Yield and energy efficiency of biomass production of some species of plants grown for biogas

• Autorzy: Szepmlinski W. , Parzonka A. , Salek T.

Warianty tytułu

PL

Plonowanie i efektywność energetyczna produkcji biomasy wybranych gatunków roślin uprawianych na cele biogazowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The most often used substrate in agricultural biogas plants is maize. Due to an increase in the area of maize acreage and the necessity of use proper crop rotation in the plant cultivation, alternative raw materials should be looked for. Apart from the high biomass yield, alternative plants for biogas production should be characterized by a favourable energy efficiency index. The favourable value of this index can be obtained by reduction of energy outlays incurred for biomass production and high energy efficiency in the yield. The aim of this study was to compare the yield and energy efficiency of biomass production of some species of plants grown under different conditions of energy outlays. The study was conducted in the years 2009-2011 at the Production and Experimental Station at Bałcyny near Ostróda (53°35’ N; 19°51’ E) of the University of Warmia and Mazury in Olsztyn. The study was based on the strict two- -factorial experiment established in soil of 4. soil agricultural suitability complex, where three plant species were compared (maize cv. LG 2244, sorghum cv. Sucrosorgo 506, Virginia fanpetals) cultivated according to two technologies – high-input (intensive) and medium-input (with reduced outlays for means of production in relations to the intensive technology). Among the studied plants, the highest efficiency of biomass (21.4 Mg⋅ha-1 d.m.) and energy in yield (390 GJ·ha-1) and the most favourable index of energy consumption per unit (1.02 GJ·t-1) and energy efficiency (18.4) were provided by maize. Sorghum and Virginia fanpetals gave significantly lower yields than maize (by 40 and 54%, respectively) and were not equal in respect of energy discriminants in yield, energy consumption per unit or energy efficiency. The high-input technology provided a significantly higher biomass yield on average for 3 studied species (15.8 Mg⋅ha-1 d.m.) than medium-input (13.6 Mg⋅ha-1 d.m.). In the medium-input technology, reduction in energy outlays by 27%, mainly of mineral fertilization, caused a significant decrease in biomass yield by 14%, but it provided a higher energy efficiency of its production (15.3). The most favourable energy efficiency index of biomass production was obtained by maize cultivated in the medium-input technology (19.7). Lower energy assessment value of sorghum and Virginia fanpetals does not eliminate possibility of using the biomass of these plants as supplementing substrates for biogas production.

PL

Najczęściej wykorzystywanym substratem w biogazowniach rolniczych jest kukurydza. Ze względu na wzrost powierzchni jej zasiewów i konieczność stosowania w uprawie roślin poprawnego zmianowania należy szukać dla niej surowców alternatywnych. Rośliny alternatywne do produkcji biogazu, poza wysokim plonem biomasy, powinny charakteryzować się korzystnym współczynnikiem efektywności energetycznej. Korzystną wartość tego wskaźnika można uzyskać przez zmniejszenie nakładów energii ponoszonych na produkcję biomasy i wysoką wydajność energii w plonie. Celem badań było porównanie plonowania i efektywności energetycznej produkcji biomasy wybranych gatunków roślin uprawianych w różnych warunkach nakładów energetycznych. Badania przeprowadzono w latach 2009-2011 w Zakładzie Produkcyjno-Doświadczalnym w Bałcynach k. Ostródy (53°35’ N; 19°51’ E), należącym do Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Podstawą opracowania było ścisłe doświadczenie dwuczynnikowe, założone na glebie 4. kompleksu przydatności rolniczej, w którym porównywano trzy gatunki roślin (kukurydza zwyczajna odmiana LG 2244, sorgo zwyczajne odmiana Sucrosorgo 506, ślazowiec pensylwański) uprawiane według dwóch technologii – wysokonakładowej (intensywnej) i średnionakładowej (o zmniejszonych nakładach na środki produkcji w stosunku do intensywnej). Z badanych roślin najwyższą wydajność biomasy (21,4 Mg⋅ha-1 s.m.) i energii w plonie (390 GJ·ha-1) oraz najkorzystniejszy wskaźnik energochłonności jednostkowej (1,02 GJ·t-1) i sprawności energetycznej (18,4) zapewniała kukurydza zwyczajna. Sorgo zwyczajne i ślazowiec pensylwański plonowały istotnie niżej niż kukurydza (odpowiednio o 40 i 54%) i nie dorównywały jej wyróżnikami wydajności energii w plonie, energochłonnością jednostkową czy efektywnością energetyczną. Technologia wysokonakładowa zapewniała istotnie większy plon biomasy średnio dla 3 badanych gatunków (15,8 Mg⋅ha-1 s.m.) niż średnionakładowa (13,6 Mg⋅ha-1 s.m.). W technologii średnionakładowej zmniejszenie nakładów energetycznych o 27%, głównie nawożenia mineralnego, powodowało wprawdzie istotny spadek plonu biomasy o 14%, ale zapewniało wyższą efektywność energetyczną jej produkcji (15,3). Najkorzystniejszy wskaźnik efektywności energetycznej produkcji biomasy zapewniała kukurydza uprawiana w technologii średnionakładowej (19,7). Słabsza ocena energetyczna sorgo i ślazowca nie przekreśla możliwości wykorzystania biomasy z tych roślin jako uzupełniających substratów do produkcji biogazu.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura
• Rocznik: 2014
• Tom: 13
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.67-80,ref.

