Mano ukio prenumerata 22 07 21
Mano Ūkis 2020/06
Biokuro ruošimas iš netradicinių žolinių augalų
  • Prof. dr. Algirdas JASINSKAS, Dionizas STREIKUS VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Gaminant biokurą iš įvairių rūšių žolinių augalų, svarbiausia yra tinkamai paruošti biomasę, ją susmulkinti ir supresuoti į granules ar briketus, kurių fizinės-mechaninės ir šiluminės savybės panašios į medienos biokuro. Deginant žolinių augalų granules ar briketus, neteršiama aplinka, o gautus pelenus galima panaudoti augalams tręšti.

Tiek Lietuvoje, tiek ir Europoje bei kitose pasaulio šalyse nuolat atliekami žolinių augalų paruošimo ir naudojimo įvairioms reikmėms tyrimai. Iš tirtų daugiamečių žolių didžiausią potencialą turi rykštinės soros (Panicum virgatum), drambliažolės (Miscanthus giganteus), cukranendrės (Arundo donax), nendriniai dryžučiai (Phalaris arundinacea), nes šie augalai gali užauginti didelį derlių. Presuotam biokurui ruošti tinka ir nendriniai augalai – nendrės ir švendrai, kuriuos perdirbus ir sugranuliavus gaunamas kaloringas ir kokybiškas biokuras.

Nendrinių augalų, ypač nendrių, panaudojimas gana platus. Šiaurės šalyse nendrėmis dengiami namų stogai – tai pelningiausias jų panaudojimo būdas. Estijoje įsikūrusi įmonė ,,Roomaja“ gamina 5 ir 2,5 cm storio nendrių plokštes, skirtas namų sienoms šiltinti.

Jungtinėje Karalystėje 2007 m. buvo tirtas žemapelkių nendrių biomasės panaudojimas lankytojų centrui šildyti. Buvo nustatyta, kad lankytojų centrui ir keletui šalimais esančių pastatų apšildyti per metus reikia 27 t sausų nendrių. Šis nendrių biomasės kiekis gali būti prišienaujamas žiemą 2,7 ha nendrynų pelkėse. Nendrių biomase būtų ne tik apšildytas lankytojų centras, tačiau ir užtikrinta gamtotvarka, naudinga biologinei įvairovei. Pradinės investicijos į biomasės deginimo katilą ir būtinąją infrastruktūrą siekia 68 000 Eur, tačiau skaičiuojama, kad jos atsipirks per 5–10 metų, po kurių lankytojų centras naudosis daug pigesne šildymosi alternatyva nei skystų dujų kuro sistema.

Remiantis Europos Komisijos ir Olandijos aplinkos tyrimų agentūros informacija, didžiausios šalys teršėjos yra Kinija, JAV ir Indija. Kinijoje nustatytas CO2 emisijos intensyvumas sudaro apie 30 proc. viso pasaulio CO2 emisijos. Europos Sąjunga įsipareigojusi paversti Europą ypač energiją taupančia, mažo anglies dioksido kiekio ekonomika. Rekomenduojama naudoti ekologišką augalinės kilmės biokurą, kurio sudėtyje beveik nėra kenksmingų medžiagų, o jį deginant išsiskyręs anglies dioksidas augalų fotosintezės procese paverčiamas deguonimi.

Išmetamųjų teršalų iš kurą deginančių įrenginių ribines vertes Lietuvoje reglamentuoja aplinkos ministro patvirtintos išmetamųjų teršalų iš kurą deginančių įrenginių normos. Nustatytos biokurą deginančių naujų ir esamų įrenginių, kurių šiluminis našumas 0,12–1,0 MW, išmetamų teršalų ribinės vertės (esant standartinei O2 = 6 proc. koncentracijai tūrio procente): NOx – 750 mg Nm-3; CO –nenormuojama; SO2 – 2 000 mg Nm-3; kietųjų dalelių – 800 mg Nm-3.

Sudeginus 1 t žolinių augalų arba šiaudų, kūrykloje susidaro 30–40 kg pelenų ir filtruose lieka 5–8 kg dulkių, pelenuose būna apie 0,09 proc. azoto, 1 proc. fosforo, 11 proc. kalio. Dėl pelenuose esančio fosforo ir kalio pelenus galima naudoti kaip trąšą.

