Graudaugi, Tīrums

Vai ziemāju labības piemērotas apkurei?

Autore: Inga Jansone, Dr.agr., AREI Stendes pētniecības centrs

Līdz šim Latvijā apkurei plašāk izmantoti meža atjaunojamie energoresursi – koksne –, tomēr koksnes atjaunošanās spējas ir samērā lēnas. Alternatīvās siltumenerģijas ražošanai var izmantot citus lauksaimniecības ražošanas blakusproduktus. Latvijas nepastāvīgajos laikapstākļos atsevišķos gados iegūst pārtikai un lopbarībai neizmantojamus graudus (tie sadīgst vārpās uz lauka, piesārņoti ar Fusarium u. c. izdalītajiem mikotoksīniem u. tml.). Graudi, kas nav izmantojami ne pārtikas, ne lopbarības vajadzībām, ir viens no biomasas veidiem, ko varētu izmantot apkurei.

Graudi pēc savas struktūras jau ir gatavas granulas. Apkurei tiek izmantoti sīkie, izvētītie un līdz 14% mitrumam izžāvētie graudi ar nelieliem piemaisījumiem, kā arī pelavas, kas rodas graudu tīrīšanas procesā. Graudi kā dedzināmais lietojami tikai speciālajos apkures katlos, kas paredzēti apkurei ar granulām, jo tiem ir vajadzīga automātiskā padeve, kas nav paredzēta parastajos apkures katlos. Valsts Stendes graudaugu selekcijas institūtā, tagad Agroresursu un ekonomikas institūta (AREI) Stendes pētniecības centrā, jau pirms 10 gadiem tika uzstādīts automātiskais granulu apkures katls, kur siltuma ieguvei tiek dedzināti nekvalitatīvie, bojātie graudi. Lai nodrošinātu siltumu pētniecības centra vajadzībām, apkures sezonā nepieciešams ap 60 t graudu. Ja šo nekvalitatīvo graudu nepietiek, ir iespēja kurināt katlu ar granulām.

Arī Latvijā mājsaimniecību sektorā ir uzstādīti un tiek izmantoti šāda tipa apkures katli. Ne tikai Latvijā, bet arī Igaunijā labi novērtē graudus kā kurināmo ne tikai dzīvojamām mājām, bet arī ražošanas ēkām, tostarp kaltēm.

Kurināšanai izmantojamās biomasas raksturojums

Salmu izmantošana kurināmajam ir atkarīga no salmu transportēšanas attāluma, klimatiskajiem apstākļiem, salmu uzglabāšanas apstākļiem. Ja salmus izmanto apkurei, svarīgs ir mazāks mitruma daudzums tajos. Novākšanas laikā ziemāju labībām atkarībā no meteoroloģiskajiem apstākļiem, augsnes mitruma un citiem faktoriem salmu mitrums visbiežāk ir 10–25%. Salīdzinot – koksnei, ko izmanto apkurē, mitrums variē no 15 līdz 60%. Salmi ir plašāk izmantotā biomasa apkurei Zviedrijā un Dānijā. Tos izmanto dažādas jaudas katlumājās – no 0,25 līdz pat 50 MW lielo katlumāju apkurei. Saimniecībās, domājot par jaunām ražotnēm, sāk nodarboties ar salmu granulēšanu, ko izmanto apkurei.

Galvenās īpašības augstvērtīgai biomasai, ko izmanto siltum­enerģijas ražošanai, ir augsta raža, mazs pelnu daudzums, mazs mitruma daudzums un laba degtspēja. Salmi kā kurināmais plaši tiek izmantoti citur Eiropā, un to nelielos apmēros lieto arī Latvijā.

Izvērtējot dažādus scenārijus Latvijā, naftas un dabasgāzes ietekme uz apkures īpatsvaru nemazināsies. Un biomasas izmantošana apkures sistēmā ir tikai neliela daļa no kopējā īpatsvara.