Twórcy

autor

Szepmlinski W.

• Department of Agrotechnology and Crop Management, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, M. Oczapowskiego 8/114, 10-719 Olsztyn, Poland

autor

Parzonka A.

• Department of Agrotechnology and Crop Management, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, M. Oczapowskiego 8/114, 10-719 Olsztyn, Poland

autor

Salek T.

• Department of Agrotechnology and Crop Management, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, M. Oczapowskiego 8/114, 10-719 Olsztyn, Poland

Bibliografia

• Anuszewski R., 1987. Metoda oceny energochłonności produktów rolniczych. Zag. Ekon. Rol. 4, 16-26.
• Banasiak J., 1999. Agrotechnologia. Wyd. Nauk. PWN Warszawa – Wrocław.
• Borkowska H., 1996. Wpływ nawożenia azotowego i potasowego na wysokość i jakość plonów zielonki ślazowca pensylwańskiego (Sida hermaphrodita Rusby). Univ. Marie Curie-Skłodowska, Sect. E, 51, 63-70.
• Borkowska H., Styk B., 2006. Ślazowiec pensylwański (Sida hermaphrodita Rusby). Uprawa i wykorzystanie. Wyd. AR Lublin.
• Bujak K., Frant M., Harasim A., 2010. Efektywność energetyczna produkcji roślinnej w płodozmianie 4-polowym w zależności od uproszczeń w uprawie roli i poziomu nawożeniamineralnego. Acta Agroph. 15(1), 23-31.
• Burczyk H., 2012. Przydatność jednorocznych roślin, uprawianych do produkcji biomasy na potrzeby energetyki zawodowej. Probl. Inż. Rol. 1(75), 59-68.
• Burczyk H., 2013. Przydatność poplonu ozimego oraz kukurydzy i sorgo w plonie wtórnym do produkcji biomasy dla biogazowi. Probl. Inż. Rol. 2(80), 87-97.
• Chmura K., Chylińska E., Dmowski Z., Nowak L., 2006. Rola czynnika wodnego w kształtowaniu plonu wybranych roślin polowych. Infrastruktura i Ekologia TerenówWiejskich PAN Kraków 9, 33-44.
• Fugol M., Szlachta J., 2010. Zasadność używania kiszonki z kukurydzy i gnojowicy świńskiej do produkcji biogazu. Inż. Rol. 1(119), 169-174.
• Gołaszewski J., 2011. Wykorzystanie substratów pochodzenia rolniczego w biogazowniach w Polsce. Post. Nauk Rol. 2, 69-94.
• Gorzelany J., Puchalski Cz., Malach M., 2011. Ocena kosztów i nakładów energetycznych w produkcji kukurydzy na ziarno i kiszonkę. Inż. Rol. 8(133), 135-141.
• Harasim A., 2006. Przewodnik ekonomiczno-rolniczy w zarysie. IUNG-PIB Puławy.
• Harasim A., 2008. Ocena ekonomiczna i energetyczna różnych systemów produkcji pasz objętościowych. Pam. Puł. 47, 97-109.
• Jadczyszyn J., Faber A., Zaliwski A., 2008. Wyznaczanie obszarów potencjalnie przydatnych do Wojnowska-Baryła I., Bernat K., 2012. Produkcja biogazu w procesach fermentacji i kofermentacji. Program strategiczny – Zaawansowane technologie pozyskiwania energii. CBEO UWM Olsztyn, www.imp.gda.pl/BF2012/prezentacje/p111.pdf (access: 26.11. 2013).
• Wójcicki Z. 2000., Wyposażenie techniczne i nakłady materiałowo-energetyczne w rozwojowych gospodarstwach rolniczych. IBMER Warszawa. uprawy wierzby i ślazowca pensylwańskiego na cele energetyczne w Polsce. Studia i RaportyIUNG-PIB 11, 55-65.
• Jasiulewicz M., 2010. Potencjał produkcji biogazu w Polsce. [In:] Ekoenergetyka – zagadnienia technologii, ochrony środowiska i ekonomiki, Wyd. GWSA Gdańsk, 81-102.
