Biomasa pro energetické účely
Jan Weger
V ČR se v roce 1996 se podle údajů MŽP využívalo 0,9 mil tun biomasy pro výrobu energie, což odpovídalo 1,1 % energetické bilance státu. Toto množství snížilo produkci oxidu uhličitého asi o 1 Mt CO2 za rok. Pro srovnání, v 15 zemích EU v uvedeném roce pokrývala energie z biomasy cca 3 % energetické bilance. Evropská unie si dala v té době dala velmi ambiciózní cíl dosáhnout 12% podílu obnovitelných zdrojů na energetické bilance do roku 2010 EU (LP 9/2002, str. 405-407, pozn. red.).
Některé státy EU chtějí tohoto cíle dosáhnout také dovozem biopaliv ze zemí střední a východní Evropy, které mají dobrý potenciál produkce biomasy. Mezi tyto země s navíc výhodnou polohou jistě patří i ČR.
Historie
Biomasa sloužila v českých zemích ještě poměrně nedávno – v období od konce 1. světové do konce 2. světové války – k výrobě nezanedbatelného množství různých biopaliv (lihu, dřevěného uhlí, dřevoplynu) nebo k přímo k získávání energie spalováním. Asi nejznámější příkladem byly dřevoplynové agregáty využívaných pro pohon automobilů (přikládala se polénka nebo dřevěné uhlí) za druhé světové války a těsně po ní. Nedostatek kapalných fosilních paliv tehdy zapříčinil rychlý a ekonomicky rentabilní rozvoj dřevoplynových agregátů. Největšího rozsahu vy-užívání biomasy u nás však bylo s největší pravděpodobností dosaženo ještě dříve - před nástupem spalovacích motorů a strojní mechanizace do zemědělství. Podle různých autorů byla tehdy až třetina produkce obilnin (zejm. ovsa) používána pro krmení hospodářských a zejm. tažných zvířat, která ji biologicky transformovala na energii kinetickou. Z hlediska využívání potenciálu naší krajiny je zajímavé, že přibližně stejná rozloha zemědělské půdy je v současnosti považována za “půdy s nižším produkčním potenciálem” a na její obhospodařování jsou vynakládány značné finanční prostředky formou dotací (např. nařízení vlády č. 505/2000 a novela 500/2001 Sb.).
Formy biomasy
Ke spalování je vhodná hlavně rostlinná biomasa (fytomasa) z různých druhů dřevin nebo dřevnatějících a slamnatých plodin, která má ve zcela suchém stavu velmi podobné chemické složení. Je tvořena přibližně z 44–48 % uhlíkem, 44 % kyslíkem a 5,5–6,5 % vodíkem. Z tohoto faktu také vyplývá skutečnost, proč je výhřevnost fytomasy různých plodin skoro stejná - obvykle se pohybuje mezi 17,5–19,5 MJ/kg v zcela suchém stavu. Velkou předností biopaliv oproti hnědému uhlí (nejrozšířenějšímu domácímu palivu) je, že až na výjimky neobsahují síru a jejich spalování tedy není zdrojem SO2. Obsah popela v biomase je velmi nízký, u dřeva se hodnoty pohybují v průměru okolo 1 %, ale často je jeho podíl i nižší.
Biomasu vhodnou pro výrobu energie je možno podle způsobu jejího vzniku rozdělit na následující 2 skupiny:
1. Zbytková (reziduální) a recyklovaná biomasa:
- sklizňové zbytky zemědělské prvovýroby, zejm. sláma obilná a řepková;
- těžební odpad z lesního hospodaření, např. z prořezávek, probírek a nehroubí z mýtní těžby (včetně tzv. palivového dříví - může být i záměrným produktem);
- biomasa z údržby břehových porostů, městské a krajinné zeleně (např. parky, stromořadí);
- spalitelný odpad z pilařské výroby, dřevozpracujícího a papírenského průmyslu;
- organické zbytky zemědělské výroby, zejm. chlévská mrva;
- organické nebo rostlinné zbytky ze zpracovatelského průmyslu, zejm. mlékárenského a potravinářského (např. rostlinné obaly olejnatých semen – slunečnice, tuky);
- odpadní dřevo ze stavebního průmyslu;
- vyřazené palety a dřevěné výrobky.
