Agronomické aspekty využití obilovin pro výrobu etanolu

AGRONOMICKÉ ASPEKTY VYUŽITÍ OBILOVIN PRO VÝROBU ETANOLU

The Agronomic Aspects of the Use of Cereal Grains for Production of Ethanol

Prof. Ing. Josef ZIMOLKA, CSc.

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně

RNDr. Květoslav HUBÍK, CSc.

Ing. František TICHÝ, CSc.

ZVÚ v Kroměříži

Úvod

Podle publikovaných údajů o sklizni základních obilovin v ČR v r. 1998 bude tato opět ne-patrně vyšší než v roce předchozím (přibližně o 1,3 %). Vzhledem ke stabilitě spotřeby obilovin k výrobě potravin a v podstatě i pro živočišnou výrobu je logické, že nelze počítat ani v letošním roce s převažující poptávkou nad nabídkou, ale spíše naopak. S tímto vývojem již kalkulují všechny subjekty zabývající se obchodem s obilím a přizpůsobují mu i nákupní ceny. Ostatně i první letošní burzovní shromáždění na PB v Brně po ukončení sklizně zaznamenalo (podle oče-kávání) vysoký převis nabídky všech obilních komodit a v důsledku toho i pokles cen ve srov-nání s její úrovní před žněmi, s výjimkou kukuřice. To lze přičíst na vrub hlavně výši ceny ga-rantovaného nákupu, ale i poklesu cen obilí na světovém trhu, neboť vyšší nabídka než poptávka není záležitostí jen naší, ale i světovou, jak avizuje vývoj cen obilí na světových burzách a jejich stále klesající tendence.

Lze tedy současnou situaci v zemědělství ČR, obdobně jako ve vyspělých státech v Evropě, charakterizovat určitou nadprodukcí obilovin.

Podle bilanční tabulky MZe ČR 1998 naše celková spotřeba produkce obilovin činí 6982,8 tis. tun a spolu s počátečními zásobami a dovozem celková nabídka představuje 8420,4 tis. tun. Při domácí spotřebě 6769,1 tis. tun a vývozu 323 tis. tun celkové užití je 7119,1 tis. tun, takže konečné zásoby dosáhnou 1301,3 tun.

Výměra půdního fondu ČR činí 7886 tis. ha, z toho je 4280 tis. ha půdy zemědělské, při-čemž potravinovou potřebu je sto zajistit zemědělská produkce na výměře 2 700 000 ha a pro produkci z 1 580 000 ha je nutno nalézt jiné uplatnění. Za této situace se jeví jak potřebné tak i reálné řešení nadprodukce obilí orientací na jeho technické a energetické využití, neboť cesta omezování rostlinné produkce zalesňováním, zatravňováním či ponecháním půdy ladem (úhoro-vý systém ) není z ekonomických, ekologických, ale i sociálních důvodů perspektivní a trvalá.

Navrhované řešení není nové ani neprověřené a to ani u nás. Již v zákoně č. 83 z roku 1932 byla v tehdejší ČSR stanovena povinnost přimíchávání až 25 % „zemědělského“ lihu do benzi-nu. Rovněž v řadě zemí světa (USA, Kanada, Brazílie, Francie, Itálie, Švédsko, Polsko) bylo již takové řešení zavedeno a má stoupající trend.

Ekologická hlediska, zvláště snaha o snížení emisí škodlivých látek do ovzduší, přinesla poziční dokument Rady Evropy č. 39/97, určující složení reformulovaných pohonných hmot obsahujících alkoholy, resp. étery (MTBE nebo ETBE), vyrobené z alkoholu. Kromě toho směr-nice EU č. 93/500 EEC č. 1972 stanovuje cíle pro dosažení náhrad spotřeby energií obnovitel-nými zdroji a stanovuje doporučení v oblasti daňových úlev, nezbytných pro zpracování relativ-ně dražších zemědělských surovin jako náhrady za levnější suroviny fosilního původu.

