Obecny wiek cechują wspaniałe odkrycia naukowe, a zdobycze techniki przyzwyczajają człowieka do coraz to bardziej konformistycznego stylu życia. Jednak wraz z polepszeniem jakości bytu, pojawia się szereg skutków ubocznych, które bardzo często okazują się być nie tylko uciążliwe dla ludzi, ale i szkodliwe dla otaczającego nas środowiska.
Jednym z takich problemów jest zatrważający wzrost zapotrzebowania na energię, przy jednoczesnym wyczerpywaniu się źródeł paliw kopalnych. Stan obecny, czyli rosnące ceny paliw kopalnych, oleju opałowego oraz niepewna sytuacja na rynku gazu dają przedsmak problemów, jakich możemy się spodziewać za 40–50 lat po wyczerpaniu się większości źródeł kopalnych i przejściu na gospodarkę bez węgla.
Wymusza to refleksję: czy w celu zapewnienia pewnego źródła energii, idziemy we właściwym kierunku? Czy stawiając na energię słońca bądź wiatru będziemy mieli zawsze ciepło w domach i przede wszystkim, czy będzie nas na to stać?
Odpowiedzi na powyższe pytania zostawiam przyszłym pokoleniom i naukowcom, bo choć sprawa fotowoltaiki i energii wiatrowej jest bardzo obiecująca, przynosząca ogromne korzyści środowisku to analizując je od strony kosztów, eksploatacji, dostępności mocy, przepisów prawnych oraz utylizacji odpadów już nie wygląda tak wzorowo. Na dzień dzisiejszy sprawa jest bardzo trudna do oszacowania i miejmy nadzieję, że przyszłość rozwiąże większość problemów, z którymi ta technologia się zmaga. Nadmienić trzeba, że dziś mówi się nieoficjalnie, iż energią, która ma dać nam bezpieczeństwo energetyczne jest energia atomu, a elektrownie atomowe mają być zakwalifikowane, jako „zielona energia”. Czy powinny być tak postrzegane czy inaczej, nie wiem, osąd zostawiam czytelnikom. Jedno jest pewne, o środowisko trzeba dbać i dążyć do jego jak najmniejszej degradacji, pamiętając jednakże o ludziach i ich potrzebach bytowych, jako nieodłącznej części tego systemu.
Ze względu na powyższe chciałbym przypomnieć Państwu o źródle energii, ogólnodostępnym, bardzo stabilnym oraz sprawdzającym się od wielu lat w sektorze rolniczym, którym są „rośliny energetyczne”.
Pojęcie „rośliny energetyczne” lub „uprawy energetyczne” nie jest jednoznaczne, ponieważ we wszystkich roślinach znajduje się węgiel i można je spalić w określonych warunkach. Nazwy te są zatem umowne dla takich roślin, które charakteryzują się szybkim tempem wzrostu oraz łatwo przyswajają składniki pokarmowe z gleby. Jak mówi Wikipedia, cyt.: „Uprawy energetyczne – uprawy roślin w celu pozyskania biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne, czyli do produkcji energii cieplnej, energii elektrycznej oraz paliwa gazowego (biogazu) lub ciekłego. Biomasa jest zaliczana do odnawialnych zasobów energii. Za uprawy energetyczne uznaje się te uprawy, które nie wytwarzają żywności. Odpady z upraw roślin przemysłowych i żywnościowych też mogą być używane w celu produkcji energii, ale takie uprawy nie są uznawane za uprawy energetyczne.”
