O ileż przyjemniejsze byłoby jedzenie owoców, gdyby nie… pestki. Najbardziej dokuczliwe są te małe, jak u winogron. Ale i większe, jak w przypadku wiśni czy czereśni, potrafią uprzykrzyć życie. Kiedy więc jedni naukowcy próbują wyhodować jakiegoś „bezpestkowca”, inni wpadli na pomysł wykorzystania tej – zbędnej dla konsumentów – części owocu. Pestki, podobnie zresztą jak również mało przydatne łuski słonecznika czy kawy, miałyby stanowić… źródło energii. Tak, tak, tej na przykład do ogrzewania domów. Utopia? Dr hab. inż. Mariusz Stolarski z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie nie widzi w tym niczego abstrakcyjnego. Badania, które przeprowadzał, tylko utwierdziły go w przekonaniu, że w tych pestkach tkwi potencjał energetyczny. Na dobrą sprawę, jeśli rozejrzeć się dokładnie po laboratorium Katedry Hodowli Roślin i Nasiennictwa, to nawet i w wytłokach jabłkowych, czyli pozostałościach po produkcji soku, można ten potencjał znaleźć.

– Próbowaliśmy też z obierkami po ziemniakach – zaskakuje Mariusz Stolarski. – Zgłosił się do nas przedsiębiorca, który twierdził, że ma ich bardzo dużo i za każdym razem musi jeździć z nimi na wysypisko. Jeśli ma się to zmarnować, to może i z nich zrobić biomasę – pytał całkiem poważnie.

Olsztyńscy pionierzy

Biomasa to biodegradowalna materia organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Nie muszą to być wcale – jak w przywołanych tu przykładach – pozostałości poprodukcyjne. Słoma czy drewno to też biomasa. W wyniku jej spalenia powstaje ciepło, które można wykorzystać do celów grzewczych bądź przetworzyć je np. na energię elektryczną. I właśnie produkcją i wykorzystaniem biomasy roślinnej w energetyce zajmuje się agroenergetyka.

– Biomasa, wbrew pozorom, nie jest niczym nowym. Przecież drewno stosowane jest przez człowieka od wieków. Nam jednak chodzi o wysokosprawne wykorzystanie, czyli żeby uzyskać jak najwięcej tej energii. W tym celu szukamy rośliny, która w przeliczeniu na jeden hektar okaże się najbardziej efektywna. Tak, żeby nie włożyć więcej energii kopalnej w to, żeby uzyskać energię odnawialną – obrazuje dr Stolarski i zaprasza do Łężan.

To jedna z trzech – obok Kwidzyna i Bałtów – stacji doświadczalnych UWM, w których hoduje się rośliny energetyczne. Do niedawna na biomasę przeznaczano jedynie odpady leśne czy tartaczne. Od paru lat systematycznie wzrasta jednak zainteresowanie właśnie uprawami roślin energetycznych.

– Rolnicy w naszym kraju przyzwyczajeni są wciąż bardziej do produkcji roślin niż energii i nie do końca są przekonani, że można to połączyć. Ale na szczęście to się powoli zmienia – mówi, wspominając nietęgie miny sąsiadów zakładanej w Łężanach plantacji. Dziwili się dwukrotnie. Za pierwszym razem, jak usłyszeli, że będzie tu rosła wierzba. A gdy dowiedzieli się, że przerobią ją potem na paliwo energetyczne, zdumienie ich było jeszcze większe. Jadąc dzisiaj samochodem przez Mazury można zobaczyć, że w końcu zdziwienie ustąpiło miejsca rachunkowi ekonomicznemu. To najlepszy obraz zmian, jakie dokonały się w mentalności. Trafiamy na plantację. To chyba najbardziej „energetyczne” miejsce w całej okolicy. Rośnie tu ślazowiec pensylwański, topinambur, topola, rdest sachaliński, jest też miskant olbrzymi. Najliczniej występują jednak wierzby. Bo to od nich się wszystko zaczęło. Mówienie o olsztyńskich naukowcach jako pionierach nie jest nadużyciem.

– Na początku lat 90. profesor Stefan Szczukowski zaszczepił tutaj ideę pozyskiwania energii z biomasy. Pierwsze eksperymenty dotyczyły wierzby krzewiastej. Rośliny wieloletnie są pod względem energetycznym o wiele korzystniejsze od jednorocznych – przynajmniej jeśli chodzi o paliwa stałe – dlatego nimi się głównie zajmujemy – tłumaczy Mariusz Stolarski.

