Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Šťovík - energetická rostlina jako alternativní biopalivo

Datum: 9.11.2009  |  Autor: Ing. Jan Hrdlička, Ph.D., Erika Santlerová  |  Recenzent: Ing. Sergej Usťak, CSc.

Tento příspěvek se zabývá praktickými zkušenostmi s pěstováním energetické rostliny šťovíku. Popisuje čtyři vybrané lokality z hlediska výnosů a ošetřování i s výhledem do budoucna, a rovněž je v příspěvku proveden odhad ceny 1 GJ tepla ze šťovíku na základě dostupných údajů.

V poslední době jsme svědky tlaku na stále vyšší využívání obnovitelných zdrojů energie, k němuž se i ČR zavázala v rámci jednotného evropského cíle 20 20 20, kdy má ČR v roce 2020 pokrýt z obnovitelných zdrojů 15 % primárních zdrojů energie. V podmínkách ČR se jedná zejména o nárůst ve využívání biomasy, neboť ostatní obnovitelné zdroje energie nedisponují dostatečným potenciálem pro naplnění tohoto cíle, a ani nelze očekávat žádné výrazné zvýšení. Pod pojmem biomasa lze v obecném slova smyslu chápat veškerou živou hmotu, a to jak rostlinnou tak živočišnou. Tento pojem se ve smyslu energetického využití zužuje téměř výhradně na biomasu rostlinnou (tzv. fytomasu) a zařazují se do tohoto pojmu i odpadní a zbytkové materiály či vedlejší produkty jejího zpracování (např. odpady ze zemědělské výroby), které již ovšem nelze chápat jako primární biomasu. Rovněž se lze setkat se zařazením do kategorie biomasa i biologicky rozložitelných odpadů, čistírenských kalů, nebo odpadů ze živočišné výroby. Takové zařazení je diskutabilní, rovněž však nelze žádný z těchto materiálů považovat za primární biomasu.

V souvislosti s rozšiřujícím se využíváním biomasy klesá v ČR dostupný potenciál klasické dřevní biomasy (dendromasy), neboť dřevní biomasa je nejdéle a nejvíce využívaným typem biomasy, a to nejen pro energetické, ale i pro průmyslové účely. V současnosti tak prakticky není možné v podmínkách ČR výrazným způsobem zvýšit energetické využití této dřevní biomasy. Proto se do popředí zájmu dostávají i další druhy rostlinné biomasy, nazývané jako cíleně pěstované energetické plodiny. Jsou to rostliny, které jsou pěstované a případně i vyšlechtěné s cílem energetické, nikoliv potravinářské produkce. Jsou mezi nimi jak byliny (jednoleté i víceleté), tak i dřeviny, v řadě případů se jedná i o druhy, které nejsou v ČR původní. Realizace experimentů s výsadbou, pěstováním, sklizní těchto energetických plodin přinesla různé více či méně úspěšné výsledky, prakticky jediná z těchto speciálních plodin se však dočkala skutečně reálného nasazení pro produkci energetické biomasy ve větším měřítku, a tím je Šťovík Uteuša. Jedná se o druh vyšlechtěný v 80. letech 20. stol křížením šťovíku zahradního a šťovíku tjanšanského na Ukrajině jako nová krmná plodina. Důvod jeho rozšíření byl především v relativně intenzivní, místy až nekritické propagaci této rostliny na základě kladných výsledků provedených experimentů, které byly publikovány např. v [1,2].

Tento příspěvek si neklade za cíl diskutovat provedené experimenty, ale má za cíl ukázat na čtyřech reálných příkladech praktické zkušenosti s touto energetickou rostlinou. V průběhu roku 2007 byly provedeny experimentální práce, které měly mimo jiné jako hlavní cíl zmapovat skutečné praktické výsledky pěstování této energetické rostliny v reálném komerčním prostředí. Pro účely experimentů byli vybráni čtyři producenti, kteří pěstují šťovík pro energetické účely ze 4 míst v ČR, konkrétně z lokalit Nahořany, Líšnice (Pardubický kraj), Dubicko a Bouzov (Olomoucký kraj). V tabulce 1 jsou uvedena zjištěná data o oseté ploše, aplikovaném ošetření a výnosech, tak jak byly od jednotlivých producentů zjištěny.

