Prie trumpos rotacijos energetinių augalų priskiriami gluosniai, tuopos, greitai augančios drebulės ir kiti sumedėję energetiniai augalai, kurie per trumpą laiką užaugina didelį biologinės masės kiekį.

Energetinių miškų plantacijoms įveisti ypač tinka mažiau žemės ūkio gamybai naudojami plotai. Tai apsaugos zonos prie vandens telkinių, rekultivuoti žvyro karjerai, vėjo apsauginės juostos, priešgaisrinės juostos spygliuočių miškuose. Energetiniai miškai gali būti auginami kaip alternatyvūs augalai. Lietuvos klimato sąlygomis tikslinga auginti greitai augančius energetinius augalus – gluosninius žilvičius, tuopas.

Gluosnių giraitės – šilumai ir elektrai

Viena iš perspektyvių energetinių augalų rūšių yra gluosniai. Gluosniai energijos poreikiams paprastai auginami giraitėmis. Augalas nukertamas tam tikrais laiko tarpsniais prie dirvos paviršiaus. Tai leidžia vietoj vieno stiebo augti daug atžalų. Gluosnio krūmas gali būti nukertamas iki 6 kartų, paprastai kas 3–5 metai.

Po 25 metų gluosnių kelmai gali būti išrauti, o žemė užsodinta žemės ūkio augalais ar vėl šių medelių giraitėmis. Kai kurie augalai savo šaknyse sukaupia labai daug sausosios medžiagos. Pirmaisiais augimo metais gluosnių šaknys išsidėsto paviršiuje, jos būna retos, bet vėlesniais augimo metais sutankėja ir sukaupia daugiau sausosios medžiagos. Gluosnius kertant kas 3–5 metai, greitai auga naujieji ūgliai. Medeliai dažniausiai naudojami šilumos energijai gaminti. Šilumos energija gali būti naudojama ir elektros energijai gaminti. Elektra naudojama vietoje arba parduodama per paskirstymo tinklą.

Viename hektare gerai prižiūrėtos gluosnių plantacijos kasmet užauga 10–12 tonų sausosios masės, kurios energijos ekvivalentas yra apie 5 000 litrų naftos. Bendrovės „Jūsų sodui“ duomenimis, įrengiant gluosnių plantaciją, 1 ha sodinukų kaina siekia 3 000 Lt, jų priežiūra, tręšimas, purškimas herbicidais atsieina apie 1 050 Lt per metus. Kitais metais ir per likusius 30 ar daugiau plantacijos gyvavimo metų išlaidos labai sumažėja. Vieno hektaro plantacijos eksploatacijos sąnaudos vieniems metams vidutiniškai siekia 408 Lt. Gaunant 1 250 Lt pajamų per metus, pelnas sudaro apie 840 Lt. Panašų pelną galima gauti auginant javus vidutinio derlingumo žemėse, tačiau reikia pažymėti, kad, įveisus gluosnių plantacijas, darbo krūvis palyginti su javais yra gerokai mažesnis.

Švedijos mokslininkų skaičiavimais, sudeginus 1 kg gluosnių, gaunama apytikriai 1 kWh elektros energijos. Rajono, kuriame 100 namų, šildymo sistemai reikia apie 25 ha gluosnių giraitės. Šilumos ir elektros energijos sistema su 100 kW galingumo jėgaine sunaudoja 50 ha plote išaugusią gluosnių medieną. Elektrinei, generuojančiai 5 MW, reikėtų apie 2 500 ha gluosnių.

Gluosniai pjaunami žiemą. Tai sutampa su didžiausiu patalpų šildymo poreikiu, bet elektros energija ir gamybos procese išsiskirianti šilumos energija paprastai reikalinga ištisus metus. Gluosnius nupjovus žiemą būtų mažesnės išlaidos sandėliavimui, o kitą kurą (paprastai miškų ūkio medžio atliekas) reikėtų nuimti per likusį metų laikotarpį.

Laikymas ir transportavimas reikalauja atitinkamo darbų organizavimo. Tik ką pagamintos skiedros laikant gali pradėti gesti. To išvengiama, kai skiedros yra gerai išdžiovintos. Daug lengviau laikyti nesmulkintas gluosnių šakas, bet jas sunkiau transportuoti.

