Alternativní využití zemědělské produkce pro bioplynové stanice, tak byla nazvána konference, která se nedávno konala ve Větrném Jeníkově. Jejím úkolem bylo upozornit provozovatele bioplynových stanic na nové substráty a v Německu vyšlechtěné odrůdy vhodné k výrobě bioplynu. Zároveň měla informovat o existenci celorepublikové referenční laboratoře bioplynových transformací zabývající se optimalizací užívaných substrátů a vstupních surovin.
Akci organizovala společnost KWS Osiva, s. r. o., společně s Mendelovou zemědělskou a lesnickou univerzitou v Brně, která oslavila 90. výročí svého založení. Mezi přednášejícími nechyběl Andreas von Felde, který působí jako vedoucí výzkumu energetických plodin KWS MAIS GmbH, Einbeck. Přítomné seznámil s výsledky projektu, který se týkal výzkumu energetických plodin v Německu, ale i v ostatních zemích světa. Zdůraznil, že bioenergie není pouze bioplyn, ale i bioetanol a bionafta. V Evropě kolísají sazby za proud mezi 10 eurocenty v Polsku až po 28 eurocentů na kilowathodinu v Itálii. Z kukuřice vypěstované na jednom hektaru zemědělské půdy podle něj ujede automobil na bioplyn 70 000 km. „Pokud bychom to vztáhli na řepku, musela by být pěstována na šestkrát větší ploše, abychom vzhledem k výnosu řepky získali stejné množství kilowathodin,“ upozornil na výhody energetické kukuřice.
Rozhoduje celulóza
Nezbytností pro provoz každé bioplynové stanice (BPS) je produkce bioplynu s co nejvyšším obsahem metanu. Metan se skládá z uhlíku a vodíku, tedy základních stavebních kamenů cukrů v rostlině. Metan se vytváří z celulózy, škrobu a bílkovin. Úkolem šlechtitelů a pěstitelů energetické kukuřice je výnos sušiny z hektaru maximalizovat. Andreas von Felde zdůraznil, že pro výrobu bioplynu, respektive metanu, je celulóza důležitější než škrob. Dokládají to i výsledky laboratorně prováděných experimentů. V celulóze je obsaženo 53 % uhlíku, zatímco ve škrobu 45 %. Lignin, zdřevnatělá část rostliny, nemá pro BPS žádný význam.
Například 10 % KWS hybridu Gavott tvoří listy, 26 % stonek, 51 % zrno a 13 % je vřeteno. Jde tedy o ideální hybrid, který má vysoký podíl zrna – velké ozrněné palice a je vhodný pro silážování na produkci mléka. Dalším KWS hybridem je Mikado, které tvoří z 16 % listy, z 32 % stonek, z 35 % zrno a z 18 % vřeteno. Tento hybrid je vysoce vzrůstný, ale má méně zrna, proto je vhodný na silážování pro BPS. Hybrid Gavott má v porovnání s hybridem Mikado přibližně o 15 % nižší hektarový výnos hmoty.
Zhruba 110. den po výsevu u hybridu Gavott prudce narůstá obsah škrobu, proto je vhodný na siláž pro výrobu mléka, nikoli však pro BPS. KWS hybrid Atletico ukládá škrob až o 30 dnů později, takže obsahuje škrobu méně, což je hlavní rozdíl mezi siláží pro zkrmování hospodářským zvířatům, tedy pro produkci mléka, a siláží pro BPS, kde škrob není tak důležitý.
Kukuřice určená k silážování a zkrmování hospodářským zvířatům dřevnatí a ztrácí energii za 180 dnů po vysetí, zatímco Mikado má produkci metanu zachovanou díky nárůstu produkce celulózy. „Termín sklizně by měl být v závislosti na sezóně mezi 150. a 180. dnem po výsevu a ideální obsah sklizňové sušiny pro BPS je 31 – 33 %,“ vyzdvihl Andreas von Felde. Podotkl, že dříve se uvádělo 28 %, výzkum jde ale neustále dopředu, takže podíl sklizňové sušiny se zvýšil.
Kolik energie získáme
Podle Andrease von Felde se energie nevytváří v BPS, ale vzniká již na poli. „Proto musíme z pole dovézt perfektní materiál, který dokonale v BPS zpracujeme,“ apeloval na zemědělce. Z jedné tuny kukuřičné siláže v čerstvé hmotě se podle něj získá přibližně 200 – 220 m3 bioplynu, který obsahuje 52 – 53 % CH4, zbytek je převážně N, S, O, H, NH3, H2S, H2O. To je tedy 106 m3 čistého metanu s tím, že 1 m3 metanu je přibližně 9,9 kWh elektrické energie. V úvahu se bere ale pouze třetina využitelná jako elektrická energie a při výnosu 60 t/ha čerstvé hmoty dostaneme 20 000 kWhel./ha.
Energetické rostliny
Cukrovka do bioplynových stanic
Také další plodiny, jako jsou cukrovka, čirok nebo žito na GPS, jsou důležité z hlediska zachování osevních sledů, tak pro účely BPS. V Německu se nachází oblasti, kde nejsou zpracovatelské kapacity, a proto se cukrovka dováží ke zpracování až ze vzdálenosti 300 km. V severním Německu se kvůli tomu začínají stavět BPS, které ve svém výrobním procesu využívají právě cukrovku. Tato plodina totiž obsahuje vysoké procento cukrů, což je důležité pro proces fermentace v reaktoru. Do siláže se pak přidává třetina bulev cukrovky a dvě třetiny siláže.