• Księżak J., Bojarszczuk J., Staniak M., 2012. Produkcyjność kukurydzy i sorga w zależności od poziomu nawożenia azotem. Polish J. Agron. 8, 20-28.
• Kuś J., Faber A., Stasiak M., Kawalec A., 2008. Produkcyjność wybranych gatunków roślin uprawianych na cele energetyczne w różnych siedliskach. [In:] Studia i Raporty IUNG-PIB, Uprawa roślin energetycznych a wykorzystanie rolniczej przestrzeni produkcyjnej w Polsce,11, 67-80.
• Kuś J., Matyka M., 2009. Wydajność wybranych gatunków roślin uprawianych na cele energetyczne w zależności od jakości gleby. Fragm. Agron. 26(4), 103-110.
• Niedziółka I., 2000. Energochłonność i opłacalność produkcji ziarna kukurydzy. Inż. Rol. 8(19), 133-139.
• Pawlak J., 1989. Organizacyjne i ekonomiczne aspekty mechanizacji produkcji roślinnej w indywidualnych gospodarstwach rolniczych. PWRiL Warszawa.
• Podkówka Z., Podkówka W., 2010. Substraty dla biogazowi rolniczych. Wyd. AgroSerwis Warszawa.
• Roszkowski A. 2008. Efektywność energetyczna różnych sposobów produkcji i wykorzystania biomasy. Studia i Raporty IUNG PIB 11, 101-112.
• Sowiński J., Liszka-Podkowa A., 2008. Wysokość i jakość plonu kukurydzy i sorga cukrowego na glebie lekkiej w zależności od dawki azotu. [In:] Problemy agrotechniki oraz wykorzystania kukurydzy i sorgo, Michalski T. (ed.), Wyd. UP Poznań, 250-252.
• Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J., 2001. Efektywność energetyczna produkcji biomasy wierzby w systemie Eko-salix. Fragm. Agron. 28(1), 62-69.
• Strauβ Ch., Vetter A., Nehring A., 2009. Entwicklung und Vergleich Standortangepasster Produktionssysteme für Energiepflanzen. Internationale Wissenschaftstagung Biogas Science, Erding, 47-56.
• Sulewska H., 2004. Wymagania środowiskowe kukurydzy i możliwości jej uprawy w Polsce. [In:] Technologia produkcji kukurydzy, Dubas A. (ed.), Wyd. Wieś Jutra Warszawa, 16-23.
• Szczukowski S., Kościk B., Kowalczyk-Juśko A., Tworkowski J., 2006. Uprawa i wykorzystanie roślin alternatywnych na cele energetyczne. Fragm. Agron. 3, 300-315.
• Szempliński W., Bogucka B., Wróbel E., 2009. Przydatność mieszańców kukurydzy o zróżnicowanej wczesności do uprawy na kiszonkę w warunkach województwa warmińsko--mazurskiego. Acta Sci. Pol., Agricultura 8(1), 57-68.
• Szempliński W., Dubis B., 2011. Wstępne badania nad plonowaniem i wydajnością energetyczną wybranych roślin uprawianych na cele biogazowe. Fragm. Agron. 28(1), 77-86.
• Śliwiński B.J., Brzóska F., 2006. Historia uprawy sorgo i wartość pokarmowa tej rośliny w uprawie na kiszonkę. Post. Nauk Rol. 1, 25-37.
• Tworkowski J., Kuś J., Szczukowski S., Stolarski M., 2010. Uprawa roślin energetycznych. Monografia. Nowoczesne technologie pozyskiwania i energetycznego wykorzystywaniabiomasy. Wyd. Instytut Energetyki Warszawa.
• Weizsäcker E.U., Lovins A.B., Lovins L.H., 1999. Mnożnik cztery. Podwojony dobrobyt – dwukrotnie mniejsze zużycie zasobów naturalnych. Raport dla Klubu Rzymskiego. Wyd.Rolewski Toruń.
• Węgrzyn A., Zając G., 2008. Wybrane aspekty badań efektywności energetycznej technologii produkcji biomasy roślinnej. Acta Agroph. 11(3), 799-806.
• Wielicki W., 1989. Analiza efektywności energetycznej w rolnictwie. Post. Nauk Rol. 1, 69-86.