2. Záměrně produkovaná biomasa pro energetické využití zejm. z porostů speciálních plodin:
- dřeviny (tzv. rychle rostoucí): výmladkové plantáže topolů a vrb na zemědělské půdě;
- nedřevnaté rostliny: ozdobnice, energetické obilí a mnoho dalších (u nás šťovík krmný);
- palivové dříví (v některých případech).
Některé formy biomasy zejm. organického původu a nedřevnaté struktury uvedené ve výčtu jsou vhodné převážně k výrobě bioplynu nebo jiných biopaliv. Různé formy biomasy se postupně stávají žádanou surovinou pro průmysl, např. pro výrobu bioplastů (již se uplatňuje pro automobilový průmysl) nebo stavebních prvků. Výzkum se v poslední době zaměřuje na využití biomasy pro produkci kapalných biopaliv (tzv. rychlou pyrolýzou) a jako zdroj vodíku do palivových článků. Některé z těchto oblastí mohou být v budoucnu významným a ekonomicky zajímavým odběratelem biomasy.
Záměrné produkovaná biomasa a výmladkové plantáže RRD
Poměrně novým zdrojem biomasy jsou porosty speciálních plodin na zemědělské půdě, jejichž cílem je záměrná produkce biomasy k energetickému, nebo i průmyslovému využití. Jsou to druhy a sorty dřevin, trvalek nebo bylin, které jsou schopné vysokého výnosu nadzemní biomasy. Jejich růst a zejména objemová produkce (tuny/hektar/rok) při intenzivním pěstování výrazně převyšuje průměrné hodnoty ostatních plodin ve sledované oblasti. Pro rychle rostoucí dřeviny (RRD) považujeme za nadprůměrné výnosy od 8–10 tun a za vynikající nad 15 tun sušiny/ha/rok (100% sušiny) v průměru za celou dobu existence plantáže.
Tento způsob produkce biomasy se začal rozvíjet v posledních dvou desetiletích v západní Evropě (EU) a experimentálně v také v některých oblastech Severní Ameriky. Zatím nejpropracovanější způsob je produkce biomasy s využitím dřevin, který je v češtině nejčastěji označován jako výmladkové plantáže RRD. Narozdíl od dobře známých lesnických lignikultur topolů, které jsou sklízeny po 15–30 letech růstu, jsou výmladkové plantáže RRD na zemědělské půdě sklízeny ve velmi krátkém obmýtí (tzv. minirotaci) 3–7 let, kterou je možné opakovat několikrát po sobě bez nutnosti nové výsadby. Jejich produktem je (dřevní) biomasa využitelná zatím hlavně jako palivo (vytápění, sdružená výroba elektřiny), ale i jako průmyslová surovina (výroba tekutých paliv, farmak, konstrukčních materiálů). Záměrná produkce biomasy se může v brzké době stát důležitým aspektem v trendu využívání biomasy díky unifikované kvalitě, dobré plánovatelnosti produkce a svým dalším ekonomicko-sociálním přínosům. Podrobněji bychom se chtěli výmladkovými plantážemi zabývat v některém z dalších čísel Lesnické práce.
Potenciál půd pro záměrné pěstování biomasy
Mezi pozitivní faktory situace v ČR, z hlediska záměrného pěstování biomasy, patří velká rozloha tzv. marginálních zemědělských půd s nižším produkčním potenciálem z hlediska konvenční zemědělské produkce. ČR je ve srovnání s průměrem EU zemí s vysokým zorněním zemědělské půdy (73,8 % proti 53,5 %), která pokrývá 54,3 % rozlohy státu (v EU je to jen 41,5 %). Velká část zemědělské půdy (45 %) navíc leží v horských a podhorských oblastech s členitým kopcovitým terénem a tvrdými klimatickými podmínkami, kde v dnešní době není intenzivní zemědělská výroba ekonomicky efektivní.