Technika biomasės derliui nuimti

Tradicinių ir netradicinių žolinių augalų biomasės derliui nuimti ir kurui ruošti tinka tos pačios technologijos ir technika, kaip ir pašarinėms žolėms bei šiaudams. Kaip pašarui, taip ir kurui ruošiamą žolę reikia nupjauti, tam naudojamos dalginės ir rotacinės žoliapjovės. Tačiau stambiastiebiams netradiciniams energetiniams augalams, tokiems kaip nendrės ar švendrai, tradicinė derliaus nuėmimo technika netinka. Šie augalai auga vandenyje ar šalia vandens esančiuose krantuose ir pelkėtose vietovėse, dėl to jiems nuimti reikalinga speciali technika.

Anglijos kompanijos „Loglogic“ gamybos 3,7 t masės žoliapjovė su vikšrine važiuokle Softrak gali dirbti tiek šlapynėse, tiek esant įšalui. Drėgnose ir pelkėtose vietovėse tinka dirbti šienapjovė Reeda, sukurta Lenkijoje. Ši mašina sveria 2,5 t, joje sumontuoti 60 cm pločio guma aptraukti vikšrai leidžia mašinai dirbti ir pelkėtose vietovėse, kurios nėra padengtos ledu. Olandijoje nendrių biomasė nuimama specialiomis mašinomis-kombainais.

Danijoje gaminamos mašinos Seiga, kurios dažniausiai naudojamos šiaudiniams stogams dengti skirtoms nendrėms pjauti. Dirbdama tinkamomis sąlygomis ši mašina gali pagaminti 6 000 ir daugiau nendrių ryšulių per dieną.

Italijoje gaminamos savaeigės žoliapjovės BCS 622, kurių maža masė nereikalauja didelių transportavimo išlaidų. Mašina nupjauna nendres ir suriša jas į ryšulius, kurie vėliau surenkami ir išvežami kita transporto priemone. Ši mašina nendrėms pjauti gali būti naudojama tik esant įšalui, nors jos pjautuvas gali būti montuojamas ant kitos – didesnės ar mažesnės – žoliapjovės.

Lietuvai pagražinti draugijos Alytaus rajono Simno skyrius vykdė projektą „Inovatyvus šlapžemių naudojimas Simno šildymui, kartu pagerinant Žuvinto biosferos rezervate ir kitų ežerų ekosistemų būklę“, kurio tikslas – išsaugoti nykstančius paukščius ir paskatinti aplinkai palankų ūkininkavimą. Projekto metu vietos ūkininkai perdirbo pelkių žoles į biokurą. Šiam darbui buvo naudota speciali technika – amfibijos.

Nendrinių augalų naudojimo biokurui tyrimas

Ieškant biokurui tinkamų žolinių augalų, vis plačiau tiriami ir naudojami energetinėms reikmėms nendriniai augalai – nendrės ir švendrai. Paprastoji nendrė (Phragmites australis) – tai miglinių šeimos augalas. Šis žolinis augalas užauga nuo 100 iki 400 cm aukščio. Auga krantuose, pelkėse, pakelių grioviuose. Ypač vešlūs nendrynai Kuršių marių pakrantėse.

Švendras (Typha) – magnolijūnų (Magnoliophyta) skyriaus, monotipinės švendrinių (Typhaceae) šeimos augalas. Jis turi šliaužiantį storą šakniastiebį, kuriame daug krakmolo. Žiedai sutelkti burbuolėse. Šaknys dvejopos: ilgos, padedančios įsitvirtinti į gruntą, ir trumpos – siurbiančiosios. Auga pelkėse ir stovinčių arba lėtai tekančių vandenų pakrantėse iki 1,5 m gylio.

VDU Žemės ūkio akademijos Žemės ūkio inžinerijos ir saugos institute 2017– 2019 m. atlikti nendrių ir švendrų paruošimo ir naudojimo biokurui tyrimai, vertinant granulių fizines-mechanines savybes: drėgnį, tankį, atsparumą gniuždymui. Pagamintų granulių elementinės sudėties, peleningumo ir šilumingumo (kaloringumo) tyrimai atlikti Lietuvos energetikos instituto Šiluminių įrengimų tyrimo ir bandymų laboratorijoje.

Tyrimams atlikti augalai nuimti ir surišti į ryšulius žiemą, ant užšalusio užpelkėjusios upės ledo. Prieš gaminant granuliuotą biokurą, jie susmulkinti ir sumalti iki smulkios frakcijos miltų – apie 70–80 proc. jų sudarė 1–2 mm smulkumo frakcija. Granulės gamintos granuliatoriuje su horizontalia matrica, skirta ruošti 6 mm skersmens granules.

