Biomasa v regióne a jej reálne zdroje

Význam zdrojov energie na báze obnoviteľných nosičov – biomasy – nespočíva len v tom, že by zásadne a rýchlo zmenili energetickú bilanciu krajiny. Dnes sú mimoriadne dôležité aj preto, že môžu spoľahlivo a dlhodobo plniť mnohé lokálne požiadavky.

Zdroje energie na báze obnoviteľných nosičov (biomasu) možno pružne využiť práve tam, kde treba energiu, pričom ich využitie predstavuje pre spoločnosť len malé alebo celkom zanedbateľné riziko. Naopak, prax je taká, že tieto zdroje pomáhajú vytvárať nové pracovné miesta v regióne a efektívne využívať prírodné zdroje energetických surovín – rozličné formy miestnej biomasy. Potenciálne problémy, ktoré môže biomasa ako obnoviteľný nosič energie spôsobiť životnému prostrediu pri jej pestovaní či využití v sektore energetiky, sú v porovnaní s energiou produkovanou na báze fosílnych, t. j. neobnoviteľných (vyčerpateľných) surovín prijateľnejšie aj z aspektu dlhodobých zámerov spoločnosti.

Spoľahlivá identifikácia a inventarizácia reálne dostupnej biomasy na regionálnej úrovni je z týchto dôvodov mimoriadne závažná a dôležitá najmä na vytváranie reálnej energetickej stratégie. Tá musí obstáť pre daný región najmä z dlhodobého aspektu jeho udržateľného rozvoja.

Základné formy a zdroje biomasy
Biomasu vhodnú ako vstupnú surovinu pre sektor energetiky, výrobu biopalív a rozličných foriem energie možno podľa spôsobu jej vzniku rozdeliť na tieto dve skupiny:
Zvyšková a recyklovaná biomasa

• zvyšky po ťažbe dreva v lese (tenčina vrátane konárov z prerezávok, prebierok či zvyšky z rúbanísk),
• technologické zvyšky z drevospracujúceho a papierenského priemyslu,
• drevné štiepky získavané z pravidelných aktivít, napr. hospodárskej, tzv. výchovnej úpravy či údržby porastov pri riekach, kanáloch a jazerách, ďalej z mestskej a krajinnej zelene (napr. parky, stromoradia, vetrolamy),
• recyklované drevo zo stavebníctva,
• zvyšky po žatve (najmä obilná a repková slama) a po zbere ostatných poľnohospodárskych plodín (kukurica),
• organické alebo rastlinné zvyšky zo spracovateľského priemyslu, najmä mliekarenského a potravinárskeho (napr. rastlinné zvyšky – plevy z obilia, slnečnice, ale aj tuky).

Cielene zakladané energetické plantáže na pestovanie rýchlorastúcich drevín, príp. iných energetických plodín

• drevné štiepky z tzv. rýchlorastúcich drevín – výmladkové plantáže topoľa a vŕby na poľnohospodárskej pôde, 
• slama z nedrevných plodín, napr. ozdobnica čínska (Miscanthus sinensis A.), energetické obilie a ďalšie,
• palivové drevo, v niektorých prípadoch z výmladkových porastov a plantáží.

Tab. 1: Úrodnosť biomasy pri potenciálnych kultivaroch    

„Odpadová“ – zvyšková biomasa
Zvyšková biomasa bola v našich podmienkach prvá, prevažne ľahko dostupná a lacná forma energetickej suroviny, príp. biopaliva pre novobudované biokotolne na spaľovanie biomasy (biopaliva), napr. vo forme drevných štiepok.

