Спецвозможности
Технологии

Производство биотоплива из свичграса: экологически чистая энергия

17.05.2017
4750
Производство биотоплива из свичграса: экологически чистая энергия фото, иллюстрация
Восстановление вегетации проса прутовидного весной

Весьма пригодным сырьем для производства биотоплива являются многолетние злаковые культуры, одной из которых является просо прутовидное, или свичграс (Panicum virgatum). Это прямостоящая теплолюбивая и весьма выносливая в условиях засухи и высокой температуры культура с глубокопроникающей (до 2,5 м) мочковатой корневой системой, что позволяет растениям выдерживать краткосрочные затопления. В высоту свичграс достигает 2,5-3,0 м. Плотность корневой системы этого вида проса в поверхностном 15-сантиметровом слое вдвое больше, чем у люцерны, и втрое — чем у кукурузы.

 

 

Свичграс: выращивание сырьея для биотоплива

Быстрые темпы роста и высокая зимостойкость делают эту культуру привлекательным сырьем для производства биотоплива, для выработки тепла и электроэнергии при прямом его сжигании, газификации и пиролизе. Также свичграс является биоэнергетическим растением, которое используют для производства целлюлозного этанола. Но основное назначение проса прутовидного — это применение его в качестве сырья для производства топливных гранул, которые можно сжигать в твердотопливных котлах для обогрева домов.

Волоть проса прутоподібного із насінням (а) та насіння проса прутоподібного (б)

Просо прутовидное как возобновляемый источник энергии имеет весьма положительные значения энергии и низкий уровень выбросов парниковых газов. Так, например, от сжигания этанола из проса выбросов парниковых газов более чем вдвое меньше, чем от сжигания бензина. Просо может давать в пять раз больше энергии, чем расходуется для его выращивания.

Как многолетняя культура просо прутовидное может быть использовано для уменьшения эрозионных процессов в почвах, как зеленый корм для скота и для создания пастбищ, для заготовки сена и как заменитель соломы зерновых культур для нужд животноводства (на подстилку), как субстрат для выращивания грибов.

Производительность проса прутовидного находится в пределах 6-25 т/га сухого вещества. На поле его можно использовать в течение 10 и более лет.

Выбор участка и предпосевная подготовка почвы для производства биотоплива из свичграса

Урожайность проса прутовидного во многом зависит от состава и плодородия почвы, осадков, выпадающих в осенне-зимний период и в период вегетации, генетики и других факторов.

Просо хорошо родит на самых разных типах почв, но самые лучшие для него — хорошо дренированные суглинистые и супесчаные почвы. Однако для использования на биотопливо рекомендуемыми являются непроизводительные почвы, непригодные или нежелательные для выращивания обычных сельхозкультур.

Хорошую урожайность просо дает на почвах с уровнем кислотности (рН), который близок к нейтральному. На таких почвах растения хорошо используют питательные вещества, необходимые для роста и развития. Слишком кислые или щелочные почвы не пригодны, а питательные вещества находятся в формах, недоступных для растений.

Сходи проса прутоподібного навесні другого року вегетації

Для активного роста и развития растений проса температура в течение периода вегетации должна быть в пределах 15...35 °С, а вегетационный период — достаточно длительный. Если температура ниже 15 °С или превышает 35 °С, рост растений замедляется или прекращается. При оптимальных условиях увлажнения повышается кустистость растений.

Нежелательными являются земли, на которых массово растут злаковые сорняки, уничтожение которых в посевах достаточно проблематично. Если на поле, отведенном под посев проса прутовидного, есть большое количество многолетних коренеотпрысковых сорняков, с осени перед пахотой их необходимо уничтожить путем внесением препарата сплошного действия.

