Pastaruoju metu vis daugiau dėmesio skiriama atsinaujinančiai energetikai. Iki šiol populiariausiu bioenergijos šaltiniu Lietuvoje išlieka apvalioji mediena ir jos šalutiniai produktai. Tačiau alternatyvios energetikos šaltinių aktyviai ieškoma ir kitose srityse, iš kurių dideliu potencialu išsiskiria žemės ūkis.

Bioenergijai gali būti naudojamos įvairios žemės ūkio žaliavos – kviečiai, kvietrugiai, rapsai, cuk­riniai runkeliai, daugiametės žolės ar jų atliekos. Nepaisant didelio kai kurių žemės ūkio augalų energinio potencialo, daugelyje pasaulio šalių linkstama prie nuomonės, kad energetiniams tikslams naudoti maistui tinkamus augalus yra nepriimtina, nes tuomet sparčiai didėja maisto produktų kainos, todėl vis dažniau atsigręžiama į ne maisto paskirties energinius augalus.

Trumpos apyvartos miško želdiniai

Vieni pirmųjų energinių augalų, artimų medžiams, buvo pradėti tirti ir auginti trumpos apyvartos miško želdiniai: gluosnio žilvitis (Salix viminalis L.), drebulės hibridas (Populus tremula L. x P. tremuloides Michx.) ar juodoji glaustašakė tuopa (Populus nigra L.). Lietuvoje šių želdinių plotai gerokai išaugo pastaraisiais metais, tai lėmė ne tik finansinė parama trumpos apyvartos miško želdiniams įveisti, bet ir didėjantis medienos biomasės poreikis šildymo katilinėms. Manoma, kad susmulkinta šių augalų biomasė galėtų papildyti medienos ar jos atliekų kurą.

Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Žemdirbystės instituto tyrimų duomenimis, pirmaisiais metais gluosnių žilvičiai vidutiniškai sukaupia 2,5 t ha-1 sausųjų medžiagų, drebulės hibridai – apie 1,3 t ha-1, o juodosios glaustašakės tuopos – tik apie 0,39 t ha-1 sausųjų medžiagų. Per kitus trejus metus daugiausia sausųjų medžiagų biomasės buvo gauta iš gluosnių žilvičių – 32,7–38,1 t ha-1, nedaug nuo jų atsiliko juodosios glaustašakės tuopos – 24,1–33,0 t ha-1 SM, mažiausiu produktyvumu pasižymėjo drebulių hibridai – jų sausųjų medžiagų biomasės kiekis buvo 15,5–22,2 t ha-1.

Būtina atkreipti dėmesį, kad trumpos apyvartos miško želdinių produktyvumas priklauso ne tik nuo jų rūšies, bet ir nuo veislės bei auginimo sąlygų (dirvožemio kokybės, meteorologinių sąlygų ir kt.) bei technologijos. Kai kurių veislių gluosnių žilvičių per trejus metus sukaupiamas sausųjų medžiagų kiekis gali siekti apie 43 t ha-1. Atsižvelgiant į šių augalų derlingumą per trejus metus, jie atrodo patrauklūs bioenergijos šaltiniai, tačiau būtina atsižvelgti į kelis aspektus, neretai ribojančius trumpos apyvartos plantacijų įveisimą.

Viena didžiausių problemų yra ta, kad šios plantacijos turi būti įveisiamos vietose, kur netrukdytų melioracijos sistemoms. Vienas iš didžiausių trumpos apyvartos miško želdinių privalumų yra stipri ir gausi trumpos apyvartos miško želdinių šaknų sistema, pasiekianti gilius dirvožemio sluoksnius ir lengvai aprūpinanti augalus vandeniu net sausros metu. Tačiau stipri šaknų sistema turi ir neigiamą aspektą – gali užkimšti ar visai sunaikinti drenažo sistemas. Kita vertus, šie želdiniai yra gana aukšti, todėl negali būti auginami po elektros linijomis.