Gluosniai gali būti auginami kartu su kitais medžiais. Švedijoje gluosniai ir tuopos auginami mišriuose miškuose su lapuočiais ar spygliuočiais. Alksniai gali reguliuoti azoto kiekį atmosferoje. Mišriuose miškuose gluosnius reikia mažiau tręšti negu grynus gluosnynus. Eglių sodinukai auga labai lėtai, jiems reikalingas pavėsis ir jie kertami po 25–50 metų. Eglės ir gluosniai gali būti sodinami eilėmis, viena eilė eglių, kita – gluosnių. Gluosnius galima spėti nupjauti 3–4 kartus, kol eglių šakos uždengs visą plotą.

Gluosniai turi būti nupjauti, išvežti iš lauko ir pristatyti vartotojui. Derlius paprastai būna per mažas, kad būtų tikslinga naudoti įprastas miškų mašinas, tačiau per gausus, kad jį būtų galima apdoroti įprastomis žemės ūkio mašinomis.

Taikomos dvi pagrindinės trumpos rotacijos energetinių augalų derliaus nuėmimo technologijos: ● – derliaus nuėmimas ir smulkinimas vienu metu; ● – derlių nuimant viso ilgio stiebais arba juos rišant į ryšulius ir susmulkinant vėliau.

Žiemą šildymo tikslams gluosniai gali būti nukirsti ir iš karto panaudoti. Sandėliuose laikoma labai nedaug ir laikinai. Daugiau sandėliuojama gaminant elektros energiją ar šildant ištisus metus.

Daugelis vartotojų kurui pageidauja skiedrų. Lengva smulkinti gluosnius derliaus nuėmimo metu, tačiau ką tik nukirstų gluosnių skiedros susislegia sandėliuose, išskyrus tuos atvejus, kai yra įrengiama džiovinimo sistema. Alternatyvus būdas – pjauti gluosnius ilgais stiebais (jų kokybė laikant beveik neprastėja, tačiau juos sunku mechaniškai apdoroti) ir susmulkinti prieš pat naudojant.

Derliaus nuėmimo sezonas

Gluosniai dažniausiai kertami žiemą (lapkričio–vasario mėnesiais) jiems numetus lapus. Galima kirtimo sezoną pratęsti nuo vėlyvo rugsėjo iki birželio, bet tada augalų santykinis drėgnis nuimant derlių būna didesnis. Derliaus nuėmimo mašinos užsikemša lapais. Be to, derlius sumažėja, nes maistingos lapuose esančios medžiagos kaip trąša negrąžinamos į dirvą.

Švedijoje optimalus derliaus nuėmimo sezonas yra gruodis–kovas, kada žemė yra įšalusi (ir dėl to gali išlaikyti mašinas) ir nedaug sniego. Didžiojoje Britanijoje yra mažiau problemų su sniegu, tačiau žemė ne visada gali atlaikyti transporto priemones ir mašinas.

Nuėmimo ciklas

Gluosniai, skirti šiluminei energijai gaminti, paprastai yra nuimami trejų metų ciklu. Galimas ir 2, 4 ar 5 metų ciklas, priklausomai nuo augalų augimo spartos ir kuro poreikio. Stiebų storis turi įtakos gaminamo kuro tipui ir kokybei: trumpiau auginant gluosnius, jie būna plonesni ir turi daugiau žievės. Atidėjus derliaus nuėmimą, užauga storesni stiebai, kuriems doroti reikia sudėtingesnių mašinų.

Smulkinimo laikas

Siekiant užtikrinti aukštą pjaustinio degimo efektyvumą, rekomenduotina nuimti lauke išdžiūvusius stiebus anksti pavasarį, iš žemės dar neišėjus įšalui. Iki pavasario lauke laikomi nenupjauti stiebai natūraliai išdžiūva iki 20–25 proc. drėgnio ir jų nereikia papildomai džiovinti. Tačiau ilgai lauke laikant nenupjautus augalų stiebus, padidėja jų biologiniai nuostoliai – pavasarį augalai netenka 5–8 proc. sausųjų medžiagų. Ką tik nukirsti gluosniai susmulkinami sunaudojant mažiau energijos, negu smulkinant stiebus, kurie išdžiūvo sandėliavimo metu. Jei stiebai smulkinami atskirai, tada ekonomiškesnės yra didelės stacionarios mašinos, įrengtos elektrinėje, negu maži individualūs smulkintuvai ūkyje ar didesni mobilūs smulkintuvai, perkeliami iš vienos vietos į kitą.

