Файл: Виготовлення.pdf

43
доцільності та потреби інших споживачів [44].
Таким чином, загальна формула оцінювання економічно доцільного енергетичного потенціалу сільськогосподарських відходів (тонн у. п.) є такою:
P
e
= C
r
· K
r
· K
t
· K
e
· K
ce
, (3.1)
де C
r
– валовий збір сільськогосподарської культури, т;
K
r
– коефіцієнт відходів;
K
t
– коефіцієнт технічної доступності відходів;
K
e
– коефіцієнт енергетичного використання відходів;
K
ce
– коефіцієнт перерахування в умовне паливо.
Дані, отримані внаслідок таких розрахунків, використовують для визначення потенціалу відходів рослинної біомаси як для певної місцевості, так і для регіону або держави (величини коефіцієнтів для різних природно-кліматичних зон, специфіки збору врожаю, сорту рослин тощо будуть різними). Для перерахування фізичних тонн у тонни умовного палива використовують такі значення теплоти згорання (Q): умовного палива – 29,3 МДж/кг, соломи та інших відходів – 14 МДж/кг.
Відходи виробництва кукурудзи на зерно є одним із складників сільськогосподарських відходів, але в наш час, на жаль, в Україні не застосовують технологію тюкування стебел кукурудзи і не випускають необхідне обладнання.
Прес-підбирачі
ПРФ виробництва
«Бобруйськагромаш» (Білорусь) та ППР українського виробництва не призначені для тюкування стебел кукурудзи, сіна сінажу й соломи.
Механічні властивості стебел кукурудзи за властивостями значно різняться, тому для їхнього тюкування використовують найбільш розповсюджені різновиди прес-підбирачів.
Таким чином, на сьогодні відходи виробництва кукурудзи застосовують як паливо, наприклад у вигляді січки, заготовленої за допомогою кормозбиральних комбайнів. У перспективі, в разі запровад- ження технології тюкування стебел, можна буде спалювати й цілі тюки, щоб отримати більше енергії. Те саме стосується і відходів соняшника.

44
залишків деревини. Енергетичний потенціал деревної біомаси містить декілька складників: залишки від заготівлі деревини на лісосіках, та відходи вторинної деревообробки
Залишки від заготівлі деревини на лісосіках. Вони включають заготівлю від вирубок загального користування та пов’язаних з веденням лісового господарства, інших вирубок та очищення від захаращеності. Цей показник співвідносний із теоретично можливим потенціалом деревної біомаси від заготівлі ліквідної деревини, яку можна використати як енергетичну. Для розрахування технічно досяжного та економічно доцільного потенціалів застосовують відповідні коефіцієнти.
Під час первинної переробки круглої деревини вихід пиломатеріалів становить приблизно 73 % від загального об’єму, а 27 % становлять відходи [5, 44]. Виходячи зі статистичних даних щодо заготівлі круглих лісоматеріалів для виробництва пиломатеріалів та заготівок можна визначити обсяги відходів первісної обробки кругляку. Ця величина співвідноситься із теоретично можливим потенціалом біомаси. Для розрахування технічно досяжного та економічно доцільного потенціалів використовуються відповідні коефіцієнти (див. табл. 2.1).
Відходи вторинної деревообробки. Джерелом деревних відходів є відходи деревообробних підприємств, які утворюються під час виготовлення готової продукції. Величина обсягу їхнього виробництва співвідноситься із теоретично можливим потенціалом біомаси. Для розрахування технічно досяжного та економічно доцільного потенціалів використовують відповідні коефіцієнти.
Підхід 2. Обчислення за цією процедурою виконують для перевірки та співставлення з результатами розрахунків, зроблених ні підставі підходу 1, з метою недопущення грубих похибок під час оцінювання потенціалу деревної біомаси. Цей підхід ґрунтується на даних щодо приросту деревини в Україні. Енергетичний потенціал деревної біомаси містить такі складники.
Щорічний приріст деревини. Згідно з даними Державного комітету лісового господарства
(Держкомлісгоспу), середньорічний приріст українських лісів становить приблизно 4 м
3
на гектар [17]. В Україні статистику приросту обчислюють, вимірюючи запаси деревини на корені два рази окремо та від величини другого віднімаючи величину першого обсягу. У разі використання цього методу не взято до уваги дерева, які загинули природнім шляхом, та дерева, зрубані під час заготівлі деревини.

