Mo¿liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych

Mo¿liwoœci wykorzystania runi ³¹kowej do celów energetycznych

W. H

, M. W

, J. S

, H. L

, T. W

, Z. C

M. K

1Katedra £¹karstwa i Kszta³towania Krajobrazu,²Katedra Biologii Roœlin, Wydzia³ Nauk Rolniczych w Zamoœciu, Akademia Rolnicza w Lublinie

The possibility of meadow sward use for energy purposes

Abstract. Recently, considerable areas of grassland have been receiving various direct farm sub- sidies. As a result of the implementation of the Agri-Environment Scheme, especially packages for extensive meadow and pasture utilization, the obtained biomass is low-quality fodder, which requires finding other uses for it. Using meadow sward for energy purposes is one of the possible options. Initial research in this respect was conducted in 2006 and 2007 on grasslands of south-eastern Poland and they indicated that meadow plants can be used for energy purposes. The added advantage of the plant material under study is that it is environment-friendly and renew- able.

K e y w o r d s: meadow sward, energy purposes

1. Wstêp

W ostatnich latach znaczne powierzchnie u¿ytków zielonych zosta³y objête ró¿nymi dop³atami bezpoœrednimi. W nastêpstwie realizacji programu rolnoœrodowiskowego, a zw³aszcza pakietów dotycz¹cych ekstensywnej gospodarki ³¹kowo-pastwiskowej, pozyskiwana biomasa wykazuje nisk¹ wartoœæ paszow¹, dlatego jest konieczne inne jej zagospodarowanie (JE¯OWSKI, 2003; MINISTERSTWO ROLNICTWA i ROZWOJU WSI, 2006; Agencja restrukturyzacji i modernizacji rolnictwa, 2007). Równie¿ na skutek ró¿- nych czynników, g³ównie takich jak brak melioracji oraz ma³a op³acalnoœæ produkcji zwierzêcej, spad³o zapotrzebowanie na paszê pastwiskow¹ i siano, co w konsekwencji przyczyni³o siê do zmniejszenia produkcji oraz pojawienia siê nieu¿ytkowanych ³¹k i pastwisk. Jedn¹ z mo¿liwoœci jest wykorzystanie roœlinnoœci zbiorowisk ³¹kowych do celów energetycznych (KOŒCIKi wsp., 2003; SZCZUKOWSKIi wsp., 2001; SZCZUKOWSKI

i TWORKOWSKI, 2003). Przemys³owe wykorzystanie biomasy roœlin uprawnych wymaga wiedzy o mo¿liwych do uzyskania plonach w celu zapewnienia systematycz- nych dostaw surowca dla przemys³u (STOLARSKIi wsp., 2006; SULIMA, 2006). St¹d, ocena w³aœciwoœci energetycznych, g³ównie ciep³a spalania i wartoœci opa³owej, ale równie¿ zawartoœci chloru i siarki jest niezmiernie wa¿na, bowiem czynniki te wywie- PL ISSN 1506-5162 ISBN 978-83-89250-51-3

raj¹ du¿y wp³yw na warunki technologiczne procesu przerobu i jakoœæ uzyskanego pro- duktu.

Celem pracy jest przedstawienie mo¿liwoœci wykorzystania roœlinnoœci zbiorowisk

³¹kowych do celów energetycznych.

2. Materia³ i metody

Badania prowadzono w latach 2006-2007 na u¿ytkach zielonych po³udniowo- -wschodniej Polski. W 2006 roku pobrano próbki runi ³¹kowej z wybranych siedlisk Pado³u Zamojskiego, Roztocza i Pojezierza £êczyñsko-W³odawskiego (tab. 1). Sk³ad gatunkowy szuwaru z Carex gracilis oraz runi z ³¹ki 1- i 3-koœnej okreœlono na podsta- wie analiz botaniczno-wagowych siana. Ponadto z runi ³¹ki w Sosnowicy pobrano próbki nastêpuj¹cych gatunków traw (w fazie pe³ni k³oszenia): Dactylis glomerata, Pha- laris arundinacea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius, Cala- magrostis epigejos i Phragmites australis, natomiast z szuwaru próbki Carex gracilis.

