VLASTNOSTI DREVNÉHO POPOLA
A MOŽNOSTI JEHO VYUŽITIA PRI PESTOVANÍ
ENERGETICKÝCH RASTLÍN
Ing. Pavol Otepka, PhD.
RNDr. Slavka Tóthová, PhD.
www.drevnypopol.sk
Vlastnosti drevného popola a možnosti jeho využitia
pri pestovaní energetických rastlín
VEDECKÁ MONOGRAFIA
Vydaná v rámci projektu spolufinancovaného APVV
č. VMSP-P-0035-09:
„Využitie hnojivého potenciálu drevného popola pri pestovaní
energetických rastlín ako obnoviteľného zdroja energie“
ISBN 978-80-970971-0-3
Autori: Ing. Pavol Otepka, PhD.
RNDr. Slavka Tóthová, PhD.
1. Úvod
S rozvojom využívania obnoviteľných zdrojov energie na báze spaľovania drevnej biomasy a zvyšujúcimi
sa nákladmi na skládkovanie tuhých odpadov prichádza do popredia otázka bezpečnej aplikácie
drevného popola do pôdy ako alternatívneho zdroja vápnika, draslíka a ďalších živín.
Alternatívne zdroje živín sa stávajú zaujímavé z hľadiska ich nízkej ceny a ľahkej dostupnosti, na strane
druhej je nevyhnutné dôkladne spoznať mechanizmus ich pôsobenia na pôdu, rastliny a následné
dlhodobé účinky. V posledných desaťročiach vzniklo viacero odborných prác, ktoré riešia možnosti
použitia drevného popola ako minerálneho hnojiva. Perspektívne zameranie pozornosti na alternatívne zdroje živín si vyžaduje dlhodobý výskum a zodpovedanie mnohých otázok, ako ich správne
a bezpečne aplikovať do pôdy a využiť ich pre intenzifikáciu produkcie. Hnojivá môžu mobilizovať jednotlivé živiny v pôde, ale aj naopak, meniť ich na nevyužiteľné, resp. pre rastliny málo prístupné formy.
Alternatívne zdroje živín popri žiaducej účinnej zložke obsahujú vo väčšine prípadov aj ťažké kovy.
Vhodnosť použitia takýchto zdrojov treba vždy starostlivo otestovať a to so zreteľom na možnú interakciu vplyvom prítomnosti rozličných kombinácií kovových prvkov s akcentom na výživu rastlín a okolité
prostredie.
Drevný popol je alkalický, vápenato-draselný materiál, ktorý obsahuje množstvo elementov potrebných pre výživu rastlín. Vzniká ako silne zásaditý odpad po energetickom využití dendromasy. Podľa
legislatívnych predpisov v SR popol z čistého, chemicky neošetreného dreva je zaradený do skupiny „Ostatné odpady“. V súlade s legislatívou a strategickými dokumentami SR je vhodné a žiaduce
uprednostniť ďalšie zhodnotenie a využitie drevného popola pred skládkovaním v krajine.
Popol s výnimkou dusíka, ktorý pri horení unikol do ovzdušia, obsahuje množstvo makroživín
a mikroživín pôvodne prítomných v spaľovanej dendromase, dôležitých pre výživu a optimálny rast
rastlín. V závislosti od druhu spaľovanej biomasy a podmienok spaľovania popol obsahuje aj rôzne
množstvá ťažkých kovov ktoré sú z hľadiska jeho ďalšieho použitia ako hnojiva, alebo minerálneho
prídavku do kompostov posudzované ako rizikové látky. V porovnaní s prírodnými materiálmi (napr.
mletý vápenec), ktoré boli v minulosti použité v lesoch Slovenska na elimináciu acidifikácie a doplnenie
bázických živín, za najvýznamnejší rozdiel možno považovať obsah draslíka v popole, ktorý zlepšuje
odolnosť rastlín voči suchu a mrazom, ako aj pomerne harmonické zastúpenie mikroelementov.
Cieľom vedeckej monografie je:
•
•
•
priniesť poznatky o druhoch a vlastnostiach drevného popola zo spaľovania biomasy ako
obnoviteľného zdroja energie so zameraním na stanovenie obsahu živín a niektorých ťažkých
kovov, ktoré sú podľa slovenskej legislatívy považované za rizikové,
navrhnúť možnosti úprav vlastností drevného popola s cieľom optimalizácie vlastností pre
využitie hnojivého potenciálu drevného popola,
analyzovať problematiku pestovania rýchlorastúcich drevín s dôrazom na druh vŕba košikárska
(Salix viminalis L.) pestovanej v teplej agro-klimatickej makrooblasti Slovenskej republiky hnojenej drevným popolom.
2. Legislatívny rámec použitia odpadov ako hnojív
Drevný popol je vápenato–draselný, silne zásaditý odpad, vznikajúci po energetickom využití palív na
báze dreva. Podľa legislatívnych predpisov v SR popol z čistého, chemicky neošetreného dreva nemá
vlastnosti nebezpečného odpadu a je zaradený do skupiny „Ostatné odpady“. V súlade s legislatívou a
strategickými dokumentami je vhodné a žiaduce uprednostniť ďalšie zhodnotenie a využitie drevného
popola pred skládkovaním v krajine. Popol obsahuje množstvo makroživín a mikroživín dôležitých
pre výživu a optimálny rast rastlín. V závislosti od druhu spaľovanej biomasy a podmienok spaľovania
popol obsahuje aj rôzne množstvá ťažkých kovov (napríklad Pb, Cd, Cr, Hg, Ni, Cu, Zn, Se, Mo) a As, ktoré
sú z hľadiska jeho ďalšieho použitia ako hnojiva, alebo minerálneho prídavku do kompostov posudzované ako rizikové látky. Legislatíva stanovuje limity maximálnych prípustných koncentrácií
rizikových prvkov v hnojivách aplikovaných do pôdy. Pri hľadaní možností recyklácie uvedeného typu
2
odpadu a zužitkovaní predpokladaných hnojivých vlastností je v SR potrebné postupovať podľa zákonov o odpadoch, o hnojivách a príslušných vykonávacích vyhlášok.
Na Slovensku možno používať iba hnojivá zapísané v Registri hnojív, s výnimkou materiálov testovaných
pre výskumné účely. Neregistrované hnojivá môže do pôdy aplikovať v nevyhnutnom množstve len
výskumná inštitúcia, zaoberajúca sa výskumom výživy rastlín. Limity pre obsah rizikových prvkov sú
definované pre hnojivá, ale aj pre iné materiály, ktoré vznikajú v rôznych sférach hospodárstva a ktorých
aplikácia do pôdy je za určitých podmienok možná. Patria sem napr. kaly z čistiarní odpadových vôd a
dnové sedimenty z vodných nádrží, ktoré sú produkované v značných množstvách (tab. 1).
Tab. 1
Limitné hodnoty rizikových prvkov v hnojivách [mg.kg-1]
Slovenská republika
rizikový
prvok
Hg
Cd
Pb
Cr
As
Cu
Mo
Ni
Zn
Se
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
minerálne
hnojivo 1)
0,5
1,5
30
50
10
-
pôdna
pomocná
látka 2)
1
2
100
100
10
200
50
400
5
Švédsko
surovina na kaly a dnové
kompost 3) sedimenty 4)
10
13
500
1000
50
1200
25
200
3000
-
10
10
750
1000
20
1000
300
2500
-
drevný popol 5)
3
30
300
100
30
400
70
7000
-
Fínsko
USA
drevný
bioodpady 7)
popol 6)
2
3
150
50
600
100
1500
17
39
300
41
1500
420
100
limitné hodnoty rizikových prvkov pre minerálne vápenaté a horečnato – vápenaté hnojivá podľa
Vyhlášky MP SR z 15.12.2000, ktorou sa ustanovujú typy hnojív, obsah rizikových prvkov, podmienky odberu a metódy skúšania hnojív, Zb. zákonov č. 26 / 2001, Príloha č.2.
limitné hodnoty rizikových prvkov pre pôdne pomocné látky obsahujúce aj odpady podľa Prílohy č. 3, tab. 4 k vyhláške MP SR z 23.5.2005, ktorou sa ustanovujú typy hnojív, zloženie, balenie
a označovanie hnojív, analytické metódy skúšania hnojív, rizikové prvky, ich limitné hodnoty pre
jednotlivé skupiny hnojív, prípustné odchýlky a limitné hodnoty pre hospodárske hnojivá, Zb. zákonov č. 575 / 2005.
limitné hodnoty rizikových prvkov v surovine určenej do kompostu, podľa STN 46 5735 Priemyselné
komposty
medzné hodnoty koncentrácie rizikových látok v kaloch a dnových sedimentoch podľa Zákona
188/2003 o aplikácii čistiarenského kalu a dnových sedimentov do pôdy
limitné hodnoty rizikových prvkov v drevnom popole určenom na aplikáciu v lese, podľa Smernice
pre ťažbu dreva a kompenzačné hnojenie, Národný úrad pre lesníctvo, Švédsko, 2002 (ANONYMUS
2002)
limitné hodnoty rizikových prvkov pre aplikáciu drevného popola vo Fínsku (VESTERINEN 2003)
limitné hodnoty rizikových prvkov pre aplikáciu bioodpadov do pôdy, podľa federálnych noriem
EPA 40 CFR, časť 503, USA (www.epa.gov)
Vo väčšine štátov EÚ je drevný popol skládkovaný v súlade s vyhláškou EÚ Landfill Directive 1999/31/
EC. Rastúce nároky na bezpečné inžinierske riešenia skládok odpadov a s tým súvisiace zvyšujúce sa
ceny skládkovania nútia producentov hľadať nové spôsoby a riešenia, ktoré povedú k minimalizácii
produkcie odpadov alebo k ich recyklácii.
Vo Švédsku vydal Národný úrad pre lesníctvo záväzný pokyn pre aplikáciu drevného popola do lesnej
pôdy (ANONYMUS 2002), ktorý určuje maximálne kritické úrovne pre ťažké kovy, ale aj minimálne množstvo vápnika (12,5%), horčíka (2%), draslíka (3%) a fosforu (1%), ktorým musí každá náhodne odobraná vzorka drevného popola vyhovieť, aby sa mohla uskutočniť jeho priama aplikácia do lesnej pôdy.
Množstvo zinku je ohraničené minimálnou (1 000 mg.kg-1) aj maximálne prípustnou koncentráciou
(7 000 mg.kg-1). Maximálna jednorazová dávka popola je 3 t.ha-1 lesnej pôdy. Súčasťou podrobne spra3
covaného predpisu sú kumulatívne limity pre ťažké kovy (tab. 2), ktoré uvádzajú, aké množstvo ťažkých
kovov sa môže počas rubnej doby dostať do pôdy pri aplikácii drevného popola. Sú rozdielne pre listnaté a pre ihličnaté dreviny, ako aj pre južné, stredné a severné Švédsko.
V roku 2006 bola spomínaná vyhláška v rámci riešenia LIFE projektu „Regular recycling of wood ash to
prevent waste production“ (EMILSSON 2006) prepracovaná a doplnená o postupy pri vzorkovaní, úprave
popola a aplikačné postupy. Z odborných prác autorov FRITZE et al. (2001) a VESTERINEN (2003) je zrejmé,
že aj vo Fínsku sú rozdielne stanovené limity pre obsah ťažkých kovov v hnojivách podľa toho, či bude
hnojivo aplikované do lesnej alebo poľnohospodárskej pôdy s priamym rizikom ich vstupu do potravinového reťazca. Množstvo kadmia v popole určenom pre aplikáciu do lesnej pôdy môže byť
maximálne 3 mg.kg-1, kým pri aplikácii do poľnohospodársky využívanej pôdy nesmie prekročiť 1
mg.kg-1. V USA sú limitné hodnoty pre obsah rizikových prvkov uvedené vo federálnej norme EPA 40
CFR, časť 503 (www. epa.gov) a platia pre aplikáciu všetkých tzv. bioodpadov (napr. kaly, kompost z komunálneho odpadu, organické odpady, drevný popol) do pôdy na území USA. Limity sú menej prísne
ako u nás, hlavne pokiaľ ide o koncentráciu kadmia, ortuti a olova. Práve preto v podmienkach USA
väčšina drevných popolov pochádzajúcich zo spaľovania čistého, chemicky neošetreného dreva vyhovuje tejto norme a je možná ich priama aplikácia do pôdy.
Z ekonomických dôvodov je, a pravdepodobne aj bude najvhodnejšia priama aplikácia drevného popola do pôdy. Práve v tomto prípade je potrebné vyhovieť pomerne prísnym limitom na obsah ťažkých
kovov v ktorejkoľvek náhodne odobranej vzorke popola, aj keď bola Vyhláška MP SR 26/2001 ktorá
uvádzala obsahy rizikových prvkov nahradená novšou (575/2005), ktorá zvýšila maximálne limity pre
niektoré rizikové látky (tab. 1).
Vlastnosti drevných popolov a pomerne veľká variabilita obsahu ťažkých kovov, ktoré sú v hnojivách
pokladané za tzv. rizikové prvky a preto striktne limitované, neumožňujú požiadať o certifikáciu popola
produkovaného priamo zo zdroja (kotolňa na biomasu).
Pokiaľ kotolňa spaľuje len čisté, chemicky neošetrené drevo, v popole zostali nakoncentrované prvky,
ktoré dendromasa pôvodne obsahovala a pri jej ponechaní v lese by boli do lesnej pôdy po rozklade
opäť navrátené.
Cieľom súčasných výskumných aktivít na Slovensku je pripraviť podobný predpis, ktorý stanoví kumulatívne limity pre vstup rizikových prvkov pri hnojení do pôdy a zjednoduší využitie drevného popola
pri dodržaní všetkej bezpečnosti.
Len dôveryhodné údaje o vlastnostiach a vplyve drevného popola získané vlastným výskumom na
Slovensku, ako aj intenzívna spolupráca slovenskej odbornej verejnosti zahrňujúcej prax, vedu, výskum, stratégov a politikov môžu viesť k zmene legislatívy. Je na posúdení právnych expertov, či predpis
bude mať podobu vyhlášky, alebo zákona (ako je to napr. pri aplikácii kalov a dnových sedimentov.
Tab. 2
As
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
Va
1)
2)
3)
4
Kumulatívne limity pri aplikácii drevného popola vo Švédsku počas rubnej doby [g.ha-1]
juh 1)
90
100
300
1200
10
200
1000
20000
200
smrek, listnaté dreviny
stred 2)
90
50
200
600
10
200
500
15000
100
sever 3)
90
25
150
500
10
200
250
10000
100
do 60 stupňov severnej zemepisnej šírky
60 – 64 stupňov severnej zemepisnej šírky
nad 64 stupňov severnej zemepisnej šírky
juh 1)
30
100
300
800
5
200
400
10000
100
borovica
stred 2)
30
50
200
800
5
200
200
7000
50
sever 3)
30
25
200
500
5
200
100
5000
50
3. Vlastnosti drevného popola
3.1 Chemické vlastnosti drevného popola
V odbornej literatúre existuje množstvo údajov o chemických vlastnostiach drevného popola zo
spaľovania čistého chemicky neošetreného dreva. Chemické analýzy boli zamerané hlavne na elementárne zloženie, s dôrazom na možnosť použitia tohto materiálu ako alternatívneho zdroja vápnika,
draslíka a mikroelementov pri hnojení poľnohospodárskych aj lesných pôd (ZHAN et al. 1996, STEENARI et
al. 1999, LUDWIG et al. 2002).
Na riziko zvýšeného množstva ťažkých kovov v popole poukazujú vo svojich prácach napr. DEMIRBAS
(2003), HOLMBERG, CLAESON (2000). Ako uvádzajú HOLMBERG et al. (2000), množstvá As, Cd, Ni v popole
niekedy prekračujú maximálne prípustné koncentrácie určené pre recykláciu odpadov ako hnojív vo
Švédsku. Vo Fínsku uvádzajú autori PERKIOMAKI, FRITZE (2003), FRITZE et al. (2001) zvýšené množstvo kadmia
v drevnom popole ako najproblematickejšie, pretože sa pohybuje v intervale 1 – 20 mg.kg-1, a často
prekračuje limit pre aplikáciu do lesnej pôdy, čo sú 3 mg Cd v kg hnojiva.
V tabuľke 3 sú uvedené výsledky získané z odborných prác autorov, ktorí sa zamerali na chemickú
analýzu širšieho spektra prvkov obsiahnutých v drevnom popole a zároveň vo väčšom počte vzoriek.
Uvedené sú priemerné koncentrácie dominantných prvkov, mikronutrientov aj ťažkých kovov,
minimálne a maximálne namerané hodnoty (v prácach 1) a 2) ), respektíve priemerné koncentrácie a
relatívne variačné rozpätie v práci 3).
Tab. 3
Množstvo prvkov v drevnom popole
1)
Makroelementy
Ca
K
Mg
P
Fe
Mn
Na
N
Mikroelementy
As
B
Cd
Cr
Cu
Pb
Hg
Mo
Ni
Se
Zn
CaCO3 [%]
pH
1)
3)
2)
3)
[%]
15 (2,5-33)
2,6 (0,1-13)
1 (0,1-2,5)
0,53 (0,1-1,4)
0,84 (0,2-2,1)
0,41 (0-1,3)
0,19 (0-0,54)
0,15 (0,02-0,77)
15 (6,8-23)
12 (2,5-25)
3,6 (1,9-5,4)
0,82 (0,32-1,3)
0,36 (0,27-0,55)
0,9 (0,35-1,5)
0,95 (0,27-3,7
0,43 (0,4-0,5)
24,2 (68)
4,2 (50)
1,2 (32)
0,6 (55)
0,48 (95)
-
6 (3-10)
123 (14-290)
3 (0,2-26)
57 (7-386)
70 (37-207)
65 (16-137)
1,9 (0-5)
19 (0-123)
20 (0-63)
0,9 (0-11)
233 (35-1250)
26 (23-29)
750
16 (4,8-31)
80 (16-213)
184 (83-244)
45 (14-62)
0,43 (0,06-1,16)
4 (3-5)
38 (23-69)
935 (260-1400)
38 (66)
12 (65)
32 (38)
4,2 (28)
24 (30)
1700 (75)
42 (22-92)
10,4 (9-13,5)
-
-
[mg.kg-1]
RISSE 2002 - 37 vzoriek popola z územia USA, 2) HOLMBERG et al. 2000 - 9 vzoriek popola z územia Švédska
ARVELAKIS et al. 2002 - vzorky popola z 3 celulóziek, spaľujú tvrdé aj mäkké drevo
Hlavné elementy v drevnom popole sú vápnik, draslík a horčík. Fosfor a mangán sú prítomné
v množstvách okolo 1%. Železo, meď, zinok a bór sú prítomné v relatívne malých množstvách (MILTON et al. 1995). Ďalší alkalický kov, sodík, má zvyčajne nízku koncentráciu vo všetkých typoch popola,
okrem topoľového, ktorý obsahoval až 2,3% sodíka (MISRA et al 1993). HOLMBERG et al. (2000) uvádzajú
5
koncentrácie ďalších prvkov v popole – Si (3,4 %), Al (0,8 %), Cl (0,7 %). Podstatne vyšší obsah kremíka
uvádzajú ZHAN et al. (1996), 9,7 – 34 %. Obsah dusíka je málo významný, vďaka jeho premene na plynné
zložky počas horenia dreva. Všeobecným predpokladom pri týchto štúdiách bolo, že bázické katióny
sú prítomné hlavne vo forme ľahko rozpustných oxidov, čím by sa vysvetľovala vysoká alkalita popola
(STEENARI, LINDQVIST 1997). Množstvo oxidov v drevnom popole po spálení dreva a kôry z rôznych druhov
drevín podľa výskumnej správy VESTERINEN (2003) je uvedené v tabuľkách 4 a 5.