Pētījumi Lietuvā pierāda, ka biomasa degšanas un pārveides procesā par siltumenerģiju neizdala vairāk oglekļa dioksīda atmosfērā, kā augi uzņem fotosintēzes procesā. Sadegot fosilai degvielai, liels daudzums ogļskābās gāzes izdalās atmosfērā, kur tā akumulējas ilgstošā laika periodā. Sadegot augu biomasai, ogļskābo gāzi asimilē augi un degšanai nav būtiskas ietekmes uz siltumnīcas efekta gāzu palielinājumu. Biomasas siltumspēju ietekmē biomasas mitruma daudzums, pelnu daudzums, kā arī ķīmiskie elementi, kas degšanas procesā oksidējas, piemēram, C, H, S, N. Jo vairāk oglekļa biomasas komponentos, jo lielāka siltumspēja.

Pētījuma metodika

Lauka izmēģinājums tika pētītas:
– ziemas kviešu šķirnes – ‘Mulan’, ‘Skalmeje’ un Stendes graudaugu selekcijas institūtā izveidotā līnija ’99–115′;
– ziemas rudzu šķirnes – ‘Matador’, ‘Placido’, ‘Dankowskie Nowe’;
– ziemas tritikāles šķirnes – ‘SW Valentino’, ‘Dinaro’ un Priekuļu laukaugu selekcijas institūtā izveidotā līnija ‘0002–26’.

Siltumspēju raksturojošie biomasas ķīmiskie elementi (oglekļa, ūdeņraža, slāpekļa, skābekļa daudzums) tika noteikti Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā.

Koppelnu daudzums

Svarīgs rādītājs apkures biomasai ir koppelnu daudzums. Tas ir atkarīgs no biomasas ķīmiskā sastāva. Graudu sastāvā esošie ķīmiskie elementi – K, P, Si, Na, S, Cl, Ca, Mg, Fe – ietekmē koppelnu daudzumu un izdedžu veidošanos apkures katlos. Pētīto ziemāju labību graudos koppelnu vidēji bija 1,58–1,86%. Zemāko koppelnu daudzumu konstatēja rudzu un kviešu graudos – attiecīgi 1,58 un 1,63%. Pelnu daudzumu graudos visām pētītajām labībām ietekmēja audzēšanas gada meteoroloģiskie apstākļi. Zemākais pelnu daudzums gan salmos, gan graudos konstatēts 2010./2011. un 2011./2012. gada sezonā.

Salmos koppelnu vidēji bija 4,61–4,92% – tas bija ievērojami lielāks nekā graudos. Lielāko koppelnu daudzumu uzrādīja ziemas kviešu salmi.

Pētījumā graudu koppelnu daudzums nedaudz pārsniedza ES izstrādātos standartus granulām, salmu koppelnu bija ievērojami vairāk nekā standartos. Tas apgrūtina katlu ekspluatāciju. Koppelnu daudzums būtiski atšķīrās starp pētītajām šķirnēm, to ietekmēja šķirņu ķīmiskā sastāva atšķirības.

Zemāko koppelnu daudzumu salmos nodrošināja kviešu šķirne ‘Mulan’ un līnija ’99–11′, tritikāles šķirne ‘Dinaro’ un līnija ‘0002–26’, rudzu šķirnes ‘Matador’ un ‘Dankowskie Nowe’.

Teorētiski aprēķinātā graudu un salmu siltumspēj
a

Viens no svarīgākajiem kurināmā kvalitātes rādītājiem ir siltumspēja. Pētījumā tika teorētiski aprēķināta augstākā siltumspēja, tā tika noteikta arī praktiski. Augstākā siltumspēja ir siltuma daudzums, ko satur kurināmā daudzuma vienība, kad to pilnībā sadedzina.

Teorētiskā augstākās siltumspējas aprēķinā graudiem konstatēja augstāku siltumspēju – vidēji atkarībā no pētītajām labībām tā bija 20,19–20,44 MJ/kg. Augstāka tā bija kviešu un rudzu graudiem, kam koppelnu daudzums arī bija augstākais. Salmiem teorētiski augstākā siltumspēja bija 19,75–20,15 MJ/kg. Augstāka tā bija rudzu salmiem – vidēji 20,15 MJ/kg.

Salmu augstākā siltumspēja nozīmīgi atšķīrās tikai starp kviešu šķirnēm. Tritikāles un rudzu salmiem šķirņu ietekmes uz augstāko siltumspēju nebija. Nevienai no labībām netika novērota šķirņu ietekme uz graudu augstāko siltumspēju.