Lokalita Osetá plocha (ha) Prům. výnos
(t/ha; vlhkost)
Ošetřování
Nahořany 44 4; 20% (2006)
3,7; 40% (2007)
Aplikace totálních herbicidů a prasečí kejdy
Líšnice 34 5,2; 30% (2003)
3,5; 30% (2007)
Aplikace prasečí kejdy, postřik proti mandelince
Dubicko 14 4,4; 20% (2006)
1*); 17% (2007)
Aplikace draselných hnojiv a herbicidů
Bouzov 41 5,04; 15% (2006)
6,63; 19% (2007)
Aplikace totálních herbicidů, ledku amonného

*) Bez použití herbicidů a hnojiv, porost šťovíku byl ponechán bez zásahů

Údaje shrnuté v tabulce 1 jednoznačně ukazují, že hodnoty obvyklých průměrných hektarových výnosů uváděných v literatuře - okolo 10 t/ha suché hmoty [3] - jsou oproti realitě silně nadhodnoceny, navíc jsou výnosy v tabulce 1 vztaženy na původní stav sklizené rostliny, tj. s příslušným obsahem vody, který je u každé položky v tabulce 1 uveden. Výnos suché hmoty je tedy ještě nižší. Důvody rozdílů mezi realitou a publikovanými údaji mohou pravděpodobně být ve skutečnosti, že se jednalo o experimentální porosty s intenzivní péčí. V realitě jsou hektarové výnosy v nejlepším případě poloviční. I pro dosažení těchto výnosů je nutné porosty šťovíku intenzivně ošetřovat, a to především aplikací totálních herbicidů (likvidace plevelných rostlin), postřiků proti škůdcům, a rovněž je nezbytné hnojení dusíkatými a draselnými hnojivy. Pokud je porost šťovíku ponechán bez ošetřování, výnosy rychle klesají, viz příklad lokality Dubicko v roce 2007, což je i potvrzeno např. v [3].

Nejlepších výnosů mezi zvolenými lokalitami je dosahováno v lokalitě Bouzov. Zde se produkovaný šťovík v minoritním podílu (hlavním palivem je dřevní štěpka a sláma) spaluje v místní kotelně pro vytápění obce. Pro místního producenta je dle zjištěných údajů rentabilní hraniční výnos 5 t/ha. V budoucnu je předpoklad rozšíření oseté plochy šťovíku v souvislosti s jeho zvýšeným odběrem pro kotelnu. V lokalitě Nahořany je šťovík dodáván jinému odběrateli, dle informací od producenta je ekonomicky pěstování šťovíku nevýhodné, a to i včetně poskytnutých dotací. Producent v lokalitě Dubicko využívá šťovík pro vlastní potřebu při dosoušení jiných produktů. V lokalitě Líšnice se uvažuje s ukončením produkce šťovíku ve prospěch některé z rychle rostoucích dřevin.

V rámci mapování skutečné situace s pěstováním šťovíku byl proveden i odhad konečné ceny jednotky tepla, které je ve vyprodukovaném palivu obsaženo. Tabulka 2 odhaduje cenu GJ tepla obsaženého ve šťovíku, založenou na dostupných literárních údajích a na údajích zjištěných od producentů. Zde je nutné podotknout, že se jedná pouze o orientační výpočet, kde základní údaj, na kterém celá bilance stojí - celkové roční náklady na hektar porostu šťovíku - pochází literatury, a je převzatý bez jakýchkoliv úprav. Celkové náklady na 1 rok pěstování šťovíku (příprava půdy, osetí, ošetřování a sklizeň) se podle literárního zdroje [4] v odkazu na další autory pohybují v rozmezí 10 815 - 11 394 Kč/ha, podle typu sklizně a na cenové úrovni roku 2004. Autor [4] prezentuje výsledky realizované VÚRV, v.v.i., které stanovily celkové roční náklady 7 260 Kč/ha na založení porostu, pěstování a sklizeň. Výše uvedené hodnoty jsou v literatuře uvedeny bez bližších specifikací.