Tais atvejais, kai kapojus pristato keli skirtingi tiekėjai, gali prireikti juos papildomai smulkinti, atsižvelgiant į naudojamos deginimo įrangos techninius reikalavimus. Tam galėtų būti naudojami Lietuvos įmonėje „Umega“ gaminami medienos smulkintuvai: stacionarus smulkintuvas su elektros varikliu 25 DH-E ar su taktoriumi agreguojamas smulkintuvas. Taip pat importuojami iš užsienio šalių įvairūs stacionarūs smulkintuvai, kurių pasiūla Lietuvoje pastaruoju metu labai padidėjo.  

Nuėmimo būdai

Greitai augančių gluosnių derlius pjaunamas žiemą pertvarkytais kukurūzų kombainais, turinčiais gluosniams, krūmams ir kitiems sumedėjusiems augalams pjauti pritaikytus pjaunamuosius mechanizmus. Kombainas per 1,5 val. gali nupjauti 1 ha. Kompaktiškoje teritorijoje vieno kombaino užtenka beveik 1 000 hektarų.

Pašarų nuėmimo mašinos nesunkiai gali sukapoti gluosnius į mažus gabalėlius, bet jų dydis ir forma ne visada idealiai atitinka energijos konversijos įrengimus. ­Gluosniams ir kitiems trumpos rotacijos energetiniams miškams nupjauti ir smulkinti tinka firmos „Class“ kombainai Jaguar.

Taikant kirtimo ir pjaustymo technologiją, gluosnių pjaustinys yra išmetamas į priekabą, kuri traukiama greta arba už derliaus nuėmimo mašinos, ar į pačios derliaus nuėmimo mašinos bunkerį.

Didelės savaeigės mašinos – pašarų ir cukranendrių nuėmimo kombainai yra dar daug kur naudojamos lauko bandymuose gluosnių stiebams nuimti. Mažesnės, traukiamos kaip priekabos ar sumontuotos ant traktorių, derliaus nuėmimo mašinos tobulinamos iki šiol. Didelių savaeigių mašinų didžiausias darbinis greitis yra 0,6 ha·val.- 1, o sumontuotų ant traktorių – 0,2–0,3 ha·val.- 1. Šiaurės Europoje pašarų nuėmimo mašinos gali būti naudojamos ir kitiems augalams (žolei, kukurūzams ir kt.) nuimti.

Derliaus nuėmimo mašinų projektuotojams gana sudėtinga buvo sukonstruoti tokią mašiną, kuri nukirstų gluosnių stiebus iš išsikrūmijusio kelmo. Gana keblu užtikrinti patikimą stiebų slinkimą per įrengimus. Pašarų ir cukranendrių nuėmimo mašinos gali sukapoti gluosnius į mažus gabalėlius nesunkiai, bet jų dydis ir forma ne visada idealiai atitinka energijos konversijos įrangą.

Stiebus galima nukirsti ir smulkinti stambiomis dalimis. Tokiu atveju lauko operacijos panašios į derliaus nuėmimo būdą nukertant ir sukapojant, tačiau gluosniai yra paliekami 100–250 mm ilgio kapojais, o ne mažomis skiedromis. Storos šakos užima daugiau tūrio negu skiedros ir tai turi įtakos transporto išlaidoms. Storoms šakoms supjaustyti į stambius kapojus naudojama speciali miškininkystės pramonės technika. Gali būti nuimami ir palaidi gluosnių stiebai. Įrenginiai, nuimantys gluosnių derlių natūralaus ilgio stiebais, yra įvairios konstrukcijos: nuo prikabinamų padargų iki savaeigių mašinų, kurių pagrindas – derliaus nuėmimo kombaino važiuoklė.

Derliaus nuėmimo mašina turi surinkti gluosnius į bunkerį ir sumesti į krūvą, pageidautina ant kieto paviršiaus. Jei krūvas reikėtų surinkti iš giraitės ploto, gali būti labai sunku pasiekti didelį darbo našumą, atitinkantį kirtimo ir kapojimo mašinų sistemą.