После уборки предшественника для сохранения влаги в почве, измельчения растительных остатков, провоцирование прорастания семян сорняков для дальнейшего их запахивания проводят лущение почвы на глубину 6-12 см. Высота гребней на поле должна составлять не более 4 см. Вспашку следует проводить на глубину 20-22 см. Глубокая вспашка нецелесообразна, ведь в первый год вегетации основная масса корней проса размещается преимущественно в верхнем (15-20 см) слое почвы.
С осени, после вспашки, проводят выравнивание поверхности поля культиваторами типа КПС-4 на глубину 5-7 см.

Вигляд посівів проса прутоподібного влітку

Важ­ли­вим еле­мен­том тех­но­логії ви­ро­щу­ван­ня про­са пру­то­подібно­го для от­ри­ман­ня друж­них та якісних сходів є пе­ред­посівна підго­тов­ка грун­ту. Пра­виль­не її про­ве­ден­ня має за­без­пе­чи­ти спри­ят­ливі умо­ви для про­ро­с­тан­ня насіння, ад­же схо­ди про­са у по­чат­ковій фазі рос­ту та роз­вит­ку не мо­жуть успішно кон­ку­ру­ва­ти з бур’яна­ми за во­ду, со­няч­не освітлен­ня і по­живні ре­чо­ви­ни.

Предпосевную обработку почвы проводят при наступлении физической спелости почвы: выравнивание поля шлейфами, измельчающая обработка в один или два прохода борон и прикатывание. Это позволит создать мелкокомковатую структуру верхнего почвенного слоя, сохранить влагу и создать на глубине заделки семян уплотненное ложе, что является необходимым условием получения быстрых и дружных всходов.

Для предпосевной обработки почвы применяют также агрегаты типа «Европак», System-Kompaktor, System-Korund и другие, благодаря которым за один проход агрегата выполняется целый ряд технологических операций.

После этого для дополнительного уплотнения почвы проводят допосевное его прикатывание.
После проведения культивации массовая доля комочков размером 0,01-10,00 мм на поле
(в слое 0-5 см) должна составлять не менее 80%. Такой фракционный состав почвы препятствует непродуктивным потерям почвенной влаги, улучшает аэрацию почвы и предотвращает ветровую и водную эрозию.
Твердость почвы в разрыхленном слое должна составлять 0,2-1,0 МПа, а влажность в слое 0-10 см — 25-35%.

Посев свичграса на биотопливо

Большая часть семян проса прутовидного после уборки культуры находится в состоянии покоя и имеет низкую всхожесть. Но количество таких «спящих» семян со временем уменьшается, и уже через год их всхожесть может увеличиться вдвое.

Семена проса начинают прорастать при тепловой температуре 6 ... 8 °С, но дружное прорастание наблюдается при прогревании почвы до 15...16 °С. Если в период прорастания тепловая температура снижается до 8...9 °С, всходы появляются только через две недели, а при температуре 3...5 °С они в основном погибают или сильно повреждаются.

На поверхности почвы не должно быть больших комков, а именно семена нужно высевать на глубину 0,5-1,5 см, ведь у проса прутовидного оно достаточно мелкое (3-6 мм длиной и до 1,5 мм шириной). Поэтому для достижения хорошего контакта семян с почвой важно прикатывание посевов до и особенно после посева, ведь недостаток в этот период влаги в почве в верхнем посевном слое может привести к низкой всхожести семян. При наличии необходимого количества тепла и влаги всходы могут появиться на пятый-седьмой день. При неблагоприятных условиях (понижение температуры воздуха, засуха и др.) культура может всходить значительно дольше.

Рекомендуемая норма высева семян зависит от их всхожести и составляет 2,5-10 кг/га. Масса 1000 семян колеблется в пределах 1,2-1,6 г.

Семена высевают как широкорядным, так и обычным строчным способом. Для широкорядного посева лучше применять сеялки точного высева типа MISTRAL, «Клен-6» и другие с электронной системой контроля нормы высева (ВСС). Используют также овощные сеялки СО-4,2, переоборудованные свекольные ССТ-12Б или пневматические СУПН-8А, а для обычного рядового посева — СЗТ-3,6, СЗТ-3,6А, СЛТ-3,6. На почвах, подверженных грунтовой и ветровой эрозией, применяют специальные стерневые сеялки СРП-2, СТС-2,1 (СЗС-2,1), СТС-6, СКК-12 и др. Отклонение фактического расхода семян от заданной нормы высева — не более ± 4%.

