Łąki źródłem biomasy? Chyba warto spróbować…

Wzrost zużycia energii, malejąca podaż paliw kopalnych – to tylko dwa powody, dla których zwracamy się w kierunku OZE. Warto więc szukać tańszych źródeł biomasy. I tu pojawia się pytanie: łąki źródłem biomasy?

Uprawa roślin energetycznych wiąże się z pewnymi problemami. W zależności od gatunku roślin i lokalizacji upraw, może mieć negatywny wpływ na strukturę gleby i poprzez erozję, przyczyniać się do zmniejszenia jej żyzności, czy też wypłukiwania składników biogennych, zanieczyszczających środowisko przyrodnicze. Czasami również konwersja biomasy z dedykowanych roślin energetycznych może wiązać się ze znaczną emisją gazów cieplarnianych.

Dużym problemem jest też konkurencja zasiewów roślin energetycznych z uprawami mającymi na celu produkcję żywności. Ze względu na ograniczenia areału ziemi rośliny wykorzystywane do produkcji biomasy zajmują powierzchnie, na których potencjalnie może być produkowana żywność. Ponadto niektóre rośliny jak np. kukurydza, rzepak lub zboża mogą być wykorzystywane zarówno do celów spożywczych, jak i energetycznych, co sprawia, że przeznaczanie ich na biomasę coraz częściej nie jest społecznie akceptowane.

Łąki źródłem biomasy? Poszukiwanie tanich źródeł biomasy jest problemem współczesnej ekoenergetyki

Poszukiwanie tanich źródeł biomasy do produkcji bioenergii jest więc aktualnym problemem współczesnej ekoenergetyki. Jednym z nich może być masa roślinna z ekstensywnie użytkowanych łąk, objętych często różnymi formami ochrony ze względu na ich walory przyrodnicze. Biomasa z tego typu łąk nie nadaje się do żywienia zwierząt ze względu na niską jakość paszową. Nie zachodzi też konflikt społeczny związany z przeznaczaniem surowców służących do produkcji żywności na cele energetyczne.

Łąki źródłem biomasy

Europejskie zbiorowiska trawiaste, zarówno wykorzystywane do celów paszowych, jak i pełniące tylko ważne funkcje w ekosystemach lądowych zajmują areał 90 milionów hektarów. To stanowi około 1/3 wszystkich użytków rolnych (wg danych FAO). W Polsce zasoby te szacowane są na poziomie 3,2 mln ha (wg danych GUS) i stanowią głównie łąki naturalne, półnaturalne i antropogeniczne.

Są one zlokalizowane w siedliskach wilgotnych, średnio wilgotnych, a także suchych. Większość z nich to łąki półnaturalne, czyli takie, na których występują rośliny dostosowane do danego siedliska, jednak do ich utrzymania wymagane są odpowiednie zabiegi, takie jak koszenie runi lub wypasanie jej zwierzętami gospodarskimi. Zbiorowiska takie mają znaczenie zarówno społeczno-gospodarcze (wykorzystywane do produkcji paszy dla zwierząt, stanowią jeden z najważniejszych elementów krajobrazu przyrodniczego), jak również ekologiczne, ponieważ jako siedliska dla ogromnej liczby gatunków roślin i zwierząt.

Niestety, w ciągu minionych kilkunastu lat, ograniczone zostało znacząco gospodarowanie na tego typu użytkach, co doprowadziło do powstania stałego trendu zmniejszania się wartościowych pod względem przyrodniczym łąk. Prowadzi to do stopniowego zaniku ich atrakcyjności zarówno ekologicznej, jak i społeczno-gospodarczej. Wraz z upływem czasu, krajobraz obszarów łąkowych traci swój otwarty charakter, a wskutek sukcesji wtórnej zaczynają dominować ekspansywne gatunki, często krzewiaste, a nawet drzewiaste.

Łąki źródłem biomasy? Może to wpłynąć pozytywnie nie tylko na gospodarkę, ale i naturę

W celu uniknięcia dalszej degradacji tych siedlisk należy przywrócić na nich użytkowanie ekstensywne. Może ono polegać na corocznym koszeniu łąk, wykonywanym w późnym terminie okresu wegetacji w celu umożliwienia naturalnego odtwarzania się gatunkom fauny i flory. Wówczas skoszoną biomasę można wykorzystać jako źródło surowca przeznaczonego na cele energetyczne.

