Žolinių augalų panaudojimas kietajam biokurui

Temos aktualumas: dėl vis sparčiau augančios pramonės, vis labiau didėjant energijos poreikiams ir tuo pačiu mažėjant tradiciniams, iškastiniams, energijos ištekliams (nafta, anglis ir pan.) buvo pradėta ieškoti alternatyvių, atsinaujinančių išteklių, kuriais būtų galima patenkinti iškilusius žmonijos energetinius poreikius.

Ekologiškos energijos ateitis yra siejama ne tik su atsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip vėjo ar saulės energija, bet ir su energijos gamyba iš biologinių šaltinių – biomasės energija. Kaip vienu iš tokių šaltinių galima pasirinkti žolinius augalus, kurių auginimui nereikia kardinaliai keisti kraštovaizdžio, kadangi galima panaudoti žemės plotus, kurie yra netinkami žemės ūkio kultūroms. Taip pat pavasarį sėti žoliniai energetiniai augalai jau tų pačių metų rudenį gali būti nuimami ir naudojami energetiniams tikslams, taigi jų atsiperkamumas yra greitesnis nei kitų atsinaujinančių energijos šaltinių. Žolinių augalų sėjimas/sodinimas, priežiūra bei nuėmimas yra nesudėtingi, nereikalaujantys daug lėšų bei specialios agrotechnikos.

Naudojant biomasę, kaip energijos šaltinį, bus ne tik sumažinamos šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos (yra nustatyta, kad deginant biokurą CO2, emisija į aplinką yra lygi nuliui, kadangi tiek, kiek yra išmetama CO2, toks pats jo kiekis vegetacijos metu yra pasisavinamas augalijos), bet ir efektyviau panaudojamos žemės, kurios yra apleistos ar netinkamos žemės ūkiui.

Norint Lietuvoje pradėti plėtoti žolinių augalų auginimą biokurui yra svarbu atlikti detalius tyrimus ir įvertinti ne tik augalų tinkamumą biokurui, bet ir jų prisitaikymą prie aplinkos sąlygų .
Iš visų gyvųjų organizmų augalai yra didžiausi šviesos energijos, gaunamos iš Saulės, vartotojai. Augalai sugeba ją sugerti ir panaudoti ją biomasės gamybai. Augalams ši energija yra patogi ir lengvai prieinama. Jie paverčia ją chemine energija [1].

Pagal A. Jasinską ir A. Kryževičienę [2] mūsų krašto gamtinės ir klimato sąlygos bei reljefas (ypač kalvotoji dalis, užimanti 31,6 proc. žemės ūkio naudmenų) labiau tinka žolininkystei nei intensyviai žemdirbystei plėtoti. Daugiamečių žolynų bendrijų dirvosauginė reikšmė yra gana svari ir ilgamečių tyrimų patikrinta: žolynai stabilizuoja gamtinius ir antropogeninius procesus kalvose, reguliuoja aplinkinių teritorijų hidrologinį rėžimą, ir yra neginčijamai pranašesni už vienmečius augalus. Varpinių – ankštinių žolių mišiniai gausina dirvožemį biologiniu azotu ir pagerina dirvos struktūrą, sudaro sąlygas mažesniam poreikiui cheminių trąšų. Žolynai sėkmingai gali būti naudojami apleistų žemių konservavimui [3].

Įvertinus bendrą 2010 metų 1 ha biokuro energetinį derlių pirmą vietą užėmė daugiametės žolės, kurios kasmet sudarė apie 160 GJ ha-1, o javai, bulvės ir pašariniai šakniavaisiai atitinkamai mažiau (134, 53 GJ ha-1 , 53 GJ ha-1 ir 137 GJ ha-1) [3]. Vertinant energetinį efektyvumą yra labai svarbu atsižvelgti, ne tik į energijos kiekį gaunamą panaudojus biokurą (deginant ar kitaip apdorojant), tačiau labai svarbu yra įvertinti ir energijos kiekį reikalingą sukurti derlių (sėjimas, apdirbimas, transportavimas, žmogiškieji ištekliai ir pan.). Žoliniai augalai yra vienas ir perspektyviausių vietinių atsinaujinančių energijos šaltinių dėl to, kad jų energetinis efektyvumas yra 2,6 karto didesnis nei kitų lauko augalų.
Darbo tikslas yra ištirti trijų energetinių žolinių augalų biometrines bei energetines savybes ir jas palyginti tarpusavyje, taip nustatant optimalų variantą energijos gamybai.