Do najpopularniejszych roślin energetycznych w kraju zalicza się:
a) drzewa:
– topolę,
– robinię akacjową,
b) krzewy:
– wierzbę energetyczną,
– ślazowiec pensylwański,
– różę wielokwiatową,
– topinambur,
c) trawy energetyczne:3
– trzcina pospolita,
– mozga trzcinowata,
– kupkówka pospolita,
– stokłosa uniolowata,
– spartina preriowa,
– trawy z rodziny miskantus
d) rośliny uprawne:
– rzepak, słonecznik, len, konopie siewne i inne rośliny oleiste
– kukurydza zwyczajna, zboża, ziemniaki,
– burak cukrowy, trzcina cukrowa
Pozyskiwanie energii z tego typu roślin może odbywać się na wiele sposobów. Jednym z nich jest fermentacja czy tłoczenie, gdzie otrzymywane jest biopaliwo w postaci płynnej. Innym popularnym sposobem jest gazyfikacja, proces ten polega na przemianie paliwa stałego na produkty gazowe. Następnym znaczącym procesem jest piroliza, gdzie również powstaje paliwo gazowe, a dodatkowo węgiel drzewny. W tym przypadku drewno ulega termicznemu procesowi rozkładu przy braku dostępu powietrza.Paliwo stałe natomiast uzyskuje się poprzez przetworzenie biomasy na granulat zwany peletem lub minibrykietem, podczas procesu granulacji. Kolejnym procesem pozyskiwania energii z biomasy jest spalanie pośrednie, w którym to spaliny nie stykają się z ogrzanym powietrzem. Najczęściej mamy do czynienia z tym właśnie rodzajem wykorzystania biomasy w powszechnie używanych piecach centralnego ogrzewania. Dlatego też pragnę Państwu przybliżyć to zagadnienie bardziej na przykładzie wierzby krzewiastej, która jak wskazują badania jest jedną z najbardziej wydajnych roślin nie tylko pod względem opałowym, ale i uprawy.
Salix viminalis L., czyli wierzba wiciowa, zwana krzewiastą lub energetyczną, jest najbardziej rozpowszechnioną wśród roślin energetycznych w Polsce. Roślinę tę na początku uprawiano w kraju na cele plecionkarskie. Po odkryciu przydatności energetycznej tego gatunku rozpoczęto prace badawcze, nad zwiększeniem jego wydajności cieplnej. Poprzez łączenie wierzby krzewiastej z innymi gatunkami z rodziny wierzbowatych otrzymano nowe odmiany mieszańcowe, które charakteryzują się dużym i szybkim przyrostem biomasy oraz wykazują sporą odporność na zagrażające im choroby i owady. Wierzba energetyczna jest rośliną dwupienną i owadopylną, osiągającą wysokość do 10 m. Roślina ta zawdzięcza swoją przydatność opałową zdolności szybkiego przyrostu nowych pędów z pączków wzrostowych w strefie przyłodygowej na korzeniu.6
Wierzba wiciowa jest gatunkiem rodzimym, dlatego z biegiem lat, dobrze przystosowała się do polskich warunków wegetacyjnych. Odpowiednia dla jej uprawy jest ilość opadów wynosząca średnio w kraju od 500 do 700 mm. Roślina charakteryzuje się odpornością na nieprzekraczające – 10oC krótkotrwałe przymrozki. Jednakże silne mrozy przy braku okrywy śnieżnej mogą przyczynić się do przemarzania karp lub odrastających pędów. Z uwagi na to w takich rejonach Polski jak pogórze Sudeckie czy w niższych partiach gór zaleca się tylko nasadzanie wiosenne nowo zakładanych plantacji.7 Szczególnie ważne jest dostateczne uwilgocenie gleby w okresie od marca do końca października. Susza w miesiącach od połowy czerwca do końca sierpnia powoduje obniżenie plonu nawet do 50%, gdyż z tym czasie roślina wykazuje największy przyrost masy.
Wierzba toleruje odczyn gleby w wartościach od 5,5 do 7,5 pH. Poziom wód gruntowych nie powinien przekroczyć od 100 do 300 cm na glebach piaszczystych i od 160 do 190 cm na glebach gliniastych.9 Do uprawy najbardziej odpowiednimi stanowiskami są gleby klasy III a, b, klasy IV a, b oraz klasy V, przy której warunkiem jest zapewnienie nawożenia mineralnego lub organicznego i w razie potrzeby dodatkowego nawadniania.10
Dla lepszego zobrazowania różnicy między omówionymi roślinami energetycznymi dane wyrażające wielkości plonów przedstawiłem w tabeli. Zadanie to okazało się bardzo trudne do wykonania, dlatego że pomimo znacznej ilości dostępnej na ten temat materiałów, dane w nich zawarte są bardzo zróżnicowane. W doborze wysokości plonów starałem się, więc oscylować wokół takich danych, które najczęściej powtarzały się, a bardzo skrajne wartości odrzuciłem.