45
Якщо б ці два фактори було враховано, то середньорічний приріст становив би приблизно 5 м
3
на гектар. Для оцінювання використаємо середнє значення річного приросту деревини по Україні (4 м
3
/га).
Згідно з даними Держкомлісгоспу, річний приріст деревини в Україні використовується максимум на 50 %, тоді як в країнах Європи використання щорічного приросту становить 60–80 %. Згідно з консервативною оцінкою, припустимо, що на енергетичні цілі можна використати 15 % цього обсягу.
Залишки від заготівлі деревини на лісосіках. Вони включають заготівлю від вирубки загального головного користування та пов’язаних із веденням лісового господарства, інших вирубок та очищення від захаращеності.
Порівнявши результати розрахунків за цими двома підходами, можемо зробити висновок про те, що принципових відмінностей між ними немає, і результати мають один порядок. Оскільки вихідні статистичні дані для розрахування за підходом 1 є надійнішими та доступнішими, його можна вважати оптимальнішим.
3.3. Енергетичні рослини
Для вирощування культур, які формують вегетативну фітомасу, доцільно використовувати такі рослини: а) дерев’янисті плантації швидкого обороту (енергетична верба, тополя, троянда багатоколірна); б) двочастинні рослини (артишок, топінамбур, сида); в) багаторічні злаки (міскантус гігантський); г) однорічні злаки (сорго суданське, очерет звичайний) тощо [5]
(додаток Д).
Вибір енергетичної культури для вирощування обумовлюється наукою чинників, а саме: тип ґрунтів, водний баланс, різновид ландшафту, транспортні розв’язки, місцезнаходження потенційного споживача палива
(котельна або електростанція), конкуренція з іншими культурами, і соціальна думка щодо цього.
Відстань, на яку доцільно транспортувати біомасу як паливо, не повинна перевищувати 50 км. Закордонний досвід свідчить про те, що необхідно укладати довгострокові контракти між постачальником і замовником; у такому разі транспортні витрати сплачує постачальник. Із

46
огляду на це під час вирощування енергетичних культур необхідно:
– обрати культуру для вирощування, яка найбільше пристосована для певного типу ґрунту і кліматичних умов;
– визначити, чи будуть ефективними вирощування обраної культури, збір урожаю, його зберігання;
– визначити способи переробки і транспортування, які в цих ринкових умовах є найбільш екологічно доцільними;
– обрати систему культивування, співвідносну із використовуваними в сучасній сільськогосподарській практиці, негативні наслідки впливу якої на навколишнє середовище є найменшими.
Головним нововведенням, запозиченим із Америки, є вирощування міскантусу. Це висока трава, урожайність якої становить до 20 разів із одного посіву. Її вважають однією з найкращих енергетичних рослин у
Європі. Заплановано засадити 6 тис. га. За даними Національної академії аграрних наук України, врожай міскантусу становить майже 30 т з гектара.
Важливим є й те, що ця культура не виснажує грунт. Міскантус є багаторічною культурою, висота його – від 80 до 200 см, зазвичай утворює великі пухкі кореневища. Стебло пряме, листові пластинки – 0,5–1,8 см завширшки, лінійні або ланцетно-лінійні, жорсткі. Колоски – від 0,3 до
0,7 см завдовжки.
Технологія вирощування. Рослина дуже добре почуває себе у перезволожених місцях, погано росте в сухих, при цьому слабо розростаючись. Краще росте на відкритих, освітлених сонцем місцях (у затінку не цвіте). Розмножується за допомогою підземного посіву насіння та вегетативним способом навесні. У разі розмноження насінням її пророщують у горщиках, щоб не травмувати кореневу систему. Сортові ознаки під час насіннєвого розмноження не зберігаються, тому сортові міскантуси розмножують вегетативним способом.
Міскантус – багаторічна рослина, що дає урожай протягом
20–25 років. Після зимівлі у міскантуса опадає листя та пагони, рослина висихає на 15–20 %. Залежно від місця садіння та клімату врожай можна збирати вже через два роки після висаджування. Для розмноження використовують здебільшого кореневища, які потрібно висадити за допомогою напівавтоматичної посадкової машини (10 000 саджанців на
1 га). Рекомендується висаджувати рослину в квітні. Під час вирощування міскантуса не використовують добрив. Рослина добре росте на ґрунтах, які придатні для вирощування кукурудзи [5].