Darbo uždaviniai:
1. Aptarti trijų tiriamų augalų biometrines savybes;
2. Nustatyti pasirinktų augalų šilumingumą ir jį palyginti tarpusavyje;
3. Nustatyti pasirinktų augalų peleningumą ir jį palyginti tarpusavyje;
4. Nustatyti pagrindinių cheminių elementų (anglis, vandenilis, azotas, siera ir deguonis) kiekį pasirinktuose mėginiuose;
5. Nustatyti šalutinių elementų kiekį pasirinktuose energetiniuose augaluose.

1. LITERATŪROS ANALIZE 1.1. BIOKURAS
Biokuras — tai kuras, tiesiogiai ar netiesiogiai pagamintas iš biomasės. Jo degieji elementai yra anglis (C), vandenilis (H) ir siera (S). Su šiais elementais jungiasi deguonis (O) ir azotas (N), sudarydami kuro vidinį balansą. Kure taip pat yra drėgmės ir mineralinių medžiagų, kurios sudegus kurui virsta pelenais [4]. Biokuras – iš biomasės pagaminti degūs dujiniai, skystieji ir kietieji produktai, naudojami energijai gaminti [5].
Energetinėms reikmėms galima panaudoti miškų (kirtimo ir medienos perdirbimo) ir žemės ūkio (šiaudai) atliekas. Taip pat galima panaudoti būtent tam tikslui auginamus energetinius medžius, rapsus, žolinius augalus. Biokuras yra mažo tankio, žemo kaloringumo ir pasiskirstęs teritorijoje netolygiai, lyginant su mineraliniu kuru. Dėl mažo tankio biokurą yra nenaudinga transportuoti dideliais atstumais.
Šiuo metu Europoje yra gana sparčiai plėtojamas biokuro naudojimas energetinėms reikmėms, siekiant sumažinti oro taršą, o tuo pačiu ir klimato šiltėjimą bei sumažinti priklausomybę nuo įvežtinio kuro.
Kaip matome iš pateiktos informacijos (1 lentelė) 27 ES šalyse nuo 1999 iki 2009 metų energijos gamyba iš atsinaujinančių energijos šaltinių padidėjo beveik du kartus, tačiau kiekvienoje šalyje tas padidėjimas buvo skirtingas. Didžiausią proveržį atsinaujinančios energijos srityje padarė Vokietija. Per 10 metų atsinaujinančios energijos panaudojimas čia išaugo apie 3,4 karto, o tuo tarpu Maltoje šis skaičius nepakito, čia energija iš atsinaujinančių energijos šaltinių nebuvo išgaunama (taip galėjo nutikti dėl to, kad Maltos užimama teritorija yra gana maža bei dėl blogų geografinių sąlygų). Lietuvoje šis rodiklis pakito neženkliai, apie pusantro karto. Tačiau vienodai vertinti ekonomiškai stiprias šalis su silpnesnėmis yra netikslinga, kadangi ekonomikos būklė vaidina svarbų vaidmenį siekiant vis daugiau energijos išgauti iš atsinaujinančių energijos šaltinių.
Europos Sąjungoje daugiausiai iš atsinaujinančių energijos šaltinių buvo naudojama biokuro ir atliekų energija, o mažiausiai saulės ir geoterminė energija. Vėjo energija taip pat sudarė nedidelę dalį. Lietuvoje iš atsinaujinančių energijos šaltinių labiausiai buvo naudojama biomasė ir atliekos. Iš jų buvo gaunama apie 94,5 proc. visos energijos išgaunamos iš atsinaujinančių energijos šaltinių. Vėjo, saulės ir geoterminė energija nėra taip smarkiai paplitusi Europoje dėl klimatinių sąlygų (saulės energija yra

nepriimtina šiaurinėms Europos dalims dėl lėto atsiperkamumo ir mažos naudos, kadangi saulėtų dienų skaičius per metus šiose šalyse būna labai mažas, vėjo energija yra nenaudinga šalyse, kur vėjuotų dienų skaičius per metus yra labai mažas arba kur vėjo greitis nėra pakankamai didelis, geoterminė energija galima tik vietovėse, kur šiltieji žemės sluoksniai yra pakankamai negiliai, kad būtų ekonomiškai naudinga daryti gręžinius (Islandija, Turkija ir pan.))