Najčastejším zdrojom (dodávateľom) bývajú piliarske a drevospracujúce prevádzky, ktoré často ponúkajú za prijateľnú cenu ako „odpad“ zvyšky technologicky nevyužiteľného dreva z vlastnej prevádzky – napr. piliny, bočné rezivo a odrezky rozličných rozmerov. Ide o pomerne kvalitnú bio­masu, energetickú surovinu s nízkou relatívnou vlhkosťou (20 až 30 %) a malým podielom nečistôt – nežiaducich látkových prímesí. Táto forma biomasy, najmä od veľkých dodávateľov, sa preto začína takmer výhradne využívať na produkciu najmä ušľachtilých biopalív (brikiet a peliet), ale aj vo výrobe drevovláknitých dosiek a pod. V ostatných rokoch rastie záujem o využitie biomasy – biopaliva – vo forme drevných štiepok pri jeho spoluspaľovaní s uhlím (tzv. cofiring), pretože to už dlhodobo potvrdzujú dobré skúsenosti zo zahraničia. Rovnako aj menšie lokálne píly majú dobrý predpoklad stať sa rentabilným zdrojom a dodávateľom zvyškovej biomasy pre komunálny sektor energetiky.

Lesnícka – reziduálna biomasa (dendromasa)
Ďalším veľmi sľubným zdrojom je zvyšková (reziduálna) drevná biomasa z výchovných ťažieb, prípadne biomasa z rúbanísk lesných porastov. Napriek tomu, že jej potenciál je pomerne vysoký (asi 1 milión ton sušiny za rok), zatiaľ sa takmer vôbec nevyužíva, pretože lesné podniky, ktoré vykonávajú ťažbu, neboli schopné túto biomasu odstrániť z lesa ekonomicky rentabilným spôsobom. Ceny „odpadovej“ (zvyškovej) drevnej štiepky narástli u zmluvných dodávateľov v sezóne 2003 až 2004 o 30 až 50 %, dôvodom bol rastúci dopyt elektrárenských a teplárenských spoločností v Maďarsku, no v posledných rokoch aj na Slovensku. Námietku, že jednorazovým odberom tenčiny (nehrúbia) dochádza k narušeniu kolobehu prvkov v ekosystéme hospodárskeho lesa, vyvracajú výsledky rozličných štúdií, ktorými sa zistilo, že najväčšia časť kolobehu prvkov prebieha v každodenných zvyškoch – opadoch listov, ihličia a drobných vetvičiek. Za bezpečné množstvo, ktoré možno z lesného ekosystému odobrať, sa považuje hodnota 0,2 až 1 t (sušiny) . (ha . rok)^–1.

Miestne využívaným zdrojom drevnej biomasy sú pobrežné porasty, parkové výsadby a stromoradia či aleje pozdĺž ciest. Vo všetkých prípadoch sú ich majitelia povinní sa o túto biomasu postarať a odpratávanú biomasu bezpečne spracovať. V niektorých prípadoch sa už využíva v miestnych kotolniach.  

Poľnohospodárske zvyšky zo žatvy (fytomasa)
Široké uplatnenie má najmä obilná a repková slama. Okrem toho, že je krmivom, je aj stelivom na podstielanie hospodárskych zvierat, substrátom v kompostárenstve, stavebným materiálom a surovinou na výrobu papiera. Samozrejme, je aj veľmi dobrým, dostupným a lacným nosičom energie – vstupnou surovinou pre sektor energetiky. Jej využitie v energetike sa u nás začína pomaly uplatňovať, aj keď v porovnaní so škandinávskymi krajinami, napr. Dánskom, so značným meškaním a stále v relatívne malom rozsahu. Častou námietkou proti jej spaľovaniu je, že všetka slama, ktorá v danom roku na poliach narástla, by sa mala vrátiť späť do pôdy ako hnojivo, pretože „čo z pôdy vyrástlo, musí sa vrátiť späť do pôdy.“

V skutočnosti je v slame veľmi málo živín, napríklad dusíka je v slame menej ako 1 %. Okrem toho, po žatve zberovými mláťačkami zostáva na poliach väčší alebo menší koreňový systém a vysoké strnisko, medzi ktorým je drobný prepad (to je očividné najmä pri repkovej slame). V súčasnosti využívané zaoranie slamy s cieľom obohatenia pôdy humusom má význam jedine na ťažkých pôdach, inak len pri súčasnom hnojení hnojovicou alebo iným dusíkatým hnojivom. Baktérie, ktoré rozkladajú slamu, si potrebný dusík berú z pôdnej zásoby. Po ich zániku sa stráca časť dusíka v atmosfére, podobne ako CO₂ zo spálenej slamy. Preto primerané využitie slamy ako paliva, výhľadovo asi do 50 % (čo je 2 až 4 t (sušiny) . (ha . rok)^–1), nemôže ohroziť úrodnosť pôdy. Naopak, hodnota slamy ako energetickej suroviny – potenciálneho biopaliva – je niekoľkokrát vyššia ako hodnota slamy vo forme hnojiva.