Materia³ roœlinny poddano analizom w Laboratorium TL Elektrociep³owni Elbl¹g, gdzie oznaczono œredni¹ wartoœæ z 4 powtórzeñ:

– ciep³o spalania (MJ kg^–1) – PN–81/G–04513 – wartoœæ opa³ow¹ (MJ kg^–1)

– substancjê paln¹ (%)

Tabela 1. Pochodzenie i sk³ad gatunkowy runi ³¹kowej Table 1. Origin and species composition of meadow sward Region

Region

Obiekt Object

Roœlinnoœæ Vegetation

Sk³ad gatunkowy Species composition

Padó³ Zamojski Zamoœæ Depression

1 szuwar z Carex gracilis rush with Carex gracilis

Scirpus silvaticus 34,1%; Carex gracilis 25,6%; Glyceria maxima

12,4%, pozosta³e – other 27,9%

4 Carex gracilis 100%

Roztocze Roztochia

2 siano z ³¹ki 1-koœnej hay of 1-cut meadow

Phalaris arundinacea 33,2%; Poa pratensis 19,2%; Bromus inermis 15,2%; pozosta³e – other 32,4%

Pojezierze £êczyñ- sko-W³odawskie –

Sosnowica

£êczyñsko- -W³odawskie Lake

District – Sosno- wica

3 siano z ³¹ki 3-koœnej hay of 3-cut meadow

Poa pratensis 59,8%; Alopecurus pratensis 19,2%; pozosta³e –

other 21,0%

5 Dactylis glomerata 100%

6 Phalaris arundinacea 100%

7 Festuca arundinacea 100%

8 Bromus inermis 100%

9 Arrhenatherum elatius 100%

10 Calamagrostis epigejos 100%

11 Phragmites australis 100%

– zawartoœæ popio³u (%) – PN–ISO 1171

– zawartoœæ siarki ca³kowitej (%) – PN–G–04584 – zawartoœæ chloru (%) – PN–ISO 587 pkt. 7.2.1.

– zawartoœæ wêgla (%) – PN–G–04571

3. Wyniki i dyskusja

Ciep³o spalania badanego materia³u roœlinnego waha³o siê w granicach od 17,08 (szuwar z Carex gracilis) do 19,11 MJ kg^–1s.m. (Phalaris arundinacea) (ryc. 1), zatem by³o wy¿sze od ciep³a spalania Sida hermaphrodita (SZCZUKOWSKI i wsp., 2006) wynosz¹cego 11,91-14,46 MJ kg^–1 s.m., zaœ zbli¿one do ciep³a spalania Salix ssp. – 18,6-19,6 MJ kg^–1s.m. (MACPHERSON, 1995).

Wartoœæ opa³owa badanego materia³u roœlinnego kszta³towa³a siê w zakresie od 16,0 MJ kg^–1 (szuwar z Carex gracilis) do 18,0 MJ kg^–1 (Phalaris arundinacea) (ryc. 2).

Wy¿sz¹ wartoœci¹ opa³ow¹ (17,3-18,0 MJ kg^–1) charakteryzowa³o siê siano z ³¹ki 3-koœnej, Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Arrhenatherum elatius i Calama- grostis epigejos, zaœ ni¿sz¹ (16,0-16,5 MJ kg^–1) Carex gracilis, siano z ³¹ki 1-koœnej, Bromus inermis i Phragmites australis. Zatem wartoœæ opa³owa badanego materia³u roœlinnego by³a zbli¿ona do wartoœci opa³owej obcych gatunków traw, takich jak:

Miscanthus sacchariflorus (19,0 MJ kg^–1), Spartina pectinata (16,8 MJ kg^–1), Andropo- gon gerardi (17,1 MJ kg^–1), wykorzystywanych do celów energetycznych (SAWICKI

i KOŒCIK, 2003).

Ciep³o spalania – Heat of combustion 17,3 17,7

18,7 18,4 17,9 17,5

18,7 19,1

17,08 18,7 17,6

0 5 10 15 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

MJ kg^–1

Objaœnienia – Explanations: 1. szuwar z Carex gracilis – rush with Carex gracilis; 2. siano z ³¹ki 1-koœnej – hay of 1-cut meadow; 3. siano z ³¹ki 3-koœnej – hay of 3-cut meadow; 4. Carex graci- lis; 5. Dactylis glomerata; 6. Phalaris arundinacea; 7. Festuca arundinacea; 8. Bromus inermis;

9. Arrhenatherum elatius; 10. Calamagrostis epigejos; 11. Phragmites australis Ryc. 1. Ciep³o spalania badanej roœlinnoœci (MJ kg^–1) Fig. 1. Heat of combustion of tested vegetation (MJ kg^–1)

