Сортова специфіка та потенціал біомаси сої у формуванні джерел відновлювальної енергії

У зв’язку зі світовою енергетичною кризою, продукцію і відходи сільськогосподарського виробництва, поступово почали розглядати в якості паливних ресурсів. Найбільший енергетичний потенціал цих продуктів припадає на тверду біомасу. Важливою передумовою ефективного використання твердої біомаси сільського господарства в біоенергетиці є правильна й достовірна оцінка її потенціалу та удосконалена технологія. Накопичена жива речовина, за рахунок продуктів фотосинтезу, орієнтовно може покривати до 10% всіх енергозатрат [1]. Враховуючи необхідність ефективного використання біопалива у енергетичному балансі України, як це передбачено Законом України «Про альтернативні види рідкого та газового палива» від 14 січня 2000 р. №1391-ХІV [2], слід всебічно вивчати потенціал рослинного ресурсу такої унікальної культури як соя та її можливості для використання в якості твердого біопалива.

Лідером цього напряму біоенергетики є Данія. Також, рослинні рештки ефективно застосовуються в країнах Європи та Північної Америки. Франція надає перевагу кукурудзі, пшениці, цукровому буряку; Німеччина – біодизелю з ріпаку.

Як джерело для виготовлення біопалива почали використовувати й відходи харчової промисловості. Дослідженням наявного потенціалу біомаси в Україні займалися Г. Г. Гелетуха, С. О. Кудря, Н. М. Міщенко, В. М. Калініченко, В. О. Дубровін, Є. І. Сухін, П. С. Вишнівський, В. І. Гавриш, О. О. Єранкін, Р. В. Зіновчук, Г. М. Калетник, М. В. Калінчик, І. Г. Кириленко, О. М. Маслак, С. А. Стасіневич, О. Г. Шайко, О. М. Шпичак та ін.

На сьогодні, оптимізована структура валових зборів зернових та технічних культур в Україні становить (%) : технічні культури – 45; озима пшениця – 25; кукурудза, ячмінь, тритикале – відповідно по 10%. В той же час, співвідношення валових зборів технічних культур виглядає наступним чином (%) : соняшник – 40; ріпак – 30; соя – 25; інші культури – 5%.

Виробництво зернобобових культур в Україні становить 40-50 млн. т на рік з врожайністю 2, 5-3, 0 т/га. За попередніми даними, у 2016 році було досягнуто рекордний обсяг виробництва зернобобових культур з рекордною врожайністю – майже 4, 0 т/га.

У Державному реєстрі сортів рослин, придатних для поширення в Україні у 2016 році занесено 185 сортів сої культурної. З них, української селекції – 115 сортів (62%), іноземної селекції – 70 сортів (38%) [3, 4]. Кожний створений сорт має свої особливості, які необхідно ретельно вивчати та ефективно використовувати. Так, іноземні сорти, в умовах нашої країни сильно уражуються хворобами та дуже реагують на повітряну та ґрунтову посуху [5]. Напрямів використання сої більше 1000, які досить різноманітні [6].

Серед відновлювальних джерел розвитку набувають енергоносії біологічного походження або біопалива (рис. 1).

Тверде біопаливо (гранули, брикети та ін.) – це тверда біомаса, що використовується як котельно-пічне паливо, у тому числі дрова, торф,

тирса, солома, стебла та інші сільськогосподарські відходи. 

 

Рис. 1. Енергоносії біологічного походження.

Джерело: дані [7]

 

На сьогодні, в Україні, намагаються залучати до біопаливної галузі відходи сої. Цей підхід має локальний характер, адже її можна використовувати у вигляді рослинних решток. Нині існують технічні можливості для збирання урожаю з використанням комбайнів, які виконують функцію збирання та тюкування решток одночасно.

Умови спалювання решток визначають коефіцієнтом корисної дії, який для існуючих топок, котлів і теплогенераторів становить від 0, 75 до 0, 84 відносних одиниць [8, 9].

Метою досліджень було встановлення рівня сортової специфіки у формуванні основної та побічної продукції сої. Експеримент проводився протягом 2015-2017 років (Центральний Лісостеп України).

За час проведення досліджень застосовували як загальноприйняті методи [10, 11] так і спеціальні [12]. Урожайність основної продукції визначали шляхом перерахунку врожайності кожної культури на стандартну вологість. Вихід побічної продукції встановлювали за допомогою узагальненої оцінки енергетичного потенціалу біомаси [13, 7].

Потенціал рослинних решток сої (Прр) визначали згідно формули (1) :

Прр = ВЗоп × Крр× (1- Кв) × Кев, т…………………… (1),

де ВЗоп – валовий збір основної продукції, т/га;

Крр – коефіцієнт рослинних решток;

Кв – коефіцієнт втрат рослинних решток;

Кев – коефіцієнт використання рослинних решток.

Енергетичний потенціал рослинних решток сої (ЕПрр) визначали згідно формули (2) :

ЕПрр = Прр × Q / 7000, т у. п. …………………… (2),

де Прр – потенціал рослинних решток, т;

Q – нижча теплота згорання рослинних решток, ккал/кг;

7000 – теплотворна здатність 1 кг умовного палива (ум. п.), ккал.

За даними науковців, енергетичний потенціал решток сої складає 3800 ккал/ кг.

Величина теоретичного потенціалу відходів є досить нерівномірною по роках і залежить, головним чином, від урожайності сортів сої, що вивчали. Величина технічного потенціалу обмежується наявною технологією збирання врожаю, що зменшує теоретичний потенціал на величину коефіцієнта технічної доступності.

За обсягами виробництва сої Україна займає перше місце у Європі і входить до дев’яти найбільших країн-виробників цієї культури у світі. Її виробництво і посівні площі в Україні стрімко зростають (рис. 2).

 

Рис. 2. Динаміка посівних площ, урожайності та валового збору насіння

сої в Україні (1992-2015 рр.).

Джерело: дані [5]

 

Так, у 2009 році, площі під соєю становили близько 644 тис. га, а