Při výpočtu byly vzaty v úvahu nejnižší a nejvyšší zjištěné roční celkové hektarové náklady zahrnující vysetí, údržbu, ošetřování a hnojení porostu a sklizeň s tím, že jsou považovány v daném rozmezí za nezávislé na výnosech (uvažován je rozsah 2 - 6 t/ha). Výhřevnost šťovíku je uvažována ve dvou úrovních - lisované pelety s průměrnou výhřevností 16,5 MJ/kg a řezanka dodávaná výrobcem do kotelny s průměrnou výhřevností 11,5 MJ/kg (při vlhkosti průměrně 30 %). Důvod je ten, že pokud se z řezanky vyrábí pelety, jejich lisováním dojde ke značnému snížení obsahu vody, a tím i ke zvýšení výhřevnosti, zatímco celkové náklady na palivo se zvýší o peletizaci (pro daná množství materiálu zhruba 500 Kč/t). Hektarové výnosy u řezanky šťovíku jsou zvoleny tak, aby přibližně pokrývaly rozsah obvyklých výnosů získaných od jednotlivých producentů. Všechny vypočtené ceny jsou bez nákladů na dopravu nebo skladování, v ceně pelet je připočítána cena za peletizaci. U pelet je hektarový výnos poměrně snížen o množství vody, která je při lisování z materiálu odstraněna (pelety mají průměrně 8 % vlhkosti).


Tabulka 2: Odhad ceny 1 GJ tepla v Kč obsaženého ve šťovíku dle dostupných údajů
při různé výhřevnosti, varianty s nejnižšími a nejvyššími hektarovými náklady

Vypočtené ceny 1 GJ tepla obsaženého ve šťovíku při daných parametrech uvedené v tabulce 2 lze porovnat s údaji, které byly poskytnuty dvěma ze zvolených producentů šťovíku. V lokalitě Bouzov odkupuje obecní kotelna slisovaný šťovík za cenu 1 100 Kč/t. To odpovídá při výhřevnosti 11,5 MJ/kg hodnotě 96 Kč/GJ. V lokalitě Líšnice je šťovík prodáván za cenu 1 200 Kč/t. To odpovídá ceně 104 Kč/GJ při stejné výhřevnosti. Takto zjištěné hodnoty přibližně odpovídají hodnotám odhadnutým v tabulce 2 pro celkové náklady 7 260 Kč/ha, kde je rozdíl při odpovídajících výnosech (4 - 6 t/ha) zhruba 20 - 50 Kč/GJ. Nicméně producenty šťovíku nebyla sdělena informace o případných dotacích poskytovaných na pěstování této energetické rostliny, ani o skutečných nákladech na 1 ha porostu šťovíku, které v běžném komerčním provozu zemědělské společnosti mohou být jiné, než hodnoty uvedené v literatuře, a rovněž nejsou známy údaje o zisku ani dotacích. Tyto položky mohou změnit cenu GJ obsaženého tepla tak, že bude ve výsledku spíše odpovídat vyšší hodnotě celkových nákladů zjištěné z literatury. Vzhledem k uvedeným skutečnostem tedy nelze cenu opačným směrem korektně dopočítat, nicméně lze odhady provedené v tabulce 2 považovat za věrohodné, a je rovněž možné považovat za věrohodné údaje o rozsahu celkových hektarových nákladů uvedených v [4]. Pro srovnání, cena zemního plynu pro středního odběratele (plynová kotelna 650 kW, cena zahrnuje všechny poplatky) je přibližně 270 Kč/GJ.

Tento příspěvek pro server tzb-info.cz vychází z již publikované práce obou autorů [5].

Použitá literatura:

[1] Petříková, V.: Hodnocení dosavadních výsledků s pěstováním krmného šťovíku. Biom.cz [online] ISSN: 1801-2655, 2008
[2] Usťak, S.: Šťovík Uteuša - plodina perspektivní pro fytoenergetiku. Biom.cz [online] ISSN: 1801-2655, 2002
[3] Petříková, V.: Nejnovější zkušenosti s pěstováním energetického šťovíku. Biom.cz [online] ISSN: 1801-2655, 2003
[4] Strašil, Z., Šimon, J.: Rostlinná biomasa - využití, potenciál a ekonomika, Agromagazín, 2006, roč. 7, č. 5, s. 14 - 20.
[5] Hrdlička, J., Makaloušová, E.: Zkušenosti s využitím energetické rostliny šťovíku. Zborník prednášok TOP 2008, str. 155 - 162, Častá-Papiernička, Slovensko, 2008

Oponentský posudek

Ing. Sergej Usťak, CSc.

Posuzovaný příspěvek se věnuje především praktickým zkušenostem s pěstováním energetické rostliny šťovíku, a to na základě hodnocení údajů získaných dotazníkovým šetřením od pěstitelů ze 4 lokalit v ČR, konkrétně z lokalit Nahořany, Líšnice (Pardubický kraj), Dubicko a Bouzov (Olomoucký kraj). Byly získány a hodnoceny údaje o rozloze pěstebních ploch, výnosů a sušiny, doplněné o slovní popis způsobů ošetření. Na základě těchto údajů se autoři příspěvku pokusili vypočítat odhad ceny 1 GJ tepla z vyprodukované biomasy šťovíku. Hlavním závěrem příspěvku je poukázání na nízké výnosy šťovíku (3,5-6,63 t/ha s rozličnou sušinou v rozmezí 15-40 %, v extrémním případě bez ošetření 1 t/ha), což jsou poloviční až čtvrtinové hodnoty ve srovnání s potenciálem uváděným v citované literatuře a zjištěným na základě hodnocení přesných polních pokusů (např., dle zdroje [2] víceletý průměr výnosů šťovíku za období 1993-2001 byl 14,4 t standardní 85 % sušiny nadzemní biomasy).

Jako autor nebo spoluautor většiny ze zmíněných přesných polních pokusů, vykazujících vysoký produkční potenciál šťovíku, chci podotknout, že námi získané výsledky plně korespondují s výsledky obdobných pokusů provedených kolegy v jiných státech Evropy. Například, v průběhu oficiálních registračních odrůdových zkoušek na Ukrajině dosáhl průměrný víceletý výnos této plodiny 11,8 tun absolutní sušiny z 1 ha neboli 13,9 tun v přepočtu na standardní 85% sušinu. Podobných výsledků bylo pokusně dosaženo v posledních 4 létech v Dánsku, Norsku a Irsku (12-15 tun standardní sušiny z 1 ha).

Bohužel, musím souhlasit s autory příspěvku, že v praxi českých zemědělců bylo dosaženo podstatně nižších výnosů ve srovnání s očekávaným produkčním potenciálem zjištěném v průběhu dlouholetých přesných polních pokusů. Proto je tento problém velice aktuální a zasluhuje větší pozornost odborníků včetně provedení dodatečných šetření a uskutečnění odborné diskuze. Z tohoto hlediska je recenzovaný příspěvek vítaný k otevření odpovídající diskuze. Shodou okolností, provádíme v současné době spolu s Ing. Vlastou Petříkovou, DrSc. v provozních podmínkách českého zemědělství obdobné, ale více podrobné šetření ekonomiky pěstování šťovíku pro energetické účely (16 lokalit, daleko rozsáhlejší a přesnější zjištění ceny biomasy). Po ukončení výzkumu představíme výsledky veřejnosti (zřejmě v I.Q.2010). Nebudu předbíhat závěry nedokončeného výzkumu, ale chci poznamenat, že dosavadní výsledky rovněž ukazují na velký rozptyl průměrných hodnot provozních výnosů (od 1,2 do 9,6 t/ha) a zejména ceny vyprodukované biomasy, což závisí na celé řadě příčin. Proto zde zmíním alespoň některé základní příčiny nízkých výnosů šťovíku v zemědělské praxi.

  1. Většina pěstitelů zakládá porosty na půdě s nízkou úrodností pod dojmem, že šťovík poroste všude bez větších agrotechnických zásahů obdobně jako plevel. Praxe však ukázala, že tato plodina zdaleka není plevelem a že bez patřičných agrotechnických zákroků není schopná konkurovat běžnému spektru plevelů. Toto zjištění je na jednu stranu pozitivní, neboť rozptyluje obavy MŽP ČR ohledně planého šíření této kulturní plodiny jako expanzního plevele, na druhou stranu je negativní pro zemědělce z hlediska vysokých požadavků na intenzivní agrotechniku, kultivaci a zejména ochranu proti plevelům. V praxi bylo rovněž zjištěno, že v případě úrodných půd byly po 2 roky (2007-2008) získávány výnosy 9 až 10 t sušiny z 1 ha.

  2. Dalším velmi důležitým a ještě neúplně vysvětleným faktem, který ovlivňuje provozní výnosy biomasy šťovíku, je vysoká závislost jeho výnosů na termínu sklizně, a to čím později je porost sklizen, tím nižší jsou výnosy. Například, přesné polní pokusy v Dánsku prokázaly, že stejný porost sklizený o měsíc později měl neuvěřitelný rozdíl 10 tun standardní sušiny z 1 ha (14 proti 4 t/ha). Toto zjištění je velmi závažné pro produkci šťovíku, neboť při pěstování na energetickou biomasu se pěstitelé snaží získat rostlinnou hmotu s co největší sušinou, a proto běžně nechávají rostliny na poli tzv. "vyschnout na kořenu" a tím přezrát, což má za následek na jednu stranu zvýšení energetické kvality fytomasy (vyšší sušina a výhřevnost, nižší obsah živin a zejména dusíku) a snížení požadovaných nákladů na úpravu sklizené hmoty, ale na druhou stranu vede k markantnímu snížení celkových výnosů. Při ranné sklizni vzrůstají náklady na úpravu biomasy (obracení za účelem sušení, řádkování a následná sklizeň místo přímé sklizně při vysoké sušině porostu), ale tyto náklady budou kompenzovány vyššími výnosy. Při provádění polních pokusů se obvykle sklízelo prakticky v době největšího nárůstu biomasy a navíc beze ztrát, a proto jsou dosažené výnosy podstatně vyšší ve srovnání s výsledky z praxe.

  3. Na základě provozních zkušeností bylo námi dodatečně zjištěno, že velmi důležitým agrotechnickým opatřením, které zajišťuje stabilní víceleté výnosy, je kypření horní 8-12 cm půdní vrstvy porostů za účelem provzdušnění půdy, odplevelení a dodatečného zahuštění porostu šťovíku. Doporučujeme tento zásah kombinovat s vydatným organickým hnojením. Z citovaných v článku pěstitelů dle údajů ing. Vlasty Petříkové pouze v Bouzově byly porosty šťovíku diskovány za výše uvedeným účelem, což mimo jiné plně odpovídá také nejvyšším výnosům ze všech uváděných lokalit.