Využití lihu při výrobě pohonných hmot

Naše vláda v r. 1996 přijala usnesení č. 125, kterým uložila postup sledující uplatnění etanolu ve výrobě pohonných hmot do r. 2000. Podpora využití obnovitelných zdrojů energie, včetně výroby lihobenzinových směsí, byla deklarována prohlášením jak předchozí, tak i sou-časné vlády a podle závěrů mimorezortní pracovní skupiny je reálné v ČR za rok zpracovat 650 tisíc hl bezvodého kvasného lihu na výrobu ETBE (etyl-terc-butyl-eter), který by nahradil eko-logicky závadný MTBE (metyl-terc-butyl-eter), navíc vyráběný z importovaného metanolu. Směs benzinu s ETBE odpovídá i požadavkům platným v EU, zajišťuje stálost kvality i při dlouhodobém skladování a nesnižuje výkonové a technické parametry vozidel. Další prostor pro využití lihu ve výrobě pohonných hmot je ve směsích pro spalování v dieselových motorech určených zejména pro provoz autobusů v městské hromadné dopravě.

Pro zemědělskou výrobu zmíněný roční objem zpracování obilí na líh dává možnost využití 195 000 tun obilí a tomu odpovídající výměru zemědělské půdy v rozsahu 45 000 ha nebo 68 000 tun cukrovky, resp. 17 000 ha z.p.

Pěstitelské podmínky, výše produkce, dosahovaná kvalita zrna

Rajonizace musí umožnit optimální využívání přírodních zdrojů a tím zajistit ekonomicky efektivní pěstování všech druhů polních plodin. V produkčních oblastech lze dosáhnout jak výše tak i kvality produkce a tím i dobrého zpeněžení hlavních druhů obilovin. Proto lze počítat s pěstováním obilí pro výrobu bioetanolu především v marginálních oblastech (horší obilnářská a bramborářská, ev. pícninářská), která v ČR představuje přibližně 40 % výměry orné půdy a cca 30 % produkce zrna převážně krmné kvality, které lze rovněž považovat za potenciální surovinu pro výrobu bioetanolu. V praxi to znamená, že pěstování potravinářského obilí (potravinářské pšenice a sladovnického ječmene) bude soustředěno do oblastí, které zaručují vysokou techno-logickou jakost a to v množství, které je nezbytné pro potravinářské zpracování. Ve vyšších ob-lastech (od 300 do cca 600 m n.m.) se bude pěstovat obilí pro krmné a technické účely. Tato rajonizace umožňuje ekonomicky výhodnou specializaci výroby obilovin.

Při aplikaci standardních technologií obilniny ve vyšších oblastech dosahují v průměru cca 80 - 90 % výnosů řepařské výrobní oblast (tab. 1).

Tab. 1: Úroveň výnosů obilnin v řepařské a bramborářské oblasti

(okres Prostějov a Havlíčkův Brod 1985 - 1990

Pramen: Křen, J., 1995.

Klimatické podmínky a úrodnost půdy v BVO snižují příjem živin rostlinami, zejména N. Podmínky sklizně jsou zde rovněž obtížnější, proto i dosahovaná nutriční a biologická kvalita vypěstovaného zrna je v průměru nižší. Má zpravidla nižší obsah N látek, slabou enzymatickou aktivitu, v důsledku sklizně za deštivých podmínek porůstá a prodlužuje se dormance. Celkově nižší je i tržní cena v případě tradičního využití, proto využití k výrobě etanolu lze považovat za výhodné.

Pro realizaci uvedené rajonizace a v zájmu racionálního využití obilovin k výrobě etanolu jsou v ČR v oblasti agronomické řešeny následující problémy:

1. Výběr vhodného obilního druhu a účelné odrůdové skladby z registrovaných odrůd k zabezpečení co největší konverze na etanol.

