów zalewowych.

Autorzy dziękują Recenzentom za zrecenzowanie pracy i cenne uwagi.
Bibliografia
Absalon D., Czaja St., Jankowski A.T.: Specyfika wezbrań powodziowych na zurbanizowanym i uprzemysłowionym obszarze zlewni Kłodnicy w XIX i XXwieku.
W.: Michalczyk Z. (red.) Obieg wody w środowisku naturalnym i przekształconym. Lublin, 2007, s. 14-21.
Bednarczyk S., Jarzębińska T., Mackiewicz St., Wołoszyn E.: Vademecum ochrony przeciwpowodziowej. Krajowy Zarząd Gospodarki Wodnej, Gdańsk, 2006, s. 57-103.
Braun-Blanquet J.: Pflanzensoziologie; Grundzüge der Vegetationskunde. Wien, New York,
Springer-Verlag, 1964, ss. 865.
Bula R., Skowrońska K.: Walory przyrodnicze doliny Kłodnicy. Zielona Liga 7-8, 2007,
s. 1-2.
Centrum Ratownictwa Gliwice [http://www.crggliwice.jaag.pl/?q=node/47]; dostęp:
10.03.2016.
Działoszyńska-Wawrzkiewicz M.: Metale ciężkie w osadach rzecznych terenów zurbanizowanych zlewni Kłodnicy. Prace Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych, Katowice, 2008, ss. 18.
233
Dzwonko Z.: Vademecum Geobotanicum 3. Przewodnik do badań fitosocjologicznych. Sorus, Poznań – Kraków, 2007, ss. 304.
Ficoń K.: Inżynieria zarządzania kryzysowego. Podejście systemowe. Warszawa, 2007,
s. 120-143.
ISOK Hydroportal publikujący mapy zagrożenia powodziowego i mapy ryzyka powodziowego w formacie PDF [http://mapy.isok.gov.pl/imap/]; dostęp: 10.03.2016.
Kornaś J. Geograficzno-historyczna klasyfikacja roślin synantropijnych. W.: J. B. Faliński
(red.) Synantropizacja szaty roślinnej. I. Neofityzm i apofityzm w szacie roślinnej Polski. Mater. Zakł. Fitosoc. UW, 25, 1968, s. 33-41.
Krause M., Gołąb N.: Analiza zagrożeń infrastruktury krytycznej na przykładzie powiatu
Świętochłowice, W.: Horyń W., Fechner N. (red.) Bezpieczeństwo – wielorakie perspektywy. Bezpieczeństwo z perspektywy środowisk i obszarów, t.1.
Poznań, 2015, s. 391.
Lach R., Magdziorz A., Maksymiak-Lach H.: Zmiany jakości wód powierzchniowych zlewni górnej Odry w wyniku restrukturyzacji górnictwa węgla kamiennego. Górnictwo i Środowisko 3, 2004, s. 53-69.
Matuszkiewicz Wł.: Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski. PWN, Warszawa, 2001, ss. 537.
Mirek Z., Piękoś-Mirkowa H., Zając M.: Flowering plants and pteridophytes of Poland –
a checklist. W.: Z. Mirek (red.) Biodiversity of Poland 1. W. Szafer Institute of
Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków, 2002, ss. 442.
Nocoń W., Kostecki M., Kozłowski J.: Charakterystyka hydrochemiczna rzeki Kłodnicy.
Ochrona Środowiska, 28(3), 2006, s. 39-44.
Nowak E., Nowak M.: Zarys teorii bezpieczeństwa narodowego. Warszawa 2011, s. 39.
Rządowe Centrum Bezpieczeństwa (RCB) [http://rcb.gov.pl/wp content/uploads/procedura.
pdf]; dostęp: 10.03.2016.
Schmidt J.: Historia problemów wodnych w Gliwicach. Wydawnictwo PG Electronics, Gliwice, 2009, s. 17-18.
Sienkiewicz-Małyjurek K., Niczyporuk Z.: Bezpieczeństwo publiczne. Zarys problematyki.
Gliwice, 2010, s. 41.
StatSoft Inc. STATISTICA (data analysis software system), version 10. www.statsoft.com,
2011.
Tichỳ L., Holt J.: JUICE program for management, analysis and classification of ecological
data. Masaryk University, Brno, 2006.
Tichỳ L., Chytrý M.: Statistical determination of diagnostic species for site groupsof unequal
size, Journal of Vegetation Science, 18, 2006, s. 809-818.
Tokarska-Guzik B., Dajdok Z., Zając M., Zając A., Urbisz A., Danielewicz W.,Hołdyński C.:
Rośliny obcego pochodzenia w Polsce ze szczególnym uwzględnieniem gatunków inwazyjnych. Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska, Warszawa, 2012,
s. 167-176.