Jak widać na pierwszym miejscu pod względem wysokości plonów (możliwych do osiągnięcia) sytuuje się wierzba krzewiasta – ok. 22 t/ha. Zaraz po tej roślinie drugą lokatę zajmuje miskant olbrzymi – ok. 20 t/ha s.m. Następnie należy wymienić ślazowca pensylwańskiego z możliwym do osiągnięcia plonem – ok. 18 t/ha s.m. Topinambur i róża wielokwiatowa to rośliny o podobnym udziale suchej masy w zbiorze (15–16 t/ha). Na przedostatniej pozycji zakwalifikowałem topolę (12 t/ha s.m.), a zaraz za nią, jako ostatnią robinię akacjową z plonem 10 t/ha s.m.
Wierzba zajmuje czołową lokatę także pod względem wydajności energetycznej z jednostki powierzchni (420,11 GJ/ha), co przedstawiłem w tabeli 2.
Salix viminalis osiągając wydajność energetyczną rzędu 420,11 GJ/ha, jest rośliną najbardziej ekonomiczną pod względem nakładów obszarowych. Dla porównania robinia akacjowa mająca najniższą wydajność cieplną z omówionej grupy roślin, aby osiągnąć zbliżoną ilość ciepła co wierzba, musiałaby zostać wysadzona na prawie trzykrotnie większej powierzchni (2,88 ha). Nawet uprawie miskanta olbrzymiego, który jest najbardziej zbliżony wydajnością opałową do wierzby, trzeba byłoby poświęcić o 0,24 ha większą powierzchnię, by uzyskać taką jak ona wartościowość.
Wierzba wiciowa nie ustępuje pod względem wartości opałowej nawet najlepszym rodzimym gatunkom drzew, lecz na plantacjach tejże rośliny notuje się o ok. 14 razy większy przyrost biomasy niż lasu rosnącego w naturalnym stanie, co podkreśla jej wyjątkowość.
Chciałbym teraz Państwu udowodnić, że wierzba energetyczna nie tylko ze względu na ww. czynniki jest rośliną o dużej atrakcyjności, ale również korzystnie wypada na tle innych paliw.
Wierzba zalicza się do bardzo ekonomicznych nośników energii, dlatego że jej koszt wytworzenia jednostki ciepła (12 zł/GJ) jest niski i porównywalny do drewna drzew powszechnie używanych na opał (14 zł/GJ), a nawet do słomy zbóż (8 zł/GJ). Jest ona dużo bardziej atrakcyjna pod względem ekonomicznym od takich paliw, jak: olej opałowy, który jest ponad 6 razy droższy, gaz ziemny – 4,5 razy i węgiel kamienny – 3 razy wyższa cena. Najczęściej wierzbę wiciową porównuje się z miałem węglowym, ponieważ mają podobną wartość kaloryczną, a mimo to energia pozyskana z Salix viminalis okazuje się ponad dwukrotnie tańsza.
Na zakończenie podsumuję, że aby zaspokoić zapotrzebowanie cieplne dla przeciętnego domu, o powierzchni ok 150 m2 potrzeba tylko 25 arów plantacji tej rośliny, zbierane, co 3 lata lub 0,5 ha przy zbiorze corocznym. Wynika to z korelacji plonowania w stosunku do daty zbioru, czyli im rzadziej jest zbierana roślina z pola, tym większy roczny przyrost jej masy, szczególnie w 2. i 3. roku.
Zachęcam Państwa, aby zainteresować się tą wysokoenergetyczną rośliną, bo dzięki swoim wspaniałym właściwościom plonotwórczym i energetycznym jest znakomitym nośnikiem „czystej energii”.
Grzegorz Kamprowski, KPODR