Zawartoœæ popio³u w materiale roœlinnym by³a bardziej zró¿nicowana ni¿ ciep³o spa- lania i jego wartoœæ opa³owa. Mniejsz¹ zawartoœci¹ popio³u (4,1-5,5%) wyró¿nia³o siê siano z ³¹ki 3-koœnej oraz Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Festuca arundina- cea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius i Calamagrostis epigejos. Z kolei wysok¹ zawartoœæ popio³u (8,9-11,3%) stwierdzono w: Carex gracilis, Phragmites australis, szuwarze z Carex gracilis i sianie z ³¹ki 1-koœnej (ryc. 3). W badaniach przeprowadzo- nych przez SAMSONi in. (2000), zawartoœæ popio³u, pozostaj¹cego po spaleniu siana z Phalaris arundinacea wynosi³a 6,3%, a z Phragmites australis 7,5%. Zawartoœci te by³y nawet kilkakrotnie wy¿sze ni¿ w s³omie gatunków pochodz¹cych z siedlisk kserotermicz- nych, takich jak Spartina pectinata (1,6%), Panicum virgatum (1,7%), Andropogon gerardi (1,8%) i Miscanthus sinensis (2,0%). Pod wzglêdem zawartoœci popio³u s³oma z gatunków

Wartoœæ opa³owa – Net calorific value

16,2 16,6 16,5

16,03 17,6 17,6 18 16,8 16,4 17,6 17,3

0 5 10 15 20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

MJ kg^–1

Objaœnienia jak w ryc. 1 (explanation like in fig. 1) Ryc. 2. Wartoœæ opa³owa badanej roœlinnoœci (MJ kg^–1) Fig. 2. Net calorific value of tested vegetation (MJ kg^–1)

Popió³ – Ash 11,3

9,8

5,3 5,5 5,4 5,3

5,5 5,5 4,1

11,2

8,9

0 2 4 6 8 10 12 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%

Objaœnienia jak w ryc. 1 (explanation like in fig. 1) Ryc. 3. Zawartoœæ popio³u w badanej roœlinnoœci (%)

Fig. 3. Ash content in tested vegetation (%)

kserotermicznych jest porównywalna do biomasy uzyskanej z plantacji szybko rosn¹cych drzew i Sida hermafrodita (BORKOWSKAi STYK, 2006; DENISIUK, 2006).

Najni¿sz¹ zawartoœæ substancji palnej odnotowano w sianie z ³¹ki 1-koœnej (88,7%) oraz w roœlinnoœci szuwarowej (88,8%), natomiast najwy¿sz¹ zawartoœci¹ odznacza³o siê siano z ³¹ki 3-koœnej (95,9%) oraz gatunki traw (94,5-94,7%): Dactylis glomerata, Phalaris arundinacea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius i Calamagrostis epigejos (ryc. 4).

Najni¿sz¹ zawartoœci¹ siarki (0,14-0,19%) wyró¿nia³y siê Phragmites australis, Calamagrostis epigejos, Arrhenatherum elatius i Dactylis glomerata (ryc. 5). Natomiast w pozosta³ych próbach roœlinnych zawartoœæ siarki by³a wy¿sza (0,20-0,27%). Zdaniem

Substancja palna – Combustible substance

88,7 90,2 91,1

88,8

95,9 94,5 94,5 94,6 94,7 94,7 94,5

60 70 80 90 100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%

Objaœnienia jak w ryc. 1 (explanation like in fig. 1) Ryc. 4. Zawartoœæ substancji palnej w badanej roœlinnoœci (%) Fig. 4. Content of combustible substance in tested vegetation (%)

Siarka ogólna – Sulfur total

0,2 0,23

0,14

0,23 0,22

0,19 0,27

0,22 0,2 0,18 0,16

0 0,1 0,2 0,3 0,4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%

Objaœnienia jak w ryc. 1 (explanation like in fig. 1) Ryc. 5. Zawartoœæ siarki ogólnej w badanej roœlinnoœci (%)

Fig. 5. Content of sulfur total in tested vegetation (%)

FALKOWSKIEGOi wsp. (1990) zawartoœæ siarki w trawach mieœci siê najczêœciej w grani- cach od 0,2 do 0,8%.