Zak³ad Ochrony Œrodowiska Pañstwowej
Wy¿szej Szko³y Zawodowej w Tarnowie od roku
a k a d e m i c k i e g o 2 01 3 / 2 01 4 p r a c owa ³
intensywnie nad tak¹ zmian¹ programu studiów,
by kwalifikacje absolwentów jak najlepiej
odpowiada³y zapotrzebowaniu dynamicznie
zmieniaj¹cego siê rynku pracy. Poprzez udzia³
w konkursie w ramach dzia³ania pt. Rozwój
Polskich Uczelni, którego Operatorem jest
Fundacja Rozwoju Systemu Edukacji, spoœród
124 wniosków z³o¿onych w ramach konkursu
zatwierdzono do dofinansowania 38 projektów.
Wœród nich znalaz³ siê projekt Implementacja
specjalnoœci „Odnawialne Ÿród³a energii i gospodarka odpadami” oraz „Ochrona
i gospodarowanie zasobami przyrody” przygotowany przez Zak³ad Ochrony Œrodowiska PWSZ
w Tarnowie. Wniosek tarnowskiej uczelni zaj¹³ wysok¹ 13. lokatê. Ca³kowita wartoœæ projektu wraz
z wk³adem w³asnym to ponad 950 tys. z³otych.
Zreformowany program nauczania na kierunku ochrona œrodowiska rozpoczêto realizowaæ od roku
akademickiego 2014/2015, na dwóch nowych specjalnoœciach tj. „Odnawialne Ÿród³a energii
i gospodarka odpadami” oraz „Ochrona i gospodarowanie zasobami przyrody”. Specjalnoœci te
dotycz¹ najbardziej dynamicznie rozwijaj¹cych siê sektorów ochrony œrodowiska, które wytworz¹
w najbli¿szej przysz³oœci najwiêksz¹ liczbê miejsc pracy. Ju¿ w trakcie trwania projektu dokonano
niewielkich udoskonaleñ programu studiów, w taki sposób, aby od roku akademickiego 2016/2017
studenci ochrony œrodowiska studiowali na praktycznym profilu studiów.
Wdro¿enie tak radykalnych zmian jest znacznie efektywniejsze przy zewnêtrznym wsparciu
finansowym. Fundusz stanowi¹ œrodki norweskie z Norweskiego Mechanizmu Finansowego,
dlatego projekty potocznie nazywa siê grantami norweskimi.
Uzyskane œrodki pozwoli³y na sfinansowanie szeregu wa¿nych dzia³añ. Jednym z nich by³a
konferencja naukowa Odnawialne Ÿród³a energii i gospodarka odpadami oraz ochrona
i gospodarowanie zasobami przyrody, która odby³a siê w dniach 10-12 marca 2016 r. w PWSZ
w Tarnowie. W konferencji udzia³ wziê³o oko³o 100 osób - studenci i m³odzi naukowcy
z 20 krajowych oœrodków naukowych i badawczych. Owocem tej konferencji jest niniejsza
monografia.
ISBN 978-83-941202-5-2
Wydawnictwa
Pañstwowej Wy¿szej Szko³y Zawodowej
w Tarnowie

Monografia ISBN-978-83-941202-5-2

Transkrypt

Podobne dokumenty

Dawna mapa źródłem wiedzy o świecie "Geographia historiae

Praca z uczniem zdolnym - Olimpiada Informatyczna Gimnazjalistów