Porównanie roślin energetycznych uprawianych w Polsce

Choć z każdej wysuszonej, a następnie spalonej rośliny można pozyskać pewne ilości energii, nie każda z nich może zostać nazwana rośliną energetyczną. Roślina energetyczna musi spełniać wiele warunków, z których najważniejsza to wartość opałowa. Jakie są najpopularniejsze w Polsce rośliny energetyczne i jak wyglądają ich parametry jakościowe?

Rośliny energetyczne definiuje kilka czynników: duże plony, odporność na warunki atmosferyczne i choroby oraz brak wymagań co do żyzności gleby. Dodatkowo uprawa takich roślin nie powinna być kosztowna – uzyskana z nich energia byłaby za droga w produkcji. Książkowa definicja roślin energetycznych opisuje je jako „rośliny uzyskujące duże przyrosty masy w stosunkowo krótkim czasie, nadające się głównie do spalenia i uzyskujące dużo energii cieplnej”. Z takich roślin lub ich fragmentów (głównie pędów i łodyg, czasem bulw) wytwarza się paliwo w formie stałej: brykiet lub pellet, co umożliwia duża zawartość suchej masy drewnianej.

Najważniejszym warunkiem, jaki musi spełniać roślina energetyczna, jest wysoka wartość opałowa. Powinna ona mieścić się w granicach 15-19 MJ/kg. Oczywiście rośliny energetyczne nie dorównują pod tym względem węglowi kamiennemu, którego wartość opałowa wynosi 21 MJ/kg, ale mimo to i tak opłacalne jest ich wykorzystanie do produkcji biopaliw i jego późniejsze zastosowanie do celów grzewczych.

Parametry jakościowe

Parametry jakościowe paliwa produkowanego z drewna roślin energetycznych określa norma dla pelletu czy brykietu drzewnego EN 14961-2, jednak często rośliny energetyczne wchodzą w skład tak zwanego pelletu agro. Pellet ten składa się często z roślin, które nie do końca są wysoce energodajne, ale stanowią biomasę, z której można produkować biopaliwo. Dodatkowo są to często bioodpady, więc wytwarzanie z nich stałego paliwa jest też rozwiązaniem na usuwanie odpadów ze środowiska. Zawartość roślin energetyczny w pellecie agro często podnosi ich wartość energetyczną.

A co z pozostałymi wartościami jakościowymi paliw wyprodukowanych z roślin energetycznych? Kierując się wspomnianą normą, należy zwrócić uwagę na pozostawioną po spaleniu procentową zawartość popiołu, która powinna wynosić do 1,5 proc. Istotna jest też wilgotność, która powinna być mniejsza niż 10 proc. Kolejna ważna cecha to zawartość procentowa siarki – ta nie powinna przekraczać 1 proc.

Rodzaje roślin energetycznych

Jakie więc rośliny spełniają te wymagania i rzeczywiście możemy je nazywać roślinami energetycznymi? Najbardziej znane w Polsce to: wierzba energetyczna, wierzba ostrolistna, wierzba wiciowa, topola hybrydowa, słonecznik bulwiasty, miskant olbrzymi oraz róża wielokwiatowa.

Najpopularniejsze uprawy roślin energetycznych w Polsce dotyczą gatunków wyżej wymienionych wierzb. Wierzba rośnie bardzo szybko, a pierwsze zbiory następują już 2-3 lata od nasadzenia. Z jednego hektara upraw w ciągu roku można uzyskać około 10 ton suchej masy. Dodatkowo, jak wszystkie rośliny energetyczne, wierzba nie potrzebuje specjalnych warunków do hodowli, jest łatwa w uprawie i szybko przynosi zyski.

Podobne właściwości ma topola hybrydowa, zwana również (nieprzypadkowo) topolą energetyczną. Rośnie równie szybko i także dostarcza sporą ilość suchej masy już po 2-3 latach uprawiania. Jednak trzeba pamiętać, że topola nie jest odporna na susze, przez co jest mniej chętnie wybierana na plantacje energetyczne niż wierzba.

Popularny w uprawach energetycznych jest też słonecznik bulwiasty, czyli topinambur. Topinambur ma jadalny korzeń, tak więc uprawy tej rośliny często łączą ze sobą aspekt spożywczy i energetyczny. Jest on również przysmakiem dzików, dlatego uprawia się go często w okolicy lasów, aby zimą służył za pokarm dla tych zwierząt. Naziemna część rośliny jest często wykorzystywana właśnie w celach energetycznych. Jest bardzo odporny na mrozy oraz suszę i bardzo szybko się rozsiewa.

