Rośliny energetyczne – czym jest ta alternatywa dla produkcji roślinnej?

W tym artykule:

1. Czym są rośliny energetyczne?
2. Rodzaje roślin energetycznych
3. Uprawy energetyczne
4. Rośliny energetyczne w Polsce

Zmiany klimatyczne postępują na naszych oczach, tymczasem zapotrzebowanie energetyczne nie maleje. Konieczność zintensyfikowania działań, zmierzających do poprawy stanu środowiska naturalnego, pociągnęła za sobą poszukiwania nowych źródeł energii. Takich, które są odnawialne, ekologiczne i nie zwiększają emisji CO₂.

Każda roślina, którą można wysuszyć i spalić, jest w stanie uwolnić energię. Istnieją jednak gatunki sprawdzające się lepiej w roli paliwa niż inne. Właśnie takie rośliny określa się mianem energetycznych. Celem ich uprawy i przetwarzania jest przynajmniej częściowe zastąpienie paliw płynnych i stałych ich bardziej ekologicznymi odpowiednikami w postaci biopaliw i biomasy. Takie działanie służy redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, przede wszystkim dwutlenku węgla.

Czym są rośliny energetyczne?

Mówiąc o roślinach energetycznych, na myśli trzeba mieć rośliny uprawiane w celu uzyskania biomasy. Ta ma być przeznaczona do produkcji paliwa ciekłego, biogazu, paliwa stałego (pelletu lub brykietu), energii elektrycznej i cieplnej. Żeby dana roślina mogła być określana mianem energetycznej, musi spełniać ściśle określone kryteria:

• jej wartość opałowa musi zamykać się w przedziale od 15 do 19 MJ/kg,
• zawartość siarki nie może przekroczyć 1 proc.,
• wilgotność musi być niższa niż 10 proc.,
• zawartość popiołu nie może przekraczać 1,5 proc.,
• musi dawać obfite plony, które nadają się do spalenia,
• musi charakteryzować się szybkim tempem i krótkim okresem wzrostu,
• nie może przedstawiać dużych wymagań względem podłoża, na którym rośnie,
• musi wykazywać odporność na choroby, czynniki atmosferyczne i zjawiska fizyczne,
• koszt uprawy i produkcji roślinnej musi kształtować się na niskim poziomie, żeby uzyskiwanie energii z biomasy było opłacalne.

Powyższe wymogi określają parametry jakościowe i warunki uprawy roślin energetycznych i w ten sposób definiują ich przydatność w procesie produkcji biopaliw. Mając na względzie powyższe czynniki, można powiedzieć, że roślinami energetycznymi są gatunki, które w krótkim czasie uzyskują znaczne przyrosty masy, nadające się do spalenia i uwalniające znaczne ilości energii w tym procesie.

Kilka roślin doniczkowych, które warto mieć w swojej sypialni

Nie można jednak nie wspomnieć, że nie wszystkie rośliny, klasyfikowane w tej kategorii, wykazują znaczny potencjał energetyczny. Takie gatunki wchodzą w skład pelletu agro. To celowe działanie. Takie paliwo stałe składa się nie tylko z roślin, ale także z bioodpadów, więc jego końcowy bilans energetyczny jest całkowicie satysfakcjonujący, a jego produkcja pozwala ograniczyć ilość odpadów.

Rodzaje roślin energetycznych

Do wytworzenia energii cieplnej nadają się trzy typy roślin:

• byliny, czyli rośliny zielone żyjące dłużej niż 2 lata (m.in. topinambur i ślazowiec pensylwański),
• trawy wieloletnie (m.in. palczatka Gerarda, mozga trzcinowa, miskant, spartina preriowa i proso rózgowate),
• drzewa i krzewy, które łatwo odrastają po ścięciu (m.in. topola, wierzba i robinia akacjowa).

Do uprawy energetycznej najczęściej wybierane są rośliny, których okres użytkowania nie jest krótszy niż 15 lat. Takie działanie pozwala znacząco obniżyć koszty uprawy i w konsekwencji – także finalną cenę biopaliwa.

Do produkcji paliwa stałego najlepiej nadają się drzewa energetyczne. Wynika to z faktu, że to właśnie ten rodzaj roślin energetycznych charakteryzuje się najwyższą wartością opałową, niską wilgotnością i pozostawia niewielką ilość popiołu. W procesie spalania, trawy i byliny pozostawiają wyraźnie więcej popiołu, a w kontekście parametrów jakościowych plasują się bliżej standardowej biomasy niż roślin energetycznych. Nie można jednak nie wspomnieć, że gatunki reprezentujące te rodzaje mogą dać dużo pędów w krótkim czasie, a ich uprawa wymaga minimalnych nakładów finansowych.

Na cele paliwowe, uprawiane są:

• rośliny oleiste (m.in. rzepak, słonecznik i len),
• rośliny cukrowe i skrobiowe (m.in. ziemniaki, buraki cukrowe i zboża).