Wa¿nym parametrem przy ocenie wartoœci energetycznej biomasy jest zawartoœæ chloru, którego obecnoœæ wp³ywa na eksploatacjê systemów grzewczych, gdy¿ przy- spiesza korozjê pieców. Zawartoœæ chloru w badanym materiale roœlinnym by³a bardzo zró¿nicowana. Najni¿sz¹ zawartoœci¹ chloru wyró¿nia³y siê Calamagrostis epigejos (0,23%), Phragmites australis (0,25%) i Dactylis glomerata (0,28%), a tak¿e stosun- kowo nisk¹ siano z ³¹ki 1-koœnej i Arrhenatherum elatius (0,38%). Uwagê zwraca wysoka zawartoœæ chloru w sianie z ³¹ki 3-koœnej (0,79%). Z literatury wynika bowiem,

¿e w wyniku opóŸnienia zbioru biomasy spada w niej zawartoœæ chloru (KRISTENSEN, 2003).

Chlor – Chlorine

0,38 0,48

0,25 0,57

0,79

0,28

0,46 0,42 0,41 0,38 0,23

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%

Objaœnienia jak w ryc. 1 (explanation like in fig. 1) Ryc. 6. Zawartoœæ chloru w badanej roœlinnoœci (%) Fig. 6. Chlorine content in tested vegetation (%)

Wêgiel – Carbon

46 47,7 47,5

48 52,3 52,1 50,5 50,8 51,6 51,7 52,2

0 10 20 30 40 50 60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

%

Objaœnienia jak w ryc. 1 (explanation like in fig. 1) Ryc. 7. Zawartoœæ wêgla w badanej roœlinnoœci (%)

Fig. 7. Carbon content in tested vegetation (%)

Zawartoœæ wêgla w badanym materiale roœlinnym, podobnie jak w przypadku warto- œci opa³owej i ciep³a spalania by³a ma³o zró¿nicowana. Ni¿sz¹ zawartoœæ tego sk³adnika (46,0- 48,0%) zawiera³ szuwar z Carex gracilis, a tak¿e Carex gracilis, siano z ³¹ki 1-koœnej i Phragmites australis, zaœ na pozosta³ych obiektach zawartoœæ wêgla by³a wy¿sza i kszta³towa³a siê w zakresie 50,5-52,3% (ryc. 7).

4. Wnioski

• Badana roœlinnoœæ ³¹kowa by³a bardziej zró¿nicowana pod wzglêdem zawartoœci popio³u, siarki i chloru ni¿ wartoœci opa³owej, ciep³a spalania i zawartoœci wêgla.

• Ciep³o spalania badanego materia³u roœlinnego kszta³towa³o siê w granicach od 17,08 (szuwar z Carex gracilis) do 19,11 MJ kg^–1(Phalaris arundinacea) i by³o zbli¿one do ciep³a spalania Salix spp. (18,6-19,6 MJ kg^–1), zaœ wy¿sze od ciep³a spalania Sida hermaphrodita (11,91-14,46 MJ kg^–1).

• Najlepszymi w³aœciwoœciami energetycznymi (ciep³o spalania i wartoœæ opa³o- wa) odznacza³a siê Phalaris arundinacea.

• Nisk¹ zawartoœci¹ chloru wyró¿nia³y siê Dactylis glomerata, Calamagrostis epi- gejos i Phragmites australis.

Literatura

AGENCJA RESTRUKTURYZACJI I MODERNIZACJI ROLNICTWA, 2007. P³atnoœci do upraw roœlin energetycznych w 2007 roku, ss. 10.

BORKOWSKAH., STYKB., 2006. Œlazowiec pensylwañski (Sida hermaphrodita Rusby). Uprawa i wykorzystanie. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, ss. 69.

DENISIUK, 2006. Energia roœlinna jako Ÿród³o surowców energetycznych. In¿ynieria Rolnicza, 5 (80), 123-131.

FALKOWSKIM., KUKU£KAI., KOZ£OWSKIS., 1990. W³aœciwoœci chemiczne roœlin ³¹kowych.

Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Poznaniu, ss. 112.

JE¯OWSKIS., 2003. Roœliny energetyczne – produktywnoœæ oraz aspekt ekonomiczny, œrodowi- skowy i socjalny ich wykorzystania jako ekobiopaliwa. Postêpy Nauk Rolniczych, 3, 61-73.

MACPHERSONG., 1995. Home-Grown energy from short rotation coppice. Farming Press North America, 214.