Dwuletnia uprawa wierzby energetycznej w ogrodzie energetycznym CBI Pro-Akademia

Miskant olbrzymi natomiast to gatunek trawy kępowej, która może osiągać wysokość nawet do 4 m. Średnica jej pędów waha się od 1 do 3 cm. Miskant, nazywany często trzciną energetyczną, jest rośliną mało wymagającą, potrzebuje jednak wysokiego uwilgotnienia w pierwszym roku uprawy. Szybko rośnie, pędy na cele energetyczne zbiera się co roku, a trwałość tej rośliny określa się na około 15 lat.

Ciekawą rośliną w tej grupie jest róża wielkokwiatowa, ceniona wśród ogrodników. Róża ta bardzo szybko się rozgałęzia, dając jednocześnie dużą ilość pędów i kwiatów. Dla przemysłu energetycznego są oczywiście cenniejsze te pierwsze, jednak okazuje się, że roślina ta może połączyć energetykę i ogrodnictwo.

Roślina roślinie nierówna

Ale czy rzeczywiście te popularne jako dające energię rośliny są idealne do produkcji stałego paliwa? Czy rośliny te słusznie nazywane są energetycznymi? Okazuje się, że nie do końca. Owszem, drzewa energetyczne są na ten cel idealne, charakteryzują się bowiem wysoką wartością opałową, małą wilgotnością oraz niewielką ilością pozostawianego popiołu. Jednak rośliny nie będące drzewami, a uważane za energetyczne, okazują się być kiepskim paliwem. Popularne topinambur, miskant i róża wielokwiatowa pozostawiają znaczną ilość popiołu – aż 2,6-6,9 proc. – co powoduje, że wyprodukowany z nich pellet lub brykiet traci na jakości. Co prawda ich wartości opałowe mieszczą się w normie dla ekologicznych paliw stałych, ale (z wyjątkiem róży wielokwiatowej) plasują się przy dolnej jej granicy. Parametry jakościowe tych roślin nie wydają się opisywać roślin energetycznych, a raczej standardową biomasę, która może być wykorzystywana do produkcji przede wszystkim agro paliw stałych. Dlaczego więc rośliny te są uznawane za energetyczne? Prawdopodobnie dlatego, iż dają dużo pędów w krótkim czasie, przy minimalnym nakładzie finansowym i małych wymaganiach w uprawie. Dodatkowo oferują łatwopalny, suchy materiał. Poza tym na pewno obecność tych roślin w składzie pelletu lub brykietu będzie dla niego cenna, jednak jednocześnie powiększy ilość popiołów pozostawionych po spaleniu.

Uprawa miskanta olbrzymiego w ogrodzie energetycznym CBI Pro-Akademia

Obecność siarki nie odgrywa tutaj istotnej roli, jest obecna naturalnie w tkankach roślin, bowiem pierwiastek ten wchodzi w skład niektórych roślinnych aminokwasów. Jej niski poziom pokazuje tylko, że rośliny nie rosły na glebie zanieczyszczonej związkami siarki.

Tab. 1. Parametry jakościowe wybranych roślin energetycznych

Lp. Badany materiał Wartość opałowa [MJ/kg] Wilgotność [proc.]

(po wstępnym wysuszeniu)

Zawartość popiołu [proc.] Zawartość siarki [proc.]
1. Wierzba energetyczna 19,23 5,91 1,10 0,80
2. Wierzba ostrolistna 18,98 6,02 1,04 0,61
3. Wierzba wiciowa 19,01 5,89 1,08 0,59
4. Topola hybrydowa 18,76 7,76 1,22 0,43
5. Słonecznik bulwiasty 15,31 10,00 5,36 0,15
6. Miskant olbrzymi 16,28 9,67 6,89 0,23
7. Róża wielokwiatowa 18,75 6,87 2,65 0,58

 

Źródło: Badania wykonane w Laboratorium Biomasy w CBI Pro-Akademia

Reasumując, okazuje się, że nie wszystkie rośliny uważane za energetyczne rzeczywiście zasługują na to miano. Jednak na pewno zasługują na nie drzewa znajdujące się w tej grupie, dają bowiem pędy o wysokiej kaloryczności i niskim procencie popiołu po spaleniu, a nie mają zbyt dużych wymagań w uprawie, rosną szybko i są odporne na zmiany klimatyczne oraz choroby.

Artykuł został opublikowany w Magazynie Biomasa nr 01/2017

Zdjęcia: Monika Smaga