47
У перші два роки після висаджування міскантуса необхідно знищувати бурʼяни. Оскільки міскантус і кукурудза належать до родини злакових, використовують однакові гербіциди. Через два роки опале зимою листя повністю закриває ґрунт, що перешкоджає проростанню бурʼянів [5].
Отже, надалі боротися з бурʼянами не потрібно. Урожай збирають за допомогою комбайнів для кукурудзи (звичайна соломорізка), а потім їх пресують у тюки.
Енергетична верба – деревоподібна культура, яка утворює високопродуктивні плантації
(додаток
Д) з тривалим терміном використання.
Вона становить собою кущ або кущоподібне дерево до 6–8 м заввишки. Енергетична верба є густозростаючою, має велику кількість пагонів, за допомогою яких досить легко розмножується. Культура характеризується високими показниками приросту за довжиною – до
3–5 см на день і в середньому – 1,5 м на рік. Порівняно з більшістю інших деревних порід деревина верби відносно легка [5].
Насадження верби залишаються продуктивними 20–30 років, а збирати її протягом цього періоду можна кожні 2-3 роки. Середня врожайність верби становить 10–12 т сухої маси з гектара на рік.
Найбільший врожай отримують на
4–5 рік вирощування
– 16–20 сух. т/га/рік. За особливо сприятливих умов урожай може сягати
30–40 сух. т/га/рік [5]. Ступінь виснаження вербою землі в 3–5 разів менший, ніж зерновими культурами, до того ж приблизно 60–80 % поживних речовин повертаються в землю разом з опалим листям.
Позитивною властивістю верби є стійкість до морозів, шкідників і хвороб.
Вона може рости на ґрунтах різного типу, на заболочених і непродуктивних землях. На землях низької якості культура росте не так швидко, як у сприятливих умовах, однак інтенсивному росту допомагає добре розвинена коренева система.
Особливістю верби є те, що вона може випаровувати з ґрунту велику кількість води. Так можна вирішити проблему осушення ґрунтів з великим обсягом підземних вод або захистити землю від заболочування. У період
інтенсивної вегетації плантація верби може випаровувати 300–800 тис. л/га залежно від щільності посадки. Крім того, культура абсорбує велику кількість металевих мікроелементів, що призводить до очищення забруднених ґрунтів і стічних вод (у разі поливу плантації стічними