Bet kokia derliaus nuėmimo mašina, kuri veža natūralaus ilgio gluosnių stiebus horizontalioje padėtyje, būna ilga ir jai reikia plačių pakraščių apsisukti.

Rišti stiebus į ryšulius – mažai sąnaudų reikalaujanti technologija, skirta stiebus surinkti nuo lauko. Atskirų ryšulių rinkimas krautuvu ar rankomis – neintensyvus ir lėtas darbas. Viso ilgio stiebų ryšuliai netinka standartinėms kelių transporto priemonėms, nes ryšulių ilgis priklauso nuo viso stiebų ilgio. Ryšuliai yra įvairios formos ir dėl to juos sunku sukrauti į krūvą. Buvo išbandyta vyniotinio tipo ryšulių technologija, tačiau ryšuliams netiko trimečių gluosnių tankis arba nesisekė pasiekti darbo greičio, reikalingo komerciniam derliui nuimti.

Stačiakampiai ryšuliai efektyviai išnaudoja transporto priemonės tūrį ir sandėliavimo talpą. Žemės ūkio mašinos, slegiančios į ryšulius, gali nevisiškai patikimai apdoroti gluosnius, nes tiekimo mechanizmas turi pajėgti sulenkti storiausius stiebus. Daug lengviau surišti gluosnių šakas negu viso ilgio stiebus, nes storų, atitinkamo ilgio šakų nereikia lenkti, norint tiekti į rišimo mašiną. Kita išeitis yra derliaus nuėmimas lauke, kai ryšuliai rišami pakraščiuose.

Stiebų kirtimo mechanizmai

Daugelyje derliaus nuėmimo mašinų naudojami diskiniai pjūklai. Švytuojančio tipo kirstuvai ir atšipę dantyti diskiniai pjūklai pažeidžia išsišakojusio kelmo kamieną ir suskaldo stiebus žemiau nupjovimo linijos, o tai mažina atsparumą ligoms. Pjaunant stiebus per aukštai, kelmų viršūnės būna apiplėšomos, nes stiebai gali lengvai palinkti nuo pjovimo mechanizmo.

Apvalūs pjūklai gali prinešti sniego į derliaus nuėmimo mašiną ir taip padidinti santykinę augalo drėgmę. Tai nėra problema Didžiojoje Britanijoje ar Olandijoje, bet tai ypač svarbu Švedijoje. Vienas derliaus nuėmimo būdų – pjauti augalą grandininiu pjūklu.

Bet kokioje derliaus nuėmimo technologijoje gali būti nuostolių dėl netaisyklingo nupjovimo aukščio, ypač nelygioje ar provėžų išvagotoje dirvoje. Kai pjaustinys metamas iš derliaus nuėmimo mašinos į sunk­vežimį, gali būti papildomi nuostoliai dėl operatoriaus klaidų (netinkamai nukreipto išmetimo vamzdžio, nubyrėjimo nuo perpildyto sunkvežimio ir kt.).

Reikalavimai gluosnių kuro kokybei

Medienos kuras, kuris yra priimtinas vieniems vartotojams, gali visiškai netikti skirtingiems energijos konversijos procesams. Kuro kokybė gali būti labai įvairi ir daugeliui jėgainių prireikia naudoti kurą daugiau negu iš vieno šaltinio (pvz., ir miškininkystės ūkio atliekas, ir gluosnius).

Drėgmės kiekis turi būti nustatomas, kai energetiniai augalai parduodami. Kai kurioms energijos konversijos sistemoms drėgmės kiekis turi griežtai atitikti normas.

Dalelių dydis ir forma turi įtakos kuro birumui, trinties savybėms ir paviršiaus plotui, kuriame gali vykti cheminės reakcijos. Dujinimui ir pirolizei paprastai reikia mažų dalelių (gluosnio skiedrų). Skiedros taip pat reikalingos daugeliui didelės apimties deginimo sistemų, kad būtų įmanoma pakrauti automatiškai, nors kai kurių tipų krosnys gali deginti ir ištisas gluosnių šakas ar ryšulius. Vienodas skiedrų dydis yra svarbus tam tikroms energijos konversijos sistemoms, tačiau kai kurios derliaus nuėmimo mašinos skaldo gluosnių stiebus ir gamina daug mažų dalelių. Per dideli kapojai gali užblokuoti ar „sudaryti tiltelius“ žaliavos tiekimo sistemose.