IŠVADOS
1. Nendrinio dryžučio aukštis siekė 50 cm, kadangi jo derlius buvo imamas du kartus ir tai yra naujai ataugusi žolė, sidos ir drambliažolės aukštis siekė 2 ir daugiau metrų. Kadangi aukščių skirtumai nežymūs, tai galima matyti, kad mineralinio azoto kiekiai neturėjo įtakos (duomenys tarpusavyje skyrėsi nepatikimai p>0,05).
2. Didžiausia sausąja mase pasižymėjo augalai, kurie buvo tręšiami didžiausia trąšų norma, mažiausia – kontrolė. Didžiausia sausoji masė buvo drambliažolės, sidos šiek tiek mažesnė, o nendrinio dryžučio mažiausia.
3. Nustatyta tendencija, kad chlorofilo indeksas buvo didžiausias tų augalų, kurie buvo tręšiami didžiausia trąšų norma. Rugsėjo mėnesį atlikti tyrimai parodė, kad chlorofilo kiekio indeksas yra mažesnis ir taip yra dėl natūralių gamtoje vykstančių procesų.
4. Daugiausiai stiebų buvo nendrinio dryžučio (iki 200 vnt. m ), sidos ir drambliažolės stiebų skaičius buvo daug mažesnis iki 20 vnt. Taip yra todėl, jog dryžutis priaugina daugiau stiebų visą augimo laikotarpį, o tuo tarpu sida ir drambliažolė šių stiebų priaugina daug mažiau. Duomenys skyrėsi nepatikimai (p>0,05), taigi tręšimas skirtingais mineralinio azoto kiekiais nedarė tiesioginės įtakos stiebų skaičiui.
5. Vertinant pagal šilumingumą tinkamiausias biokurui yra nendrinis dryžutis, nes jo šilumingumas siekė 20 MJ kg-1, truputi mažesnis šilumingumas buvo ir drambliažolės bei sidos (19 – 18 MJ kg-1).
6. Didžiausiu peleningumu pasižymėjo nendrinis dryžutis, kur pelenų susidarė apie 11 %, sidos ir drambliažolės peleningumas buvo labai panašus, apie 3 – 4 %. Remiantis gautais duomenimis galime teigti, jog vertinant pagal peleningumą, mažiausiai tinkamas kietam biokurui augalas yra nendrinis dryžutis, o labiausiai tinkamas – sida.
7. Visuose augaluose visuminės anglies kiekis buvo panašus, drambliažolėje jis siekė 48 %, sidoje 46¬47 %, nendriniame dryžutyje 45 % ir mažiau. Visuminio vandenilio kiekis visuose augaluose buvo panašus 5 – 6 %. Be visuminės anglies, daugiausiai buvo visuminio deguonies. Jo daugiausiai buvo sidoje ir drambliažolėje (43,26 – 43,04 %), nendriniame dryžutyje šiek tiek mažiau (36,65 %).
8. Sidoje ir drambliažolėje visuminio azoto kiekis buvo mažas 0,5 – 0,7 %, o dryžutyje jis siekė 2 – 2,5 %, taigi galime teigti, jog geriausiai mineralinį azotą pasisavino būtent nendrinis dryžutis. Visuminės sieros augaluose buvo rasta labai mažas kiekis.

9. Daugiausiai iš šalutinių elementų buvo rasta kalcio ir kalio. Taip pat buvo rasta nedideli kiekiai magnio, fosforo ir sieros. Mažiausi kiekiai rasti silicio ir aliuminio. Taip pat buvo tiriami ir sunkiųjų metalų kiekiai augaluose, tačiau jų kiekis buvo žemiau aptikimo ribos.

Darbo autorius: J. Navadvorskytė
Atsiųsti pilną darbą zoliniai-augalai