48
водами) [5].
Вербу доцільно висаджувати ранньою весною, одразу після морозів, оскільки в цей період вологість ґрунту є найоптимальнішою. Висаджувати може дерево вручну або за допомогою механізованих пристроїв. У разі ручного висаджування використовують саджанці близько 20 см завдовжки, при механізованій – 1,5–2 м, їх ріжуть в процесі садіння за допомогою машин на черенки по 18–20 см. Ґрунт має бути відповідним чином підготовлений – зораний, прокультивований і очищений від бур’янів.
Щільність посадки становить 15–20 тис. шт./га. У перші місяці особливу увагу потрібно приділяти контролю за бур’янами, до поки кущі культури ще не зімкнулися й не закрили бур’яни.
Після першого року зростання культуру необхідно зрізати на висоті
5 см від землі для стимулювання процесу кущування.
Збирають вербу після закінчення вегетації, тобто з жовтня-листопада по березень-квітень, але переважно в зимовий період (після опадіння листя). З енергетичного погляду найкращим є врожай культури в разі
3-річного й більше циклу збирання. До цього часу діаметр стебел рослин становить приблизно 28–31 мм, висота – 5–6 м. З однієї плантації врожай можна збирати 7–8 разів (у разі 3-річного циклу), після чого необхідно провести рекультивацію. Ліквідація плантації становить собою відносно просту операцію, оскільки коренева система культури не глибока. Навесні, коли висота пагонів становить приблизно 20–30 см, необхідно внести гербіцид, зрізати гілки й приорати саджанці. Восени землю вже можна використовувати для вирощування інших культур.
Відомо декілька технологій збирання енергетичної верби [5] комбайнова, проміжна, ручна, частково механізована, відокремлена, снопова, пагонна, рулонна. Вони різняться за рівнем механізації, затратами праці, витратами матеріально-технічних ресурсів, комплексом машин тощо. У деяких країнах пагони верби збирають за допомогою спеціальних прес-підбирачів, обладнаних зрізувальними, подрібнювальними й пресувальними робочими пристроями.
Прес-підбирачі для збирання деревних культур короткої ротації за один прохід по полю зрізують рослини, подрібнюють їх та формують рулони. Далі рулони верби навантажують і транспортують до місця перероблення, де їх подрібнюють на тріски деревоподрібнювальними машинами, які обладнанні великогабаритними бункерами. Закордонні машини дуже дорогі і тому є недоступними для переважної більшості

49
вітчизняних господарств. Для забезпечення своєчасного, швидкого, якісного збирання та переробки рослинних матеріалів у сучасній світовій практиці застосовують операції формування великих тюків циліндричної форми – рулонів. На сьогодні це найбільш поширенні операції ресурсоощадних технологій збирання рослинних матеріалів, які виконують за допомогою рулонних прес-підбирачів. Процес формування великих тюків циліндричної форми за допомогою рулонних прес-підбирачів характеризується такими перевагами: а) порівняно з прямокутними тюками вони більш стійкі до потрапляння атмосферної вологи і, як наслідок обмотані шпагатом рулони, можна зберігати деякий час на полі, при цьому їхня якість не погіршується; б) конструкція обмотувальних апаратів рулонних прес-підбирачів простота, і можна використовувати дешеві різновиди шпагату; в) циліндрична форма тюка дає змогу повністю механізувати всі наступні після збирання рослинних матеріалів операції; г) рулонна технологія збирання найбільше забезпечує збереження якості продукції.
Верба належить до легких порід деревини, густина якої становить
460 кг/м
3
, а нормалізована вологість – 12 %. Для порівняння і густина сосни становить 510–520 кг/м
3
(за різними джерелами). Мінімальна теплота згорання сухої вербової деревини становить 18,5 МДж/кг, що майже співпадає з аналогічним показником хвойних порід.
Під час збирання врожаю отримують тріску, вологість якої становить
50–53 %, а найменша теплота згорання – 8 МДж/кг або 1900 ккал/кг. Цього достатньо для використання вербової тріски в сучасних котлах на киплячому шарі, які сьогодні успішно використовують у розвинених країнах. Якщо використовувати тріску тільки для отримання тепла в невеликих водогрійних котлах (0,6–1 МВт), то для більш ефективного згорання потрібно, щоб вологість тріски становила 35–40 %. Цього можна досягнути внаслідок зберігання біомаси у накритому приміщенні з хорошою циркуляцією повітря [5].
З одного гектара плантації можна отримати 10–12 т сухої енергетичної верби на рік. Для розрахунків оберемо 10 odt ( oven dry tone / повністю суха тонна / атро–тонна – показник, який використовується для позначення ваги абсолютно сухої деревини). Найменша теплота згоряння атро-тонни становить 18,5 ГДж/т, відповідно один гектар вербової