Granulių gamybos technologija ir naudojami įrenginiai parinkti atsižvelgiant į žaliavą, jos drėgnį ir miltų frakcinę sudėtį. Granulių tūrinė masė ir tankis aktualus kalbant apie biokuro tiekimą ir transportavimą į saugyklas ir deginimo įrenginius katilinėje. Nendrių ir švendrų tankio tyrimų rezultatai pateikti lentelėje.

Tyrimais nustatyta, kad didesnio tankio yra nendrių granulės, jis siekė 1 130,9 kg·m-3 SM (sausųjų medžiagų), švendrų granulių tankis taip pat aukštas – 1 026,5 kg·m-3 SM. Palyginimui tirtas ir tradicinių žolinių augalų – nendrinių dryžučių – granulių tankis, kuris buvo panašus į švendrų granulių tankį (1 035,1 kg·m- 3 SM). Tirtų augalų granulių tankis buvo gana aukštas ir tenkino biokuro granulėms keliamus reikalavimus, nes daugelio šalių standartuose nurodomas 1 000 kg·m-3 SM minimalus granulių tankis.

Nendrinių augalų granulių stiprumo ir atsparumo gniuždymui tyrimai atlikti naudojantis INSTRON 5965 įranga, ant kieto pagrindo sudėtos granulės buvo veikiamos vertikalios jėgos. Nustatyta, kad skirtingų augalų granulių atsparumas gniuždymui skiriasi ir kinta.

Stipresnės buvo švendrų granulės, kurios atlaikė 668 N slėgio jėgą, o mažiau atsparios gniuždymui buvo nendrių granulės, nors jos taip pat atlaikė gana didelę 549 N slėgio jėgą. Nendrių ir švendrų granulės pasižymi dideliu atsparumu gniuždymui, todėl jos tinka tiekimui ir transportavimui bei tenkina aukštos kokybės granuliuotam biokurui keliamus reikalavimus.

Atlikti elementinės sudėties tyrimai atskleidė, kad augalinės kilmės biokuro granules sudaro trys pagrindiniai komponentai: anglis (C), vandenilis (H) ir deguonis (O), kurių bendras kiekis siekia 81– 93 proc. Pagal šiuos rezultatus jos mažai skiriasi nuo medienos (99 proc.) granulių.

Nendrinių augalų granulės gali būti lyginamos su medienos kuru, tačiau jos pasižymi didesniu peleningumu, dėl to reikėtų reguliuoti degimo procesą ir spręsti pelenų šalinimo problemą. Nustatytos kitos savybės tenkina kokybiškam biokurui keliamus reikalavimus, todėl nendrinių augalų granuliuotas biokuras gali būti rekomenduojamas namų ūkiams ir energetikos pramonės įmonėms.

Geromis savybėmis ypač išsiskiria nendrių granulės, kurių sauso kuro apatinis šilumingumas siekia net 17,86 proc., deginant susidaro nedidelis pelenų kiekis – 3,17 proc. ir gaunamas minimalus kiekis chloro (0,05 proc.), kuris turi įtakos deginimo įrenginių darbui – didina jų koroziją ir mažina darbo ilgaamžiškumą.

Nendrių ir švendrų granulių kenksmingų dujų emisijų tyrimai buvo atlikti Lietuvos energetikos institute. Deginant granuliuotą biokurą išsiskiria tam tikras kenksmingų dujų emisijų kiekis, kuris gali daryti žalingą poveikį aplinkai.

Deginant minėtų augalų granules gautas CO2 kiekis yra panašus, o kitų kenksmingų medžiagų emisijų reikšmės deginant nendrių granules yra mažesnės. Nepaisant to, nustatyta, kad visais tirtais atvejais, deginant nendrių ir švendrų granules į aplinką patenkančios emisijos neviršija leistinų normų.

Apibendrinant nendrinių augalų granulių deginimo ir emisijų bei kitų atliktų tyrimų rezultatus galima teigti, kad Lietuvoje augantys nendriniai augalai gali būti rekomenduojami naudoti biokurui juos granuliuojant, tačiau naudojant drėgną žaliavą reikalingos papildomos energijos sąnaudos masei džiovinti. Tokį biokurą deginant užtikrinamas gana kokybiškas ir efektyvus degimas ir minimalūs teršalų išmetimai į aplinką.