Auginti trumpos apyvartos miško želdinius yra nesudėtinga, tačiau pirmaisiais auginimo metais būtina cheminė ar mechaninė augalų apsauga nuo piktžolių. Be to, būtina iš anksto apgalvoti, kaip bus nuimamas derlius. Derliaus nuėmimą apsunkina tai, kad šiam darbui reikalinga speciali brangi technika, o dažnu atveju, siekiant optimaliai išnaudoti technikos galimybes, trumpos apyvartos miško želdiniai turi būti sodinami pagal atitinkamas schemas. Taip susidaro tarpueiliai, kurie yra ne tik erdvė piktžolėms augti, bet ir mažina iš žemės ploto gaunamą energinį potencialą. Nepaisant šių sunkumų, trumpos apyvartos miško želdiniai yra pakankamai atsparūs nepalankioms klimato sąlygoms, sugeba apsirūpinti vandeniu sausrų metu, mažai pažeidžiami šalčio, todėl tinkamai pasirinkus jų rūšį ir veislę, tikrai gali būti auginami bioenerginėms reikmėms.

Tradiciniai ir alternatyvūs žolynai bioenergijai

Daugiamečiai žolynai iki šiol plačiausiai naudoti kaip pašarinė žaliava gyvulininkystėje tiek Lietuvoje, tiek ir daugelyje kitų šalių. Daugiametės žolės yra daugiafunkcinės paskirties augalai, teikiantys net ir netiesioginės naudos visuomenei – palaiko augalų bioįvairovę, saugo dirvožemį, formuoja kraštovaizdį ir rekreacines zonas. Analizuojant mūsų ir kitų šalių mokslininkų tyrimus aiškėja, kad daugiamečių žolių auginimas energetinėms reikmėms turi daugiau privalumų negu vienamečių ne vien dėl didelio produktyvumo (priklausomai nuo rūšies ir auginimo sąlygų, daugiamečių žolių sausųjų medžiagų kiekis yra 5–14 t ha-1) ir gaunamo energijos kiekio, bet ir kitų veiksnių. Akivaizdu, kad daugiamečių žolių auginimas reikalauja daug mažiau energijos sąnaudų, nes daugiametės žolės gali vienoje vietoje augti ir duoti derlių 8–10 metų. Taip pat mažesnės darbo ir cheminių trąšų bei augalų apsaugos priemonių sąnaudos (pasirinkus tinkamą žolynų sudėtį ar pjūties laiką). Daugiamečių žolių derliui nuimti ir paruošti perdirbimui tinka įprasta žemės ūkio technika, o derlius nuimamas kiekvienais metais, dirvožemis apsaugomas nuo erozijos.

Bioenergijai tinkamų augalų rūšių su efektyvia energijos išeiga bei minimaliu jos sunaudojimu perdirbimo žaliavos paruošimui identifikavimas yra labai svarbus aspektas. Vieni žolynai yra tinkamesni biodujų gamybai, kiti – deginimui ar bioetanolio gamybai. Vidutinių platumų zonos šiaurinėje dalyje, kurioje yra ir Lietuva, didesnis energetinis potencialas pasiekiamas auginant šaltojo sezono daugiametes žoles, tokias kaip nendrinis dryžutis (Phalaris arundinacea) ir nendrinis eraičinas (Festuca arundinacea).

LAMMC Žemdirbystės instituto mokslininkų atliktų tyrimų duomenimis, vienomis iš perspektyviausių žolių biodujoms galėtų būti nendriniai eraičinai. Navas veislės nendrinius eraičinus tręšiant 90 kg ha-1 mineralinio azoto ir pjaunant du kartus per vegetacijos sezoną, jų vidutinis metinis energinis potencialas buvo apie 125 gigadžiaulių iš hektaro (GJ ha-1). Kitų mokslininkų atliktų tyrimų duomenimis, naudojant daugiametes žoles deginimui, jų lyginamasis energijos kiekis yra 98 GJ ha-1. Tuo tarpu miško medienos energijos kiekis iš hektaro siekia 18 GJ, šiaudų kuras – 70, medžių ir krūmų plantacijų – 126 GJ ha-1.

Daugiametės žolės skirtingai reaguoja į azoto poveikį, sausros stresą ar kitas augimo sąlygas bei skirtingai išpildo bio­masės sudėties kokybinius reikalavimus. Renkantis žoles bioenergijai, būtina atsižvelgti ne tik į jų rūšį, bet ir į auginimo technologiją – deginimui žolynai turėtų būti pjaunami ne dažniau kaip du kartus per sezoną, o biodujoms skirtos biomasės kokybė turėtų būti gerinama pjaunant juos dažniau. Žinoma, neturėtų būti pamiršta, kad dažnesnės pjūtys padidina energijos sąnaudas biomasei paruošti.