Od roku 1990 narůstá rozloha neobdělávané půdy o 25 000–30 000 ha ročně a podle odhadů MZe (1999) je celková rozloha neobdělávané půdy 300 tis. ha (7 % zemědělského půdního fondu.). Tato půda je potenciálně využitelná pro RRD a jiné energetické plodiny. Dále lze k pěstování biomasy využít půd tzv. problémových, které jsou nevhodné pro potravinářskou produkci v důsledku nevhodné lidské činnosti. Jejich rozloha se odhaduje na 54 tis. ha. Po katastrofálních záplavách ve Slezsku a na Moravě v roce 1996 se také objevila možnost a zájem využít plantáže RRD na nově vzniklých náplavách a sedimentech, které nejsou pro klasickou rostlinnou výrobu vhodné (kamenitost, špatná kapilarita, málo humusu).
Odhad potenciálu biomasy v ČR
V roce 1997 byla britskou firmou CSMa za podpory MŽP provedena studie potenciálu obnovitelných zdrojů v ČR. Pro oblast biomasy se na studii podíleli pracovníci VÚKOZ Průhonice, kteří řešili výzkumný projekt zaměřený na produkci a využití biomasy v ČR (PPŽP/640/96). Studie hodnotila potenciál biomasy z několika zdrojů, mezi nimi i vybraných klonů topolů (rod Populus) a vrb (rod Salix), dále potenciál reziduální biomasy z lesů a zemědělství (sláma řepková a obilná). Produkční potenciál rychle rostoucích dřevin pro různé půdně-klimatické oblasti byl odvozen z výsledků výzkumných prací (ověřování klonů RRD pro produkci biomasy) VÚKOZ Průhonice. V případě lesní zbytkové biomasy se uvažovalo zejména nehroubí z mýtních a případně výchovných těžeb. Odebírané množství by v průměru nemělo přesáhnout hranici 0,2 tS/ha/rok z hlediska zachování koloběhu prvků a organické hmoty v lesním ekosystému. Odhad výnosů slámy u obilnin byl proveden dle komoditních zpráv MZe. Potenciál produkce biomasy u všech plodin byl hodnocen na třech úrovních podle bariér omezujících jeho využívání, a to jako: technický potenciál (omezení: rozloha, produkce plodiny), dostupný potenciál (omezení: životní prostředí – NP, CHKO, ochranná pásma) a realizovatelný potenciál (omezení: konkurence využití půdy pro jiné účely, např. pro jinou plodinu nebo využití).
V grafu je znázorněn jeden z výstupů studie, a to odhad potenciálu reziduální a záměrně pěstované biomasy (zde výmladkových plantáží RRD - pravý sloupec). Graf je doplněn údaji staršího odhadu potenciálu biomasy (druhý sloupec zprava) a oficiálními údaji MŽP o využívání biomasy v uvedených letech.
Z výsledků studie a po srovnání s jinými expertními odhady potenciálu produkce biomasy je možno vyslovit tyto závěry a shrnutí:
- ČR patří podle různých analýz mezi země s relativně vysokým potenciálem biomasy, který se pohybuje okolo 9–12,5 mil. tun suché hmoty za rok (SLADKÝ 1996, SCHOLES et al. 1997). V případě, že by byl odhadovaný potenciál biomasy rozvinut a využit, tak by se biomasa mohla podílet na energetické bilanci ČR až 12 % (samozřejmě v delším časovém horizontu);
- z celkového potenciálu biomasy je 5,1–6,5 mil. tun/rok tzv. zbytkové biomasy, z toho je v současnosti využíváno podle odhadů MŽP okolo 1,9 mil. tun, což je přibližně 1/3 potenciálu zbytkové biomasy a 1/5 celkového realizovatelného potenciálu biomasy,
- potenciál záměrně pěstované biomasy formou výmladkových plantáží RRD se odhaduje na 4–6 mil. tun/rok (sušiny), který by však mohl být dosažen podle našeho odhadu za 15–20 let, pokud by byl nárůst rozlohy plantáží optimální.
Použitá literatura je k dispozici u autora příspěvku.
Ing. Jan Weger
VÚKOZ, odd. fytoenergetiky,
Květnové náměstí 391, 252 43 Průhonice
e-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.