Tab. 4
Množstvo oxidov [% ] v popole po spálení dreva
(TAIPALE 1996 in VESTERINEN 2003)
CaO
Breza
Borovica
Smrek
Vŕba
46,0
42,0
36,7
30,8
MgO
K2O
11,6
16,0
10,0
5,1
P2O5
15,0
15,2
29,6
26,5
Fe2O3
14,9
1,0
1,0
4,8
SiO2
1,3
5,5
8,5
0,2
0,9
4,6
1,0
0,43
Na2O
8,6
3,0
3,2
0,3
Tab. 5
Množstvo oxidov [% ] v popole po spálení kôry
(ALAKANGAS 2000 in VESTERINEN 2003 )
CaO
Breza
Borovica
Smrek
Dub
60,3
40,0
50,5
64,5
MgO
K2O
5,9
5,1
4,2
1,2
P2O5
4,1
3,4
3,5
0,2
Fe2O3
3,0
2,7
2,7
-
SiO2
1,0
3,8
1,8
3,3
3,0
14,5
21,7
11,1
Na2O
0,7
2,1
2,8
8,9
Pretože pri spaľovaní dreva v kotloch dochádzalo ku značnej korózii ich vnútorných stien, vznikla
potreba presnejšie špecifikovať termálnu a chemickú stabilitu drevného popola a identifikovať
zlúčeniny vznikajúce pri vysokých spaľovacích teplotách, dosahovaných v kotloch na spaľovanie biomasy. Zámerom bolo získať možnosť ovplyvniť vznik jednotlivých zlúčenín zmenou teploty, obsahu
sekundárne vháňaného kyslíka pri horení alebo zmenou tlaku (BLANDER et al. 1995).
Transformáciu minerálnej hmoty drevného popola pri zahrievaní (v teplotnom intervale 500–1400oC)
sledovali MISRA et al. (1993) v 4 druhoch drevín (Populus tremula Micx., Quercus alba L., Liriodendron tulipifera L., Pinus ponderosa Dougl. Ex P. et C. Laws.). Popol bol pripravený v laboratórnych podmienkach
spálením 150 gramov drevných štiepok pri teplote 500o C. Závislosť úbytku hmotnosti popola ako funkcia teploty bola sledovaná termogravimetrickou analýzou pri teplotách 600, 800, 1000, 1200 a 1400o C
(obr. 1).
Prvý úbytok hmoty popola pri teplote 200o C spôsobilo odparenie vody, ktorú vzorky stihli absorbovať
pred vložením do prístroja. Výrazný úbytok hmoty popola začína pri teplote okolo 600o C a vzniká
z dôvodu rozkladu uhličitanov vápnika, horčíka a draslíka. Uhličitany vápnika a horčíka disociovali pri
teplotách v intervale 700 až 900o C, v závislosti od druhu dreviny.
6
Obr. 1
Termogravimetrická analýza drevných popolov z rôznych druhov drevín – úbytok hmoty popola po zahriatí (MISRA et
al.1993)
aspen - Populus tremula Micx.
oak - Quercus alba L.
poplar - Liriodendron tulipifera L.
pine – Pinus ponderosa Dougl. Ex P. et C. Laws.
Pri teplotách nad 900o C dochádza k rozkladu K2CO3, vzniká CO2 a K2O. Obidva oxidy sú pri tejto teplote
v plynnom stave a prchajú. Z tohto dôvodu nastáva pokles koncentrácie draslíka v popole (obr. 2).
Pri zahriatí popola na 1300o C došlo k výraznému zníženiu množstva draslíka od 63% až do 90% a síry
od 7 do 55%, v závislosti od druhu dreviny.
borovica
osika
Obr.2
Pokles koncentrácie draslíka po zvýšení teploty ( MISRA et al.1993)
borovica (Pinus ponderosa Dougl. Ex P. et C. Laws.) a osika (Populus tremula Micx.)
Redukcia síry pri vysokej teplote (1000 – 1200o C) je pravdepodobne zapríčinená disociáciou síranov
vápnika, horčíka a draslíka, v čase analýzy to autori röntgenovou analýzou nedokázali presne
7
identifikovať. Topoľový a dubový popol musel byť zahriaty na vyššiu teplotu ako iné vzorky, aby došlo
k uvoľňovaniu a následnému vyprchávaniu síry. Pokles obsahu bóru a medi nastal pri teplotách nad
1000o C. Pôvodná hmotnosť popola, ktorý bol pripravený spálením drevnej biomasy pri teplote 500o C,
poklesla o 22,9 až 47,8 % po jeho zahriatí na 1300oC a to v závislosti od druhu dreviny. Z tohto dôvodu
nemožno presne odhadnúť produkciu popola z kotlov na biomasu, len na základe stanovenia obsahu
popola v dreve v laboratórnych podmienkach pri teplote 500 až 550o C.
Minerály prítomné v drevnom popole boli identifikované röntgenovou analýzou vo vzorkách popola
pripraveného pri teplotách 600 a 1300o C. Analýza potvrdila, že tzv. nízkoteplotný popol dosahoval
maximálnu intenzitu pikov zodpovedajúcich uhličitanu vápenatému (obr. 3).
Obr. 3
Röntgenová analýza vzoriek popola z osiky (Populus tremula Micx.) pripravených pri teplotách 600o C a 1 300o C (MISRA
et al.1993)
Piky predstavujú zlúčeniny:
1. CaCO3
4.CaO
2. K2Ca(CO3)2
5.MgO
3. K2Ca2(SO4)2
6.CaSiO4
Pri zvýšení teploty nastala disociácia uhličitanov a röntgenová analýza potvrdila maximálne množstvo
oxidov vápnika a horčíka. Borovicový a osikový popol mali v porovnaní s inými vzorkami relatívne vysoké
množstvá draslíka vo forme K2Ca(CO3)2. Topoľ bol bohatší na sodík, ktorý bol viazaný v kremičitanoch.
BLANDER et al. (1995) uvádzajú, že formovanie síranov je determinované nízkym obsahom síry, pretože
pri teplotách nad 1000o C vyprcháva. Formovanie popola a chemizmus anorganických zlúčenín sledovali po spaľovaní topoľových štiepok v prostredí s vysokým obsahom kyslíka vháňaného pod tlakom
1, 4 a 10 atmosfér.
8
Pri teplote 800o C a tlaku 1 atmosféra potvrdili prítomnosť uhličitanov K2Ca2(CO3)3 a CaCO3 v popolových
vzorkách. Z uvedených výsledkov je zrejmé, že drevný popol, ktorý vznikol ako odpadový produkt po
spaľovaní drevnej biomasy v špeciálnych kotloch na to určených (t.j. pri teplotách okolo 1000o C), obsahuje ľahko rozpustné zlúčeniny alkalického charakteru a môže z tohto dôvodu predstavovať určité
ekologické riziko pre pôdu a rastliny (STEENARI, LINDQVIST, 1997 ).
Aplikácia čerstvého popola, najmä do lesnej pôdy, by mohla zapríčiniť intenzívne zvýšenie pH, spálenie
rastlinných pletív nadzemných častí rastlín (ARVIDSSON et al. 2002), ktoré by prišli do priameho kontaktu
s popolom, poškodenie jemných korienkov. Preto je nevyhnutná úprava vlastností drevných popolov
pred aplikáciou do pôdy.
3.2 Drevný popol z roštového priestoru kotla a z filtrov
Dôležitým faktorom ovplyvňujúcim kvalitu popola, najmä z hľadiska obsahu ťažkých kovov, je miesto
jeho záchytu – roštový priestor v spaľovacej časti kotla, alebo filtre, odlučovače tuhých znečisťujúcich
látok.
Na čistenie plynných spalín sa používajú rôzne druhy filtrov, cyklónové odlučovače, elektrické a
bariérové filtre. Od použitého typu filtra závisí množstvo a kvalita zachyteného popola. Popol z filtrov
je vo všeobecnosti jemnejší ako popol z roštového priestoru kotlov. Koncentrácia ťažkých kovov, ktoré
pri vysokých spaľovacích teplotách prechádzajú do plynného skupenstva (najmä ortuť a kadmium), v
ňom býva vyššia ako v popole z roštového priestoru. Údaje o obsahu ťažkých kovov v drevnom popole
z roštového priestoru a z filtrov nájdeme v práci TAIPALE 1996 (in VESTERINEN 2003), avšak bez podrobnejších
údajov o druhu spálenej biomasy a počte analyzovaných vzoriek. Výsledky sú uvedené v tab. 6.
Pokiaľ je biomasa spaľovaná v kotloch bez filtračného systému, hrozí riziko znečistenia ovzdušia tuhými znečisťujúcimi látkami (TZL) alkalického charakteru, s vysokým obsahom ťažkých kovov (OSAN et al.
2002). Práve preto sú moderné spaľovacie zariadenia vybavené odlučovačmi TZL, kde sa po prechode
spalín zachytáva časť popola, ktorý má iné chemické vlastnosti ako popol z roštového priestoru.
SONG et al. (2004) uvádzajú, že popol z roštového priestoru obsahuje viac SiO2 a Al2O3 a je menej alkalický. Popol z filtrov obsahoval viac CaO, Na2O, K2O, Cl, Zn, Cd a Hg a bol silne zásaditý. Znamená to, že
obsahuje rozpustné soli ako NaCl, KCl, ťažké kovy a organické chloridy. V popole z roštového priestoru
zostalo nakoncentrovaných okolo 88-97% z celkových obsahov Cu a Cr, ale len 18% Cd a menej
ako 1% Hg.
ROBB, YOUNG (1999) upozorňujú, že pri aplikácii popola z filtrov do pôdy hrozí vysoké riziko zvýšenia
celkového obsahu ťažkých kovov v pôde, aj keď ich rozpustnosť pre rastliny je redukovaná zvýšením
pH pôdy, podobne ZOLLNER, REMLER (1998) pokladajú popol z filtrov za rizikový a nevhodný pre aplikáciu
do pôdy.
PEDERSON et al. (2003) v laboratórnych podmienkach elektroanalytickými metódami odstraňovali ťažké
kovy Cd, Pb, Zn a Cu zo vzoriek popolov získaných zo spaľovania dreva a komunálneho odpadu, zachytených v odlučovačoch. Kým zo vzorky popola pochádzajúcej zo spaľovania komunálneho odpadu bolo
odstránených 8% Pb a 73% Zn, z drevného popola len 2,5% Pb a 24% Zn. Rozdiel bol pravdepodobne
z dôvodu vyššieho pH v drevnom popole. Podobne problematické bolo odstraňovanie kadmia (PEDERSON 2003), pravdepodobne je viazané v drevnom popole v pevných silikátových väzbách. Výraznejšie
odstránenie Cd zo vzoriek popola bolo dosiahnuté použitím roztoku 0,25 M citrátu amónneho ako
desorpčného činidla, čím odstránili až 70% Cd aj v zložitých alkalických podmienkach (hodnota pH
popola bola 13,3). Spôsob, ako znížiť obsah toxického Cr6+ v popole, uvádzajú POHLANDT-SCHWANDT et al.
(2002). Popol bol zmiešaný s vodným roztokom formaldehydu. Táto metóda dokázala odstrániť až 10
mg.l-1, zatiaľ čo predošlé metódy len do 2 mg.l-1.
NORDIN a BOSTROM (2005) vo Švédsku vyvíjajú novú špeciálnu metódu na odstránenie ťažkých kovov
z drevného popola. Termálnou rafináciou dokázali zo vzoriek odstrániť 70 až 99 % ťažkých kovov, ale aj
rádioaktívne cézium a polycyklické aromatické uhľovodíky. Značnou nevýhodou uvedenej metódy je,
že pri tepelnom ošetrení popola dochádza k výraznému poklesu množstva živinovo cenného draslíka.
9
Tab. 6
Porovnanie množstva ťažkých kovov v drevnom popole z roštového priestoru a z filtrov TZL
(TAIPALE 1996 in VESTERINEN 2003)
Množstvo [mg.kg-1]
Prvok
Roštový popol
0,2-3
0,4-0,7
0-7
60
15-300
0-0,4
2500-5500
40-250
15-60
10-120
15-1000
Arzén
Kadmium
Kobalt
Chróm
Meď
Ortuť
Mangán
Nikel
Olovo
Selén
Vanád
Zinok
Filtrový popol
1-60
6-40
3-200
40-250
200
0-1
6000-9000
20-100
40-1000
5-15
20-30
40-700
3.3 Drevný popol z chemicky ošetreného dreva
Zvýšené riziko z hľadiska koncentrácie rizikových prvkov predstavuje drevný popol zo spaľovania odpadového a chemicky ošetreného dreva. Odpadové drevo môže obsahovať približne 1% nedrevnatých
prímesí, najmä plastické a kovové materiály, sklo, stavebný odpad. Do spaľovacieho procesu vstupuje drevo chemicky ošetrené povrchovými nátermi, moridlami, farbami, protipožiarnymi nátermi na
zvýšenie ohňovzdornosti a pod., ktoré sú zdrojom chemického znečistenia popola. Chemické analýzy
lesnej biomasy a odpadového dreva (JERMER et al. 2001) preukázali zvýšený obsah viacerých nežiaducich
prvkov (sodík, chlór, ťažké kovy) a zároveň dokázali významne vysokú variabilitu analyzovaných vlastností v odpadovom dreve v porovnaní s lesnou biomasou. Výsledky sú uvedené v tab. 7.
Ako uvádzajú SOLO et al. (2002), prostriedky na ochranu dreva spôsobujú najmä zvýšenie obsahu
chrómu, medi a arzénu (používaná skratka v odbornej literatúre „CCA“). Povrchové nátery sú zdrojom
hlavne zinku, olova, železa, kadmia, ale spôsobujú aj zvýšenie obsahu sodíka, chlóru, síry a dusíka v odpadovom dreve. Popolové vzorky boli pripravené v priemyselnej peci zo vzoriek CCA ošetreného dreva,
zmesi CCA ošetreného dreva a neošetreného dreva a recyklovaného drevného odpadu z konštrukcií a
demolácii z recyklujúcich zariadení. Výsledky štúdie ukázali, že koncentrácie kovov (Cr+Cu+As) môžu
dosahovať až 36% z váhy popola zo vzoriek dreva s vysokou retenčnou hladinou náteru (40 kg.m-3).
Tieto vzorky popola boli na základe vysokého obsahu arzénu, niekedy aj chrómu, charakterizované ako
rizikový odpad podľa smerníc platných v USA.
Tab. 7
Porovnanie obsahu prvkov v lesnej biomase a v odpadovom dreve [mg.kg-1] podľa JERMER et al. 2001
Odpadové
drevo
Lesná
dendromasa
priemer
sm. odchylka
n
priemer
sm. odchylka
n
K
1165
580
32
1500
480
11
Cl
641
550
47
211
66
13
Na
665
300
32
275
190
11
S
788
790
47
384
130
16
Zn
350
260
51
89
76
19
Pb
72
81
50
7,3
8,3
14
As
21
20
47
1,4
1,6
17
Cu
32
32
42
7,5
6,5
10
Cr
41
32
45
10
8,4
12
Cd
0,67
0,55
35
0,43
0,23
12
Hg
0,230
0,290
44
0,092
0,080
11
n= počet vzoriek
Aj na Slovensku sa v kotloch na spaľovanie drevného paliva niekedy spaľuje odpadové drevo, čo môže
negatívnym spôsobom ovplyvniť obsah rizikových ťažkých kovov v drevnom popole.
Do spaľovacieho procesu vstupuje drevo chemicky ošetrené povrchovými nátermi, moridlami, farbami,
protipožiarnymi nátermi na zvýšenie ohňovzdornosti a pod., ktoré sú zdrojom chemického znečistenia
popola.
Pretože obsah ťažkých kovov je už v popoloch z čistého, chemicky neošetreného dreva na hranici prípustných limitov pre aplikáciu popola do pôdy, do budúcnosti nie možné uvažovať s využitím drevných
10
popolov z odpadového, chemicky ošetreného dreva, ktoré má zvýšené riziko rôznorodej chemickej
kontaminácie.
3.4 Úprava vlastností drevného popola
Úprava drevného popola pred aplikáciou sa odporúča najmä z dôvodu zníženia rozpustnosti živín,
pretože v čerstvom popole sú prítomné prevažne v podobe oxidov, teda sú ľahko rozpustné (ERIKSSON et
al. 1998). Odporúčajú sa dva základné spôsoby úpravy čerstvého drevného popola:
I. expozícia popola na vzduchu - vystavenie pôsobeniu vzdušnému CO2 a vlhkosti, resp. zámerné
zvlhčovanie popola, pričom prebehnú chemické reakcie, pri ktorých vzniknú menej rozpustné
zlúčeniny, z ktorých sa pomalšie uvoľňuje vápnik (STEENARI, LINDQVIST 1997, LUDWIG et al. 2002) :
CaO + H2O  Ca(OH)2
Ca(OH)2+CO2  CaCO3
CaSO4+H2O  CaSO4.2H2O ,
II. granulácia – technologický postup výroby granúl z drevného popola, mletého dolomitu a vody.
Tento postup je používaný vo Švédsku, najmä v prevádzkach s produkciou drevného popola
väčšou ako 200 ton ročne (HOLMBERG et al. 2000) .