Вигляд посівів проса прутоподібного восени

Широкорядный способ посева создает необходимый питательный и воздушно-водный режимы почвы и позволяет лучше ухаживать за растениями в период вегетации, качественно проводить видовые и сортовые прополки. Для облегчения проведения первой междурядной обработки почвы до появления всходов рекомендуется вместе с просом высевать «маячковую» культуру (редиску или горчицу белую и т.п.), которые всходят несколько раньше проса. Их примешивают в небольших количествах.

Для получения полноценной густоты стояния растений почва должна оставаться влажной в течение одного месяца после появления всходов.

Если по результатам анализов насыщенность почвы фосфором и калием средняя или высокая, то внесение этих элементов перед посевом не нужно. Азотные удобрения обычно во время посева не вносят, так как они будут способствовать росту сорняков, а это, в свою очередь, уменьшает конкурентоспособность проса прутовидного в начальный период роста и развития.

Известна практика, когда просо высевают в местах, подверженных ветровой или водной эрозией. В таком случае на поверхности почвы стоит оставлять мульчу в виде растительных остатков, которые могут контролировать рост и развитие сорняков, а также способствуют удержанию влаги в почве, снижают суммарное испарение с почвенной поверхности. Но есть и недостатки — из-за наличия мульчи на поле несколько усложняется процесс посева.

Уход за посева­ми свичграса на биотопливо 

Воздушный режим почвы регулируется разрыхлением его в междурядьях (при широкорядном посеве семян), щелеванием и поверхностным осушением переувлажненных участков.

Уход за посевами проводится в течение первого года и весной второго года выращивания, ведь именно в этот период сорняки наносят значительный ущерб растениям проса. После разрастания посевов, когда создается устойчивый густой растительный покров, проводить мероприятия, направленные на уменьшение засоренности, не нужно.

Поэтому работа, направленная на уничтожение сорняков после посева, является чрезвычайно важным этапом технологии выращивания проса прутовидного. Засоренность площади значительно зависит от допосевного использования земли и предшественников и набора технологических операций, которые используют при уходе за посевами.

После посева — при наличии всходов сорняков, но до всходов проса — можно применять гербициды сплошного действия.

В дальнейшем количество опрыскиваний послевсходовыми гербицидами зависит от частоты появления сорняков и их спектра. При широкорядном высеве можно проводить междурядные обработки.

Оценку состояния посевов проводят весной следующего года, на второй год вегетации. Хорошо ухоженные посевы могут быть продуктивными более 10-12 лет. Просо может поражаться многими видами грибных заболеваний, в том числе ржавчиной, пятнистостью листьев, корневыми гнилями и тому подобное.

Большинство из этих заболеваний не наносят значительный ущерб посевам. Но в случае значительного распространения болезней необходимо применять фунгициды или высевать устойчивые к болезням сорта. Прибегают также и к обеззараживанию семян фунгицидами.

Просо является растением, которое особо не беспокоят насекомые. На посевах выявлены тли, цикадки, различные жуки, клопы-черепашки, кузнечики, проволочники, но особый вред культуре они не наносят.

Сбор и хранение проса

Период сбора биомассы проса прутовидного может начинаться с поздней осени и продолжаться в течение всей зимы (при условии небольшого снежного покрова или его отсутствия) и рано весной до появления новых побегов.

Биомассу из проса можно собирать как в первый, так и второй год выращивания культуры, но промышленное использование наступает на третий год вегетации. Обычно просо прутовидное дает до 30% своего потенциала биомассы в первый год вегетации, до 70 — на второй год и 100% потенциала — с третьего года использования посева.