Wierzbowe krzyżówki

Spośród roślin wieloletnich to właśnie wierzba daje największe plony. Dość powiedzieć, że rośnie kilkunastokrotnie szybciej niż naturalny las, a z jednego hektara można uzyskać ponad 20 ton suchej masy drzewnej. Przy czym, im później odbywa się zbiór, tym masy jest więcej. Jeden z eksperymentów pokazał, że wartość energetyczna plonu jednorocznych pędów wierzby i ślazowca jest zbliżona, podczas gdy wierzby zbieranej w czteroletnim cyklu – o 40 procent wyższa. Dlatego właśnie wtedy, gdy wierzba dochodzi do czterech metrów wysokości, a jej pędy osiągają grubość 20 mm, zbiór jest najefektywniejszy.

– Rozpoczyna się on w połowie listopada, po zakończeniu wegetacji roślin. Wtedy na naszą plantację wjeżdża specjalny kombajn, który tnie pędy i rozdrabnia je – objaśnia mój rozmówca, przywołując jednocześnie badanie produktywności wierzby z gatunku Salix viminalis w czteroletnim cyklu zbioru oraz jednorocznego ślazowca pensylwańskiego. Pędy zebrano w grudniu. Biomasa została rozdrobniona na zrębki, które następnie dosuszono w suszarni bębnowej i zmielono. Tak przetworzony surowiec poddano procesowi peletyzacji, po czym w laboratorium zabrano się za jego analizę. Badano szereg parametrów: skład chemiczny, ciepło spalania, wartość opałową, wilgotność, zawartość popiołu…

– Z popiołu energii nie będzie, więc lepiej, by było go mniej. Przy czym trzeba zauważyć, że jeśli w peletach wytworzonych z biomasy ślazowca mieliśmy go około 3 procent, a w tych z wierzby – 1,3 procent, to jest to i tak o niebo lepszy wynik niż choćby w węglu, gdzie jest go kilkanaście procent. A tutaj stanowi przecież dodatkowo naturalny nawóz.

Z wierzby uzyskano plon suchej masy drewna na poziomie 25 ton, a ze ślazowca – nieco ponad 12 ton. Ponieważ to właśnie plon decyduje o zawartości energii – im jest większy, tym więcej energii można otrzymać – dlatego przy tworzeniu nowych odmian właśnie ten czynnik odgrywa decydującą rolę. Olsztyńscy naukowcy mogą się pochwalić ośmioma „swoimi” odmianami. Klonów jest jeszcze więcej, bo prawie setka. Powstały w wyniku skrzyżowania najlepszych cech poszczególnych gatunków, a niektóre są hybrydami wewnątrzgatunkowymi wierzby wiciowej (Salix viminalis). To najpopularniejsza odmiana wierzby. Do energetycznego zastosowania hoduje się też Salix amigdalina, Salix decyclados, Salix american, Salix alba. Nie sposób zliczyć wszystkich gatunków wierzby. Niektórzy mówią nawet o półtysiącu, nie tylko w postaci drzew, ale i krzewów oraz krzewinek. W Polsce występuje trzydzieści. Żeby wyselekcjonować te najbardziej optymalne do „krzyżowania”, przeprowadza się właśnie badania laboratoryjne. W ich trakcie obserwuje się m.in. rozwój rośliny, dynamikę wzrostu oraz tolerancję na szkodniki.

Skompaktowana biomasa

Występujące w Polsce warunki klimatyczno-glebowe sprzyjają wzrostowi wierzb. Inna rzecz, że nie są to rośliny specjalnie wymagające. Oczywiście, im wyższy wskaźnik bonitacji, tym większy będzie przyrost biomasy, niemniej wierzby rosną prawie na każdym gruncie, nawet na nieużytkach. Szczególnie lubią jednak gleby podmokłe. Plantacje wierzby energetycznej zajmują obecnie 6,5 tysiąca hektarów, głównie na Warmii, Mazurach i w Wielkopolsce. To ledwie 0,04 procent gruntów rolniczych w Polsce. Niewiele w porównaniu z takimi krajami jak Szwecja, Wielka Brytania czy USA. Na jednym hektarze sadzi się około 40 tys. sadzonek. Produktywność jednej plantacji trwa nawet 30 lat.

Równie popularny w uprawie jest też miskant. Wprawdzie – w przeciwieństwie do wierzby czy topoli – jest mało odporny na warunki pogodowe, ale jednoroczny cykl uprawy powoduje, że ekwiwalent za jego wyprodukowanie rolnik otrzymuje regularnie. W przypadku wierzby pierwszy rok to jedynie przedsmak zysków. Miskant, jako roślina trawiasta, nie wymaga też użycia do zbioru wyspecjalizowanego sprzętu. Po ścięciu, wysuszony przez słońce, podobnie jak słoma, zawiera znacznie mniej wody. Rośliny drzewiaste utrzymują tymczasem wilgotność, dochodzącą nawet do 50 procent.

– To wpływa na jakość biomasy, ale też trzeba wiedzieć, że ona nigdy nie będzie sucha. Jedyne co można zrobić, to właśnie albo wystawić rośliny na jakiś czas na słońce, albo też – jak w przypadku łusek słonecznika czy wytłoków z jabłek – odwirować, czyli na tyle, na ile to możliwe pozbyć się wody, która odparowując pochłonie część energii w trakcie spalania.