  4. Dalším závažným faktorem nízkých výnosů v praxi ve srovnání s polními pokusy je fakt, že šťovík je velmi závislý na vodním režimu půd a zejména na jarní zásobě vody. Příčinou je to, že šťovík je velmi rannou plodinou a čerpá konkurenční výhody své vegetace z využití zimních zásob půdní vlhkosti. Pro přežití porostů po sklizni je dostatečná zásoba půdní vlhkosti rovněž důležitou podmínkou. Většina výzkumných pokusů (s výjimkou severských států) byla provedena v minulém desetiletí, kdy klima bylo méně rozkolísané, a proto výnosy jednotlivých ročníků byly stabilnější, kdežto rozšíření pěstování šťovíku v praxi začalo v roce 2002, kdy jsme začali pozorovat zásadní výkyvy klimatických jevů, které se stupňují. Extrémně suchý rok 2003 ukázal nízkou odolnost šťovíku vůči suchu a následnému, porosty decimujícímu, působení plevelů, které se projevilo odumřením velké části rostlin a významným poklesem výnosů i u velmi produktivního desetiletého pokusného porostu, což mělo za následek likvidaci tohoto porostu v následujících létech. Rozkolísání klimatu a častý výskyt jarních přísušků, které pozorujeme v současné době, zdaleka nepřispívají k úspěšnému pěstování energetického šťovíku.

Kombinované působení uvedených vlivů a některých dalších faktorů je i příčinou velkého rozdílu dosažených provozních a experimentálních výnosů energetického šťovíku. Bohužel musím konstatovat, že praktické zkušenosti s pěstováním energetického šťovíku na suchou biomasu pro přímé spalování z řady příčin nepotvrdily vysoký produkční potenciál dosažený v průběhu dlouholetých přesných polních pokusů. Osobně vidím z výše uvedených důvodů větší perspektivu využití šťovíku ne v produkci suché energetické biomasy za účelem přímého spalování, ale především v produkci zelené hmoty pro výrobu bioplynu jako náhrady za pro tyto účely běžně používanou kukuřici.

Dále uvedeme ještě několik věcných a formálních připomínek k publikaci.

  1. Je velice diskutabilní definice termínu biomasa v úvodu článku. Zařazení do pojmu biomasa pouze živé hmoty je více rozšířené v USA, kdežto většina odborníků z evropských států pod tímto pojmem chápe veškerou hmotu biologického původu (v americkém pojetí organická hmota). Proto odpady ze zemědělské výroby jsou oprávněně zařazeny do pojmu biomasa.

  2. Musíme konstatovat, že analyzované podklady nejsou uspokojivě obsažné (pouze 4 lokality) a navíc tyto dotazníkové údaje mají očividně různou vypovídací schopnost. Zatím co údaje z Bouzova a Dubicka vypadají dokumentárně podložené a více věrohodné, zdá se, že druhá polovina údajů z Nahořan a Lišnic je pouze hrubým odhadem, čemuž nasvědčuje rozptyl uvedených hodnot, zaokrouhlených na desítky %. Např., při tak vysoké vlhkosti (30-40 %) by nastaly problémy se skladováním biomasy.

  3. Lze vytknout i nedostatečné využití literárních zdrojů. O šťovíku je zveřejněno podstatně více informací, než obsahuje seznam literatury.

  4. Použití totálních herbicidů v seznamu opatření pro ošetřování porostů šťovíku je zavádějící a nepřesné, neboť jejich řádnou dávku lze využít jen při záměrné likvidaci šťovíkového porostu, a ne při jeho běžném pěstování.

  5. Ekonomické výpočty vycházejí z velmi hrubých odhadů a proto i celý článek budí dojem práce založené na nedostačujícím faktickém materiálu.

Bez ohledu na výše uvedené připomínky doporučuji tento článek ke zveřejnění, neboť přinos tohoto článku vidím především v otevření diskuze kolem problematiky cíleně pěstované energetické biomasy, zejména energetického šťovíku.

 
English Synopsis
Sorrel - energetic crop as an alternative firing

The article deals with real experiences of growing of an energetic crop - the sorrel. There are described four selected locations concerning the crop production and applied treatment, including future outlook. The article also includes the price estimation of energy of 1 GJ from the sorrel, based on available data.

 

Hodnotit:  

Datum: 9.11.2009
Autor: Ing. Jan Hrdlička, Ph.D., Erika Santlerová
Recenzent: Ing. Sergej Usťak, CSc.



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Témata 2019

CAD a BIM knihovny

Partneři - Obnovitelná energie

Doporučujeme