Obr. 3: Voľné uskladnenie biopaliva pri kotolni – zdroji energie – a detail drevnej štiepky, skúsenosti zo Švédska

 
Zámerne pestovaná biomasa – energetické plodiny
Relatívne novým zdrojom biomasy sú porasty tzv. energetických plodín – rastlín. Termínom energetické plodiny alebo rastliny sa označujú taxóny drevín, trvaliek a bylín, teda botanické druhy, kultivary, klony, prírodné a zámerné krížence. Tieto rastliny sa využívajú alebo testujú na zámernú produkciu biomasy vhodnú pre sektor energetiky – výrobu biopalív, príp. spaľovanie alebo spoluspaľovanie. Ich rast, a najmä objemová produkcia t . (ha . rok)^–1 pri intenzívnom pestovaní výrazne prevyšuje priemerné hodnoty ostatných plodín v daných pestovateľských podmienkach.

Napr. pri rýchlorastúcich drevinách sa za priemerné úrody považujú úrody nad 10 m³. (ha . rok)^–1, čo zodpovedá 4,5 t . (sušiny) . (ha . rok)^–1 (lesnícke kritérium podľa IUFRO). Podľa aktuálneho prehľadu, ktorý však nepovažujeme za úplný, sa zatiaľ na tento účel v SR alebo v podobných klimatických podmienkach testovalo viac ako 160 taxónov rastlín. V ostatnom vydaní európskeho prehľadu potenciálnych energetických plodín sa evidovalo celkom 37 plodín, z toho bolo 10 drevín (vrátane kríkov). Najväčšie rozlohy existujúcich porastov dosahujú eukalyptus – 500 000 ha (Portugalsko, prevažne pre vlákninu) a vŕba – 18 000 ha (najmä vo Švédsku pre štiepky).

Niektoré energetické rastliny (dreviny, byliny) sa akceptovali ako vhodné na použitie v poľnohospodárskej praxi. Zakladanie a pestovanie ich porastov sa podporuje dotáciami Európskej komisie a Ministerstva pôdohospodárstva SR.

V podmienkach Európy dokážu rastliny z 1 MJ slnečnej energie vytvoriť 1,2 až 1,4 g sušiny fytomasy, rastliny s typom fotosyntézy C4 sú efektívnejšie. Vytvorenie 1,4 g sušiny z 1 MJ slnečnej energie sa považuje za jedno z kritérií pre výber rastlín na využívanie vo fytoenergetike.

Drevnaté energetické plodiny – rýchlorastúce dreviny (RRD)
Ide o dreviny a kríky, ktoré majú vysokú úrodnosť nadzemnej dendromasy. Ich rast a najmä objemová produkcia t . (ha . rok)^–1 v prvých rokoch alebo po opakovanej ťažbe výrazne prevyšujú priemerné hodnoty ostatných drevín. Pri rýchlorastúcich drevinách sa považuje za nadpriemernú taká úrodnosť, ktorá je v rozsahu 8 až 10 t (sušiny) . (ha . rok)^–1 a za vynikajúcu taká, ktorá je nad 15 t (sušiny) . (ha . rok)^–1 v priemere za celý čas existencie energetickej plantáže.