Скашивание и уборку проса прутовидного проводят с использованием обычного оборудования, традиционного для сенокошения, то есть валкоукладчики и пресс-подборщики, преимущественно один раз в год. Очень редко — дважды, когда возникает необходимость использовать растения на корм.

Время сбора проса влияет на выход биомассы и качество сырья, что, в свою очередь, влияет на производство биотоплива и связанную с ним экономику. Так, например, если сбор урожая биомассы откладывается до февраля — марта следующего года, выход биомассы из-за потерь от выветривания, осыпание листьев, обламывания стеблей в течение зимнего периода может снижаться до 40%, увеличиваются также потери биомассы и в процессе уборки. Но в то же время за зимний период с биомассы выщелачивается часть калия и хлора, что обусловливает снижение выбросов вредных частиц во время ее сжигания.

Высота срезания проса при сборе должна быть не менее 10-15 см. Это помогает поддерживать эффективными точки роста и снижает проколы шин. Кроме того, такая высота стерни эффективнее задерживает снег зимой, в результате чего уменьшается выпадение растений в этот период.

Влажность биомассы должна составлять не более 15%, что гарантирует высокое качество сырья и позволяет обойтись без сушки в процессе ее гранулирования. Гранулы из проса имеют более низкий уровень выбросов вредных веществ по сравнению с сжиганием угля и природного газа. В процессе сушки биомассы проса тратится меньше энергии, чем для древесины, а при сгорании топливная масса свичграса не коксуется.

Собранную биомассу можно хранить в больших круглых или прямоугольной формы (считаются простые в транспортировке и обращении) тюках, которые удобны для сжигания в специальных котлах. Тюки следует хранить в сухом помещении или под навесом, желательно на поддонах. В засушливых районах просо можно хранить даже под открытым небом, на улице.

Ненадлежащие условия хранения биомассы проса прутовидного могут нанести до 25% убытков в течение одного года.

Выводы

На основе данных полевых исследований выращивания проса прутовидного в научно-исследовательской сети ИБКиЦБ были составлены технологические карты выращивания с анализом структуры производственных затрат и указанием всех операций, объемов использования материально-технических средств и труда для их выполнения и произведены расчеты производственной себестоимости 1 т сырья с 1 га посева.

По расчетам, производственная себестоимость 1 т проса прутовидного в 2015-м, исходя из уровня урожайности 15 т/га и реальных материальных расходов, расходов на оплату труда, отчислений на социальные мероприятия, амортизацию и прочие операционные расходы, составит 432,98 грн.

Как видно из расчетов, свичграс, или просо прутовидное, стоит того, чтобы на него обратили внимание как на высокорентабельную биоэнергетическую культуру.

 

О. Хиврич, канд. с.-х. на­ук, ст. на­уч. сотрудник,
М. Гу­мен­тик, канд. с.-х. на­ук, ст. на­уч. сотрудник,
О. Максимен­ко, отдел тех­но­логий вы­ра­щи­вания биоэнергетических куль­тур,
А. Фур­са, канд. экон. на­ук,
ла­бо­ра­тория исследования по еко­номике, мар­ке­тин­гу и пла­нированию,
Инсти­тут биоэ­нер­ге­тич­еских куль­тур и сахарной свеклы НА­АН

 

Информация для цитирования

Свичграс: экологически чистая энергия / О. Хиврич, М. Гу­мен­тик, О. Максимен­ко, А. Фур­са// Пропозиция/ — 2015. — № 6. — С. 74-78

Ключевые слова: просо, другие зерновые

Интервью
Вновь избранная Верховная Рада по скорости принятия законов соревнуется с Верховным Советом УССР коммунистических времен, когда любой вопрос голосовался за минуту: «Кто за? Кто против? Кто воздержался? - Единогласно». Молниеносно... Подробнее
В сезоне-2017 представительство Syngenta в Украине признано рядом аналитиков и аграрных СМИ одной из самых успешных транснациональных компаний в стране. Syngenta Ukraine лидирует в сегменте продаж СЗР и семян, оказывает консалтинговую и... Подробнее

1
0