Pri laboratórnych pokusoch s čerstvým a stabilizovaným popolom zistili STETNARI et al. (1999), že aj po
stabilizácii popola 1. spôsobom sú rýchlo uvoľňované frakcie alkalických kovov draslíka a sodíka, ktoré
zostali viazané v ľahko rozpustných zlúčeninách. Pomaly prebiehalo uvoľňovanie fosforu, horčíka,
železa a ťažkých kovov, a to z čerstvého aj stabilizovaného popola.
Systém recyklácie živín obsiahnutých v drevnom popole musí byť environmentálne bezpečný a rýchlosť,
akou sa uvoľňujú živiny z popola do pôdy, by mala zodpovedať rozkladu prirodzeného opadu v lese.
Z tohto dôvodu pristúpili vo Švédsku k uvedenej výrobe granúl z popola, dolomitu a vody. Dosiahli zníženú rýchlosť uvoľňovania živín, obohatenie hnojivého materiálu o vápnika a horčík a zároveň
„zriedili“ ťažké kovy obsiahnuté v popole. Röntgenová analýza ukázala, že granule obsahujú minerály
dolomit, vápenec, kremeň, ankerit, albit a alumohydrokalcit. Vápenec, alumohydrokalcit a magnezit
vznikli v granulách po ich aplikácii do lesnej pôdy. Laboratórnymi vylúhovacími testami bolo dokázané,
že uvoľňovanie živín z granúl bude postupné a môže trvať až 20 rokov.
4. Vplyv aplikácie drevného popola na produkciu biomasy
Aplikácia hnojív, aj drevného popola, pre dosiahnutie optimálnej produkcie v energetických porastoch
s minimalizáciou rizika zníženia pôdnej úrodnosti, je nevyhnutná. Najmä pri intenzívnom pestovaní
vŕb bez aplikácie hnojív zistili 20 až 40% pokles produkcie biomasy už po 6 rokoch oproti plochám
s kompenzačným hnojením (SCHOLTZ et al. 2001).
Pozitívny vplyv aplikácie drevného popola pri pestovaní rýchlorastúcich drevín ( vŕba) na produkciu
biomasy v rašeliniskách uvádzajú HYTONEN, KAUNISTO (1997). Zistili, že 14 ročné vŕby hnojené drevným
popolom vyprodukovali viac biomasy ako materský 16 ročný porast. Po 14 vegetačných obdobiach dosiahla produkcia biomasy na ploche s aplikáciou popola 61,4 t.ha-1, na ploche s PK hnojením 61,8 t.ha-1,
kým na kontrolnej ploche bez hnojenia len 37,6 t.ha-1. Koncentrácia živín v dreve a kôre sa nezvýšila,
skôr naopak. Obsah N v odlistenej biomase tiež klesol.
Po zjednotení Nemecka, v okolí Brandenburgu, došlo k ukončeniu banskej činnosti (BUNGART et al.
2000). S cieľom revitalizovať územie bol na ploche o rozlohe 2,5 ha založený pokus s pestovaním rýchlorastúcich drevín, vysadené boli rôzne klony topoľov a vŕb. Pretože pôdne podmienky v pôvodne
zaťaženom území neboli optimálne, pristúpili k aplikácii drevného popola ako substitúcie chýbajúcich
živín. Pre aplikovaný drevný popol bol charakteristický vysoký obsah bázických živín a nízky obsah
ťažkých kovov. Vo veku porastov 4 roky dosiahli produkciu biomasy 5,3 až 19,6 t.ha-1 aj v pôvodne veľmi
11
nepriaznivých pôdnych podmienkach. Na základe týchto skúseností autori uvádzajú, že drevný popol
má vysoký potenciál pre kompenzačné hnojenie energetických porastov, doplnenie živín odčerpaných
intenzívnym pestovaním a ťažbou biomasy pre jej ďalšie energetické využitie.
Ťažbou dendromasy v intenzívne obhospodarovaných tzv. energetických porastoch s krátkou rubnou
dobou dochádza k rýchlemu odčerpávaniu prvkov minerálnej výživy. Odčerpávaním živín sa znižujú
ich zásoby, čiastočnou kompenzáciou môže byť minerálne viaczložkové hnojenie, čomu drevný popol
s obsahom širokého spektra makroelementov a mikroelementov môže vyhovovať. Nevýhodou je, že
drevný popol takmer vôbec neobsahuje dusík, ktorý počas spaľovania dreva uniká do ovzdušia.
Prvé pokusné hnojenie bolo realizované na výskumných plochách Lesníckeho výskumného ústavu
na Výskumnej stanici v Gabčíkove. Použitý bol drevný popol z dubového paliva, získaný z roštového
priestoru kotla (tab. 7). Obsahy arzénu a kadmia boli tesne nad limitom pre minerálne hnojivá, ostatné
prvky boli v norme. Obsah arzénu bol vyšší o 2,75 mg.kg-1 a obsah kadmia o 0,44 mg.kg-1. Oproti ďalším
testovaným drevným popolom mal nižšie hodnoty pH a pomerne vysoký obsah draslíka (TÓTHOVÁ in
ILAVSKÝ et al. 2000).
Tab. 8 Chemické zloženie drevného popola v experimente Gabčíkovo
pHH2O
10,17
Ekvivalent karbonátov
24 %
Ca
11 %
Mg
0,8 %
K
5,9 %
Hg
0,0006 mg.kg-1
Cd
1,94 mg.kg-1
Cr
14,38 mg.kg-1
As
12,72 mg.kg-1
Pb
14,00 mg.kg-1
Plocha s výsadbou topoľových sadeníc bola rozdelená na 3 čiastkové plochy, jedna z nich bola
ponechaná bez aplikácie drevného popola ako kontrolná. Na dvoch výskumných plochách bol použitý
drevný popol v koncentráciách 1 t.ha-1 a 5 t.ha-1, spôsobom celoplošnej aplikácie. Následne bol popol
zapracovaný do pôdy. Pôdne vzorky na stanovenie hodnôt pH, obsahu živín a ťažkých kovov boli odobrané pred aplikáciou a po skončení vegetačného obdobia (tab. 9).
Tab. 9 Obsah prístupných živín v pôde [mg.kg–1] pred jarnou aplikáciou drevného popola
Plocha
G1
G2
G3
Dávka popola
1 t.ha-1
5 t.ha-1
Kontrolná
Ca
5 851
5 717
5 214
Mg
476
264
330
K
290
214
148
Vo vzorkách pôdy odobraných po skončení vegetačného obdobia bolo zistené, že na kontrolnej
ploche s intenzívnym pestovaním topoľa došlo k poklesu prístupných živín oproti východziemu stavu.
Množstvo prístupného horčíka bolo nižšie o 30 % a draslíka o 40 % , než boli hodnoty zistené na jar.
Obsah prístupného vápnika zostal na tej istej úrovni. Na ploche G1 s nižšou dávkou popola tiež klesol
obsah prístupného draslíka, ale už len o 14 %, zásoby prístupného horčíka dokonca vzrástli o 36 %, pri
vyššej aplikačnej dávke drevného popola zásoba prístupného draslíka vzrástla o 43 %.
Viac poznatkov o vplyve drevného popola na rast drevín nachádzame v odborných prácach z oblasti
pestovania lesných drevín. Pri výskumoch boli získané veľmi rozdielne výsledky o vplyvoch aplikácie
drevného popola na prírastok drevnej hmoty (INGERSLEV et al. 2001). Hlavný vplyv mali stanovištné podmienky, kľúčovú úlohu zohrával obsah dusíka v humusovej vrstve. Na plochách s nízkou až strednou
zásobou dusíka s pomerom C/N viac ako 30, drevný popol, podobne ako vápnenie, často znižoval
prírastok, ale na plochách s dobrou zásobou dusíka, s pomerom C/N menším ako 30, bol prírastok
pozitívne stimulovaný.
12
Túto skutočnosť potvrdzuje napr. experiment v 100 ročnom borovicovom poraste (SAARSALMI et al. 2005)
s vysokým pomerom C/N 47. Popol bol aplikovaný v dávkach 1 tona, 2,5 a 5 ton na hektár v roku 1990.
Rastové parametre (hrúbka, výška a ročný prírastok stanovený z vývrtov) boli merané 7 a 12 rokov po
aplikácii popola. Autori ani pri najvyššej dávke popola nezaznamenali žiadne pozitívne ovplyvnenie
rastu drevín.
JACOBSON (2003) zistil dokonca pokles drevnej produkcie na borovicových stanovištiach s relatívne
vysokým pomerom C/N po aplikácii 1 až 9 ton popola počas 5 až 11 ročného študijného obdobia, ale
opačné výsledky na plochách s nízkym pomerom C/N (menším ako 25), kde došlo k zvýšenej produkcii
drevnej hmoty.
Pozitívne účinky drevného popola na rastové procesy drevín boli zistené najmä pri experimentoch
v mladších porastoch.
V Estónsku (PÄRN 2005) pri pokuse na mladých boroviciach (Pinus sylvestris L.) zistil pozitívny účinok na
rast stromov len pri nižšej aplikačnej dávke drevného popola, ktorá zodpovedala 2,5 t.ha-1.
Pokus s aplikáciou popola zo spaľovania kôry (dávky 0; 1; 2; 5; 10; 20 t.ha–1) pri výsadbe mladých borovíc
v rašelinisku, s vizuálnymi známkami poškodenia z dôvodu nedostatku živín, realizovali vo Fínsku (FERM
et al. 1992). Zásoby dreva dosiahli pri najvyššej aplikačnej dávke popola 70 m3. ha-1, kým na kontrolnej
ploche bez hnojenia menej ako 15 m3.ha-1 , v práci nie je uvedený pomer C/N. Vzhľadom na charakter
stanovišťa, ako aj dosiahnuté výsledky v produkcii biomasy však možno predpokladať dobrú zásobu
dusíka v pôde.
5. Prístupy k nakladaniu s drevným popolom v Európe
Veľkou inšpiráciou pre výskum využitia drevného popola na Slovensku a následný prenos poznatkov
do praxe sú skúsenosti a poznatky zo Švédska a Fínska.
Hlavným dôvodom pre intenzívny výskum biomasových popolov v Škandinávii je vysoký podiel
obnoviteľných zdrojov na výrobu energie a súvisiaca vysoká produkcia popolov z dreva a rašeliny ako
odpadov. Ďalším dôvodom je celostromová ťažba (podobná ako na Slovensku v porastoch energetických rýchlorastúcich drevín), keď z lesa je pri ťažbe odnesený prakticky celý strom, vrátane konárov
a asimilačných orgánov, čo spôsobuje intenzívne ochudobňovanie lesného ekosystému o živiny
potrebné pre ďalšiu produkciu drevnej hmoty.
V takomto systéme je nevyhnutná dodávka živín, s ohľadom minimalizovať riziko zníženej produkcie
drevnej hmoty v nasledujúcich obdobiach.
Národný lesnícky úrad vo Švédsku vydal doporučenie, ako správne používať popol z biomasy (VESTERINEN, 2003):
•
používať len popol z čistého, chemicky neošetreného dreva,
•
dodržiavať maximálne prípustné limity pre rizikové prvky (Hg, Pb, As, Cd, Cu, Ni, Zn),
•
maximálna aplikačná dávka je 3 tony/ha jedenkrát za 10 rokov,
•
popol musí byť pred aplikáciou stabilizovaný,
•
proces aplikácie popola na lesnej pôde podlieha registrácii na lesnom úrade.
Švédska energetická agentúra EnergiAskor AB, ktorú založilo 12 energetických spoločností má hlavný
cieľ podporiť využitie popolov z dreva a rašeliny (RIBBING, BJURSTROM, 2011). V rámci výskumno – vývojového programu „Švédsky popolový program“, na ktorého spolufinancovaní sa podieľajú aj producenti popola bolo vo Švédsku podporených viac ako 100 projektov aplikovaného výskumu v období rokov 2002
až 2011, v celkovej sume 9 miliónov €. Intenzívna spolupráca producentov popola, špecializovaných
agentúr na získavanie a implementáciu grantov a štrukturálnych fondov EÚ, inštitúcií z oblasti vedy
a výskumu prináša reálne výsledky v množstve každoročne využitého popola.
Prístup a hierarchia využitia popolov sú logické, kvalitnejší, živinovo bohatý popol je aplikovaný v lesoch, menej kvalitný pri technických činnostiach v krajine:
•
200 000 ton popola ročne sa použije pri výstavbe lesných, alebo tzv. dočasných ciest v priemyselných areáloch,
•
35 000 ton ako náhrada živín v lesníctve a poľnohospodárstve,
13
•
•
50 000 ton na vypĺňanie vyťažených priestorov po banskej činnosti,
650 000 ton – pri výstavbe a uzatváraní skládok odpadov.
Intenzívne uzatváranie skládok odpadov na základe novej európskej legislatívy skončí v časovom horizonte cca 15 rokov a množstvo (650 000 ton) sa výrazne zníži. Popol je v kombinácii s kalmi využívaný aj
pri rekultivácii území poškodených ľudskou činnosťou, napr. po banských aktivitách.
Vo ďalších štátoch EÚ je popol zatiaľ využívaný najmä v rámci výskumných aktivít, podobne ako na
Slovensku.
6. Metodika experimentu, odberov a analýz vzoriek
drevného popola a paliva
Výskum vlastností drevného popola je náročný na správne odbery a korektné chemické analýzy
značného počtu vzoriek. V období rokov 2001 až 2010 boli priebežne odoberané a analyzované vzorky
drevných popolov a používaných palív. Analytické práce realizovalo laboratórium Odboru ekológie
a biodiverzity lesných ekosystémov, LVÚ Zvolen (od 1.1.2006 je jeho názov Centrálne lesnícke laboratórium NLC). Laboratórium pracuje v systéme AQA –Analytical Quality Assurance (systém zabezpečenia
spoľahlivosti výsledkov analýz produkovaných a interpretovaných pri výkone čiastkového monitorovacieho systému „LESY“), ktorý pre rezort pôdohospodárstva zabezpečuje od roku 1994. Kvalita prác
je zabezpečená internou a externou kontrolou kvality práce podľa zásad správnej laboratórnej praxe.
Meradlá a všetky meracie zariadenia boli overené a kalibrované podľa platných metrologických predpisov.
Odbery vzoriek drevného popola a vstupného paliva, ako aj analytické postupy pre stanovenie obsahu
prvkov vychádzali z Vyhlášok MP SR č. 26/2001 a 575/2005.
Vzorky za účelom získania chemických charakteristík drevných popolov sa odoberali v rokoch 2000 až
2010 najmä z lesníckych a drevárskych prevádzok, ktoré používajú kotly na spaľovanie dreva vo forme
pilín alebo štiepok – Quercus Lučenec, Škôlkárske stredisko Jochy, zo SES Tlmače, z kotla na spaľovanie
vlastných drevných odpadov v areáli Mondi SCP Ružomberok a z kotolní energetickej skupiny INTECH
v Hriňovej a Hnúšti.
Pomôcky na odber a uchovávanie vzoriek boli z inertného materiálu, ktorý neovplyvnil kvalitu vzorky.
Čiastkové vzorky sa odoberali náhodne z celej partie popola. Hmotnosť odobraných čiastkových
vzoriek bola približne rovnaká, najmenej 200 g. Z čiastkových vzoriek sa vytvorila jedna zmiešaná
súhrnná vzorka, z ktorej sa odobrala konečná vzorka o minimálnej hmotnosti 1 kilogram.
Po mineralizácii vzoriek zmesou kyseliny dusičnej a chlórovodíkovej sa v získanom mineralizáte stanovili jednotlivé prvky. Obsahy Ca, Mg, K, P, Mn, Fe, Al, Na, Zn a Cu boli stanovené atómovou spektrometriou s indukčne viazanou plazmou (AES – ICP). Obsah Cd, Cr, Pb a Ni boli stanovené atómovou
absorpčnou spektroskopiou technikou plameňa (FAAS – AA). Obsah As a Mo boli stanovené atómovou
absorpčnou spektroskopiou s technikou elektrotermickej atomizácie (AAS – ETA) a obsah ortuti analyzátorom AMA 254. Aktívna reakcia pH bola stanovená elektrometricky, ekvivalent karbonátov CaCO3
volumetrickou metódou.
Získavané experimentálne výsledky boli priebežne archivované v elektronickej forme. Analytické údaje
sa uchovávali, spracovávali a kontrolovali v databázach, z ktorých boli vylúčené niektoré evidentne nesprávne výsledky, ktoré vznikli pravdepodobne ako hrubé chyby pri chemických analýzach, prípadne
nekorektným odberom. Pre potreby vedeckej analýzy a hodnotenia experimentálnych dát sa použili
matematicko – štatistické metódy dostupné v programe MS Excel.
6.1 Vlastnosti a postup pri stabilizácii drevného popola použitého
v experimente v Dolnej Malante
V rámci výskumu aplikácie drevného popola v porastoch energetických drevín v Dolnej Malante bol
v rokoch 2009 a 2010 použitý drevný popol, ktorého vlastnosti sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.
14
Tab. 10 Chemické zloženie drevného popola v experimente Dolná Malanta
pHH2O
Ekvivalent karbonátov
Ca
Mg
K
Hg
Cd
Cr
As
Pb
12,85
2,40 %
11,5 %
1,40 %
4,00 %
0,0004 mg.kg-1
0,008 mg.kg-1
55,8 mg.kg-1
0,13 mg.kg-1
2,83 mg.kg-1
Vo výskumnom projekte „Využitie hnojivého potenciálu drevného popola pri pestovaní energetických
rastlín ako obnoviteľného zdroja energie“ bola venovaná pozornosť aj stabilizácii vlastností drevného
popola pred jeho aplikáciou na plantáži rýchlorastúcich drevín.
Pri experimente s tzv. pasívnou stabilizáciou (expozícia popola na vzduchu) sa podarilo znížiť pH
popola z 12,84 na 10,33 a zvýšiť obsah uhličitanov 2,40 na 20,80 %, s minimálnymi finančnými nákladmi, ktoré zahŕňali najmä jeho prepravu z kotolne na čisté, otvorené miesto, kde bol cca 2 mesiace
vystavený pôsobeniu vzdušnému CO2 a vlhkosti. Zámerné zvlhčovanie nebolo potrebné, vzhľadom na
dostatok snehových zrážok v uvedenom období. Vlhkosť v kope stabilizovaného drevného popola sa
pohybovala okolo 50%.
Metodika experimentu s drevinou vŕba košikárska (Salix viminalis L.) má dlhodobý charakter (25 rokov). Porast bol založený výsadbou na jar v roku 1996 (19. apríl). Sadbový materiál: pôvod – švédske
šľachtenie (Swälov); zdroj – Výskumná stanica Krivá na Orave, SR (VÚTPaHP); dĺžka odrezkov 0,20 m;
hrúbka 10 – 20 mm. Predplodina: Amaranthus sp. Príprava pôdy: orba do hĺbky 30 cm, smykovanie,
bránenie. Spôsob výsadby: ručne. Ošetrovanie počas vegetácie je zamerané na reguláciu škodlivých
činiteľov (buriny, choroby a škodcovia) a na sledovanie stavu a kondície porastu. Pestovateľská plocha
celkom: cca 648 m2; plocha jednotlivých parceliek (variantov): 108 m2; celkový počet testovaných parceliek: 6; označenie parceliek: ORM/A, ORM/B, ULV/A, ULV/B, RAPP/A, RAPP/B. Pestované odrody: ORM,
ULV, RAPP. Varianty pokusu: A – výsadba do dvojriadkov = vzdialenosť v riadku 0,5 m, medziriadky striedavo 0,75 m a 1,25 m; B – výsadba do sponu 0,5 x 0,75 m. Do príspevku boli zaradené výsledky tretieho štvorročného zberového cyklu vŕby košikárskej na danom stanovišti (2004 – 2007). Drevný popol
bol aplikovaný v jesennom termíne (október 2009 a 2010) a v jarnom termíne (marec 2010 a 2011)
v dávkach 1; 3 a 5 t.ha-1, zároveň bola ponechaná kontrolná plocha bez aplikácie drevného popola.
Rozloha každej plochy je 2 x 162 m2, t.j. 324 m2.
7. Vŕba košikárska (Salix viminalis L.) a jej možnosti
pestovania na ornej pôde
Vŕba košikárska (Salix viminalis L.) v našich podmienkach predstavuje najpoužívanejšiu formu rýchlorastúcich drevín. Pôdne a klimatické charakteristiky jej vyhovujú a v našich podmienkach dosahuje
dobrú produkčnú schopnosť.
Rod vŕba (Salix L.), predstavuje až 600 rôznych druhov rozšírených po celom svete, okrem Austrálie,
Nového Zélandu a Polynézie (JAHODÁŘ, 2006; KOBLÍŽEK IN GOLIÁŠOVÁ A MICHALKOVÁ ET AL., 2006). Na produkciu dendromasy a jej využitia ako obnoviteľného zdroja energie sa najčastejšie používajú druhy vŕba
košikárska (Salix viminalis L.) a vŕba biela (Salix alba L.), ako aj ich vzájomné krížence.
Pestovanie výmladkových plantáží z týchto druhov vŕb (v našich podmienkach sa v menšom rozsahu
používajú aj iné rody drevín, napr. topole, jelše, agáty a pod.) je z biologického hľadiska založené na
ich schopnosti rásť v prvých rokoch po výsadbe veľmi rýchlo (ročné prírastky 2 – 3 metre) a súčasne na
ich obdivuhodnej regenerácii – výmladnej schopnosti po zrezaní nadzemnej časti (výškové prírastky
15
v prvom roku po zrezaní dosahujú až 5 metrov). Vďaka tejto vlastnosti môžu byť výmladkové plantáže
rýchlo rastúcich drevín zberané niekoľkokrát po sebe bez nutnosti novej výsadby. Ďalšou dôležitou
vlastnosťou väčšiny drevín využívaných pre výmladkové plantáže je ľahké vegetatívne množenie, ktoré
sa vykonáva odrezkami, čo umožňuje lacné a technologicky jednoduché zakladanie porastu.
Vŕba ako rastlina s krátkou rubnou dobou (t.j. s krátkym zberovým cyklom) je už viac ako 25 rokov
testovaná a skúmaná v niektorých krajinách Európy. Za toto obdobie sa vytvoril špecifický spôsob
pestovania a boli vyšľachtené vysoko produkčné odrody a klony vŕb. Zmysel tohto úsilia a príčiny prečo
sme aj my začali s výskumom vŕb môžeme dokumentovať nasledujúcimi dôvodmi:
- Rastúca degradácia pôd v podmienkach Slovenska vodnou a veternou eróziou, ktorá je prakticky rozšírená na dvoch tretinách územia, najmä na pahorkatinách a v kotlinách, v horských a podhorských oblastiach. Plošne sú najviac ohrozené práve orné pôdy a to až 38,4 % z ich výmery.
- Viac ako 150 tis. ha poľnohospodárskej pôdy má zvýšený obsah znečisťujúcich látok, z toho 30 –
50 tis. ha je znečistených nadlimitne (najmä ťažkými kovmi).
- Takmer celá výmera našich pôd je permanentne acidifikovaná, pričom 31 % z nich je s vysokou
neutralizačnou aktivitou, 38 % má strednú neutralizačnú aktivitu a zvyšok vôbec nie je schopný
odolávať okysľovaniu.
- Okrem látok, ktoré sa uvoľňujú napríklad pri rozklade rastlinných tiel, uhynutých zvierat, zo stepných a lesných požiarov, z výbuchov sopiek, dostáva sa do atmosféry stále viac exhalátov z energetiky, priemyslu, dopravy, poľnohospodárstva a zo zneškodňovania odpadov. Sú to hlavne: oxidy síry, oxidy dusíka, oxidy uhlíka, halogény a ťažké kovy.
- Za posledné storočie stúpla spotreba elektriny každých desať rokov na dvojnásobok. V posledných šesťdesiatych rokoch stúpla spotreba energie o 3 – 4 % ročne. Ak by mal tento trend pokračovať, budeme za 3 200 rokov potrebovať energiu celého Slnka.
- Slovensko má k dispozícii veľmi málo vlastných energetických fosílnych zdrojov (uhlie, nafta,
zemný plyn – len okolo 10 % zo svojej priemernej spotreby). Zvyšok palív dováža za svetové ceny
a vynakladá okolo 1,3 mld. eur ročne na ich dovoz. Okrem veľkého ekonomického zaťaženia, využívanie fosílnych palív vo veľkej miere devastuje našu prírodu a najmä jadrové elektrárne sú potenciálnym nebezpečenstvom pre zdravie ľudí a ich majetok v prípade ich havárie.
- Obnoviteľné zdroje sú jediné perspektívne energetické zdroje domáceho pôvodu s minimálnym
dopadom na životné prostredie. Ich vyššie využitie umožní postupne obmedziť spotrebu fosílnych palív a znížiť celkovú záťaž životného prostredia.
- Zníženie emisií CO2 a iných škodlivín napomáha splneniu medzinárodných záväzkov.
- Decentralizácia výroby energie znamená zníženie ich strát v prenosových trasách.
- Výhodou biomasy je tiež, že môže byť produkovaná a využívaná bez značných investícií do technológií, čo má mimoriadny význam pre regióny s nedostatkom finančného kapitálu.
Technológia pestovania vŕby košikárskej
Pre pestovanie vŕby košikárskej sú najvhodnejšie ťažšie pôdy, hlinité až ílovité s vysokou hladinou
podzemnej vody, prípadne aj občasne podmáčané. Pred prípravou pôdy sa môže použiť ako hnojenie maštaľný hnoj, alebo močovka, splaškové vody, kanalizačné kaly, priemyselné odpady vyhovujúcej
kvality podľa platnej legislatívy a pod. Táto drevina potrebuje pre svoj rast podľa najnovších výskumov
120 kg N a 30 kg P na 1 ha plochy. Pôda musí byť zoraná do hĺbky minimálne 30 cm, zabránená a skultivovaná, najlepšie bez burín.
Výsadba porastu
Vŕba sa vysádza ručne alebo strojom a to odrezkami prútov jednoročných, prípadne dvojročných dlhých
približne 20 cm o hrúbke minimálne 1 – 1,5 cm. Na tento účel sa vŕbové prúty zberajú neskoro v jeseni,
najlepšie od decembra až do konca marca. Pre mechanizované obhospodarovanie úžitkovej plochy,
odrezky vysádzame v riadkoch na vzdialenosť 50 cm, medziriadková vzdialenosť je 75 cm (dvojriadky),
kde po každom druhom riadku nasleduje 125 cm medzera. Pri mechanizovanej výsadbe postup závisí
od typu sadzača. Odrezky nesmú vyčnievať viac ako 5 cm z pôdy a pôda okolo nich má byť dobre
utužená (WEGER A HAVLÍČKOVÁ, 2002; HABOVŠTIAK A DANIEL, 2007). Potreba odrezkov pre tento druh výsadby je
16
20 000 ks.ha-1. Množiteľské plochy sa nevysádzajú do dvojriadkov, sú teda bez 125 cm medzery. Potreba
odrezkov v tomto prípade činí 30 000 ks.ha-1. Na výsadbu sa používajú špeciálne sadzacie stroje, ktoré
robia do zeme otvory o priemere 2 cm, do ktorých sú odrezky zatláčané. Horný koniec odrezku musí
ostať 2 – 3 cm nad povrchom pôdy. Pri ručnom vysádzaní sa používajú kovové bodce s 20 cm dlhým
hrotom. Odrezky musia byť v pôde umiestnené na tesno, aby bol zabezpečený dostatočný kontakt
s pôdou (HÚSKA, ET AL. 1999).
Kultivácia po výsadbe a v ďalších rokoch pestovania
Hlavnou činnosťou v počiatočných fázach rastu vŕby je obmedzovanie rozširovania sa burín, s ktorých
reguláciou je potrebné začať čo najskôr po výsadbe. V tomto období je totiž možné odburiňovanie
uskutočňovať ešte pomerne efektívne manuálne i mechanizovane v medziriadku i v riadku. Medziriadky
sa pomerne ľahko odburiňujú zvyčajnou poľnohospodárskou mechanizáciou – kosením, plečkovaním,
mulčovaním. Obvykle sa odburiňovanie robí v prvom roku podľa podmienok a stavu porastu jeden až
trikrát. Prúty z dobre rašiacich odrezkov obvykle prerastú buriny až v letných mesiacoch, kedy dosiahnu výšku 50-80 cm. Chemická ochrana proti burinám herbicídmi býva používaná sporadicky, pretože
vŕby sú na ne citlivejšie ako bežné buriny. V našich podmienkach nie je evidovaný žiadny herbicídny
prípravok na použitie v porastoch vŕby košikárskej. V nasledujúcich rokoch už odburiňovanie nebýva
potrebné ani ekonomické a mnohokrát je aj prakticky neuskutočniteľné, či už z technologických alebo
ekonomických dôvodov.
Hnojenie
Hnojenie priemyselnými alebo hospodárskymi hnojivami sa odporúča len v odôvodnených prípadoch
na stanovištiach chudobných na živiny. Väčšina našich poľnohospodárskych pôd je pre tieto rastliny
dostatočne zásobená živinami. Preto je možné a praktické aplikáciu hnojív odložiť na obdobie po
každom zberovom cykle (WEGER, 2003).
Zber biomasy
Biomasa z plantáží rýchlorastúcich drevín sa zberá prakticky v „živom stave“ i keď väčšinou v období
vegetačného pokoja, kedy je obsah vody najnižší (okolo 55 %) v stave bez listov (HENEMAN A ČERVINKA,
2002).
Výmladkové plantáže rýchlo rastúcich drevín sa zberajú v krátkych (3 – 4 ročných) intervaloch. Materské
porasty sa naproti tomu zberajú každý rok, a to i v prípade, že nie je odbyt, pretože kvalitné nevetvené
prúty dosiahneme iba každoročným zrezávaním. Najvhodnejším obdobím pre zber biomasy na štiepku
sú zimné mesiace (december – marec), kedy je obsah vody v pletivách najnižší a je možné v tomto mimosezónnom období hlavných poľnohospodárskych prác využiť voľné pracovné sily a mechanizáciu.
Je tiež vhodné zberať v čase, keď je pôda zamrznutá a mechanizácia nemá problémy s pohybom po
povrchu pôdy a pôda je oveľa menej utláčaná. V zásade existujú tri technológie zberu výmladkových
plantáži:
1.
Zrezanie prútov a ich zviazanie do snopov
Tento spôsob zberu môže byť vykonávaný čiastočne alebo úplne mechanizovane. V prvom prípade sa
porast zreže krovinorezom a ručne sa vynáša na okraj plantáže. Tento postup je vhodný iba pre menšie
plantáže do rozlohy 2 – 3 ha. Pri väčších plochách je vhodné použiť prídavné zariadenie za traktor
(napríklad traktorovú pílu) alebo špecializovaný zberací stroj, ktorý naviac spája prúty do sno-pov. Zviazané kmene sa obvykle nechávajú na okraji plantáže vyschnúť na vzduchu (min. 1 – 2 mesiace) a potom
sú štiepkované. Štiepka je dostatočne suchá (vlhkosť je v rozmedzí 20 – 30 %) a je vhodná i pre priame
spaľovanie v kotloch s nižším až stredným výkonom.
2.
Porezanie a štiepkovanie
Tento spôsob využíva väčšinou samohybné, ale aj ťahané zberacie stroje schopné okamžitej výroby
drevnej štiepky priamo na poli. Takto vytvorená štiepka má vyššiu vlhkosť (okolo 50 %), ale ľahšie sa
s ňou manipuluje. Túto štiepku je nutné spaľovať v prispôsobených kotloch alebo ju dosušiť aspoň na
17
20 – 30 %-nú vlhkosť. V našich podmienkach sa k tomuto veľmi dobre dajú využiť veľkoobjemové senníky s nútenou alebo prirodzenou ventiláciou.
3.
Porezanie, štiepkovanie a peletovanie
Tento spôsob využíva veľmi ťažké samohybné zberacie stroje, schopné okamžitej výroby peliet zo
suchých rastlín priamo na poli. Tie sa ľahšie dopravujú a ľahšie sa s nimi manipuluje (PISZCZALKA A MAGA,
2007).
Likvidácia (odstraňovanie) plantáže
Približne vo veku 15 až 25 rokov, a to v období keď začne úrodnosť produkčnej plantáže klesať pod
úroveň ekonomickej rentability, je vhodné prikročiť k zrušeniu plantáže. Pri poslednom zbere sú porezané čiastočne aj pne. Ich zostatky a časť koreňového systému sú do pôdy zapracované pôdnou frézou.
Zostatky koreňov v pôde slúžia ako drenáž a prevzdušnenie hlbších častí ornice. V prípade že je stav
pôdy po produkčnej plantáži dobrý alebo lepší (fyzikálne vlastnosti pôdy, obsah humusu v pôde), ako
tomu bolo pred jej založením, je možno plochu na jar osiať cieľovou plodinou (obilniny, krmoviny atď.).
Pokiaľ je živinová rovnováha pôdy znížená, odporúčame na základe výsledkov pôdnych rozborov pôdu
dohnojiť alebo ju biologicky meliorovať, napr. lucernou siatou alebo ďatelino-trávnou miešankou (WEGER, 2003).
Environmentálne aspekty pestovania
Okrem spomínaných ekonomických otázok sa stáva čoraz dôležitejšou problematika ekologických
dôsledkov pestovania rýchlorastúcich drevín ako aj spaľovania jednotlivých druhov palív vyrobených
z dendromasy. Palivová dendromasa je v porovnaní s ostatnými u nás bežne používanými druhmi paliva, najmä uhlím a vykurovacími olejmi ekologicky výhodným palivom. Jej širšie využitie sa prejaví
v zlepšení životného prostredia. Výrazne sa zníži najmä zaťaženie spôsobované imisiami z lokálnych
zdrojov. Ako už bolo uvedené, dendromasa by mohla pokrývať energetické potreby rádovo v percentách z celoštátnej spotreby energie. Lokálne to však môže byť významný zdroj, hlavne tepelnej energie. Mala by nahradiť predovšetkým spaľovanie fosílnych palív – uhlia, pri spaľovaní ktorých dochádza
k vysokým emisiám ovzdušie znečisťujúcich látok (HALAJ A ILAVSKÝ, 2009).
1.
Likvidácia kalov z čistiarní odpadových vôd
V súčasnosti najlepší spôsob využitia schopností vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) je likvidácia
čistiarenských kalov a predčistenej odpadovej vody z čistiarní dopadových vôd pomocou jej rozvinutého koreňového systému (ADLER ET AL., 2008; LAZDIŅA ET AL., 2007; RIBBING, 2007; DIMITRIOU ET AL., 2006).
Riešenie využíva vlastnosti vypestovanej vŕby absorbovať ekologicky závadné zložky z deponovaných
biologických kalov. Koreňový systém vŕb vysadených na území, napr. bývalých skládok odpadov,
absorbuje devastujúce makroživiny z kalov a svojím rýchlym rastom produkuje biomasu vhodnú
pre výrobu tepla. Na 1 ha plochy porastenej vŕbami je možné uložiť ročne až 20 t kalov v hmotnosti
sušiny. Uvedeným spôsobom sa vyrieši niekoľko aspektov – likvidácia kalov, rekultivácia skládky odpadov a produkcia biomasy ako obnoviteľného zdroja energie. Aj niektoré ďalšie odpady je výhodné
aplikovať priamo do porastu. Ide napríklad o rybničné bahno, riečne sedimenty a stabilizované kaly
z čistiarní odpadových vôd, vôd verejných kanalizácii alebo priemyslových čistiarní – papierenské kaly,
konzervárenské kaly (PETŘÍKOVÁ ET AL., 1996). MLECZEK ET AL. (2010) uvádzajú, že nie len medzi jednotlivými
druhmi vŕb, ale aj medzi ich klonmi v rámci rovnakých druhov sa pozorujú značné rozdiely v ich tzv.
fytoremediačnom potenciáli.
2.
Čistenie odpadových vôd koreňovým systémom vŕb
„Koreňová čistiareň odpadových vôd“ sa skladá z nie hlbokej, cca 1-metrovej zemnej nádrže oddelenej
od okolitého terénu tesniacou ílovou clonou, alebo plastikovou fóliou (pre zamedzenie priesaku do
spodných vôd). Dno nádrže je zaplnené štrkopieskovou, dobre priepustnou vrstvou, ktorá je pokrytá zemou. Nádrž je vysadená vŕbami. Odpadová voda, zbavená hrubých nečistôt, napr. v septiku, sa privádza
do vtokovej časti čistiacej jednotky. Rozdeľovacím potrubím je rozvedená po celej šírke čistiacej jednotky, kde dochádza k biologickému rozkladu. Výživné látky sú absorbované z odpadovej vody do ras18
tlín. Mŕtve korene zanechávajú v zemi otvorené kanáliky, čo umožňuje vode ľahšie presakovať zemným
filtrom. Voda, po priechode čistiacou jednotkou, je na konci vedená zberným drénom a odvádzaná do
vodného toku.
Koreňové čistiarne sa od klasických čistiarní líšia malým počtom betónových objektov, lacnou prevádzkou a dobrým splynutím s prírodou. Nepotrebujú žiadne strojové vybavenie, nepotrebujú dodatkovú energiu, výstavba si vyžaduje iba malé náklady. Dobre sa vyrovnávajú aj s výraznejším kolísaním
znečistenia. Do určitej miery si dokážu poradiť s dusíkom, fosforom a ťažkými kovmi. Pri minimálnej
obsluhe môžu dosahovať dobrý čistiaci účinok, hlavne v letnom období. Majú však aj svoje nevýhody.
Ich priestorová náročnosť je v porovnaní s klasickým čistiarňami veľká (4 – 8 m2 na osobu).
V niektorých prípadoch dochádza k pretekaniu odpadových vôd po povrchu, a tak dochádza k zníženiu
čistiaceho efektu. Nie je možné vylúčiť, ani časove vymedziť zanesenie filtračnej vrstvy. Doterajšie systémy čistenia odpadových vôd, likvidácia kalov z klasických čistiarní odpadových vôd alebo likvidácia
kalov z poľnohospodárskych fariem vždy nejakým spôsobom nepriaznivo ovplyvňovali životné prostredie. Zdá sa že koreňové čistiace systémy, aj pri ich relatívnych nevýhodách, sa zdajú byť prvou metódou, ktorá do prírody nezasahuje, ale naopak uzatvára tak dlho hľadaný prirodzený cyklus (POCHOBRADSKÁ,
1993). AASAMAA ET AL. (2010) konštatujú, že purifikačná a čistiaca schopnosť vybraných klonov vŕb závisí hlavne od schopnosti produkovať veľké množstvo biomasy v porovnaní s ostatnými detailnejšími
charakteristikami, ako sú napr. fyziologické a fotosyntetické charakteristiky.
3.
Ostatné environmentálne aspekty
Okrem využitia rýchlorastú cich drevín na energetické účely môžu mať tieto rastliny aj ďalšie výhody,
ako sú napr. krajinotvorba, pričom plantáže rýchlorastúcich drevín môžu byť prirodzenou zásobarňou
vody a majú taktiež schopnosť vodu odparovať a tým byť veľmi dobrým chladičom prostredia (CELIAK ET AL., 1999). Ďalej môžu zachytávať veterné prúdy, ako vetrolamy a nezanedbateľná je i funkcia
pohlcovača prachu. Môžu stáť v ceste šírenia hluku a tým oddeliť miesto s hustou premávkou automobilov či vlakov. Poskytuje prirodzený úkryt pre zver, vtáctvo a hmyz (BIHUŇOVÁ ET AL., 2010).
8. Využitie dendromasy na energetické účely
priamym spaľovaním
Využívanie dendromasy na energetické účely priamym spaľovaním využitím teploty spalín na vykurovanie, výrobu teplej úžitkovej vody alebo pary bude najrozšírenejším spôsobom energetického
využitia dendromasy. Ako uvádza KŇAZÚR (2008) ekonomické výhody sa prejavujú v podobe nižších
nákladov za nákup paliva. Pri aktuálnej cenovej úrovni je cena paliva na výrobu 1 GJ tepla z mokrej
lesnej štiepky až o polovicu nižšia ako teplo vyrobené zo zemného plynu (DZURENDA A JANDAČKA, 2010).
Doteraz sa u nás na energiu používalo len klasické palivové drevo, ktoré sa spaľovalo v jednoduchých
peciach, používaných zväčša aj na spaľovanie hnedého uhlia na lokálne vykurovanie miestností alebo
na varenie. Drevo sa prakticky nepoužívalo na výrobu tepla v rodinných domoch s ústredným kúrením
alebo v centrálnych kotolniach, pretože sa nevyrábali preto potrebné kúreniská, ale ani ostatné nevyhnutné stroje a zariadenia. Súčasný, u nás zaužívaný spôsob spaľovania v malých peciach prispôsobených na spaľovanie palivového dreva si vyžaduje namáhavú a časove náročnú prácu. Palivové drevo
sa musí pripraviť s časovou rezervou potrebnou na jeho preschnutie. Použitie rozmerovo nehomogénneho palivového dreva sa vyznačuje nízkym komfortom, pretože je veľmi obtiažne mechanizovať
dávkovanie paliva takýchto rozmerov. Zároveň je nereálne uvažovať s automatizáciou regulácie
spaľovacieho procesu v peciach na lokálne vykurovanie. Spaľovanie dreva v peciach na uhlie napr. na
ústredné vykurovanie rodinných domov naráža na problémy z viacerých hľadísk. Drevo, vzhľadom na
jeho chemické zloženie a vysoký podiel prchavých horľavých látok, nemožno efektívne a bezpečne
spaľovať v takýchto zariadeniach. Odlišné chemické vlastnosti dreva a uhlia sa prejavujú v rozdielnych nárokoch na množstvo a spôsob dávkovania spaľovacieho vzduchu a na konštrukčné riešenie
spaľovacieho priestoru. Pri vzniku nepriaznivých vzduchových pomeroch v kúrenisku pece na uhlie pri
19
spaľovaní dreva dochádza k rýchlemu rastu koncentrácie CO, čo môže za nepriaznivých okolností viesť
k ohrozeniu bezpečnosti (MAGA ET AL., 2010).
Spaľovanie dreva v nevhodných zariadeniach výrazne zhoršuje jeho ekonomickú efektívnosť a jeho
ekologickú výhodnosť. Ak spaľujeme drevo v peci na uhlie, alebo v konštrukčne zle riešených kachliach
na drevo, klesá účinnosť spaľovania na hodnotu 20 – 40 %. To znamená, že pri spaľovaní preschnutého
dreva s výhrevnosťou 16 MJ.kg-1 získame len 3,2 – 6,4 MJ tepelnej energie z 1 kg paliva. Za týchto okolností sa stáva palivové drevo drahšie ako zemný plyn.
Priebeh procesu spaľovania dendromasy je odlišný ako pri spaľovaní uhlia, preto uvádzame jeho
stručný popis. V procese spaľovania sa najskôr z paliva uvoľňuje voda. Po čiastočnom vysušení a dosiahnutí teploty okolo 160C sa z dreva začína uvoľňovať prchavá zložka. Podiel prchavej horľaviny
v jednotlivých druhoch dendromasy predstavuje 74 – 76 % (TRNOBRANSKÝ, 1988 in ILAVSKÝ A ORAVEC, 1992).
Horľavé látky, ktoré sa za priaznivých okolností dostanú do styku s atmosférickým kyslíkom oxidujú.
Proces oxidácie sprevádza uvoľňovanie tepla. Zmes horľavých plynov vo forme žltého až tmavošedého
plynu po dosiahnutí teploty 220 – 300 C začína horieť. Najväčšie uvoľňovanie plynnej horľaviny nie je
ukončené do začiatku horenia tuhého zuhoľnateného zbytku, ale ho sprevádza až do jeho úplného vyhorenia. Dôsledkom nízkej účinnosti spaľovania dreva je výrazné zvýšenie produkcie škodlivých látok
v dymových plynoch. Výrazne vzrastá najmä podiel CO, cyklických a aromatických uhľovodíkov a dechtov. Zároveň sa zvyšujú emisie pevných častíc nespálenej horľaviny. Z týchto dôvodov je nutné drevo
spaľovať v špeciálnych spaľovacích zariadeniach, často vybavených automatickou reguláciou režimu
prevádzky. Ide predovšetkým o automatizáciu dávkovania primárneho a sekundárneho spaľovacieho
vzduchu ako aj dávkovanie paliva. Účinnosť spaľovania sa potom pohybuje v rozmedzí 80 – 95 %,
pričom možno spaľovať drevo až do absolútnej vlhkosti 80 %, čím odpadá potreba jeho predsušovania.
Automatické dávkovanie paliva zvyšuje spaľovací komfort užívateľa na úroveň porovnateľnú s použitím
zemného plynu. Podmienkou použitia automatického dávkovania paliva je jeho rozmerová homogenizácia štiepkovaním alebo drvením (MURTINGER A BERANOVSKÝ, 2006).
Rozmerová homogenizácia sa nevyžaduje pri niektorých typoch veľkých spaľovacích zariadení s veľkým
spaľovacím priestorom, vybavených mohutným dávkovacím zariadením. Ceny špeciálnych spaľovacích
zariadení na drevo sú v súčasnosti o niečo vyššie, ako ceny klasických pecí na uhlie s rovnakým výkonom. Normovaná doba životnosti spaľovacích zariadení je 20 rokov. Hlavnou podmienkou efektívnosti
investície do spaľovacieho zariadenia na drevo je (1) dostatok paliva po celú dobu životnosti. Ďalším
dôležitým kritériom je (2) vzdialenosť užívateľa od zdroja paliva. Palivová dendromasa vo forme štiepok,
resp. drviny má mernú hmotnosť 360 – 420 kg.m-3, čo predražuje jej dopravu na väčšie vzdialenosti.
Za ekonomicky únosnú sa vo všeobecnosti považuje dopravná vzdialenosť do 30 km. Nízka merná
hmotnosť homogenizovanej dendromasy môže spôsobiť problémy s jej skladovaním u odberateľov.
Preto je dôležitý rovnomerný prísun počas vykurovacieho obdobia. Tretím, nemenej dôležitým faktorom je výška výrobných nákladov, resp. cena palivovej dendromasy. Táto závisí na prírodných podmienkach a použitej technológii. V oblastiach, kde nemožno splniť tieto tri uvedené technicko-ekonomické
kritériá, zaručujúce efektívnu prevádzku spaľovacích zariadení na palivovú dendromasu, je potrebná
ich špeciálna úprava.
Najrozšírenejším spôsobom úpravy tejto suroviny je briketovanie. Brikety z dendromasy, vzhľadom na
ich rozmerovú a štruktúrnu rôznorodosť, vysokú mernú hmotnosť a nízky obsah vody možno efektívne
a s vysokou účinnosťou spaľovať v spaľovacích zariadeniach na uhlie. Rozšírenie priameho spaľovania je
podmienené systémovým prístupom a komplexným riešením celého procesu od lokalizácie suroviny,
jej prípravy a homogenizácie, dopravy, skladovania, spaľovania až po využitie vyrobeného tepla.
Zohľadňujú sa pritom aj súčasné zmeny vlastníckych vzťahov v lesoch a na poľnohospodárskej pôde
(reprivatizácia) a teda aj k zmenám v zdrojoch suroviny a snahe o jej zužitkovanie. V súčasnosti existuje
vo svete veľké množstvo výrobcov spaľovacích zariadení na priame spaľovanie dendromasy rôznej zrnitosti a vlhkosti. Tieto zariadenia majú z hľadiska svojho predpokladaného využitia rôzne výkonové
parametre a konštrukciu. Kritériá členenia spaľovacích zariadení na dendromasu sú nasledovné:
− zrnitosť a vlhkosť spaľovanej dendromasy,
− spôsob a časové usporiadanie dodávky paliva do spaľovacieho priestoru,
− kombinácia použitých palív,
− konštrukcia spaľovacej komory, resp. spaľovacieho roštu,
20
− prívod spaľovacieho vzduchu,
− spôsob následného využitia spalín,
− výkon spaľovacieho zariadenia (ILAVSKÝ A ORAVEC, 1992).
Zušľachtené palivá z biomasy
Štiepky
Drevnú biomasu je potrebné pre priame spaľovanie vhodne pripraviť. Príprava znamená skracovanie
kmeňoviny na klátiky požadovanej dĺžky, ktoré sa môžu pozdĺžne štiepať na vhodnú hrúbku. Celé
stromy, kmene, vrcholce, haluzinu, chaotický materiál, odpadové drevo sa môže sekať na sekačkách
a štiepkovačov rôznych typov, pričom vzniká drvina – štiepky. Sekacie ústrojenstvo sekačiek tvoria otočné bubny vybavené po obvode dvoma prípadne viacerými nožmi. Ďalej to môžu byť kotúče
s nožmi, tiež závitovky valcového alebo kužeľového tvaru s ostrými hranami závitov. Klátiky, triesky
alebo hobliny ako produkt práce sekacích strojov vznikajú podľa toho aký je smer prísunu drevného
materiálu a podľa typu sekacieho ústrojenstva. Rozmery klátikov, triesok alebo hoblín sa nastavujú
buď vysunutím nožov alebo zmenou rýchlosti podávania drevného materiálu. Ak nôž vniká kolmo na
smer vlákien kmeňa, vznikajú klátiky, ktorých štandardná dĺžka je asi 120 mm. Ak nôž vniká kolmo
na smer vlákien kmeňa, pričom súčasne dochádza k deleniu pozdĺž vlákien, vznikajú 20 až 30 mm
štiepky a stroj je pomenovaný štiepkovač. Nôž po miernom vniknutí do dreva tlačí na triesku silou
kolmou na čelo noža, čím spôsobuje posun elementárnej triesky pozdĺž vlákien a jej odštiepenie. Ide
o typické štiepkovanie kotúčovým, bubnovým či závitovkovým štiepkovacím ústrojenstvom. Kotúčové
sekačky sú vhodné najmä na sekanie kmeňoviny. Bubnové sekačky sú vhodné na sekanie kmeňoviny
a aj chaotického materiálu. Podobne to platí pre závitovkovú sekačku. Vkladanie dreviny sa robí ručne
alebo vkladacím bubnovým ústrojenstvom. Niektoré konštrukčné riešenia sekačiek umožňujú uplatniť
samovťahovací efekt sekaného materiálu (závitovkový štiepkovač, šikmý vstup materiálu voči kotúču
s nožmi a pôd.). Vzhľadom na široký sortiment strojov, rezacích ústrojenstiev a rôznych typov sekacích
nožov, dochádza nie iba k štiepkovaniu biomasy, ale vyskytuje sa tu aj rezanie, drvenie, mletie, trhanie
a ich vzájomné kombinácie – pri často výrazne odlišnej energetickej náročnosti štiepkovania. Sekačky
sú určené najmä na spracovanie menej kvalitného kmeňového dreva, tiež konárov, vrcholcov stromov,
odrezkov a pod. Štiepky, ako výsledný produkt môžu byť spracované priamo alebo podľa požiadaviek
odberateľa, môžu byť triedené, rozomleté a ďalej spracované na zušľachtené palivo. Tzv. energetická
štiepka je biopalivo, ktoré (ako jedna z možností) poskytuje možnosť aspoň čiastočne nahradiť fosílne
palivá v komunálnej energetike už v súčasnosti. Štiepky väčšinou svojou akosťou nevyhovujú v priemysle, ale môžu sa využiť pri výrobe energie – v súčasnosti najčastejšie tepelnej (PEPICH A PISZCZALKA,
2009).
Brikety
Z drevnej alebo rastlinnej suroviny vhodnej zrnitosti a vlhkosti sa v briketovom lise za vysokého tlaku
(približne 31,5 MPa) a zvýšenej teploty (kedy sa platifikovaný lignín stáva spojivom), vyrábajú brikety.
Brikety sa považujú za zušľachtené palivo. Majú nízky obsah síry (asi 0,07 %), výhrevnosť drevných brikiet na úrovni 18 – 20 MJ.kg-1 a možno ich dlhodobo skladovať. Briketovanie je jednou z najrozšírenejších
technológií zhutňovania materiálu. Výsledkom procesu briketovania sú brikety valcového alebo hranatého tvaru. Ich výhrevnosť takmer zodpovedá výhrevnosti hnedého uhlia. Vyznačujú sa dlhým časom
horenia, asi 90 minút. Horia jasným plameňom, takmer bez dymu. Vlhkosť brikiet je približne 8 až 12 %.
Obsahujú iba 0,62 % popolovín, ktoré sú výborným hnojivom.
Pelety
Finálnym produktom peletovania sú pelety (peletky), ktorých rozmery umožňujú ich automatickú
dodávku do spaľovacej komory kotla a z toho vyplýva bezobslužná prevádzka tak lokálneho, ako aj
globálneho zdroja tepla. ŠOOŠ (2008) konštatuje, že výnimočnou výhodou peliet v porovnaní s briketami či palivovým drevom je, že majú niektoré vlastnosti voľne sypaných materiálov. To umožňuje
plnú automatizáciu paliva v procese spaľovania aj v malých kotloch. Majú vysokú homogenitu, horia
21
ustáleným a plynulým plameňom 10 – 20 minút. Pelety vznikajú podobným spôsobom ako drevné
brikety, ale vstupný materiál je drobnejšej zrnitosti. Peletovať možno piliny, plevy so zrnom, prachový
odpad z pozberovej úpravy zŕn a semien a brusný prach z drevoprevádzok. Pri peletizovaní pilín na
pelety vzniká ako vedľajší produkt spracovania jemný drevný prach, ktorý vzhľadom na skladovanie
peliet v silách predstavuje potenciálne nebezpečenstvo výbuchu. Preto je potrebné odstrániť prachový
podiel z produktu. Aj samotná kvalita peliet sa hodnotí tým vyššie, čím nižší je podiel prachových častíc
v produkte. Odstránia sa pomocou cyklónového odlučovača v spojení s elektrickým odsávačom prachu.
9. Výsledky a diskusia
Vlastnosti drevného popola, ktoré sú dôležité pri hľadaní možností jeho bezpečnej a ekonomicky
efektívnej aplikácie do pôdy, najmä celkový obsah živín, obsah ťažkých kovov, zlúčeniny v ktorých sa
vyskytujú a s tým súvisiace hodnoty pH popola, závisia od mnohých faktorov. Kvalita drevného popola závisí najmä od druhu, časti a veku spaľovanej dreviny, stanovišťa, na ktorom vyrástla, od druhu
použitého paliva (štiepky a piliny z odkôrneného dreva, kôra), od technológie spaľovania (typ kotla,
výška teploty horenia) a od miesta záchytu popola. Vo všeobecnosti možno drevný popol rozdeliť na
popol z roštového priestoru a popol z filtrov tuhých znečisťujúcich látok.
V súčasnosti sú kotle na spaľovanie drevnej biomasy vybavené kvalitnými filtrami – odlučovacími zariadeniami, ktoré zabezpečujú kvalitu emitovaných splodín v súlade s náročnými požiadavkami európskej
legislatívy v oblasti ochrany ovzdušia.
Najväčšie množstvo predstavuje popol zo spaľovacieho priestoru, ktorý prepadá cez rošt do zásobníkov
na popol, ďalšia časť popola sa zachytáva vo filtroch a časť zostáva usadená na vnútorných stenách
kotla, kde zohráva významnú negatívnu úlohu pri korózii vnútorných častí spaľovacích systémov. Pri
najnovších typoch kotlov s vysoko účinnými odlučovačmi je pomer týchto dvoch chemicky a fyzikálne
odlišných druhov popola až 1:1. Výskum vlastností drevných popolov je na Slovensku realizovaný v Lesníckom výskumnom ústave, už od roku 2000 (TÓTHOVÁ, 2007).
9.1 Vlastnosti palív
Chemickú charakteristiku spaľovanej biomasy z územia Slovenska nachádzame v práci TÓTHOVÁ 2007 (a).
Vychádza z orientačného stanovenia živín a rizikových prvkov priamo v dreve (tab. 11). Kôra obsahovala
viac celkových živín – vápnika, draslíka, horčíka, ale zároveň aj viac ťažkých kovov - ortuti a kadmia, ako
drevo z príslušnej dreviny, čo je v súlade s výsledkami viacerých autorov (BUBLINEC, 1992, VESTERINEN 2003,
PITMAN 2002). Na obsah živín je vŕbové drevo pomerne bohaté, ktoré aj po odkôrnení malo celkový obsah draslíka a horčíka porovnateľný s dubovou kôrou. Koncentrácie ostatných rizikových prvkov (Pb, Cr,
As) boli pod detekčným limitom metódy stanovenia obsahu prvkov v dreve.
Tab. 11
Priemerná koncentrácia živín a rizikových prvkov v dreve [mg.kg-1]
Dub a)
Dub kôra b)
Smrek a)
Topoľ a)
Topoľ kôra b)
Agát a)
Vŕba a)
Ca
1 792
23 461
2 063
2 615
11 467
2 682
3 625
Mg
216
763
482
436
3 445
413
1 073
K
1 107
3 174
673
2 615
5 670
1 344
3 708
Hg
0,006
0,010
0,005
0,004
0,005
0,002
0,005
Cd
0,01
0,2
0,01
0,3
0,6
0,3
0,6
Pb
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
Cr
5
5
5
5
5
5
5
As
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
 0,5
počet vzoriek n = 3,
počet vzoriek n = 1
V jednotlivých druhoch najčastejšie používaných palív v SR boli stanovené množstvá popola, ako
orientačný údaj, z hľadiska očakávanej celkovej produkcie drevného popola. Pomerne vysoký obsah
popola má kôra, čo ovplyvní celkové vyprodukované množstvo popola po energetickom využití neodkôrneného dreva. Výsledky uvedené v tab. 12 boli získané po spálení vzoriek palív pri laboratórnej
22
teplote 550o C. Prevádzková spaľovacia teplota v kotloch na biomasu je však podstatne vyššia a pohybuje
sa v intervale 800 až 1200 oC. V poslednom období prevádzkovatelia veľkých kotlov uprednostňujú skôr
nižšie teploty, z dôvodu minimalizácie vzniku zlúčenín spôsobujúcich alkalické nánosy na vnútorných
stenách kotlov, ktoré vedú k predčasnej korózii kotlov. Uvedený jav vzniká najmä pri spaľovaní rýchlorastúcich drevín, ktoré sú bohaté na vysoký obsah sodíka. Pri spaľovacej teplote 1000 až 1300oC z dôvodu disociácie uhličitanov, síranov a prechodu draslíka, medi, bóru, ortuti, ale aj sodíka do zlúčenín, ktoré
sú pri uvedených teplotách v plynnom stave a vyprchávajú, nastáva výrazný pokles hmotnosti popola
(MISRA et al. 1993). V závislosti od druhu spaľovanej dreviny dochádza k zníženiu hmotnosti popola o 23
až 48% v porovnaní s hmotnosťou popola získaného pri teplote 500oC. Preto konečné vyprodukované
množstvo popola zo spaľovacieho procesu prebiehajúceho v kotloch na biomasu bude značne nižšie,
než indikujú výsledky uvedené v tab. 12
Napríklad v prevádzke zásobovanej teplom z kotla na biomasu (Škôlkárske stredisko Jochy), po spálení
približne 250 ton smrekového paliva počas sledovaného 1-ročného obdobia (v roku 2001) bolo vyprodukovaných menej ako 1 000 kg popola (TÓTHOVÁ 2002). Produkcia popola predstavovala len 0,4%
z celkovej hmotnosti spálenej biomasy. Podobná situácia nastala v roku 2002 pri spaľovaní paliva
zloženého z 80% podielu dubových štiepok s 10 až 20% prímesou agátu, topoľa a vŕby (SES Tlmače). Pri
ročnej spotrebe paliva cca 20 000 ton vzniklo približne 200 ton popola, čo zodpovedá 1% hmotnosti
spaľovanej biomasy. V tomto prípade sa spaľovali hlavne štiepky z neodkôrneného dubového dreva a
vysoký obsah popola v kôre zapríčinil zvýšenie celkového množstva zostávajúceho popola.
Tab. 12 Množstvo popola v palive [%]
Palivo
Dub
Drevo a)
Kôra
b)
Smrek
Topoľ
Agát
Vŕba
1,3
1,6
1,5
1,2
1,6
9,6
-
6,4
-
4,6
počet vzoriek n = 3
počet vzoriek n = 1
9.1.1
Analýza palív používaných v kotolni na spaľovanie dendromasy v roku 2010
Analýza palív bola realizovaná v kotolni, odkiaľ bol plánovaný odber drevného popola na experimentálnu aplikáciu v porastoch pri pestovaní energetických drevín.
Analyzované boli štiepky, odobrané z pripravenej zásoby na spaľovanie v zimnom období v rokoch
2009 a 2010 (tab. 13). Vzhľadom na lokalitu kotolne (Hriňová) v oblasti so zmiešanými lesmi, ktorá odoberá štiepky najmä z blízkeho okolia, možno predpokladať, že boli pripravené ako zmes z ihličnatých
a listnatých stromov. Ani po podrobnejšom zisťovaní v mieste kotolne nebolo možné úplne presne
identifikovať druh drevín, ktoré práve vstupovali do spaľovacieho procesu.
V porovnaní s výsledkami chemických analýz, uvedenými v tabuľke 11, však možno predpokladať,
že štiepky pochádzali z neodkôrneného dreva. Obsah bázických makroživín (Ca, Mg, K) je vyšší, ako
v hodnotenom dreve ihličnatých aj listnatých drevín, s výnimkou rýchlorastúcich (topoľ, vŕba, agát),
ktoré však v oblasti Hriňovej nie sú súčasťou bežnej dodávky palív do kotolne. Palivo bohaté na bázické
katióny je prvým predpokladom na produkciu drevného popola vhodného na substitúciu chýbajúcich
živín.
Tab. 13 Priemerná koncentrácia živín a rizikových prvkov v palive [mg.kg-1]
Odber
2009
2010
Ca
9 740
8 690
Mg
1 290
900
K
2 000
2 000
Hg
0,0096
0,0265
Cd
0,11
0,11
Pb
0,73
0,53
Cr
1
1
As
0,65
0,11
9.2 Vlastnosti drevného popola z roštového priestoru kotlov
Výsledky uvedené v tabuľkách 14 a 15 charakterizujú drevný popol zo spaľovania čistého, chemicky
neošetreného dreva, odobraného z roštového priestoru kotlov na Slovensku v rokoch 2000 až 2002
(TÓTHOVÁ, 2007). Ako palivo boli použité štiepky a piliny zo smrekového dreva, dubového, prevažne odkôrneného dreva a zmesi dubového dreva s 10 až 20% prímesou mäkkých listnáčov.
23
Tab. 14
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z roštových priestorov kotlov – hodnoty pH,
obsah uhličitanov, uhlíka [%], vápnika, horčíka a draslíka [mg.kg-1 ]. (TÓTHOVÁ, 2007).
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Tab. 15
pH-H2O
11,71
11,83
0,97
10,17
12,93
21
Ekv.karb.
20,71
21,00
8,66
6,51
37,00
20
Cox
6,59
5,67
5,74
0,63
25,90
21
Ca
125 727
110 085
48 294
43 654
239 000
26
Mg
10 360
8 200
6 412
3 312
32 109
26
K
38 298
32 387
21 660
13 694
129 500
26
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z roštových priestorov kotlov – obsah fosforu,
sodíka, mangánu, železa a hliníka [mg.kg-1 ]. (TÓTHOVÁ, 2007)
P
4 157
3 460
3 490
1 539
19 600
26
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Na
2 661
2 010
1 576
1 378
7 208
15
Mn
4 034
3 800
1 507
1 276
7 838
26
Fe
15 303
15 512
6 822
6 325
43 767
26
Al
17 950
18 675
5 694
2 236
26 480
26
V tabuľkách 16 a 17 sú uvedené výsledky vlastností drevných popolov z kotolní na Slovensku v období
2009 – 2010. Pri spaľovaní unikajú z dreva prchavé látky organické a anorganické, ktoré pri teplotách
nad 1 000o C existujú ako plyny a v popole zostáva nakoncentrovaná zmes uhličitanov, oxidov, hydroxidov a solí širokého spektra prvkov.
Tab. 16
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z roštových priestorov kotlov – hodnoty pH,
uhličitanov, uhlíka a obsah dusíka [%], vápnika, draslíka a horčíka[mg.kg-1 ] v rokoch 2009 a 2010.
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Tab. 17
pH
12,80
12,83
0,07
12,69
12,85
4
Ekv.karb.
3,90
4,00
1,20
2,40
5,20
4
Cox
0,88
0,46
1,06
0,19
2,42
4
N
0,021
0,009
0,027
0,006
0,062
4
Ca
114 410
122 520
22 520
81 830
130 770
4
Mg
14 680
14 860
1 680
12 590
16 420
4
K
35 370
41 630
14 760
13 400
44 820
4
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z roštových priestorov kotlov – obsah medi, zinku,
sodíka, mangánu, železa a hliníka [mg.kg-1 ] v rokoch 2009 a 2010.
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Cu
56,4
60,3
18,2
31,7
73,4
4
Zn
79,6
81,0
7,8
69,7
86,5
4
Na
4 467,9
4 897,4
1 293,2
2 621,7
5 455,1
4
Mn
4 357,5
4 160,8
2 463,3
1 568,4
7 539,9
4
Fe
14 800
14 100
1 800
13 600
17 500
4
Al
30 100
29 400
230
28 300
33 300
4
Vo vzorkách je najvýraznejšie zastúpený vápnik (do 23%) a draslík (maximum po spálení smrekového
paliva okolo 5%). Zistili sme aj 13% obsah draslíka po spálení smrekového paliva obohateného o šišky.
Množstvo horčíka je pomerne nízke a pohybovalo sa okolo 1%. Najchudobnejšie na vápnik a horčík
bolo odkôrnené dubové drevo a následne vzniknutý drevný popol. Dôležitou charakteristikou pri zámere využitia drevného popola ako hnojiva je obsah uhličitanov (CARPENTER, BEECHER 1997, ROSENFELD, HENRY 2001). Ich množstvo v popole závisí hlavne od spaľovacej teploty. Čím je spaľovacia teplota vyššia,
tým je obsah uhličitanov nižší. Všetky vzorky mali zásaditú reakciu, pričom hodnoty pH boli najvyššie
po spálení dubového dreva s prímesou mäkkých listnáčov.
Vyššie množstvo celkového uhlíka, najmä pri starších analýzach poukazuje na menej účinný spaľovací
proces. Vyšší obsah železa v popole sa viazal na spaľovanie neodkôrneného dreva. Najvyššie obsahy
mangánu a hliníka boli zistené po spálení smrekového paliva, ktoré pochádzalo z oblasti Tatier a Lip24
tova. Obsah sodíka bol stanovený len po spálení čistého, odkôrneného dubového a smrekového paliva,
pričom vyššie hodnoty boli zistené po spálení smreka, čo je v súlade s výsledkami napr. ALAKANGAS (2000).
Na základe vlastností dendromasy z rýchlorastúcich drevín však možno očakávať riziko zvýšeného obsahu sodíka v drevných popoloch pochádzajúcich z týchto palív. MISRA et al. (1993) upozorňujú na zvýšený
obsah sodíka v popoloch z topoľového dreva. Pri plánovanom rozvoji využitia obnoviteľných zdrojov
energie v SR na báze dendromasy a cielenom pestovaní rýchlorastúcich drevín je pravdepodobné, že
v blízkej budúcnosti možno očakávať zvýšenú produkciu práve týchto druhov popolov.
Podľa Vyhlášok MP SR 26/2001 a 575/2005 sa za rizikové prvky v minerálnych hnojivách považujú Cd,
Pb, Hg, As, Cr. Vo vzorkách boli stanovené aj ďalšie ťažké kovy - Cu, Mo, Ni, Zn, koncentrácia ktorých je
dôležitá pri posudzovaní kvality surovín používaných pri tvorbe kompostov (STN 46 5735 Priemyselné
komposty).
Výsledky uvedené v tabuľkách 18 a 19 charakterizujú množstvo vybraných ťažkých kovov v drevnom
popole zo spaľovania čistého, chemicky neošetreného dreva, odobraného z roštového priestoru kotlov.
Tab. 18
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z roštových priestorov kotlov – množstvo ortuti,
kadmia, chrómu, arzénu a olova [mg.kg-1]. (TÓTHOVÁ, 2007)
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Tab. 19
Hg
0,0160
0,0038
0,0328
0,0005
0,1600
29
Cd
2,65
1,50
3,89
0,13
18,30
29
Cr
31,95
25,60
28,37
5,38
130,70
29
As
14,45
12,20
15,00
0,13
77,50
29
Pb
9,86
5,00
10,23
1,00
36,8
22
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z roštových priestorov kotlov – množstvo medi,
zinku, molybdénu a niklu [mg.kg-1]. (TÓTHOVÁ, 2007)
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Cu
83,61
60,35
93,88
22,40
515,60
26
Zn
236,89
113,30
364,63
11,50
1680,00
26
Mo
2,17
2,03
1,43
0,10
4,74
23
Ni
22,07
22,00
16,20
3,01
64,6
15
Rizikové prvky sú v popole zastúpené v nízkych až stopových koncentráciách, ale variabilita je veľmi
vysoká. Rozdiel medzi zistenou minimálnou a maximálnou koncentráciou bol aj viac ako 100-násobný.
Ich koncentráciu neovplyvňuje len prítomnosť v lesnej dendromase, ale aj nánosy usadené na vnútorných stenách kotla, ktoré sa sporadicky uvoľňujú a ovplyvňujú kvalitu konečného popolového odpadového produktu, ako aj teplota spaľovania, ktorej zvýšenie zapríčiňuje napríklad vyprchávanie ortuti a tým zníženie jej koncentrácie v popole.
Na riziko zvýšeného množstva ťažkých kovov v popole poukazuje vo svojich prácach viac autorov, napr.
DEMIRBAS (2003), HOLMBERG, CLAESON (1999). Vo Fínsku uvádzajú autori PERKIOMAKI, FRITZE (2003) a PERKIOMAKI
et al.(2003) a zvýšené množstvo kadmia v drevnom popole ako najproblematickejšie, pretože sa pohybuje v intervale 1 – 20 mg.kg-1, a často prekračuje limit pre aplikáciu do lesnej pôdy, čo sú 3 mg Cd v kg
hnojiva.
9.3 Vlastnosti drevného popola z filtrov
Prieskum na Slovensku ukázal, že všetky typy kotlov na spaľovanie biomasy majú filtračné systémy na
čistenie plynu, tj. záchyt tuhých znečisťujúcich látok (TZL). Na čistenie plynných spalín sa používajú
rôzne druhy filtrov, cyklónové odlučovače, elektrické a bariérové filtre. Od použitého typu filtra
závisí množstvo a kvalita zachyteného popola. Popol z filtrov je vo všeobecnosti jemnejší ako popol
z roštového priestoru kotlov. Koncentrácia ťažkých kovov, ktoré pri vysokých spaľovacích teplotách
prechádzajú do plynného skupenstva (najmä ortuť a kadmium) býva vyššia ako v popole z roštového
priestoru.
25
Výsledky výskumu na Slovensku realizované v rokoch 2009 – 2010 sú uvedené v nasledujúcich
tabuľkách (19 a 20) a poukazujú na vysokú variabilitu vlastností filtrových popolov.
Tab.19
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z filtrov – hodnoty pH, Corg, obsah dusíka,
uhličitanov[%], vápnika, draslíka a horčíka [mg.kg-1].
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Tab. 20
pH
12,53
12,56
0,27
12,20
12,78
4
Ekv.karb.
5,26
4,85
2,41
2,80
8,54
4
Cox
14,47
13,38
10,44
4,52
26,59
4
N
0,216
0,248
0,098
0,076
0,292
4
Ca
132 370
133 980
53 100
81 470
180 030
4
Mg
14 980
15 120
3 210
11 680
18 000
4
K
30 970
32 340
8 990
20 570
38 640
4
Štatistické charakteristiky chemického zloženia drevných popolov z filtrov – obsah medi, zinku, sodíka, mangánu,
železa a hliníka[mg.kg-1].
Priemer
Medián
Sm. odchýlka
Minimum
Maximum
Počet vzoriek
Cu
154,5
123,5
137,5
36,4
334,5
4
Zn
476,6
407,4
272,8
253,3
838,4
4
Na
2 922,9
3 051,7
1 515,5
1 457,0
4 131,4
4
Mn
3 541,1
3 682,7
969,7
2 229,2
4 569,6
4
Fe
17 700
18 200
4 800
11 500
23 000
4
Al
38 700
36 800
22 900
13 400
67 800
4
Analýza vzoriek ďalej potvrdila, že popol z filtra obsahuje niekoľkonásobne vyššie koncentrácie
rizikových prvkov - ortuti, kadmia, olova, arzénu a zinku v porovnaní s nameranými hodnotami v popole z roštového priestoru (obr. 4). Uvedené výsledky sú v dobrej zhode s viacerými autormi (SONG et al.
2004, ROBB, YOUNG 1999, ZOLLNER, REMLER 1998).
Z uvedených výsledkov je zrejmé, že je vhodné popol zachytený vo filtroch TZL skládkovať oddelene,
pretože jeho chemické vlastnosti by mohli v budúcnosti skomplikovať možnosť recyklácie drevného
popola z roštového priestoru kotlov, ktorý má vlastnosti vhodnejšie na jeho ďalšie zhodnotenie.
1400
%
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
Hg
Cd
Pb
Cr
As
Cu
x=popol z roštu
filter 1
Obr. 4
filter 3
filter 4
Porovnanie množstva ťažkých kovov v popole z filtrov a z roštového priestoru kotlov
Popis vzoriek:
Filter 1 - Quercus Lučenec, palivo dubová pilina
26
filter 2
Zn
Filter 2 - SES Tlmače, palivo dubová štiepka s prímesou 10 až 20% mäkkých listnáčov
Filter 3 – Mondi Ružomberok, kôra
Filter 4 - podľa údajov SONG et al. (2004) – palivo zmes dreva a komunálneho dpadu
Výsledky laboratórnych analýz vykonaných podľa metodiky schválenej v projekte Aplikovaného
výskumu a vývoja Agentúry na podporu výskumu a vývoja riešeného v období od 01. 09. 2009 do
31. 12. 2011, pod. č.: VMSP-P-0035-09, s názvom: „Využitie hnojivého potenciálu drevného popola pri
pestovaní energetických rastlín ako obnoviteľného zdroja energie (Popol ako hnojivo)“ v rámci odoberanej a analyzovanej nadzemnej biomasy vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) hnojenej vopred analyzovaným drevným popolom sú uvedené v Tabuľke 21 (a až c). Výsledky laboratórnych analýz odobraných vzoriek pôdy pod porastom vŕby košikárskej hnojenej analyzovaným drevným popolom sú
zosumarizované v Tabuľke 22 (a až d).
Tabuľka 21 (a až c):
drevným popolom.
Rok
2009
2010
Rok
2009
2010
Rok
2009
2010
Výsledky laboratórnych analýz nadzemnej biomasy vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) v mg.kg-1 hnojenej
ukazovateľ
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
N
17756,3
2063,9
14883,5
1132,5
P
1915,0
155,7
2159,2
257,5
K
5750,0
1581,1
7104,2
1127,1
Ca
18213,0
3684,9
16187,9
2215,8
Mg
3357,2
561,1
2123,0
497,8
Na
832,1
134,2
288,3
50,8
ukazovateľ
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
S
2375,8
695,0
1969,2
480,8
Fe
168,4
35,9
202,5
71,3
Mn
93,6
19,6
203,9
84,6
Zn
92,1
24,5
114,3
22,1
Cu
6,1
1,0
6,8
0,8
ukazovateľ
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
Co
1,9
0,4
1,8
0,2
Ni
5,2
1,0
4,1
0,6
Cr
1,4
0,2
1,2
0,3
Pb
2,2
0,6
1,7
0,2
Cd
0,7
0,1
0,5
0,1
Po poctivom preštudovaní dostupnej publikovanej domácej aj zahraničnej literatúry riešiacej podobnú
problematiku, ako aj na základe výsledkov uvedeného projektu možno konštatovať, že drevný popol
vyhovujúcich parametrov a stabilizovaných vlastností, aplikovaný podľa štandardných metodík, nemá
priamy negatívny vplyv na pôdu ako aj na dopestovanú plodinu určenú na nepotravinové využitie.
Práve naopak, v mnohých prípadoch a pri niektorých prvkoch prišlo ku zníženiu obsahu nežiaducich
látok v pôde a v rastline, ako aj ku zvýšeniu produkcie sušiny organickej hmoty pestovanej plodiny.
Tieto skutočnosti sú patrične dokumentované v literatúre a možno sa o ich trendoch dozvedieť aj
v priložených tabuľkách k tomuto dokumentu. Určité technické problémy spojené najmä zo stabilizáciou vlastností drevného popola ako aj s jeho praktickou aplikovateľnosťou je potrebné doriešiť na
základe ďalších projektov, príkladov a skúseností. Ďalším problémom pri aplikácii drevného popola sú
aj záležitosti ohľadne týmto spôsobom neriešeného obsahu dusíka v pôde a v pestovaných rastlinách,
keďže drevný popol túto zložku obsahuje len v zanedbateľných množstvách. Toto je však už predmetom ďalších legislatívnych opatrení.
Tabuľka 22 (a až d):
drevným popolom.
Rok
Jeseň
2009
Jar
2010
Výsledky laboratórnych analýz pôdy pod porastom vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) v mg.kg-1 hnojenej
ukazovateľ
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
Nan
12,0
20,3
6,8
4,2
N-NO31,8
2,2
3,0
4,0
N-NH4+
10,2
19,7
3,8
1,2
N
1421,4
289,8
1460,7
273,3
P
54,2
25,6
52,4
23,3
K
369,8
88,3
301,0
34,4
27
Jeseň
2010
priemer
smerodajná odchýlka
Rok
ukazovateľ
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
Mg
267,4
54,5
277,9
47,5
243,1
37,2
ukazovateľ – lúčavka
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
Co
13,3
0,7
13,7
1,3
14,7
0,7
Jeseň
2009
Jar
2010
Jeseň
2010
Rok
Jeseň
2009
Jar
2010
Jeseň
2010
Rok
Jeseň
2009
Jar
2010
Jeseň
2010
ukazovateľ – NH4NO3
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
priemer
smerodajná odchýlka
6,3
9,4
0,4
1,3
6,7
10,6
Ca
5200,1
2418,3
4579,8
1519,3
3335,4
1547,3
Na
35,3
6,3
29,2
7,6
34,4
9,7
Ni
26,3
1,3
27,5
1,8
28,6
1,4
Co
Fe
6,8
4,9
6,1
4,0
4,0
2,2
Cr
33,1
3,0
29,3
1,9
30,7
2,6
Ni
0,1
0,0
0,2
0,0
0,1
0,0
917,8
181,6
Mn
4,4
1,7
3,5
1,7
3,4
4,0
Zn
0,9
0,3
0,6
0,3
0,9
0,3
Pb
20,8
1,6
17,8
1,4
18,0
1,3
Cr
0,1
0,0
0,2
0,0
0,1
0,0
46,4
20,6
Cd
0,8
0,1
1,3
0,2
1,1
0,1
Pb
0,2
0,0
0,1
0,0
0,0
0,0
327,1
46,5
Cu
1,1
0,3
0,9
0,2
0,9
0,1
Hg
0,3
0,3
0,3
0,6
0,1
0,1
Cd
0,1
0,1
0,2
0,0
0,2
0,0
0,2
0,0
0,1
0,0
0,0
0,0
Na základe uvedených skutočností navrhujeme oficiálnym legislatívnym spôsobom povoliť aplikáciu
kontrolovaného drevného popola, a to na hnojenie lesných a poľnohospodárskych pôd, pričom v rámci
poľnohospodárskych kultúr toto bude v prvej fáze možné uskutočniť len na poľnohospodársku pôdu,
na ktorej sa dlhodobo pestujú plodiny určené výhradne na nepotravinové využitie. Drevný popol môže
pri tom pochádzať len zo spaľovania mechanicky upraveného dreva alebo drevného odpadu. Použitý
drevný popol môže obsahovať najvyššie prípustné množstvá vybraných ťažkých kovov, ktoré sú uvedené v Tabuľke 23. Rozbory drevného popola na obsah týchto ťažkých kovov musia byť vykonané
v danej dodávke drevného popola pred každým aplikačným cyklom.
Na základe výsledkov projektu ako aj po preštudovaní dostupnej relevantnej literatúry navrhujeme
maximálne dávky analyzovaného drevného popola na úrovni 3,0 t.ha-1 v suchej hmote. Jednotlivé
aplikačné cykly v rámci toho istého pozemku sa odporúča realizovať v štvorročných intervaloch. Pri
dodržaní tohto postupu sú riziká spojené s aplikáciou drevného popola ako hnojiva minimalizované
takmer na 100 %.
Tabuľka 23: Najvyššie prípustné množstvá vybraných ťažkých kovov v drevnom popole aplikovanom podľa druhu pozemkov
v mg.kg-1, ktoré v súčasnosti prekračujú limitné hodnoty uvedené vo vyhláške MP SR č. 577/2005 Z.z. príloha č. 3 časť 4.
Druh pôdy / ukazovateľ
Lesná pôda + TTP
Ostatná poľnohospodárska pôda
28
Cd
5,0
2,0
As
30,0
10,0
10. Záver
Výsledkom projektu je stanovenie vhodného postupu aplikácie drevného popola pri intenzifikácii
pestovania energetických rastlín na lesnej aj ornej pôde určených na nepotravinové využitie. Pretože
na území SR je v súlade s platnou legislatívou možné používať drevný popol ako hnojivo len pri výskume, preto máme za to, že výsledky aplikovaného výskumu získané nielen v tomto projekte, ale aj
v podobne zameraných projektoch riešených v podmienkach Slovenska, a to aj na príklade mnohých
zahraničných štúdií a pozitívnych príkladov, nájdu uplatnenie pri zmene legislatívneho rámca, a následnom využití drevného popola ako náhrady živín pri pestovaní najmä energetických rastlín.
Tendencie využitia drevného popola sú rôzne, priama aplikácia do pôdy je často v zahraničí považovaná
za najrozumnejší spôsob likvidácie uvedeného odpadu.
Na základe zistených chemických vlastností drevného popola možno konštatovať, že sa jedná o vápenato – draselný, silne zásaditý odpad, vznikajúci po energetickom využití biomasy, podľa legislatívnych
predpisov zaradený do skupiny ostatných odpadov a preto je vhodné a žiaduce jeho ďalšie zhodnotenie. Obsahuje množstvo makroživín a mikroživín dôležitých pre výživu rastlín, na strane druhej sú
v ňom prítomné rizikové ťažké kovy, čo si vyžaduje dôkladné preskúmanie a poznanie dlhodobých
dôsledkov jeho aplikácie do pôdy.
Limitné hodnoty pre rizikové prvky v popole sú v zahraničí menej prísne ako u nás. Rozlišuje sa hnojenie poľnohospodárskych a lesných pôd, pričom pre lesné pôdy platia menej prísne limity pre koncentrácie ťažkých kovov, ale sleduje sa ich kumulatívne množstvo vnesené do pôdy počas celej rubnej
doby.
Aplikácia zásaditého, vápenato-draselného materiálu, akým je drevný popol, je vhodná na neutralizáciu kyslých pôd, zvýšenie obsahu živinových bázických katiónov, zníženie mobility ťažkých kovov
a zlepšenie kvality a kvantity produkcie.
V intenzívne obhospodarovaných porastoch energetických drevín, s krátkou rubnou dobou, dochádza
k rýchlemu odčerpávaniu prvkov minerálnej výživy. Odčerpávaním živín sa znižujú ich zásoby v pôde.
Čiastočnou kompenzáciou môže byť minerálne viaczložkové hnojenie, čomu drevný popol s obsahom
širokého spektra makroelementov a mikroelementov vyhovuje.
Z hľadiska množstva rizikových prvkov je v súčasnosti problematická možnosť priamej aplikácie
drevného popola do pôdy na iné, ako výskumné účely, na základe legislatívy platnej v SR. Podľa legislatívy by nebola možná registrácia neupraveného drevného popola ako minerálneho hnojiva, práve
z dôvodu vyššej koncentrácie rizikových prvkov, najmä arzénu, kadmia a chrómu, ktorých koncentrácie niekedy prekračujú príslušný limit uvedený v rezortnej vyhláške pre minerálne hnojivá. Hodnotené
popoly vyhovovali limitom pre minerálne prídavky do kompostov.
Možným riešením je prijatie špeciálneho legislatívneho predpisu s určením kumulatívnych hodnôt,
podobne ako je to v zákone o kaloch (SR, EÚ), alebo v smernici pre aplikáciu drevného popola do lesnej
pôdy (Švédsko).
29
11. Literatúra
1. AASAMAA, K. – HEINSOO, K. – HOLM, B. 2010. Biomass production, water use and photosynthesis of Salix clones grown in a wastewater purification system. In: Biomass and Bioenergy,
2010, Vol. 34, s. 897 – 905. ISSN 0961-9534
2. ADLER, A. – DIMITRIOU, I. – ARONSSON, P. – VERWIJST, T. – WEIH, M. 2008. Wood fuel quality of two Salix viminalis stands fertilised with sludge, ash and sludge–ash mixtures. In: Biomass and
Bioenergy, 2008, Vol. 32, s. 914 – 925. ISSN 0961-9534
3. ANDERSSON, L., EMILSSON, S., 2005 : Regular recycling of wood ash to prevent waste production RecAsh – A Life environment demonstration project. Regular recycling of wood ash to
prevent waste production, International Seminar, September 2006, Karlstad, Sweden, p. 5 – 9.
4. ANONYMUS, 2002 : Recommendations for the extraction of forest fuel and compensation fertilising. National Board of Forestry Sweden. MEDDELANDE 3, 20 pp.
5. ARVIDSSON, H., LUNDKVIST, H., 2002 : Needle chemistry in young Norway spruce stands after application of crushed wood ash. Plant and Soil, 238 (1), p. 159 – 174.
6. ARVIDSSON, H., VESTIN, T., LUNDKVIST, H., 2002 : Effects of crushed wood ash application on ground vegetation in young Norway spruce stands. Forest Ecology and Management, 161 (1-3),
p. 75 – 87.
7. BIHUŇOVÁ, M. – HREBÍKOVÁ, D. – MIŠOVIČOVÁ, R. 2010. Krajinno-ekologické a rekreačné hodnotenie potenciálu kontaktných zón miest a krajiny. Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2010. 320 s. ISBN 978-80-552-0396-6
8. BLANDER, M., RAGLAND, K.W., COLE, R.L., LIBERA, J.A., PELTON, A., 1995 : The inorganic chemistry of wood combustion for power production. Biomass and Bioenergy, 8, p. 28 – 38.
9. BUBLINEC, E., 1992: The content of biogenic elements in forest tree species. Lesnícky časopis – Forestry Journal, 38, p. 365 – 375.
10. BUBLINEC, E., REMIŠ, J., LOFFLER, A., 1993 : Odber živín ťažbou zo smrekových ekosystémov. Lesnícke štúdie, 51. Príroda, Bratislava, s. 65 – 181.
11. BUBLINEC, E., VOŠKO, M., KLUBICA,D., 1991: Ecoedaphic and ecoclimatic properties of the central European beech ecosystems. Ekológia, 10 (3), p. 257 – 269.
12. BUTNER, G., GERING, C., NELL, U., RUMPF, S., WILPERT, K., 1998 : Application of wood ash in forests. Forst und Holz, 53 (3), p. 72 – 76.
13. CARPENTER, A., BEECHER, N., 1997 :Wood ash finds niche in biosolids composting. BioCycle, 38 (1), p. 37 – 39.
14. CELIAK, I. – PETERKA, A. – ZEMAN, M. 1999. Pěstování rychle rostoucích energetických dřevin. In: Úroda 1999, č. 9, s 30 – 31
15. DEMIRBAS, A., 2003 : Toxic air emission from combustion. Energy sources, 25 (5), p. 419 – 427.
16. DIMITRIOU, I. – ERIKSSON, J. – ADLER, A. – ARONSSON, P. – VERWIJST, T. 2006. Fate of heavy metals after application of sewage sludge and woodeash mixtures to short-rotation willow coppice.
In: Environmental Pollution, 2006, Vol. 142, s. 160 – 169. ISSN 0269-7491
17. DZURENDA, L. – JANDAČKA, J. 2010. Energetické využitie dendromasy. Zvolen : Vydavateľstvo Technickej univerzity vo Zvolene, 2010. 162 s. ISBN 978-80-228-2082-0
18. EMILSSON, S., 2006 : From extraction of forest fuels to ash recycling. International Handbook. Swedish Forest Agency, 42 pp.
19. ERIKSSON, H.M., 1998 : Short-term effects of granulated wood ash on forest soil chemistry in SW and NE Sweden. Scandinavian Journal of Forest Research, Suppl. 2, p. 43 – 55.
20. ERIKSSON, H.M., NILSSON, T., NORDIN, A., 1998 : Early effects of lime and hardened and non-hardened ashes on pH and electrical conductivity of a forest floor and relations to some ash and
lime qualities. Scandinavian Journal of Forest Research, Suppl. 2, p. 56 – 66.
21. FERM, A., HOKKANEN, T., MOILANEN, M., ISSAKAINEN, J., 1992: Effects of wood bark ash on the growth and nutrition of a Scots pine afforestation in central Finland. Plant and Soil, 147 (2), p.
305 – 316.
22. FRITZE, H., PERKIOMAKI, J., PETANEN, T., ROMANTSCHUK, M., KARP, M., YRJALA, K., 2001 : A microcosms study on the effects of Cd-containing wood ash on the coniferous humus fungal community
and the Cd bioavailability. Journal of Soils and Sediments, 1(3), p. 146 – 150.
23. FRITZE, H., PERKIOMAKI, J., SAARELA, U., KATAINEN, R., TIKKA, P., YRJALA, K., KARP, M., HAIMI, J., ROMANTSCHUK, M., 2000 : Effect of Cd-containing wood ash on the microflora of coniferous forest humus.
FEMS Microbiology-Ecology, 32(1) p. 43 – 51.
