Využití biomasy dočasných jetelovinotravních porostů k přímému spalování

Bc. Michaela Pavelková

Master's thesis

Use of biomass of temporary multi-species grasslands for direct combustion

Abstract:

Cílem této diplomové práce bylo vyhodnocení různých jetelovinotravních směsí jako potenciálního zdroje biomasy pro přímé spalování, zjištění jejich výnosové schopnosti a stanovení jejich produkce energie z hektaru. Neméně důležité bylo posouzení vlivu termínu seče a složení směsi na vyhodnocované parametry. Pokusný porost se nacházel na pozemcích Výzkumné stanice České zemědělské univerzity v Praze na lokalitě Červený Újezd a byl založen v roce 2018. V této diplomové práci byl zdokumentován rok 2020 a částečně i rok 2019. Celý pokus zahrnoval 24 variant směsí vojtěšky, jetele lučního, štírovníku růžkatého, vičence ligrusu, kostřavy rákosovité a festulolia (křížence kostřavy rákosovité a jílku mnohokvětého) ve čtyřech opakováních každé varianty. Pro tuto diplomovou práci byly vybrány následující varianty: •V – vojtěška •V+J – vojtěška + jetel luční •V+ FE – vojtěška + festulolium •V+S+FE – vojtěška + štírovník + festulolium •V+S – vojtěška + štírovník •V+J+FE – vojtěška + jetel luční + festulolium V průběhu vegetace byly provedeny tři seče, před každou sečí byly odebrány vzorky biomasy. Ty byly roztříděny na jednotlivé komponenty, zváženy a usušeny. Usušené vzorky byly drceny v mlýnku Fritsch a lisovány do pelet. Poté probíhalo spalování v adiabatickém kalorimetru IKA C5000 a muflové peci. Z výsledků spalování v kalorimetru byly zjištěny hodnoty spalného tepla (J/g), které byly použity k výpočtu výhřevnosti. Z výhřevnosti (J/g) a výnosů biomasy (t/ha) bylo vypočteno celkové množství energie vyprodukované z jednotky plochy (GJ/ha). Spalování v muflové peci sloužilo ke zjištění obsahu popelovin (%). Z výsledků práce vyplynulo, že v roce 2019 se celkový výnos sušiny v součtu za všechny tři seče pohyboval v rozpětí 10,37 t/ha u varianty V+S+FE (vojtěška + štírovník + festulolium) do 11,66 t/ha u varianty V (vojtěška) a produkce energie byla od 188,83 GJ/ha (V+S+FE) do 212,34 GJ/ha (V). Rozdíly mezi variantami však nebyly statisticky významné. V roce 2020, ve kterém byly porosty značně poškozeny hraboši, byl celkový výnos sušiny v součtu za tři seče průkazně nejvyšší u varianty V+FE (4,18 t/ha), u ostatních sledovaných variant se výnos pohyboval v rozpětí 2,08 – 3,43 t/ha. Celková produkce energie za všechny tři seče byla v souladu s výnosem také průkazně nejvyšší u varianty V+FE (75,56 GJ/ha). Produkce energie ostatních variant byla v rozmezí 38,52 – 61,95 GJ/ha. Analyzované výsledky prokázaly v obou sledovaných letech vliv pořadí seče na výnos sušiny i produkci energie z hektaru.

Abstract:

The aim of this diploma thesis was to evaluate various clover-grass mixtures as a potential source of biomass for direct combustion, to determine their yield ability and to determine their energy production per hectare. Equally important was the assessment of the influence of the cutting term and composition of the mixture on the evaluated parameters. Experimental stand was located in the fields of the Research station of the Czech university of life sciences in Prague in the locality of Červený Újezd and was established in 2018. The year 2020 and partly also the year 2019 were documented in this diploma thesis. The whole experiment involved the 24 variants mixtures of Medicago sativa, Trifolium pratense, Lotus corniculatus, Onobrychis viciifolia, Festuca arundinacea and festulolium (a hybrid of Festuca arundinacea and Lolium multiflorum) in four repetitions of each variant. The following variants were selected for this diploma thesis: •V – Medicago sativa •V+J – Medicago sativa + Trifolium pratense •V+ FE – Medicago sativa + festulolium •V+S+FE – Medicago sativa + Lotus corniculatus + festulolium •V+S – Medicago sativa + Lotus corniculatus •V+J+FE – Medicago sativa + Trifolium pratense + festulolium During the vegetation, three cuts were performed, before each cut biomass samples were taken. Samples were sorted into individual components, weighed and dried. The dried samples were crushed in a Fritsch mill and compressed into pellets. Then the combustion took place in an adiabatic calorimeter IKA C5000 and a muffle furnace. From the results of combustion in a calorimeter, the values of calorific value (J/g) were found, which were used to calculate the heating value. From the heating value (J/g) and biomass yield (t/ha) the total amount of energy produced per area (GJ/ha) was calculated. Combustion in the muffle furnace was used to determine the ash content (%). The results of the thesis showed that in 2019 the total dry matter yield in total for all three cuts ranged from 10.37 t/ha for the variant V+S+FE (Medicago sativa + Lotus corniculatus + festulolium) to 11.66 t/ha for variant V (Medicago sativa) and energy production was from 188. 83 GJ/ha (V+S+FE) to 212. 34 GJ/ha (V). However, the differences between the variants were not statistically significant. In 2020, in which the stands were severely damaged by voles, the total dry matter yield for three cuts was demonstrably the highest in the V+FE variant (4.18 t/ha), in the other monitored variants the yield ranged from 2.08 to 3.43 t/ha. In line with the yield, the total energy production for all three cuts was also demonstrably the highest for the V+FE variant (75.56 GJ/ha). The energy production of other variants was in the range of 38.52 – 61.95 GJ/ha. The analyzed results showed in both monitored years the effect of cut order on dry matter yield and energy production per hectare.

Keywords

bioenergie, spalné teplo, výhřevnost, vojtěška setá, jetel luční, festulolium

Keywords

Medicago sativa, Trifolium pratense, bioenergy, calorific value, heating value, festulolium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavel Fuksa, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Rural Development and Agriculture / Development of Rural Areas