Wielkie możliwości, czyli łąki źródłem biomasy

Biomasa z łąk może być wykorzystania do celów energetycznych poprzez spalanie, jak i produkcję biogazu. Kierunek jej przeznaczenia zależy wyłącznie od jakości surowca. Na spalanie najlepsza jest biomasa z traw wysokich, zdrewniałych, zbieranych w okresie zimowym, m.in. z szuwarów trzcinowych itp. Z kolei do produkcji biogazu najlepiej nadają się łąki intensywnie użytkowane, nawożone, odznaczające się dobrym plonowaniem i dużą jednostkową wydajnością metanu.

Biomasa z łąk półnaturalnych, wykazuje szereg właściwości, które utrudniają jej wykorzystanie w tradycyjnych zakładach produkujących energię. Ze względu na wysoką zawartość lignin oraz celulozy, a także składników mineralnych, biomasa ta nie jest efektywnym substratem do produkcji.

Łąki źródłem biomasy? Są również problemy… choćby wysoka zawartość siarki, choru, potasu i magnezu

Największym problemem jest wysoka zawartość w biomasie łąkowej siarki, chloru, potasu i magnezu, gdyż pierwiastki te mogą wytwarzać szkodliwe związki w procesie spalania oraz wpływać negatywnie na żywotność wielu elementów budowy pieców. Z kolei na obniżenie biogazodochodowości wpływa termin zbioru biomasy, to znaczy w drugiej połowie okresu wegetacyjnego. Wydajność produkcji biogazu maleje zarówno ze względu na podwyższoną zawartość celulozy i lignin, jak i obniżony udział białka surowego, tłuszczu i bezazotowych związków wyciągowych.

Łąki źródłem biomasy i innowacyjne technologie

Rozwiązaniem problemów wykorzystania biomasy pochodzącej z półnaturalnych łąk może być zastosowanie nowej technologii IFBB rozwiniętej w ramach projektu badawczo-rozwojowego PROGRASS. IFBB (ang. Integrated Generation of Solid Fuel and Biogas from Biomass) jest technologią, która pozwala na zintegrowane wytwarzanie paliwa stałego i biogazu z biomasy.

Biomasę z półnaturalnych łąk po zbiorze należy zakisić. Następnie w procesie technologicznym następuje rozdział kiszonki z runi łąkowej na część stałą, przeznaczoną do spalania oraz frakcję płynną, która jest wykorzystana do produkcji biogazu. Ekstrakcja składników łatwo rozpuszczalnych w wodzie (w tym składników mineralnych) z kiszonki do frakcji płynnej znacząco poprawia wydajność spalania paliwa stałego, natomiast otrzymany przesącz jest biologicznie aktywny i może być wykorzystany do produkcji biogazu.

Łąki źródłem biomasy czyli etapy IFBB:

• Kiszonka jest moczona i filtrowana w ciepłej wodzie (obróbka hydrotermiczna).
• Biomasa jest rozdzielana na frakcję stałą, włóknistą, przefiltrowaną i sprasowaną, która będzie substratem do wytworzenia pelletu lub brykietów, oraz na frakcję płynną, biologicznie aktywną (przesącz) do produkcji biogazu oraz energii elektrycznej.
• Wyciśnięty przesącz trafia do komory fermentacyjnej, gdzie w konsekwencji wytwarzania biogazu jest on na zasadzie kogeneracji przetwarzany w energię elektryczną, czemu towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła.
• Sprasowana masa kiszonki zostaje poddana suszeniu ciepłem ubocznym uzyskiwanym w procesie kogeneracji.

Technologia IFBB

Znalazła praktyczne zastosowanie w stacjonarnej instalacji w Baden-Baden (Niemcy), w efekcie której produkowane są duże ilości wysokojakościowego brykietu z traw. Technologia ta funkcjonuje także w formie mobilnego prototypu w celu jej upowszechniania i wdrażania w krajach Europy Środkowej w ramach projektu DANUBENERBY. We wrześniu br. będzie ona prezentowana w Polsce w ramach warsztatów szkoleniowych, organizowanych przez Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu.

Autorzy: prof. dr hab. Piotr Goliński i mgr inż. Jędrzej Daszkiewicz, Katedra Łąkarstwa i Krajobrazu Przyrodniczego, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu