Міскантус — перспектива для виробництва твердого біопалива
Виробництво твердих видів палива, що виготовляють із біосировини, останнім часом набуває в Україні дедалі більшого поширення. Сировиною для виробництва слугують відходи деревообробної промисловості (тирса, щепа), солома, соняшникове лушпиння тощо.
Виробництво твердих видів палива, що виготовляють із біосировини, останнім часом набуває в Україні дедалі більшого поширення. Сировиною для виробництва слугують відходи деревообробної промисловості (тирса, щепа), солома, соняшникове лушпиння тощо.
О. Хіврич, канд. с.-г. наук, ст. наук. співробітник,
відділ технологій вирощування біоенергетичних культур,
О. Половинчук, наук. співробітник, відділ математичного моделювання та інформаційних технологій,
Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН
Але наразі особливу увагу приділяють сировині, отриманій у результаті вирощування високопродуктивних багаторічних рослин, що гарантовано дає біомасу відповідної якості. Однією із таких рослин є міскантус гігантеус — Miscanthus giganteus (фото 1).
Міскантус є близьким родичем цукрової тростини, але має низьку концентрацію цукрози у стеблах. Цю рослину з огляду на високу продуктивність сухої біомаси розглядають як неабияке джерело: целюлози — близько 44%, лігніну — 17, геміцелюлози — 24%. Цінною сировиною міскантус робить те, що на час збирання він має низькі показники вологості (10–25%) та вмісту вільного цукру й азоту.
Потенційними споживачами палива із міскантусу є різноманітні заводи (м’ясо-молочні, цементні тощо), електростанції й інші користувачі тепла, целюлозно-паперові заводи. Перероблений комбайнами на щепу, міскантус є вже готовим паливом для промислових котелень. Під час спалювання врожаю з одного гектара виділяється стільки ж тепла, скільки із 15–20 тис. м3 газу або 20–25 т вугілля.
Уже з другого року вирощування починають отримувати промисловий урожай, що досягає від 4 до 10 т/га. Високої продуктивності — до 25 т і більше сухої біомаси за рік можна отримати вже на третій рік вирощування культури. Насадження міскантусу можна використовувати упродовж близько 30 років.
Цікава рослина ще й тим, що її коренева система у пошуках вологи та поживних речовин може сягати глибини 6 м. Ріст та розвиток культури навесні починається за денної температури понад 10°С.
Міскантус дуже невибаглива рослина: незважаючи на значний період використання його посіву, культура потребує підживлення мінеральними добривами тільки на самому початку вирощування. До того ж міскантус дуже добре зростає практично без застосування пестицидів, тому його можна вважати відносно екологічно безпечною культурою. У Європі він отримав широку популярність як біомаса, яку використовують насамперед як паливо для електростанцій через низький вміст вологи та золи і високий вихід енергії від спалювання сировини.
Вибір ділянки та передпосадкова підготовка грунту
Високі врожаї міскантусу можна отримати в умовах помірного клімату із достатньою кількістю тепла та сонячної енергії за рівня вологозабезпеченості до 500–600 мм опадів за рік. Оптимальна температура для зростання міскантусу — 28…32°C.
Культура невимоглива до якості грунту, тому її можна вирощувати на малопродуктивних деградованих землях, на полях зі схилом до 7°, із кислотністю грунту рН 5,5–7,5. Міскантус добре адаптований до несприятливих умов вирощування, зокрема до культивування його на бідних ущільнених грунтах. Добре розвинена коренева система рослини придатна до зростання на різних типах грунтів — від пісків із низьким рівнем грунтових вод до грунтів із високим вмістом органічної речовини. Але не рекомендується вирощувати міскантус на надмірно перезволожених грунтах — це може негативно вплинути на його проростання навесні, а також не надто вдалий варіант для посушливих регіонів. Тому плантації міскантусу рекомендується закладати на грунтах, які не придатні для вирощування типових сільськогосподарських культур (або на грунтах несільськогосподарського призначення), але з доброю водоутримувальною здатністю.
Готують площу до весняного висаджування ризомів міскантусу із вересня: вносять органічні добрива (за можливості), проводять зяблеву оранку. Навесні проводять передпосадкову культивацію грунту та висаджують міскантус. Оскільки це багаторічна рослина, передпосадкова підготовка грунту і висаджування міскантусових ризомів є одними із найвідповідальніших елементів технології вирощування, від якісного та своєчасного виконання яких залежатиме обсяг виходу біомаси міскантусу в наступні роки.
Обробіток площі навесні та висаджування ризомів міскантусу слід проводити, коли грунт вологий та добре кришиться. Особливо велике значення для якісного та дружного проростання ризомів має грунтова вологість. Передпосадковий обробіток грунту виконують на глибину від 7,5 до 12,5 см. Щільність грунту в розпушеному шарі має бути у межах від 0,2 до 1,0 МПа. Вологість грунту в шарі від 0 до 10 см має становити від 25 до 35%.
Внесення мінеральних добрив зазвичай проводять до висаджування ризомів. У наступні роки їхнє внесення у вигляді підживлення іноді потрібне тільки після збирання врожаю, але до появи сходів рано навесні, позаяк пагони ростуть швидко та досить високо і можуть бути перешкодою для якісного проведення процесу підживлення.
Висаджування
У міскантусу насіння настільки дрібне, що висіяти його надзвичайно важко, крім того, воно здебільшого стерильне. Тому розмножується він вегетативно — шляхом висаджування поділеного на частини кореневища із ризомами (фото 2) і дуже рідко — розсадою. Цей процес призводить до великих затрат праці та потребує застосування спеціальних технічних засобів порівняно із сівбою насінням.
Висаджувати ризоми потрібно якомога швидше після поділу кореневища, щоб уникнути втрати вологи від їхнього пересихання (або ж тримають їх у холодному приміщенні для подальшого зберігання). Втрата життєздатності ризомів відбувається після декількох днів їхнього неправильного зберігання. Густота насадження (стояння рослин) може коливатися залежно від грунтово-кліматичних умов вирощування, оптимально — близько 15 тис. шт./га (але не всі ризоми дадуть сходи, тому норму висаджування необхідно дещо збільшити).
Не має великого значення, у якому напрямку розміщувати кореневище у грунті, але обов’язково слід покрити його 5-сантиметровим шаром грунту (позаяк глибина висаджування все ж таки може варіювати). Важливо, щоб кореневища не виступали із землі, оскільки вони швидко пересихають і втрачають здатність до проростання! Тож під час висаджування потрібно забезпечити добрий контакт ризомів із грунтом.
Для розмноження міскантусу зазвичай викопують (за допомогою спеціальних агрегатів, картоплекопачів або каменепідбирачів) одно- та дворічні рослини восени або рано навесні.
Міскантус можна висаджувати одразу після викопування із маточного поля, без зберігання. Кореневища слід очистити від землі та розділити за розмірами відповідно до параметрів висаджувальної техніки.
Перед висаджуванням міскантусу необхідно провести заходи зі знищення багаторічних бур’янів. Найкраще це робити восени, перед проведенням основного обробітку грунту.
А висаджувати кореневища — навесні, з кінця березня по квітень (за потреби цей період можна подовжити до травня). Під час або після проведення цієї операції для збереження вологи, особливо за посушливих погодних умов навесні, потрібно дещо ущільнити верхній шар грунту.
Впродовж двох місяців після висаджування чітко проявляється кількість рослин, що не прижились (до 20–30% ), тому їх замінюють новими рано навесні наступного року. Зазвичай якщо насадження першого року вирощування успішно витримують першу перезимівлю, то ймовірність «вижити» у наступні зими у них досить велика (фото 3).
За врожайності міскантусу в межах 10–15 т/га сухої маси із грунту виноситься близько 60–100 кг азоту, 7–15 — фосфору, 50–130 — калію і 3–12 кг магнію.
Догляд за посівами
Важливе значення має контролювання чисельності бур’янів у насадженнях міскантусу, особливо протягом першого та другого років вирощування. Надалі такої необхідності немає, оскільки рослини міскантусу вже добре укорінені та конкурентні щодо бур’янів.
Із квітня по травень (за потреби), у разі коли рослина не перевищує 1 м заввишки, проводять міжрядні обробітки грунту, застосовують гербіциди, що контролюють чисельність бур’янів.
