V současné době se nabízí možnost využití zemědělského půdního fondu i pro nepotravinářskou produkci. Stále větší pozornost se věnuje obnovitelným zdrojům energie. Biomasa pro energetické využití splňuje požadavky zemědělské výroby z hlediska produkčního i mimoprodukčního. Tento směr představuje velkou šanci nejen pro zemědělství, ale i pro zpracovatelský průmysl. Důvodem pro využívání biomasy jsou snižující se zásoby neobnovitelných zdrojů energie z fosilních paliv, jejich rostoucí cena a nepříznivé dopady na životní prostředí při jejich spalování.
Biomasu rostlinného původu, např. dřevo, stromovou kůru, hlavní a vedlejší produkty zemědělských plodin apod., je možno využít mnoha způsoby. Lze ji přímo spalovat nebo z ní vyrábět kapalná biopaliva (alkohol, bionaftu), případně bioplyn. Před třemi lety byl publikován přehled o podílu biomasy pro energetické využití v jednotlivých evropských státech (tab. 1).
Kukuřice – energetická plodina
Kukuřice je jednou z plodin, která splňuje výše uvedená kriteria. Ve světě se pěstuje především na zrno. Z celkové světové produkce se podstatná část (cca 70 %) uplatňuje především ve výživě hospodářských zvířat, pro výživu lidí slouží asi 20 %. Přibližně 5 % se používá k průmyslovému zpracování a asi 2 % jako osivo. Kukuřice a její vedlejší produkty jsou také surovinou pro papírenský, chemický, farmaceutický a stavební průmysl. Při průmyslovém zpracování se jedná především o využití škrobu, který se vyskytuje u rostlin jako rezervní látka v podobě škrobových zrn uložených převážně v semenech, hlízách, kořenech a listech. Získávání škrobu ze zrna kukuřice je nejefektivnější, protože má nejvyšší obsah škrobu v zrně (75 – 86 %) proti ostatním obilninám (pšenice 62 - 70 %, ječmen 54 – 60 %). Kukuřičný škrob lze po dosažení odpovídající technické úrovně získat rovněž ze sešrotovaných kukuřičných vřeten (obsahují až 50 % škrobu v sušině). V poslední době je v chemickém průmyslu velmi ceněn jako surovina pro výrobu plastů s ohledem na řešení problému s odpady, respektive s jejich odbouráváním. Využití přírodního škrobu v nepotravinářském sektoru je ve výrobě papíru, lepenky, textilního škrobu, lepidel, sádrokartonových desek aj. Modifikovaný škrob se uplatňuje při výrobě chemikálií, plastů, polyuretanů, polyfenolických pryskyřic, organických kyselin a farmaceutických výrobků.
Kromě uvedeného upotřebení škrobu se velká pozornost věnuje také jeho zpracování na etanol. Obsah škrobu a výtěžnost etanolu z různých polních plodin uvádí tab. 2.
Jako obnovitelný zdroj energie může sloužit nadzemní biomasa tradičních plodin, především pak posklizňové zbytky, jako je sláma obilnin včetně kukuřice, slunečnice, řepky a jiných plodin. Zemědělské plodiny mají podobný energetický obsah na 1 g sušiny jako dřevo. Obecně se uvádí, že 1 g sušiny rostlinné biomasy obsahuje průměrně 16,74 kJ energie. V tabulce 3 jsou uvedeny hodnoty spalného tepla u některých plodin a fosilních paliv.
Spalné teplo u kukuřice
Na katedře pícninářství ČZU v Praze jsme se zabývali stanovením spalného tepla u kukuřice. Z dosažených výsledků vyplývá, že obsah energie v jednotlivých částech rostliny dosahuje v průměru 17,5 kJ.g-1 sušiny. V průběhu vegetace dochází k postupnému zvyšování celkového množství energie v rostlinách. V době dozrávání se nejvíce energie akumuluje v palicích, naopak nejméně v listech. Rostlina kukuřice je podle typu hybridu tvořena přibližně z 50 - 60 % palicemi, zbytek připadá na stonky a listy. Při průměrném výnosu zrna v České republice 6,6 t.ha-1 je vyprodukováno zhruba stejné množství vedlejšího produktu. Energetický zisk posklizňových zbytků tedy činí 115,5 GJ.ha-1. Sláma kukuřice tak může poskytovat snadno dostupný zdroj energie z obnovitelných zdrojů.
Pro přímé spalování biomasy je limitujícím faktorem její vlhkost. Vhodné jsou energetické rostliny s nízkou sklizňovou vlhkostí a s nízkým obsahem dusíku. Rostliny dužnaté s vyšším obsahem dusíku jsou vhodnější k produkci bioplynu. Biopaliva lze úspěšně spalovat při obsahu vody 20 - 30 %, nad 60 % vlhkosti se nedají jako paliva použít. Čím vyšší je obsah vody v biomase, tím více tepla je spotřebováno na její vysušení a ohřátí. Snížení vlhkosti lze dosáhnout přirozeným nebo umělým sušením. Výhřevností se vhodně předsušená biopaliva dají srovnat s kvalitním hnědým uhlím.
Rostoucí spotřebu energie bude, z ekonomických i ekologických důvodů, nutné stále více pokrývat z obnovitelných zdrojů. Výhodou biopaliv je především jejich velký energetický potenciál, neboť biomasa představuje obrovský akumulátor energie. Nelze opomenout ani skutečnost, že spalování biomasy, na rozdíl od fosilních paliv, je ekologické a nezatěžuje životní prostředí nebezpečnými zplodinami. V této souvislosti přijala Evropská komise v roce 1997 plán zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie do roku 2010 z 6 na 12 % z celkové produkce energie v Evropské unii. Počítá se také s větším využitím vodní a větrné energie, slunečních termálních kolektorů, fotočlánků i geotermální energie. Největší podíl má však připadnout na biomasu, která by měla tvořit až 80 % obnovitelných zdrojů energie.
Použitá literatura k dispozici u autorů.
Zpracováno za podpory MSM 412100004.
Ing. Pavel Fuksa,
Ing. Petra Slivková,
Doc. Ing. Jaromír Šantrůček, CSc.
AF ČZU v Praze