Tento spôsob produkcie biomasy pre sektor energetiky sa začal intenzívne rozvíjať v ostatných dvoch desaťročiach v západnej Európe a experimentálne aj v niektorých oblastiach Severnej Ameriky. Zatiaľ najprepracovanejšia forma je produkcia biomasy s využitím drevín, ktoré sa v slovenčine najčastejšie označujú ako výmladkové plantáže rýchlorastúcich drevín (RRD). Na rozdiel od dobre známych lesníckych lignikultúr topoľov, ktoré sa ťažia po 15 až 30 rokoch rastu, sa výmladkové plantáže RRD na poľnohospodárskej pôde ťažia vo veľmi krátkom rubnom čase 3 až 6 rokov (tzv. minicyklus), ktorý možno opakovať niekoľkokrát po sebe bez nevyhnutnosti novej výsadby. Ich produktom je dendromasa (drevná biomasa) využiteľná ako energetická surovina v sektore energetiky na výrobu biopaliva a následne energie (tepla, elektriny), ale aj ako priemyselná surovina (výroba kvapalných palív, liečiv, konštrukčných materiálov). Cielene pestovaná a produkovaná technická biomasa sa môže v krátkom čase vďaka unifikovanej kvalite, dobrej plánovateľnosti produkcie a ďalším ekonomicko-sociálnym prínosom stať dôležitým aspektom v trende využívania biomasy aj na Slovensku.



Tab. 2: Základné parametre výmladkových plantáží RRD
*obsah vody = 0 % (relatívna vlhkosť)

Nedrevnaté energetické plodiny
Ide o pomerne rozsiahlu skupinu rastlín (viac ako 100 druhov sa testovalo v SR a okolitých krajinách), z ktorej sa v našich klimatických podmienkach zatiaľ najlepšie ukazujú láskavec (Amaranthus sp.), slez (Malva sp.), cirok sladký, energetické obilie (Triticale), repa cukrová, kukurica, pšenica ozimná a niektoré kultivary krmovinárskych travín. Niektoré z týchto kultivarov nemožno pestovať pre ich invázne schopnosti (šírenie do krajiny). 

Z aspektu životnosti možno nedrevnaté energetické plodiny rozdeliť takto:

• jednoročné: láskavec, konope (Cannabis sativa), slez,
• dvojročné: pupalka dvojročná (Oenothera biennis), komonica biela (Melilotus albus Desr.),
• viacročné a vytrvalé: ozdobnica čínska (Miscanthus sinensis A.), topinambur (Helianthus tuberosus).

Pozitívne a obmedzujúce faktory pestovania energetických plodín na Slovensku
Medzi pozitívne faktory situácie na Slovensku patrí z hľadiska cieleného pestovania energetických rastlín a produkcie technickej biomasy veľká rozloha tzv. marginálnych poľnohospodárskych pôd s nižším produkčným potenciálom (vo vzťahu ku konvenčnej poľnohospodárskej produkcii). Veľká časť poľnohospodárskej pôdy leží v horských a podhorských oblastiach s členitým kopcovitým terénom a drsnými klimatickými podmienkami, kde je v súčasnosti intenzívna poľnohospodárska výroba ekonomicky neefektívna. Táto pôda je potenciálne využiteľná pre energetické plodiny. Ďalej možno na pestovanie energetických rastlín využiť pôdu z tzv. problémových oblastí, ktoré nie sú vhodné na potravinársku produkciu v dôsledku nevhodnej ľudskej činnosti či ohrozenia prírodnými katastrofami, napríklad záplavami. 

Biomasa, ktorá bola historicky prvým zdrojom primárnej energie, sa dnes vracia do sektora energetiky. Význam energetického využitia biomasy možno vyjadriť jej hlavnými výhodami:

• na rozdiel od fosílnych palív má obnoviteľnú formu (je prakticky nevyčerpateľná),
• z hľadiska produkcie tzv. skleníkových plynov, predovšetkým CO₂, sa považuje za neutrálne palivo (CO₂ sa pri spaľovaní uvoľňuje, ale približne rovnaké množstvo CO₂ sa spotrebúva z atmosféry fotosyntézou pri raste biomasy),
• má zanedbateľný alebo malý obsah síry (asi 0,01%),
• zvyšuje nezávislosť od dovozu primárnych energetických zdrojov,
• často je odpadovou (zvyškovou) látkou, čo je výhodné z ekonomického hľadiska (cena) a z hľadiska odpadového hospodárstva,
• pestovanie biomasy zlepšuje sociálne pomery (zamestnanosť) na vidieku pri transformácii poľnohospodárstva (prevod potravinárskej produkcie na priemyselnú) a prispieva k ochrane životného prostredia – zmierňuje devastáciu pôdy priemyselnou a ťažobnou činnosťou.

