Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Obnoviteľné zdroje energie / Biomasa

Identifikácia a kvantifikácia poľnohospodárskej fytomasy vhodnej na energetické využitie spaľovaním

25-06-2021
Ing. Štefan Pepich, PhD. | stefan.pepich@uksup.sk
ÚKSÚP Bratislava, pracovisko Rovinka

Pojmom biomasa možno označiť všetku organickú hmotu rastlinného a živočíšneho pôvodu vznikajúcu v živých organizmoch. Dendromasa zahŕňa drevo, dreviny, kôru a odpad z dreva, fytomasa je zastúpená rastlinami, energetickými bylinami, odpadmi z rastlinnej a poľnohospodárskej produkcie a zoomasu predstavujú exkrementy zvierat, organické odpady z domácností a živočíšnej výroby.

Poľnohospodárska biomasa, ako jeden z obnoviteľných zdrojov energie, je materiál rastlinného a živočíšneho pôvodu z obhospodarovania poľnohospodárskej pôdy a je vhodný na priemyselné a energetické využitie. Zahrňuje okrem poľnohospodárskych plodín zámerne pestovaných na energetické účely aj odpady a druhotné suroviny, ktoré vznikajú pri pestovaní a spracovaní poľnohospodárskych plodín. Biomasa v podobe rastlín je chemicky zakonzervovaná slnečná energia. Je to súčasne jeden z najuniverzálnejších a najrozšírenejších zdrojov energie na Zemi.

Vzhľadom ku skutočnosti, že poľnohospodárska biomasa v podmienkach Slovenskej republiky má energetický potenciál vyšší ako je 13 % celkovej energetickej bilancie štátu a jej skutočné využitie nie je ani vo výške 3 %, je biomasa najperspektívnejší obnoviteľný zdroj energie v SR. 

Dokazuje to aj množstvo ročne vyprodukovanej poľnohospodárskej fytomasy. Napríklad na energetické účely formou spaľovania sa dá využiť v slovenskom poľnohospodárstve fytomasa z ornej pôdy v podobe rôznych druhov slamy v množstve 2 874 000 t a fytomasa z trvalých trávnych porastov v množstve 550 000 t a dendromasa vyprodukovaná pri poľnohospodárskej činnosti v množstve 1 450 000 t, čo je spolu 4 874 000 ton. Zo zariadení na spaľovanie biomasy je však len mizivá časť spaľujúca poľnohospodársku fytomasu väčšinou sa jedná o spaľovanie drevnej štiepky, drevných peliet a brikiet.

Z celkového množstva ročne vyprodukovanej poľnohospodárskej fytomasy vhodnej na energetické využitie spaľovaním, sa na Slovensku využije  len okolo 75 000 ton čo nie sú ani 4%.

V rámci vypracovania kritérií udržateľnosti využívania biomasy bude potrebné využiteľnú biomasu špecifikovať a charakterizovať z hľadiska jej produkcie či už priamo na energetické využitie, alebo ako vedľajšieho produktu poľnohospodárskej výroby alebo ako odpad. Budú musieť byť spracované údaje o kvantifikácii jednotlivých druhov biomasy a jej energetickom potenciály. Bude potrebné zhodnotiť doterajší vývoj využívania poľnohospodárskej biomasy na výrobu tepla a elektriny za posledné roky a vypracovať dlhodobý plán do roku 2050.

Základné údaje o jednotlivých druhoch poľnohospodárskej fytomasy vhodnej na energetické využitie spaľovaním a o množstve jej produkcie uvádzajú výsledky dlhodobého výskumu produkcie a energetického využívania poľnohospodárskej biomasy v Technickom a skúšobnom ústave pôdohospodárskom v Rovinke, ktorý organizačne spadá pod Ústredný kontrolný a skúšobný ústav poľnohospodársky Bratislava.