Bulva se buď silážuje celá nebo se nakrájí či jinak rozmělní společně s kukuřicí. Po kvalitativní i výnosové stránce je cukrovka na vysoké úrovni, technickým problémem je však odkamenění a očištění od nánosů zeminy před vlastním silážováním. Pro tyto účely vytvořila společnost KWS speciální mobilní pračku cukrovky s výkonem 70 t/hod. Pokud se naskladňují celé bulvy v kombinaci se silážovanou hmotou kukuřice, musí se hotová siláž odfrézovat, čímž se bulva rozdrtí. Při využití celých bulev cukrovky s LKS šrotem (vřeteno, zrna a listeny, ze kterých se udělá šrot) je poměr dvě třetiny cukrovky a jedna třetina šrotu. Bulvy se čistí na 2,5 % popelovin. Z jedné tuny cukrovky se získá 160 – 180 m3 bioplynu, tedy 85 – 95 m3 metanu, což po obdobném přepočtu jako u kukuřice dává 20 000 kWhel./ha.
Energetické žito
Žito se v Německu pěstuje přibližně na 60 000 ha. U žita ale nebudou výnosy nikdy tak vysoké jako u kukuřice. Důvodem pro jeho pěstování je, že se vysévá do kvalitativně horších půd než kukuřice. Z jedné tuny siláže energetického žita se získá 200 m3 bioplynu, který obsahuje 52 – 53 % CH4. To představuje 105 m3 metanu, což odpovídá 343 kWh elektrické energie, tedy 14 000 kWhel./ha při výnosu 35 t/ha (z 1 t sušiny se získá 1045 kWh el. energie). Což je sice méně, ale nedochází k ohrožení výnosů kvůli přísušku. S prodlužujícím se naléváním zrna se produkuje více biomasy, zrno nabývá, rostlina má větší listovou plochu. „Žito na GPS má nejvyšší výnosový potenciál právě v mléčné zralosti, proto by se mělo sklidit tři týdny po květu systémem GPS, a pak je možné pěstovat ještě následnou plodinu,“ doporučil pěstitelům Andreas von Felde.
Čirok pro sušší oblasti
Jedná se o teplomilnou kulturní rostlinu s nižším transpiračním koeficientem. Potřebuje o polovinu méně vody než kukuřice. Šetří vláhu a daří se mu i v sušších oblastech. V létě když čirok uschne a následně rostlina dostane vodu, mohou listy dále růst. Tato plodina vyžaduje určité teplotní podmínky, a proto je třeba ji intenzivně šlechtit na vyšší odolnost vůči chladu.
Zatím má čirok nízký obsah sušiny, která kolísá od 19 do 25 % a znemožňuje silážování i transport. Cílem KWS je šlechtěním zvýšit sušinu alespoň na 30 % a za pět let se dostat na 20 000 kWhel./ha.
Laboratoř bioplynových transformací
V rámci konference KWS vystoupil také Ing. Petr Trávníček, aby představil celorepublikovou referenční laboratoř bioplynových transformací. Funguje od roku 2008 a jejím posláním je kromě poskytování odborných rad provozovatelům také optimalizace užívaných substrátů a vstupních surovin pro bioplynové stanice. Toto dosud ojedinělé centrum v České republice vzniklo díky podpoře z fondu zelené energie skupiny ČEZ a nachází se v areálu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně.
Referenční laboratoř bioplynových transformací spadá pod Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky. „S dotazy se na nás mohou obracet jak provozovatelé bioplynových stanic, tak ti, kteří teprve její vybudování plánují,“ uvedl Ing. Trávníček. Vzhledem k obrovskému boomu v oblasti výroby bioplynu, respektive vzniku bioplynových stanic, vzniká v resortu zemědělství a potravinářství převážná část substrátů použitelných pro metanogenezi. „Každá bioplynová stanice má jiné potíže. A právě odborná analýza vstupních substrátů může pomoci provozovatelům dosáhnout maximálního možného výnosu, lépe řečeno najít pro každého provozovatele specifické optimální složení substrátu,“ uvedl a dodal, že znalosti o průběhu metanogeneze jsou stále nedostatečné. „Pokud chceme v budoucnu využívat energii z obnovitelných zdrojů v maximální možné míře, je nutné prostřednictvím mnoha analýz získat data, na základě kterých by se vytvořily podklady pro databázi substrátů a surovin a detekovat řídicí veličiny umožňující řídit proces v reálném čase přímo v provozu,“ konstatoval Ing. Trávníček.
(Detailnější informace o celorepublikové referenční laboratoři bioplynových transformací přineseme v reportáži v některém z dalších čísel časopisu Úroda.)
Klíčové informace:
• V Brně funguje celorepubliková referenční laboratoř bioplynových transformací, jejímž úkolem je najít specifické optimální složení substrátu pro každého provozovatele BPS a vytvořit databázi substrátů.
• Do budoucna bude možné díky šlechtitelským výzkumům společnosti KWS v Německu využívat pro účely BPS také další plodiny kromě kukuřice, jako jsou cukrovka, čirok nebo žito na GPS.