Daugelyje šiltojo klimato valstybių, pradedant kalbėti apie daugiametes žoles bioenergijai, didžiausias dėmesys skiriamas drambliažolėms (Miscanthus giganteus), kurios per metus gali sukaupti iki 25 t ha-1 sausųjų medžiagų. Tačiau atliktais tyrimais nustatyta, kad mūsų klimato zonoje drambliažolių derlingumas gerokai mažesnis. Nepaisant to, vilčių daugiamečių žolių augintojams teikia tai, kad šios žolės gali peržiemoti mūsų šalyje, todėl sukūrus šalčiui atsparesnes ir šiaurinėse klimato zonose produktyvesnes veisles, galbūt bus galima drambliažoles auginti kaip perspektyvų energinį augalą.

Galimos perspektyvos

Nors tradicinių augalų naudojimas bioenergijai yra perspektyvus, nenustojama ieškoti alternatyvių augalų, pasižyminčių dideliu biomasės kiekiu, perdirbimui tinkama kokybe ir kuo didesniu galutinės naudingos energijos kiekiu. Pasitelkiant kitų šalių mokslininkų patirtį, 2007 metais Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Žemdirbystės institute moksliniams tyrimams pradėta auginti sida (Sida hermafrodita), geltonžiedis legėstas (Silphium perfoliatum), pavėsinis kietis (Artemisia dubia) ir keletas kitų augalų rūšių. Iš visų tirtų netradicinių augalų tyrimų metais didžiausiu produktyvumu pasižymėjo pavėsiniai kiečiai. Antraisiais–ketvirtaisiais augimo metais jie sukaupė vidutiniškai nuo 8 iki 24 t ha-1 sausųjų medžiagų. Savo biomasės kiekiu paprastieji kiečiai pralenkė kitus tirtus augalus, tačiau ne tik Lietuvoje, bet ir kitose šalyse jie yra labai mažai ištirti, todėl kol kas menkai žinoma apie jų auginimo ir naudojimo bioenergijai technologijas. Moksliniai tyrimai tęsiami ir tikimąsi, kad bus galima pateikti tikslesnių rekomendacijų energinių augalų augintojams.

Lenkijoje vienu populiariausių energinių augalų yra įvardinamos sidos. Šios šalies mokslininkai tiria ne tik rūšies ypatumus, bet vertina atskirų veislių naudojimo bioenergijai galimybes. Mūsų klimato sąlygomis sidų biomasės sausųjų medžiagų kiekiai kiekvienais metais didėjo nuo 7,00 iki 15,1 t ha-1 ketvirtaisiais augimo metais. Sidų derlius dažniausiai nuimamas vieną kartą per sezoną. Pjaunant šiuos augalus vėlyvą rudenį, gaunamas didžiausias biomasės kiekis, augalai būna sumedėję, todėl gali būti naudojami deginimui, bioetanolio gamybai ar perdirbami pirolizės (deginimo aukštoje temperatūroje bedeguonėje aplinkoje) būdu.

Biodujų gamybai vienais perspektyviausių žolinių augalų Vokietijoje bei kitose šalyse yra laikomi geltonžiedžiai legėstai. Efektyviai šie augalai augo ir Lietuvoje – gerai peržiemojo, gerai konkuravo su piktžolėmis. Atliktų tyrimų duomenimis, netręšiant šių augalų azoto trąšomis, sausųjų medžiagų kiekis buvo nuo 3,39 iki 7,94 t ha-1. Nors yra teigiama, kad energiniai augalai nėra reiklūs auginimo sąlygoms, tačiau daugelio jų biomasės kiekį iš esmės didino tręšimas azoto trąšomis (tik normos neturėtų būti labai didelės).

Daugiamečių augalų moksliniai tyrimai – ilgalaikis procesas, todėl aiškių ir konkrečių rezultatų tenka palaukti. Smagu, kad pirminiai atliktų tyrimų rezultatai tikrai neleidžia nuleisti rankų ieškant alternatyvios energetikos žemės ūkio srityje. Auginant augalus įmanomas gauti energijos kiekis yra nemažas, o žemės ūkio augalų įvairovė galėtų prisidėti prie atsinaujinančios energetikos plėtros.