Merania úrody fytomasy sa uskutočnili na pozemkoch poľnohospodárskych podnikov Dunajská Lužná, Očová, Šamorín, Pribylina a Jaslovské Bohunice počas rokov 2004 až 2016. Výsledky merania úrody fytomasy vybraných plodín sú uvedené v tabuľke 1. Najväčšia pozornosť bola venovaná najrozšírenejším druhom fytomasy, u ktorých je predpoklad, že nájdu celoslovenské uplatnenie v bioenergetike. Jednalo sa hlavne o slamu pšeničnú, repkovú a kukuričnú. Ostatné sledované druhy sú ako doplnkové, ktoré môžu nájsť uplatnenie v regionálnom kontexte.

Celková úroda fytomasy predstavuje úrodu celej rastliny aj s koreňom a zrnom. Najvyššia úroda celej rastliny bola zaznamenaná pri slnečnici až 43,6 t .ha-1 (meranie v roku 2010 PD D. Lužná). Najnižšia úroda organickej hmoty bola pri sóji odroda Enterpreis 6,9 t.ha-1 (meranie v roku 2010 PD D. Lužná). Hmotnosť pripadajúca na koreň a strnisko predstavuje hodnotu organickej hmoty, ktorá je po zbere zapracovaná do pôdy. Pri tomto ukazovateli pripadala najvyššia hodnota opäť slnečnici a to 16, 5 t.ha-1, k tejto hodnote je potrebné pripočítať aj   hmotnosť úboru, ktorý počas zberu je ukladaný späť na pole. Celková hodnota organickej hmoty zapracovávanej do pôdy po zbere ( za predpokladu, že zostatok rastliny – zrno a slama sa pozberajú) tak predstavovala  19,3 t.ha-1 (meranie PD Šamorín 2014). Najvyššia úroda slamy vhodnej na energetické využitie bola nameraná pri repke  hybrid EXTRA a to 20,1 t.ha-1 . Výška porastu pred zberom dosahovala priemernú hodnotu 2,10 m (meranie PD D. Lužná 2014).

Treba však poznamenať, že rok 2014 počas ktorého sa uskutočnili tieto merania bol mimoriadne priaznivý poveternostnými podmienkami na rast organickej hmoty, čo ovplyvnilo aj priemerné úrody,  potvrdzuje to aj úroda slamy u tvrdej potravinárskej pšenici ISTRODUR  13 t.ha-1  ako aj pri jačmeni odrody EXPRES 8,4 t.ha-1.

Tabuľka 1: Priemerné úrody fytomasy v rokoch 2004 a 2016

Tabuľka 1

Počas sledovania produkcie biomasy sa vo všetkých prípadoch nepodarilo zabezpečiť sledovanie rovnakých odrôd alebo hybridov plodín ako bolo prvotným zámerom. Z toho dôvodu sú pri komentovaní jednotlivých úrod v texte uvádzané aj odrody a miesto merania. V konečnej tabuľke, kde sú uvádzané priemerné hodnoty sú pomenované už len plodiny bez špecifikácie odrody. Počas sledovania úrod repky boli merania uskutočnené pri nasledovných odrodách a hybridoch: Extra, Digger, Robust, Galia, Regis a Rodeo. Podobne to bolo pri viacerých plodinách.

Obr. 1

Obr. 1: Úroda organickej hmoty

Na obr. 1 je graficky znázornená celková úroda organickej hmoty jednotlivých sledovaných plodín, úroda slamy, ktorú je možné energeticky využiť a množstvo organickej hmoty, ktorá sa dostáva do pôdy aj v prípade zberu slamy (strnisko, korene a odrol).

Ako je zrejmé z grafu  celková úroda sa pohybovala od 34,2 (kukurica) po 6,9 (sója) t.ha-1. Interval hmotnosti organickej hmoty, ktorá sa dostáva do pôdy aj po zbere slamy (korene, strnisko, odrol) je však už menší a predstavoval hodnoty od 19,3 (slnečnica) po 1,9 (hrach) t.ha-1. Interval úrody slamy, ktorú je možné pozberať pri pestovaní jednotlivých plodín je ešte menší a predstavuje hodnotu od 8,5 (kukurica) po 3 (sója) t.ha-1. Zatiaľ čo pri celkovej  úrode fytomasy sú rozdiely pri jednotlivých plodinách až 27,3 t.ha-1,  pri hmote, ktorú je možné zapracovať do pôdy aj po zbere slamy sú rozdiely 17,4 t.ha-1,  pri úrode slamy sú rozdiely pre jednotlivých plodinách len 5,5 t.ha-1.Pri úrode slamy neklesla hodnota ani pri jednej plodine pod hranicu 3 t.ha-1.  