Uprawy energetyczne

Kierując się definicją roślin energetycznych, należy uznać, że uprawy energetyczne to takie, które nie wytwarzają żywności, a rośliny służące pozyskaniu biomasy na cele energetyczne. W tym miejscu należy podkreślić, że odpady pochodzące z roślin uprawianych na cele przemysłowe i żywnościowe także w pewnym stopniu zaspokajają potrzeby energetyczne, ale taka uprawa nie może być klasyfikowana jako energetyczna.

Rośliny energetyczne w Polsce

Rośliny energetyczne uprawiane w Polsce należy dzielić ze względu na ich finalne przeznaczenie. Inne gatunki są przeznaczone na cele paliwowe, a inne – na grzewcze.

Największa roślina na świecie ma 180 km długości. Właśnie odkryto ją w Australii

Największa roślina na świecie ma kilka tysięcy lat, ale to jej rozmiary najbardziej zainteresowały naukowców. Wiadomo, dlaczego jest tak wielka.

Do pierwszej grupy zaliczane są przede wszystkim rośliny oleiste: rzepak, len, słonecznik, konopie i lnianka. Do produkcji paliwowej służą także rośliny skrobiowe i cukrowe: zboża, kukurydza, ziemniaki, buraki cukrowe i półcukrowe. Największy udział w produkcji biodiesla i dodatków do paliw nieodnawialnych ma rzepak, w nieco mniejszym stopniu wykorzystywany jest len i słonecznik. Etanol pozyskuje się przede wszystkim z buraków cukrowych, ziemniaków i zbóż.

Do celów grzewczych, w Polsce uprawia się trzy typy roślin energetycznych:

• rośliny drzewiaste: wierzba energetyczna, wiciowa i ostrolistna, topola hybrydowa, grochodrzew,
• rośliny zielone: ślazowiec pensylwański, topinambur, róża energetyczna, konopie siewne, rdest, rożnik przerośnięty,
• rośliny trawiaste: mozga trzcinowa, miskantus, trzcina pospolita, palczatka Gerarda, tymotka łąkowa, manna mielec, kostrzewa trzcinowa, spartyna grzebieniasta, rajgras wyniosły, proso rózgowate.

Poniżej przedstawiamy wybrane parametry jakościowe najpopularniejszych roślin energetycznych uprawianych w Polsce:

• wierzba energetyczna – wartość opałowa: 19,23 MJ/kg, wilgotność: 5,91 proc., zawartość popiołu: 1,10 proc., zawartość siarki: 0,8 proc.,
• topola hybrydowa – wartość opałowa: 18,76 MJ/kg, wilgotność: 7,76 proc., zawartość popiołu: 1,22proc., zawartość siarki: 0,43 proc.,
• róża energetyczna – wartość opałowa: 18,75 MJ/kg, wilgotność: 6,87 proc., zawartość popiołu: 2,65 proc., zawartość siarki: 0,58 proc.
• miskant olbrzymi – wartość opałowa: 16,28 MJ/kg, wilgotność: 9,67 proc., zawartość popiołu: 6,89 proc., zawartość siarki: 0,23 proc.,
• topinambur – wartość opałowa: 15,31 MJ/kg, wilgotność: 10 proc., zawartość popiołu: 5,36 proc., zawartość siarki: 0,15 proc.

Najlepsze parametry wykazują rośliny energetyczne drzewiaste. Przykładowo, wierzba energetyczna, najpopularniejsza roślina energetyczna w Polsce, charakteryzuje się wyjątkowo szybkim wzrostem pędów przy zbiorach w drugim lub trzecim roku uprawy. Ma minimalne wymagania glebowe i może rosnąć nawet na nieużytkach. Założenie plantacji nie wiąże się z dużymi nakładami finansowymi, a okres jej eksploatowania dochodzi do 20 lat. Należy tylko pamiętać, że nie można jej sadzić przy systemach drenarskich. Jeżeli na danym obszarze występuje słaby opad roczny, warto rozważyć rezygnację z sadzenia innych roślin w pobliżu wierzb. Wynika to z faktu, że drzewa wchłoną całą wodę, łącznie z zapasami innych gatunków.

Podobne parametry do tych, które przedstawia wierzba energetyczna, wykazuje topola hybrydowa. Oba gatunki charakteryzują się zbliżonym okresem wzrostu i zbioru, pozwalają też uzyskać porównywalną ilość suchej masy z jednego hektara.

Gatunkiem, który cechuje się dużą popularnością w uprawach energetycznych jest też topinambur, czyli słonecznik bulwiasty. Roślina charakteryzuje się dużą odpornością na suszę i mróz i szybko się rozsiewa. Ponadto, korzeń topinamburu jest jadalny, więc w tym przypadku uprawa energetyczna ma też częściowo charakter spożywczy.

Ciekawym przedstawicielem gatunków energetycznych jest róża energetyczna, czyli wielokwiatowa. Krzew ten charakteryzuje się znaczną ilością pędów i rozgałęzień, jest obficie ukwiecony i nie jest kapryśny w kwestii podłoża. Różę energetyczną bez przeszkód można uprawiać na nieużytkach, ugorach i obszarach z przeznaczeniem pod rekultywację. Zależnie od rodzaju gleby, już jeden hektar pozwala uzyskać plon w postaci nawet 15 ton biomasy.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.