АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина V, брой 2, 2017

Енергийни култури

Енергийни култури

Енергийните култури според евродирективите са всички земеделски култури, които се отглеждат с цел производство на енергийни продукти. Специално селектираните енергийни култури са от бързорастящи видове дървета и треви, които са с висока продуктивност на биомаса, кратък вегетационен период, възможност за машинна обработка на площите. Предпочитат се многогодишни треви с утвърдени технологии за засаждане, торене и поливане.
Съвременните промишлени технологии позволяват оползотворяването на биомасата като енергоносител, независимо от кое звено на трофичната верига е, да става с еднотипни технологични решения и технически средства.


Дървесината е най-големият източник на биомаса, но има и много други, които могат да бъдат използвани за производство на горива, химикали и енергия. Терминът "биомаса" означава всяка органична материя с растителен произход, която може да бъде рециклирана, включително специализирани култури и гори, селскостопанска храна и фураж, отпадъци и остатъци от селскостопански реколти, отпадъци и остатъци от дървесина, водни растения, животински отпадъци, битови отпадъци и други отпадъчни материали.

Биомасата може да се конвертира химически в горивно масло, което да се използва като петрол за генериране на електричество. Тя може също да се гори директно за производството на пара за електричество или за други производствени процеси. Някои заводи, захранвани с въглища, я използват като допълнителен източник на енергия във високоефективни парни котли за значително намаляване на емисиите. Може да бъде произведен дори газ от биомаса за генериране на електричество. Системите за газификация използват високи температури за обръщане на биомасата в газ (смес от водород, въглероден монооксид и метан). От разлагането на биомасата в сметищата също се произвежда газ - метан, който може да се гори в парен котел за произвеждането на пара за генериране на електричество или за промишлени цели.

Биомасата има множество предимства в сравнение с конвенционалните енергийни ресурси, поради сравнително ниската си цена, независимост по отношение на климатични фактори, създаване на условия за развитие на регионалните икономически структури и осигуряване на допълнителни доходи на местно ниво. Тя може да се превръща директно в течни горива за транспортните ни нужди. Двата най-разпространени вида биогорива са етанолът и биодизелът. Етанолът е алкохол, получен след ферментацията на всяка биомаса, богата на въглехидрати. Той се използва предимно като добавка към горивото с цел намаляване на въглеродния монооксид на превозното средство и други емисии, които причиняват смог. Биодизелът е вид естер, който се получава от растителни масла, животински мазнини, водорасли или дори рециклирани готварски мазнини. Той може да се използва като добавка към дизела за намаляване на емисиите на превозното средство или във чистата му форма като гориво.

Производството на биодизел е една от най-обещаващите алтернативи на фосилните енергийни източници и най-вече е силен съперник на петрола. В бъдеще е възможно той да направи всяка страна независима от чуждестранния петрол. Производството на биогорива - биодизел, биоетанол и биогаз, е добра възможност за намаляване на екологичните вреди, които нанасят традиционните горива. Биогоривата се произвеждат от естествено възобновяеми растителни източници и отпадъците от тях, които емитират далеч по-малко парникови газове от горивата на петролна основа.

Биодизелът се произвежда чрез процес, в който органични растителни масла се комбинират с алкохол - етанол или метанол, при наличието на катализатор за формирането на етилов или метилов естер от биомаса. Той може да се смеси с конвенционално дизелово гориво или да се използва в чист вид. Заместването на един тон конвенционален дизел с биодизел намалява емисиите от парникови газове с 55%. Екодизелът има по-висока калоричност в сравнение с петродизела, по-добре смазва двигателя и по-малко замърсява горивната му система. Той изгаря по-чисто, следователно се произвежда повече мощност и се отделя по-малко топлина при работа на двигателя. Биодизелът и конвенционалният дизел могат да се смесват безпроблемно, като първият има по-добри смазочни качества и намалява износването на мотора.

Растителните енергийни култури се отглеждат специално за енергийни цели. Те могат да бъдат едногодишни или многогодишни, тревни или дървесни видове, които се използват за получаване на различни горива, електричество и топлина.

Пауловния
Във времена, когато въвеждането на всяка новост в производството или селското стопанство, се мисли с оглед на вредата върху природата, а обществото най-сетне започва да измерва технологичния си напредък със степента на опазването є, Пауловнията се оказва едно малко богатство. Тя е сред най-ценните енергийни култури в света. Произхожда от Китай и е позната в Япония още от древни времена. Там е била неотменима част от бита, използвана за направата на мебели, друга покъщнина и дори цели къщи заради нейното безценно качество да гори трудно. В момента е широко разпространена в САЩ и Европа. Пауловнията е един от най-бързорастящите видове на планетата. Годишният є прираст е 3-5m, а максималната височина, която достига е 15-20m. Наричана е „дърво-чудо“ или „дърво-петролен кладенец“. Характеризира се със своята невзискателност по отношение качествата на почвата. Лесно се адаптира към различни типове почви, като единствената є специфична нужда е наличието на достатъчно влага през първите години на нейното развитие. Пауловнията не изисква повторно засаждане. Дори при ниско рязане от дънера израства нова фиданка, която при това се издига по-бързо, тъй като кореновата система на дървото е вече развита.