24. HABOVŠTIAK, J. – DANIEL, J. 2007. Agrotechnika a podmienky úspešného pestovania vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) na energetické účely. In: Predpoklady využívania poľnohospodárskej
a lesníckej biomasy na energetické a biotechnické využitie (Zborník referátov a diskusných príspevkov z vedeckej rozpravy XXXI. valného zhromaždenia členov Slovenskej akadémie
pôdohospodárskych vied, konaného 5. decembra 2007 v Slovenskom centre pôdohospodárskeho výskumu v Nitre). Nitra : Agentúra Slovenskej akadémie pôdohospodárskych vied,
2007. s. 81 – 83. ISBN 978-80-89162-32-1
25. HAIMI, J., FRITZE, H., MOILANEN, P., 2000 : Responses of soil decomposer animals to wood-ash fertilisation and burning in a coniferous forest stand. Forest Ecology and Management,
129(1-3), p. 53 – 61.
26. HALAJ, D. – ILAVSKÝ, J. 2009. Podporné politiky a ich nástroje pre zlepšenie podmienok na trhu s energetickým drevom (Porovnávacia vedecká štúdia pre Fínsko a Slovensko). Zvolen :
Technická univerzita vo Zvolene, 2009. 98 s. ISBN 978-80-228-2019-6
27. HENEMAN, P. – ČERVINKA, J. 2002. Sklizeň a příprava paliva z biomasy. In: Agromagazín, roč. 3, 2002, č. 4, s. 44 – 47. ISSN 1212-6667
28. HOGBOM, L., NOHRSTEDT, H.O., 2001 : The fate of 137Cs in coniferous forests following the application of wood ash. Science of the total environment, 280(1-3), p. 133 – 141.
29. HOGBOM, L., NOHRSTEDT, H.O., NORDLUNT, S., 2001 : Effects of wood ash addition on soil solution chemistry and soil N dynamics at a Picea abies (L.) Karst. Site in southwest Sweden. Report
SkogForsk, 4, p. 1 – 20.
30. HOLMBERG, S., LIND, B., CLAESSON, T., 2000 : Chemical composition and leaching characteristics of granules made of wood ash and dolomite. Enviromental Geology, 40(1-2), p. 1 – 10.
31. HOLMBERG,S., CLAESSON,T., 1999 : Production of fertiliser from wood ash. University of Kalmar, Sweden, Ecological technology and management , p. 235 – 237.
32. HÚSKA, J. 1999. Experimentálne výsledky z pestovania vŕby košikárskej (Salix viminalis L.). In: Zborník z medzinárodnej konferencie: Nová energetická politika SR, obnoviteľné zdroje
energie aproximácia k politike EÚ. Bratislava : Dadaexpress, 1999. 143 s. ISBN 80-968421-0-2
33. CHIRENJE, T., RIVERO, C., MA, L.Q., 2002 : Leachability of Cu and Ni in wood ash amended soil as impacted by humic and fulvic acid. Geoderma, 108, p. 31 – 47.
34. ILAVSKÝ, J. – ORAVEC, M. 1992. Energetické využitie dendromasy. Zvolen : ÚVVP LVH SR, 1992, 137 s.
35. ILAVSKÝ, J. A KOL., 2000 : Energetické využívanie biomasy produkovanej v rezorte pôdohospodárstva. VTP 2732, Lesnícky výskumný ústav Zvolen, 183 s.
36. INGERSLEV, M., MALKONEN, E., NILSEN, P., NOHRSTEDT, H.-O., OSKARSSON, H., RAULUND-RASSSEN, K., 2001: Main findings and future challenges in forest nutritional research and management in the
Nordic countries. Scandinavian Journal of Forest Research, 16, p. 488 – 501.
37. JAHODAŘ, L. 2006. Farmakobotanika. Semenné rostliny. Praha : Univerzita Karlova, 2006. 260 s. ISBN 80-246-1225-9
38. JERMER, J., EKVALL, A., TULLIN, C., 2001: Analysis of contaminants in waste wood. Swedish National Testing and Research Institute, Boras, Sweden, Paper prepared for the 32nd Annual
Meeting, 20-25 May 2001, Nara, Japan, p. 6.
39. JONSSON, A.M., 2000 (a) : Mineral nutrients of beech (Fagus sylvatica) bark in relation to frost sensitivity and soil treatments in southern Sweden. Annals of Forest Science, 57(1), p. 1 – 8.
40. KAHL, J.S. FERNANDEZ, I.J., RUSTAD, L.E., PECKENHAM, J., 1996 : Treshold application rates of wood ash to an acidic forest soil. Journal of Environmental Quality, 25(2), p. 220 – 227.
41. KŇAZÚR, R. 2008. Skúsenosti s výrobou tepla z pevnej biomasy na Slovensku. In: Agrobioenergia, roč. 3, 2008, č. 1, s. 12 – 15.
42. KOBLÍŽEK, J. 2006. Salicales (Vŕbotvaré) in GOLIAŠOVÁ, K. – MICHALKOVÁ, E. (eds.) et al.: Flóra Slovenska V/3. Bratislava : VEDA vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, 2006. s. 208 – 290.
ISBN 80-224-0922-7
43. LAZDIŅA, D. – LAZDIŅŠ, A. – KARIŅŠ, Z. – KĀPOSTS, V. 2007. Effect of sewage sludge fertilization in short-rotation willow plantations. In: Journal of Environmental Engineering and Landscape
Management, 2007, Vol. 15, No. 2, s. 105 – 111. ISSN 1648-6897
30
44. LUDWIG, B., RUMPF, S., MINDRUP,M., MEIWES,K.-J., KHANNA,P.K., 2002 : Effects of lime and wood ash on soil-solution chemistry, soil chemistry and nutritional status of a pine stand in Northern
Germany. Scandinavian Journal of Forest Research, 17, p. 225 – 237.
45. MAGA, J. – PISZCZALKA, J. – NOZDROVICKÝ, L. – HAJDU, Š. – SÁNDOR, L.G. 2010. Zelená energia – riešenie pre budúcnosť. Nitra : Slo-venská poľnohospodárska univerzita, 2010. 179 s. ISBN
978-80-552-0510-6
46. MILTON, B., KENNETH, W. R., ROGER, L., COLE, J., LIBERA, A., ARTHUR, P., 1995 : The inorganic chemistry of wood combustion for power production. Biomass and Bioenergy, 8(1), p. 29 – 38.
47. MISRA, M.K., RAGLAND K.W., BAKER, A.J., 1994 : Wood ash composition as a function of furnace temperature. Biomass and Bioenergy, 4(2), p. 103 – 116.
48. MLECZEK, M. – RUTKOWSKI, P. – RISSMANN, I. – KACZMAREK, Z. – GOLINSKI, P. – SZENTNER, K. – STRAZYŃSKA, K. – STACHOVIAK, A. 2010. Biomass productivity and phytoremediation potential of Salix alba
and Salix viminalis. In: Biomass and Bioenergy, 2010, Vol. 34, s. 1410 – 1418. ISSN 0961-9534
49. MURTINGER, K. – BERANOVSKÝ, J. 2006. Energie z biomasy. Praha : EkoWATT a Brno : ERA group spol. s r. o., 2006. 94 s. ISBN 80-7366-071-7
50. NOHRSTEDT, H.O., 2001 : Response of coniferous forest ecosystems on mineral soils to nutrient additions: a review of Swedish experiences. Scandinavian Journal of Forest Research, 16,
p. 555 – 573.
51. OTEPKA, P. – ĎUĎÁK, I. – TÓTHOVÁ, S. 2010. Využitie drevného popola pri pestovaní rýchlorastúcich drevín. In: Technika ochrany prostredia 2010 (Zborník prednášok z medzinárodnej
vedeckej konferencie Častá – Papiernička, 15. – 17. jún 2010). Bratislava : Slovenská technická univerzita, 2010. s. 317-322. ISBN 978-80-970438-0-3
52. OTEPKA, P. – HABÁN, M. – HABÁNOVÁ, M. 2009. Produkčné a mimoprodukčné funkcie pestovanej rýchlorastúcej dreviny vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) na ornej pôde s dôrazom
na jej terapeutické účinky. In: 15. odborný seminár s medzinárodnou účasťou: Aktuální otázky pěstování léčivých, aromatických a kořeninových rostlin (Zborník príspevkov). Brno :
Mendělova zemědělská a lesnická univerzita, 2009. s. 107-114. ISBN 978-80-7375-364-1
53. OTEPKA, P. – HABÁN, M. – HABÁNOVÁ, M. 2011. Cultivation of fast-growing woody plant basket willow (Salix viminalis L.) and their bioremedial abilities while fertilized with wood ash. In:
Research Journal of Agricultural Science, 2011, Vol. 43, No. 2. pp. 218-222. ISSN 2066-1843
54. OTEPKA, P. – HABÁN, M. 2005. Pestovanie rýchlorastúcej vŕby košikárskej (Salix viminalis L.) na energetické účely. In: Využití fytomasy na energetické účely (Sborník vědeckých publikací
z mezinárodního semináře „Nepotravinářske využití fytomasy“). České Budějovice : Zemědělská fakulta Jihočeské univerzity a Praha : VÚZE, 2005. s. 33 – 38. ISBN 80-7040-833-2
55. OTEPKA, P. – HABÁN, M. 2006. Biomass yield of Basket Willow (Salix viminalis L.) cultivated as energy plant in a long-term experiment. In: Acta fytotechnica et zootechnica, 2006, No. 3,
s. 70 – 74. ISSN 1335-258X. K dispozícii aj na URL: http://www.fem.uniag.sk/acta/download.php?id=479
56. OTEPKA, P. – HABÁN, M. 2011. Cultivation of fast-growing basket willow (Salix viminalis L.) fertilized with wood ash for energy, remedial and medicinal uses. In: Acta fytotechnica et
zootechnica, 2011, Vol. 14, Special Number, s. 49-52. ISSN 1335-258X
57. PEDERSON, A.J,. 2003 : Characterization and electrodialytic treatment of wood combustion fly ash for the removal of cadmium. Biomass and Bioenergy, 25(4), p. 447 – 459.
58. PEDERSON, A.J., OTTOSEN, L.M., VILLUMSEN, A., 2003 : Electrodialytic removal of heavy metals from different fly ashes: Influence of heavy metal spetiation in the ashes. Journal of Hazardous
Materials, 100(1-3), p. 65 – 79.
59. PEPICH, Š. – PISZCZALKA, J. 2009. Využitie energie fytomasy na sušenie rastlinných produktov. Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita a Rovinka : Technický a skúšobný ústav
pôdohospodársky, 2009. 121 s. ISBN 978-80-552-0241-9
60. PERKIOMAKI, J., FRITZE, H., 2002 : Short and long-term effects of wood ash on the boreal forest humus microbial community. Soil Biology and Biochemistry, 34(9), p. 1343 – 1353.
61. PERKIOMAKI, J., FRITZE, H., 2003 : Does simulated acid rain increase the leaching of cadmium from wood ash to toxic levels to coniferous forest humus microbes? FEMS Microbiology Ecology,
44(1), p. 27 – 32.
62. PERKIOMAKI, J., TOM-PETERSEN, A., NYBROE, O., 2003 : Boreal forest microbial community after long-term field exposure to acid and metal pollution and its potential remediation by using
wood ash. Soil Biology and Biochemistry, 35(1), p. 1517 – 1526.
63. PETŘÍKOVÁ, V. – VÁŇA, J. – USŤJAK, S. 1996. Pěstování a využití technických a energetických plodin na rekultivovaných pozemcích. Praha : Ústav zemědělských a potravinářských informací,
1996. 24 s. ISSN 0231-9470
64. PISZCZALKA, J. – MAGA, J. 2007. Technické predpoklady rozvoja regionálnej bioenergetiky. In: Predpoklady využívania poľnohospodárskej a lesníckej biomasy na energetické a biotechnické
využitie (Zborník referátov a diskusných príspevkov z vedeckej rozpravy XXXI. valného zhromaždenia členov Slovenskej akadémie pôdohospodárskych vied, konaného 5. decembra
2007 v Slovenskom centre pôdohospodárskeho výskumu v Nitre). Nitra : Agentúra Slovenskej akadémie pôdohospodárskych vied, 2007. s. 43 – 53. ISBN 978-80-89162-32-1
65. PITMAN, R., 2002: Wood ash in forestry. A rewiew of the Environmental Impacts, 30 pp.
66. POCHOBRADSKÁ, V. 1993. Koreňové čističky odpadových vôd. Zvolen : ÚVVP LVH SR, 1993, 72 s. ISBN 80-88677-08-4
67. ROBB, F., YOUNG, S.D., 1999 : Addition of calcareous metal wastes to acid soils : consequences for metal solubility. Water, Air and Soil Pollution, 111(1-4), p. 201 – 214.
68. ROSENFELD, P., HENRY, CH., 2001 : Activated carbon and wood ash sorption of wastewater, compost, and biosolids odorants. Water Environment Research, 73(4), p. 388 – 393.
69. RUMPF, S., LUDWIG, B., MINDRUP, M., 2001 : Effect of wood ash on soil chemistry of a pine stand in Northern Germany. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 164(5), p. 569 – 575.
70. SAARSALMI, A., DEROME, J., LEVULA, T., 2005 : Effect of wood ash fertilisation on stand growth, soil, water and needle chemistry, and berry yields of lingonberry (Vaccinium vitis – idaea L.)
in a Scots pine stand in Finland. Forestry Studies 42, p.13 – 33.
71. SAARSALMI, A., MALKONEN, E., KUKKOLA, M., 2004 : Effect of wood ash fertilisation on soil chemical properties and stand nutrient status and growth of some coniferous stands in Finland.
Scand. J. For. Res. 19, p. 217 – 233.
72. SAARSALMI, A., MALKONEN, E., PIIRAINEN, S., 2001 : Effects of wood ash fertilization on forest soil chemical properties. Silva Fennica, 35(3), p. 355 – 368.
73. SOLO, G.H.M., TOWSEND, T. G., MESSICK, B., CALITU, V., 2002 : Characteristics of chromated copper arsenate-treated wood ash. Journal of Hazardous Materials. 89(2-3), p. 213 – 232.
74. SONG, G.J., KIM, K.H., SEO, Y.CH., KIM, S. C., 2004 : Characteristics of ashes from different locations at the MSW incinerator equipped with various air pollution control devices. Waste
Management 24, p. 99 – 106.
75. STETNARI, B.M., KARLSSON, L.G., LINDQVIST, O., 1999 : Evaluation of the leaching characteristics of wood ash and the influence of ash agglomeration. Biomass and Bioenergy, 16(2), p. 119
– 136.
76. STETNARI, B.M., LINDQVIST, O., 1997 : Stabilisation of biofuel ashes for recycling to forest soil. Biomass and Bioenergy, 13(1-2), p. 39 – 50.
77. ŠOOS, Ľ. 2008. Výhody a nevýhody výroby tuhých ušľachtilých biopalív. In: Agrobioenergia, roč. 3, 2008, č. 3, s. 4 – 8
78. TÓTHOVÁ, S., 2002: Výskum využitia drevného popola vznikajúceho v procese energetického využitia biomasy. In : Ilavský, J. a kol., 2002 : Energetické využívanie biomasy produkovanej
v rezorte pôdohospodárstva. ZS projektu VTP 2732, Lesnícky výskumný ústav Zvolen, 183 s.
79. TÓTHOVÁ, S., 2007 (a) : Aplikácia drevného popola do pôdy a jeho vplyv na chemizmus pôdy a výživu drevín. Dizertačná práca, LF TU Zvolen, 113 pp.
80. TÓTHOVÁ, S., 2007 (b) : Aplikácia drevného popola do pôdy v LZ Čadca. In: Oravec a kol.: Optimalizácia, monitoring a hodnotenie využitia dreva na energetické účely. Štúdia, NLC – LVÚ
Zvolen, 89 pp.
81. VESTERINEN, P., 2003: Wood ash recycling state of the art in Finland and Sweden. Research report PRO2/6107/03. VTT Processes, Energy Production. Jyvaskyla, Finland, 52 pp.
82. WEGER, J. – HAVLÍČKOVÁ, K. 2002. Pěstování rychle rostoucích dřevin. In: Agromagazín, roč. 3, 2002, č. 2, s. 41 – 43
83. WEGER, J. 2003. Pěstování výmladkových plantáží rychle rostoucích dřevin (RRD) na zemědělské půdě. In: Lesnícka práce, 2003, č. 4, s. 31 – 32
84. ZHAN, G., ERICH, M. S., OHNO, T., 1996 : Release of trace elements from wood ash by nitric acid. Water, Air and Soil Pollution, 88(3-4), p. 297 – 311.
85. ZOLLNER, A., REMLER, N., 1998 : Properties of wood ash and possibilities of recycling. Forst und Holz. 53(3), p. 77 – 81.
31
Obsah
1. Úvod 2
2. Legislatívny rámec použitia odpadov ako hnojív ................................................................................................................................2
3. Vlastnosti drevného popola ........................................................................................................................................................................5
3.1
Chemické vlastnosti drevného popola ........................................................................................................................................5
3.2
Drevný popol z roštového priestoru kotla a z filtrov ..............................................................................................................9
3.3
Drevný popol z chemicky ošetreného dreva ...........................................................................................................................10
3.4
Úprava vlastností drevného popola ...........................................................................................................................................11
4. Vplyv aplikácie drevného popola na produkciu biomasy ..............................................................................................................13
5. Prístupy k nakladaniu s drevným popolom v Európe ......................................................................................................................14
6. Metodika experimentu, odberov a analýz vzoriek drevného popola a paliva ........................................................................14
6.1
Vlastnosti a postup pri stabilizácii drevného popola použitého v experimente v Dolnej Malante.....................14
7. Vŕba košikárska (Salix viminalis L.) a jej možnosti pestovania na ornej pôde .........................................................................15
8. Využitie dendromasy na energetické účely priamym spaľovaním .............................................................................................19
9. Výsledky a diskusia .......................................................................................................................................................................................22
9.1 Vlastnosti palív ........................................................................................................................................................................................22
9.1.1 Analýza palív používaných v kotolni na spaľovanie dendromasy v roku 2010 ...........................................................23
9.2
Vlastnosti drevného popola z roštového priestoru kotlov .................................................................................................23
9.3
Vlastnosti drevného popola z filtrov...........................................................................................................................................25
10. Záver ..................................................................................................................................................................................................................29
11. Literatúra .............................................................................................................................................................................30
Vilová 2 • 851 01 Bratislava • tel.: + 421 2 6381 4343
e-mail: [email protected]
w w w. i nt e c h e n e rg o. s k
Download

stiahnuť - drevnypopol.sk