Aj napriek týmto výhodám sa energetické využitie biomasy dosiaľ nerozšírilo tak, akoby bolo žiaduce. Príčinou sú niektoré problémy, ktoré sa zatiaľ nevyriešili:

• cena biomasy môže často presiahnuť cenu fosílnych palív vplyvom zvýšených nákladov na spracovanie a dopravu biomasy k odberateľom,
• spoľahlivosť dodávky biomasy, resp. biopaliva k odberateľom v sektore energetiky (napr. do kotolní alebo teplární) môže byť nižšia ako pri ostatných palivách na báze fosílnych surovín,
• sezónnosť pestovania energetických rastlín vyžaduje skladovanie biomasy (fytomasy) v pomerne veľkom rozsahu, pokiaľ sa neskladuje na mieste výskytu,
• súčasná efektívnosť využitia energetického obsahu biopalív na Slovensku sa javí ako neprimerane nízka v porovnaní so situáciou v zahraničí, najmä v Škandinávii,
• nie je ešte dokončený vývoj niektorých zariadení na spracovanie a dopravu biomasy,
• hrozí riziko úniku škodlivých látok pri niektorých technologických procesoch (TZL – prach, NO_x, TOC, pevné a kvapalné emisie, t. j. odpady).

S energetickým využitím biomasy sa preto spájajú tieto riziká:

• riziko pri zavádzaní a pestovaní nového typu biomasy s 2- až 8-ročným cyklom pre výrobcu (pestovateľa a spracovateľa) – napr. otázka uplatnenia na trhu,
• riziko nedostatočnej technologickej infraštruktúry, nevhodnej, a tým aj neekonomickej dopravy a následného spracovania biomasy,
• riziko prevádzkovateľa energetického systému spočívajúce v zaistení dlhodobej spoľahlivej dodávky biomasy a v nedostatku skúseností so skladovaním a spracovaním biomasy; možno ho znížiť pri použití biomasy vo viacpalivových systémoch,
• riziko investora pri financovaní novej a nevyskúšanej technológie či infraštruktúry, najmä pri nevyjasnenej situácii so subvencovaním využívania biomasy,
• riziko dodávateľa technológie spočívajúce v nedodržaní harmonogramu stavby, spoľahlivosti a technických vlastností nového zariadenia.

Intenzívne využívanie biomasy v sektore energetiky vytvára podmienky na rozvoj nových vedných odborov (napr. biotechnológia, bioenergetika, fytoenergetika a pod.), priemyselných odvetví a výrobných zameraní s proexportným potenciálom.

Obr. 5: Energetické rastliny (obilná slama, zelená kukurica a siláž), biopalivo na spaľovanie – výrobu energie a produkciu bioplynu, Rakúsko

Energetika na báze obnoviteľných nosičov energie sa musí zamerať na dlhodobé aspekty a globálne riešenia. Dlhodobým cieľom pre výskum a vývoj energetického využívania biomasy je v prvom rade zabezpečiť jej konkurencieschopnosť s fosílnymi palivami – bez subvencií a za otvorených podmienok porovnávania úplných výrobných nákladov.

Je žiaduce, aby zvyšovanie podielu biomasy na zabezpečovaní ročnej spotreby energie v EÚ bolo v súlade s dlhodobou koncepciou a stratégiou Komisie EÚ v horizonte rokov 2025, resp. 2050. V rozličných štúdiách sa ukázala reálnosť týchto cieľov, ak sa budú aplikovať správne politické opatrenia a rozhodnutia. Zároveň je nevyhnutné, aby sa postupné zvyšovanie energetického podielu biomasy v ročnej bilancii realizovalo výhradne environmentálne a ekonomicky udržateľnými postupmi.  

prof. Ing. Jozef Víglaský, CSc.
Foto: archív autora

Autor pôsobí na Katedre environmentálnej techniky Fakulty environmentálnej a výrobnej techniky TU vo Zvolene.

Článok vznikol s podporou Komisie EÚ/CENTRAL EUROPE Cooperating for Success – projekt č. 1CE013P3/COACH BioEnergy: Podporovanie trvalého využívania obnoviteľných zdrojov energie v strednej Európe – s dôrazom na biomasu; TUZVO, 2009 – 2011.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.