2. Pro podmínky obilnářské, bramborářské a pícninářské oblasti ČR vypracování rajonizace druhového a odrůdového spektra obilnin a metodiky technologie pěstování k zajištění maxi-málního využití výnosového potenciálu při příznivé rentabilitě pěstování a dosažení optimální úrovně technologických a chemických parametrů zrna pro výrobu etanolu.

3. Výběr vhodných genotypů ze světové kolekce obilnin využitelných v dalším šlechtění a tvorbě nových odrůd vhodných pro výrobu etanolu.

4. Prefinalizační technologické úpravy zrna pro výrobu etanolu.

Výsledky polních a laboratorních zkoušek

V roce 1996 - 97 byly založeny přesné polní pokus v obilnářské a bramborářské oblasti (lo-kality: Bystřice nad Pernštejnem, Hladké Životice a Tábor) s cílem vypracovat odrůdovou pěs-tební technologii obilnin určených k výrobě etanolu pro marginální oblasti ČR. Do pokusů byly zařazeny odrůdy pšenice Alka, Astella, Boka, Bruneta, Rexia, Torysa, Trane. Z tritikale byly sledovány odrůdy Presto a Ring. Finálním výstupem je technologie pěstování uvedených druhů v obilnářské, bramborářské a pícninářské oblasti zabezpečující obsah škrobu nad 65 % v sušině zrna s minimálním obsahem NL. Z uvedeného důvodu je metodika polních pokusů zaměřena na ověření vlivu dělené aplikace N v interakci s regulátorem růstu a dobou setí. Dávky N společně s aplikací růstového regulátoru jsou orientovány do raných etap růstu. Regulátor růstu aplikova-ný v odnožování zvýší počet odnoží, které přejdou do generativní fáze a částečně ovlivní zkrá-cení stébla. Součástí pokusů jsou podrobné analýzy půdy a rostlin vždy před a po agrotechnic-kém zásahu a u sklizeného zrna analýzy na obsah škrobu a bílkovin.

Ze sumárních výsledků z jednotlivých lokalit vyplývá, že navržená technologie pěstování umožnila ve všech lokalitách dosáhnout obsah škrobu v zrně ozimé pšenice na úrovni minimál-ně 69 %. Srovnání výnosových výsledků a jeho struktury bylo vztaženo ke kontrolním odrůdám (Hana, Brea, Samanta). Nejvyšší průměrný výnos (5,64 t . ha-1) dosáhla odrůda Alka, současně s optimálním obsahem škrobu (70,4 %) a bílkovin (10,3 %), za ní jako druhá odrůda Astella.

Ve všech termínech setí byl u zkoušených odrůd dosažen nižší výnos zrna než u kontrolních, zároveň byl zjištěn vyšší obsah škrobu a nižší obsah N látek.

Byla potvrzena logická tendence při aplikaci Retacelu R 68 na zahuštění porostu, kdy nej-vyššího pozitivního efektu na výnos zrna bylo dosaženo u méně odnoživých odrůd, zároveň byla zjištěna odrůdová citlivost na regulátor. U středně odnoživých odrůd 1 litr R 68 zvyšoval výnos průměrně o 310 kg oproti kontrole, u více odnoživých odrůd dávka 2 l zvýšila výnos o 320 kg, současně při zvýšení obsahu škrobu a snížení bílkovin v zrně. Obecně středně odnoživé odrůdy byly citlivější na dvojí aplikaci. Více odnoživé odrůdy reagovaly na dvojí aplikaci pozitivně jak z hlediska výnosového tak kvalitativních požadavků. Z výsledků sledování vlivu dvou systémů dusíkatého hnojení (v prvém případě byla poslední dávka aplikována jako regenerační, ve dru-hém jako produkční) vyplývá, že v případě druhého systému došlo pouze u odnoživějících odrůd ke zvýšení výnosu oproti kontrole. U sklizeného zrna došlo v průměru všech lokalit k nárůstu obsahu škrobu (2,7 %) a ke snížení obsahu N látek (1,6 %), což dokumentuje vhodnost zvolené technologie pro zamýšlené využití zrna.