Внесення добрив, пестицидів та проведення міжрядних обробітків проводять так само, як і за вирощування традиційних сільськогосподарських культур, але переважно у перший рік вегетації. У наступні роки такі заходи мають досить обмежений характер — у разі доцільності їх проводять лише рано навесні, на початку вегетації.
Уже влітку стебла міскантусу, починаючи із третього року вирощування, можуть досягати висоти до 3–4 м, після чого нижні шари листя починають відмирати. У кінці вегетаційного періоду поживні речовини із стебел і листя переміщуються у кореневище і будуть використані рослиною вже наступного року. Обмежене споживання рослиною вологи у період вегетації може бути перешкодою в досягненні повного її потенціалу. В період сильної посухи листя міскантусу скручуються, а потім починають відмирати у напрямку від кінчика листка. Деяких проблем культурі можуть завдати весняні заморозки, які призупиняють ріст та розвиток рослин і частково пошкоджують листя, а також ранні осінні, — що відображається на тривалості вегетаційного періоду та на загальній урожайності міскантусу.
Ріст та розвиток рослин триває до серпня — вересня і припиняється за настання низьких температур (нижче 6°С). Повне старіння рослин відбувається після перших осінніх заморозків.
Збирання та зберігання
Зазвичай міскантус першого року вирощування не збирають: вихід біомаси економічно невигідний — у межах 1–2 т/га (звісно, збирати таку кількість маси недоцільно). У цьому плані він вартий уваги переважно із третього року культивування (іноді — з другого) та в наступні роки. Зрізування міскантусу проводять машинами для збирання звичайного сіна або силосу та прес-підбирачами із затарюванням у тюки.
Другого року вирощування (фото 4) врожайність маси може збільшитися від 4 до 10 т/га, а іноді й більше, а третього (фото 5, 6) та наступних років вирощування — від 10 до 20 т/га сухої маси і більше залежно від грунтово-кліматичних умов, рівня удобрення, віку плантації, екологічних та інших факторів.
Вихід сухої біомаси багато в чому залежить від термінів збирання врожаю. Міскантус можна збирати як у кінці осені — після закінчення вегетаційного періоду (але вологість такої біомаси буде дещо вищою), так і в зимовий період — за сприятливих погодних умов, а також на початку весни — до появи нових пагонів (проте в такому разі вологість біомаси буде меншою, а отже, зменшиться мінеральний склад сировини, що підвищує його якість). До того ж варто пам’ятати про ризик зменшення збору біомаси на 20–30% (а іноді і вдвічі) через складні погодні умови, що можуть виникнути в осінньо-зимово-весняний період (вітер, налипання мокрого снігу, льоду тощо), що призводить до обламування стебел, обпадання листя. Якщо збирання міскантусу проводити взимку, вологість сировини може знизитися до 12–17%.
Перевагою міскантусу, на відміну від енергетичних тополі та верби, є те, що його можна збирати щороку. Довжина сегментів рослин під час збирання має бути у межах 8–10 мм.
Міскантус можна збирати прямим комбайнуванням — із подрібненням або звичайним способом — із затарюванням у тюки, щільність яких становить 140–170 кг/м3. Подрібнений матеріал за першого способу збирання може мати вищий вміст вологи, ніж маса у тюках, рулонах.
У разі тюкування міскантусу слід подбати про безпечне зберігання тюків: потрібно розміщувати їх подалі від доріг загального користування і пішохідних доріжок, далеко від житлових приміщень та ліній електропередач для зменшення ризику виникнення пожеж.
Укладати тюки потрібно в лінію впоперек напрямку пануючих вітрів, на відстані не менше ніж 24 м один
від одного.
Біомасу із міскантусу можна перетворювати і на біоетанол та використовувати у якості рідкого пального для транспорту.
Після завершення кінцевого терміну використання насадження міскантусу проводять очищення плантації механічними знаряддями або шляхом внесення гербіцидів суцільної дії (гліфосатів) під час вегетації, після чого можна провести стандартні операції з обробітку грунту: дискування, оранку тощо.
Листя міскантусу, що опало за зимовий період, можна використати як мульчу або як органічне добриво. Масу, що відросла в останній рік його вирощування, також можна використати для мульчування або як сидерат.