Nuo cheminės sudėties priklauso, kiek bus gauta energijos, kiek susidarys pelenų ir kietųjų sąnašų, teršalų, kuriuos reikia išvalyti iš išmetamųjų dujų.

Pelenų kiekis gali būti didelis, jei į derliaus nuėmimo mašiną surinkimo metu patenka žemių ar kai augalai buvo laikomi ant žemės.

Gluosnių auginimo kurui patirtis Lietuvoje

Gluosniniai žilvičiai (Salix viminalis) auga įvairiausiuose dirvožemiuose. Šiuo metu gluosniniais žilvičiais Lietuvoje užsodinta daugiau kaip 500 hektarų.

Šiuo metu Lietuvos specialistai pagrindinį dėmesį skiria Švedijos patirčiai – auginti specialiai energetikos ūkiui veisiamus gluosnius. Šilumos linijų operatoriai Ignalinoje, Molėtuose, Švenčionyse, Šilutėje tikina, kad paklausa gluosnių kurui yra jau dabar ir kad šio kuro kaina kils. Tiesa, šalies miškuose medžio atliekų ištekliai dar neišnaudoti, bet jas surinkti nuošalesniuose miškų kampeliuose yra brangu. Nederlingų žemių apželdinimas mišku taip pat duotų gerų rezultatų, tačiau jais būtų galima pasinaudoti tik po daugelio dešimtmečių.

Lietuvoje veikia daugiau kaip 70 stambesnių medžio atliekomis kūrenamų katilinių, kurios be esminių techninių pertvarkymų galėtų naudoti ir gluosnių kapojus. Pagal savo energetines savybes nedžiovinti 50 proc. drėgmės gluosnių kapojai nesiskiria nuo susmulkintų medžio atliekų, kurios jau dabar naudojamos rajonų katilinėse šilumai gaminti. Išreiškiant šilumine verte, iš 1 t gluosnių kapojų gaunama apie 9 GJ energijos, t. y. beveik tiek pat, kiek ir iš 1 t durpių briketų. Taigi, 1 ha gluosnių derlius leistų pagaminti apie 40 MWh šilumos. Nustatyta, kad norint aprūpinti kuru 10 MW galingumo biokatilinę 6 mėn., t. y. vieną šildymo sezoną, reikėtų paruošti 18 720 tonų gluosnių kapojų. Tokiam kuro kiekiui pagaminti kasmet tektų apsodinti gluosniniais žilvičiais apie 930 hektarų.

Gluosnių auginimo prognozės

Gluosniais galima apsodinti ir pakeles, tokiu būdu žiemą apsaugoti kelius nuo užpustymo sniegu ir sumažinti eismo keliamą triukšmą. Vakarų Europoje gluosniniais žilvičiais apsodinami sąvartynai, neeksploatuojami karjerai arba kitos vietovės. Švedijos patirtis rodo, kad gluosnių plantacijos padidina laukinių gyvūnų skaičių, kartu ir medžioklės plotus.

Pastaruoju metu Lietuvoje susidomėjimas gluosnių auginimu kurui didėja. Stambių katilinių savininkai tvirtina, kad gluosnių kuras tinkamas plačiam naudojimui ir jie gali jį supirkti neribotais kiekiais.

ES numato iki 2010 m. energetikos balanse atsinaujinančios energetikos lyginamąjį svorį padidinti iki 12 proc. Galimybės plėtoti kai kuriuos atsinaujinančios energijos šaltinius Lietuvoje yra ribotos: hidroelektros ištekliai yra kuklūs dėl krašto geografinių savybių, o vėjo jėgaines ekonomiška eksploatuoti tik pajūryje. Rapsų auginimas kurui yra susijęs su nemažomis auginimo ir gamybos išlaidomis. Be to, rapsams reikia derlingų žemių, o gluosniai prisitaiko prie pačių įvairiausių dirvožemių.