Duża wilgotność oraz zbyt mała gęstość biomasy powodują, że w postaci pierwotnej trudno byłoby ją transportować, magazynować i dozować do kotłów. Dlatego poddaje się ją kompaktowaniu, czyli przetworzeniu do uszlachetnionej postaci zrębków, peletu lub brykietu. W przywoływanych wcześniej badaniach, w procesie peletyzacji biomasy wierzby uzyskano ponad trzykrotne zwiększenie gęstości paliwa oraz 4,5-krotne zwiększenie koncentracji energii w jednostce objętości pelet w porównaniu do zrębków. Natomiast w przypadku peletyzacji ślazowca gęstość pelet w porównaniu do zrębków została zwiększona ponad pięciokrotnie, a koncentracja energii 6,5-krotnie. Przekłada się to od razu na wzrost wartości opałowej.

– Wartość opałowa 1 metra sześciennego pelet wierzbowych kształtowała się na poziomie 10,73 GJ, a ślazowca – 8,3 GJ. Jest to mniej więcej połowa tego, co można uzyskać z węgla kamiennego. Dla porównania, wartość świeżej, dopiero co zebranej z pola biomasy stanowi jedną trzecią wartości węgla – wylicza dr Stolarski.

Niemniej są już zakłady, które z powodzeniem wykorzystują taką biomasę. Z możliwości ogrzewania mieszkań tym sposobem jako pierwsza skorzystała Geotermia Uniejów, a po niej – ciepłownia w Piszu. Ciepłownia w Łukcie spala zrębki drzewne, a MPEC w Olsztynie łączy je z miałem. Takich firm będzie więcej. To również na ich potrzeby prowadzone są badania naukowe, jak te w Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim. Olsztyński ośrodek jest jednym z 28, które uczestniczą właśnie w czteroletnim paneuropejskim projekcie Biorafineria nowej generacji. Każdy odpowiada za inny segment. I tak np. w Ośrodku Badawczo-Rozwojowym Przemysłu Rafineryjnego w Płocku będą opracowywane biopaliwa lotnicze, zawierające produkty przetwarzania biomasy, o parametrach eksploatacyjnych zbliżonych od paliw uzyskiwanych z surowców mineralnych. Biopaliwa te zostaną przekazane do Wytwórni Sprzętu Komunikacyjnego „PZL-Rzeszów”, gdzie będzie sprawdzona ich przydatność do pracy w silnikach lotniczych.

– Natomiast zadaniem naszego uniwersytetu jest produkcja wierzby krzewiastej jako materiału lignocelulozowego, wybór odpowiednich technologii uprawy i zbioru oraz magazynowania biomasy. Celem projektu jest opracowanie nowych, synergicznych, rentownych i udoskonalonych metod przetwarzania biomasy – wyjaśnia dr Mariusz Stolarski.

Jego zdaniem nie ma się co łudzić – biomasa jako paliwo generalnie będzie mniej atrakcyjna od węgla czy oleju opałowego. Ale przecież nie w tym rzecz. Po pierwsze, jest bardziej od tamtych ekologiczna, bo w trakcie jej spalania dwutlenek węgla krąży w obiegu zamkniętym: uwolniony do atmosfery zostaje ponownie absorbowany w procesie fotosyntezy. Drugi, nie mniej ważny, jest wymiar ekonomiczny. Roczny koszt ogrzania 200-metrowego domu brykietami z wierzby energetycznej jest blisko dwukrotnie tańszy od ogrzewania gazem ziemnym.

– Energia odnawialna ma mieć charakter lokalny. Będą regiony, gdzie jej udział będzie większy, np. na Warmii i Mazurach z chęcią zagospodarowalibyśmy tę wytworzoną energię tu, na miejscu, bez potrzeby transportowania węgla z kopalni. Oczywiście nie wszędzie będzie możliwość uzyskania energii odnawialnej w stopniu odpowiadającym zapotrzebowaniu, niemniej dla wielu regionów jest to olbrzymia szansa.

Kuriozalny, zdaniem mojego rozmówcy, jest fakt, że wytwarzaną już w tej chwili biomasę przetwarza się na brykiet i eksportuje, podczas gdy w kraju korzysta się z paliw kopalnych. Tymczasem do 2020 roku ze źródeł odnawialnych ma pochodzić w Polsce 15 procent energii. To dwukrotnie więcej niż obecnie. Część – z rozwijających się upraw energetycznych roślin, a reszta – z zagospodarowania biomasy poprodukcyjnej, czyli m.in. wspominanych pestek czy łusek słonecznikowych. Szkoda tylko, że przy jedzeniu nadal będą przeszkadzać.