Laboratorijā noteiktā augstākā siltumspēja

Labību graudiem vidējā laboratorijā noteiktā augstākā siltumspēja bija 17,80 MJ/kg, kas starp pētītajām labībām neatšķīrās. Netika novērotas arī lielas atšķirības pētītajām graudaugu šķirnēm laboratorijā iegūtai augstākai siltumspējai. Salmiem augstākā siltumspēja pētītajām labībām vidēji bija 18,80 MJ/kg. Augstāko laboratorijā noteikto siltumspēju ieguva no rudzu salmiem – 19,08 MJ/kg. Agrāko gadu pētījumos Stendē ziemāju salmu augstākā siltumspēja bija kviešiem – 16,28 MJ/kg, tritikālei – 16,44 MJ/kg, rudziem – 16,42 MJ/kg. Pētīto kviešu un rudzu šķirņu salmiem iegūtai augstākai siltumspējai netika novērotas lielas atšķirības, turpretī tritikāles salmiem augstāku siltumspēju uzrādīja līnija ‘0002–26’ (19,49 MJ/kg).Salīdzinot pētījumā iegūtos augstākas siltumspējas rezultātus ar Eiropas Biomasas industrijas asociācijas datiem, kur uzrādītā ogļu augstākā siltumspēja ir no 20 līdz 30 MJ/kg, kokmateriālu – no 18 līdz 19 MJ/kg, lauksaimniecības produktu atlikumu – no 15 līdz 17 MJ/kg, var konstatēt, ka ziemāju labību graudi un salmi ir līdzvērtīgs kurināmais pēc iegūtās siltumspējas salīdzinājumā ar kokmateriāliem un lauksaimniecības produktu atlikumiem.

Nozīmīgs rādītājs ir biomasas siltumenerģija, kas iegūta no viena hektāra. Šo rādītāju ietekmē biomasas raža un vienas tonnas siltumspēja. Graudiem vidēji tika iegūta 140,5 MJ/ha, turpretī salmiem – 125,2 MJ/ha siltum­enerģijas, kas bija par 11% mazāks iznākums salīdzinājumā ar graudiem.

Izvērtējot iegūto siltum­enerģijas iznākumu, ko var iegūt, apkurei izmantojot visus salmus un graudus, augstāku rezultātu ieguva no kviešu labības – 271,1 MJ/ha. Nedaudz zemākus rādītājus ieguva no rudzu labības – 267,3 MJ/ha, bet zemāko siltumenerģijas iznākumu ieguva no tritikāles labības – 258,6 MJ/ha.

Latvijā apkurei ieteicams lietot vienu trešo daļu no salmu ražas, pārējo salmu masu iestrādājot augsnē, lai nodrošinātu organiskās vielas saglabāšanu intensīvas lauksaimniecības ap­­stākļos. Izvērtējot iegūto siltum­enerģijas iznākumu, apkurei izmantojot 30% no salmu masas, tika konstatēts, ka labībām praktiski noteiktais siltumenerģijas iznākums bija 178,8–187,3 MJ/ha. Vērtējot praktiski noteiktās siltumenerģijas iznākumu starp labību salmiem, tās neatšķīrās. Atšķirības tika novērotas pa gadiem, kur ražu ietekmēja klimatiskie apstākļi.

Secinājumi

Graudiem lielāko siltum­enerģijas iznākumu no hektāra ieguva 2011./2012. gada sezonā, kad bija augstākās biomasas (gan graudiem, gan salmiem) ražas.

Ziemāju graudu un salmu sausnas ražu ietekmēja audzēšanas gada meteoroloģiskie apstākļi, bet uz trīs gadu vidējiem rādītājiem netika konstatēta sugas ietekme.

Graudiem konstatēja lielāku teorētiski aprēķināto augstāko siltumspēju nekā salmiem. Augstāka tā bija kviešu un rudzu graudiem. Vērtējot labību salmus, augstāka tā bija rudzu salmiem. Tomēr kviešu graudi pēc ķīmiskā sastāva nav piemēroti apkures katliem.

Siltumenerģijas iznākums no graudiem uz vienu hektāru vidēji tika iegūts 140,5 MJ, turpretī salmiem – 125,2 MJ.

Vairāk lasiet žurnālā Agro Tops
agrotops_01

Pievienot komentāru