MINISTERSTWO ROLNICTWA I ROZWOJU WSI, 2006. Chroñmy mokrad³a. Pakiety Przyrodnicze Programu Rolnoœrodowiskowego 2007-2013, czyli jak rolnik mo¿e chroniæ przyrodê i zarabiaæ pieni¹dze, ss. 12.

KOŒCIKB. (red.), 2003. Roœliny energetyczne. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, ss.

146.

KRISTENNSENE.F., 2003. Harvesting and handling of miscanthus – Danish experiences. Proce- dings of the 1^stMeeting of IEA-Bioenergy Task 30, Denmark, September 22-25, 2001. In:

Jørgensen U & T. Verwijst (eds.), DIAS report – Plant production, 86, 41-46.

SAMSONR., DUXBURYP., MULKINSL., 2000. Research and development of fibre crops in cool season regions of Canada. Procedings of the final conference COST Action 814 “Crop development for the cool and wet regions of Europe”, Pordenone, Italy, 555-565.

SAWICKIB., KOŒCIKK., 2003. Trawy i zbiorowiska trawiaste. W: KOŒCIKB. (red.) Roœliny ener- getyczne. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Lublinie, 111-135.

STOLARSKIM., WRÓBLEWSKAH., SZCZUKOWSKIS., TWORKOWSKIJ., KWIATKOWSKIJ., CICHY W., 1996. Charakterystyka biomasy wierzby i œlazowca pensylwañskiego jako potencjal- nego surowca przemys³owego. Fragmenta Agronomica, 3, 277-289.

SULIMAP., PRZYBOROWSKIJ.A., STOLARSKIM., 2006. Ocena przydatnoœci wybranych gatun- ków wierzby do celów energetycznych. Fragmenta Agronomica, 3, 290-299.

SZCZUKOWSKIS., TWORKOWSKIJ., PIECHOCKIJ., 2001. Nowe trendy wykorzystania biomasy pozyskiwanej na gruntach rolniczych do wytwarzania energii. Postêpy Nauk Rolniczych, 6, 87-96.

SZCZUKOWSKIS., TWORKOWSKIJ., 2003. Produkcja wieloletnich roœlin energetycznych w regio- nie Warmii i Mazur – Stan aktualny i perspektywy. Postêpy Nauk Rolniczych, 3, 75-84.

SZCZUKOWSKIS., KOŒCIKB., KOWALCZYK-JUŒKOA., TWORKOWSKIJ., 2006. Uprawa i wyko- rzystanie roœlin alternatywnych na cele energetyczne. Fragmenta Agronomica, 3, 300-315.

The possibility of meadow sward use for energy purposes

W. HARKOT¹, M. WARDA¹, J. SAWICKI¹, H. LIPIÑSKA¹, T. WY£UPEK², Z. CZARNECKI¹, M. KULIK¹

1Department of Grassland and Landscape Forming,²Department of Plant Biology, Faculty of Agricultural Sciences in Zamosc, Agricultural University of Lublin

Summary

The aim of this study is to present the possibility of meadow sward use to energy purposes.

Initial research in this respect was conducted in 2006 and 2007 on grasslands of south-eastern Poland (the Zamoœæ Depression, Roztochia and the £êczyñsko-W³odawskie Lake District – Sosnowica). In 2006 samples of rush with Carex gracilis, hay of 1-cut and 3-cut meadow as well as samples of Carex gracilis and selected grass species (Dactylis glomerata, Phalaris arundina- cea, Festuca arundinacea, Bromus inermis, Arrhenatherum elatius, Calamagrostis epigejos, Phragmites australis) were collected and analysed at the TL Laboratory of a power and heat-gene- rating plant, Elektrociep³ownia Elbl¹g. The content of ash, combustible substance, total sulphur, chlorine and carbon as well as the heat of combustion and calorific value were determined in the plant material. The initial researches indicated that meadow plants can be used for energy purpo- ses. The heat of combustion of the plant material under study ranged from 17.08 to 19.11 MJ kg^–1,

exceeding the heat of combustion of Sida hermaphrodita that amounted to 11.0 MJ kg^–1and approximating the heat of combustion of Salix ssp.

Recenzent – Reviewer: Stanis³aw Koz³owski

Adres do korespondencji – Address for correspondence:

Prof. dr hab. Wanda Harkot

Katedra £¹karstwa i Kszta³towania Krajobrazu, Akademia Rolnicza w Lublinie ul. Akademicka 15, 20–950 Lublin

tel. (081) 445–67–24

e–mail: wanda.harkot@ar.lublin.pl