Zaujímavé výsledky sú aj pri sledovaní pomeru zrna ku slame, ktorého údaje sa v literatúre rôznia.  Úroda zrna je nižšia ako úroda slamy pri:

  • repke pomer semeno : slama bol 1: 2,32
  • sóji  pomer zrno : slama bol 1: 1,58
  • jačmeni pomer zrno : slama bol 1 : 1,35
  • pšenici  pomer zrno : slama bol 1 : 1,19

Naopak úroda zrna je vyššia ako úroda slamy pri:

  • slnečnici pomer semeno : slama bol 1: 0,81
  • kukurici pomer zrno : slama bol 1: 0,80
  • hrachu pomer zrno : slama bol 1: 0,76

Pri repke bol pomer 1 : 2,32 takže úroda slamy presiahla úrodu zrna viac ako dvojnásobne. Pre lepšie znázornenie pomeru slamy k celkovej produkcii organickej hmoty sledovaných plodín je v tabuľke 2 uvedený percentuálny podiel slamy k celkovej produkcii hmoty.

Tabuľka 2: Podiel slamy k celkovej produkcii organickej hmoty v %

Tabuľka 2

Takmer polovicu z vyprodukovanej organickej hmoty pri pestovaní repky tvorí slama, ktorú je možné pozberať. Pri ostatných plodinách je tento podiel o niečo nižší ale možno konštatovať, že v priemere 1/3 celkovej produkcie organickej hmoty (vrátane zrna) tvorí slama, ktorú by bolo možné energeticky využiť.

V poslednom období sa častejšie ozývajú hlasy (aj z odborných kruhov), ktoré nesúhlasia so zberom slamy na energetické účely ale požadujú jej zapracovanie do pôdy ako zdroja živín. V tabuľke 3 je uvedený podiel v % pripadajúci na organickú hmotu, ktorá sa zapracováva do pôdy aj po zbere slamy (koreňový systém, strnisko, odrol) k pozberanej slame pri jednotlivých plodinách.

Tabuľka 3: Podiel zapracovanej organickej hmoty k pozberanej slame v %

Tabuľka 3

Najvyšší podiel pripadá na slnečnicu až 316 % to znamená, že po zbere slnečnicovej slamy sa do pôdy ešte stále dostane viac ako trojnásobok organickej hmoty ako je hmota pozberanej slamy. Podobne vyšší podiel  organickej hmoty zapracovaný do pôdy ako je pozberaná slama je aj pri kukurici, pšenici a sóji. Takmer rovnaký pomer je pri jačmeni a menej hmoty sa zapracuje do pôdy ako je pozberaná slama pri repke a hrachu.

Údaje o výmerách sledovaných plodín sú uvádzané zo štatistických ročeniek ŠÚ SR  a sú uvedené v tabuľke 4.

Tabuľka 4: Výmery vybraných pestovaných plodín a úrody v roku 2015

Tabuľka 4

V tabuľke 4 sú okrem výmer sledovaných plodín uvedené aj úrody zrna uvádzané Štatistickým úradom SR a priemerné úrody zrna namerané počas sledovania produkcie biomasy.

Z výsledkov meraní je zrejmé, že aj pri zbere fytomasy vybraných poľnohospodárskych plodín na energetické využitie sa dostáva do pôdy pri jej pozberovom obrábaní viac ako 50 % z celkovej vyprodukovanej hmoty. Aj napriek týmto údajom odporúčame na energetické účely využívať maximálne 30 % z úrody slamy.