Tritikale bylo v pokusech zastoupeno odrůdami Presto a Ring. Vyšší výnos současně s vyšší škrobnatostí zrna vykazuje odrůda Presto. Jako vhodný se ukázal druhý termín výsevu. Aplikace R 68 u obou termínů setí neměla jednoznačný účinek. U prvního termínu, při aplikaci 1 l v DC 21-24, bylo dokonce zjištěno snížení výnosu o 240 kg . ha-1 (redukcí počtu zrn v klasu v průmě-ru o 33 zrn). Zároveň došlo ke zhoršení obou jakostních parametrů (zvýšení N látek, snížení ob-sahu škrobu).

Vliv dělené aplikace vyzněl pozitivně ve prospěch dvojí dávky N v regeneraci na méně úrodných stanovištích (Bystřice, Hladké Životice), zatímco v úrodnějších podmínkách lokality Tábor nedostatek N v pozdějších fázích podstatně snížil výnos (1200 kg.ha-1). U odrůdy Ring se tyto závislosti neprojevily, rovněž pokud jde o kvalitativní parametry, nedošlo u nich k podstat-ným změnám.

V případě pšenice byl zjištěn vysoce významný vliv odrůdy (P = 0,001) a statisticky vý-znamný vliv agrotech. opatření na obsah škrobu. V procentrickém vyjádření vlivu na obsah škrobu jde o 59 % vliv odrůdy a pouze o 16,5 % vliv agrotechniky. Obsah bílkovin byl velmi vysoce významně ovlivněn odrůdou i lokalitou (P = 0,001), přičemž lokalita dosáhla 98,8 % vlivu.

U tritikale velmi vysoce významně se na obsahu škrobu v zrně uplatnil vliv odrůdy i lokali-ty a to vyváženě (46,2 % vliv odrůdy, 50 % vliv lokality). Ve srovnání se pšenicí je u tritikale zřejmý pokles vlivu odrůdy. Obsah bílkovin byl u tritikale velmi vysoce významně ovlivněn lokalitou - podíl 96,7 %. Je tedy zřejmé, že hlavní technologický parametr - obsah škrobu v zrně je u obou cereálií ovlivněn dominantně odrůdou, přičemž u tritikale nižším podílem. U pšenice lze tento parametr ještě přibližně ze 17 % ovlivnit agrotechnikou. U tritikale naopak lze počítat s velmi silným vlivem lokality, která je svým vlivem na obsah škrobu ekvivalentní vlivu odrůdy.

Na základě výše uvedených poznatků i předchozích zkušeností byla vytvořena rámcová technologie pěstování ozimé pšenice, která bude postupně upřesňována (tab. 2).

Tab. 2: Zásady pěstební technologie pšenice ozimé na výrobu etanolu

v marginálních oblastech

Závěr

Využívání obnovitelných energetických zdrojů je třeba podporovat, neboť zemědělcům se tím nabízí další možnosti uplatnění své produkce. Při získávání alternativních forem energie (bioetanol, biodiesel, biomasa, bioplyn apod.) je však nutno dosáhnout i pozitivní ekonomickou bilanci, která by zároveň vedla k získání žádoucích ekologických efektů a k rozvoji zemědělství. Dosud provedené ekonomické analýzy pro podmínky našeho státu i přesto, že půjde o orientaci na výrobu bioetanolu pouze z přebytků obilí, ukazují na bezpodmínečnou účast státu jak z hlediska subvencí, tak legislativy, neboť z úkolů, které bude třeba pro zavedení lihobenzino-vého programu u nás vyřešit, jsou úkoly agronomického charakteru nejlépe zvládnutelné.

Základní literatura je k dispozici u autorů příspěvku.

V příspěvku jsou uvedeny výsledky projektu NAZV č. 960 99 6666