Пауловнията е по-скоро изключение от останалите бързорастящи видове със своя дълъг живот – от 70 до 100 години. Множество производители вече внедряват тази практика в стопанствата си заради големите количества биомаса, които могат да получат от нея. Гъсто посадени, дърветата за кратко достигат нужното развитие без да заемат твърде много обработваема площ. Използва се цялото растение, като едно от най-перспективните му приложения е биоетанолът, получен от целулоза. Той се използва в многобройни области, а някои учени виждат в него гориво на бъдещето - лесно за производство и употреба, без рискове за околната среда. Има два метода за получаване на биоетанол - с култивирани за целта микроорганизми, използващи целулозата като източник на енергия и отделящи етанол като продукт на обменните си процеси, или чрез действието на определени ензими, разграждащи целулозата до желания продукт. Още един източник на целулоза за получаване на биоетанол е отпадъкът (клони и други части), който остава при обработката на Паyловния и получаването на дървесина от нея. Така отглеждането и обработката на Паyловния не само се включва по естествен път в кръговрата на веществата в природата, но и активно допринася опазването є и поддържането на екологично равновесие. От целулозата на растението се получават и така актуалните в днешно време пелети, които се използват за гориво на котли, отопляващи единични домове или цели сгради, както и за промишлени цели. Тяхната употреба непрестанно нараства.

Мискантус или слонска трева
Мискантус е многогодишна трева, която произхожда от Африка и Южна Азия. Другото наименование, с което е известна, е слонска трева, с оглед на големите є размери – 2-4m височина. Нейното култивиране има огромно предимство пред другите култури, отглеждани и използвани за енергийни източници. В сравнение с царевица, соя и просо, слонската трева произвежда повече маса като цяло, както и повече етанол. Има най-висок енергиен добив на единица площ от всички познати и изпробвани култури, отглеждани за добив на биомаса – над 3т/дка суха маса при поливни условия и 1 до 2,5т при неполивни, което се равнява на 1400-1500 литра дизелово гориво. Мискантусът дава пълен добив на третата година от засаждането си, като средният период на експлоатация при максимален добив е 25-30 години. След втората година растението не изисква никакви грижи, устойчиво е на плевели, заболявания и няма нужда от допълнително торене. Реколтата се прибира през зимата, когато слонската трева складира всички полезни хранителни вещества в корените си. Стеблата съдържат голямо количество полезна енергия при директно изгаряне и се събират с механизирано косене. Реколтата се прибира при изключително ниска влажност (10-15%), което я прави готова за употреба чрез директно изгаряне или пелетиране без нужда от допълнително сушене. За осъществяне цикъла на производство се използват традиционни машини.

Бамбук
При правилно придобиване бамбукът е бързо възобновяем ресурс. Всъщност той не е дърво, а трева, което обяснява защо е едно от растенията с най-висок добив. Възстановява се от само себе си изключително бързо, дори след изсичане на надземната част. Бамбукът увеличава биомасата си с 10-30% годишно, за разлика от повечето дървесни видове, които нарастват с 3 до 5% на година. Това е много важен фактор от екологична гледна точка. Използването на бамбук вместо друга дървесина би ограничило в голяма степен изсичането на горски площи.

Бамбуковите гори отделят с до 35% повече кислород в сравнение с идентичен масив от други дървета. За разлика от дървесните видове, бамбукът не задържа бактерии, което позволява обработването му да се извършва само с естествени масла, без сериозна химична намеса.

В света има между 1200 и 1500 вида бамбук. Някои от тях са устойчиви на много ниски температури, така че могат да виреят навсякъде. Въпреки това основните местообиталища на растението са в тропичния, субтропичния и умерения климатични пояси. В България бамбукът започва да набира популярност, като до момента се отглежда предимно в оранжерии и частни градини.

Други енергийни култури
Освен разгледаните широко разпространени енергийни култури има още редица растения, които могат да влязат в тази роля. Една от най-използваните култури за производство на етанол е царевицата, но напоследък тя бива заменена от сладкото сорго. То е тревисто растение, което се отличава със своите високодобивност и сухоустойчивост. Не е взискателно към почвата или терена, на който се отглежда. Известно е като източник на сироп и фураж за животните, но се явява и чудесна перспектива за производството на „зелени горива”.

Биодизелът се добива основно от маслодайни култури, най-вече рапица, слънчоглед и соя. Рапицата е маслодайно растение, устойчиво на суша, което вече се използва и за производство на биогориво. Този тип гориво бързо ще навлезе в масова употреба, поради факта, че може да се смесва и с петролни продукти. Рапицата, за разлика от другите култури, има нужда от постоянно наблюдение.

Хибридните тополи и върби също са предпочитани енергийни култури, които се отглеждат и в България. Те се произвеждат чрез кръстосване между най-малко два други вида от съответното растение. Резултатът е енергично дърво, което расте много бързо и се адаптира лесно към условията на околната среда. Именно интензивният им растеж ги прави напълно подходящи за източник на биомаса.

Други масово разпространени енергийни култури са власатка, клен, канадска топола, ясен, орех, чинар и т.н.

Въпреки изброените предимства на енергийните култури като алтернативни източници на енергия, не липсват и противоположни мнения. Еколози се притесняват, че площите, необходими за засаждането на въпросните растения, са твърде малко, за да могат да отговорят на прогнозираните спрямо нарастващото търсене нужди. Спорно е също дали дървесината и дървените материали могат да бъдат добивани устойчиво и как се изчисляват намаленията на вредните емисии. Има изследвания, според които някои биогорива всъщност могат да имат по-голям въглероден отпечатък от традиционните горива. Това се случва поради изсичането на гори с цел засаждането на енергийни култури на тяхно място.

Друго притеснение е използването на хранителни култури за производство на биогорива, което води до покачване на цените и недостиг на количествата добив. Безспорно този отрасъл има огромен потенциал за развитие. Само времето ще покаже дали той ще бъде в положителна или отрицателна насока.