Mūsų krašto gamtinės ir klimato sąlygos bei reljefas (ypač kalvuotoji dalis, užimanti 31,6 proc. žemės ūkio naudmenų) labiau tinka žolininkystei negu intensyviai žemdirbystei plėtoti. Šiuo metu nebenaudojamų kalvotų ir mažiau derlingų dirvožemių priskaičiuojama per pusę milijono hektarų.

Daugiamečių žolynų dirvosauginė reikšmė yra gana svari ir patikrinta ilgamečių tyrimų: žolynai stabilizuoja gamtinius ir antropogeninius procesus kalvose, reguliuoja aplinkinių teritorijų hidrologinį režimą ir yra neginčijamai pranašesni už vienamečius augalus. Varpinių-ankštinių žolių mišiniai gausina dirvožemį biologiniu azotu, tad sumažėja cheminių trąšų poreikis, ir pagerina dirvos struktūrą. Žolynai sėkmingai gali būti naudojami apleistoms žemėms konservuoti.

Vertinant pastarųjų dešimtmečių gamtinės energijos koncentraciją, apskaičiuoti energetiniai ekvivalentai nebuvo pastovūs. Pagal bendrą 1 ha energetinį derlių pirmavo auginamos daugiametės žolės, kuriose susikaupė vidutiniškai po 160 GJ ha^-1 cheminės energijos, tuo tarpu javuose - 134, bulvėse - 53, pašariniuose šakniavaisiuose - 137. O. Bundinienė, energetiniu požiūriu įvertinusi intensyviąją ir tausojamąją žemdirbystės sistemas, nustatė, kad energijos efektyvumas (santykis tarp derliuje sukauptos ir tam derliui sukurti sunaudotos energijos) organinėje-biologinėje daugiamečių žolynų auginimo sistemoje buvo 2,6 karto didesnis negu lauko augalų toje pačioje auginimo sistemoje.

Žoliniai augalai energetiniams tikslams tiriami ir naudojami įvairiose pasaulio šalyse. Daugelyje Europos šalių populiariausi yra nendriniai dryžučiai (Phalaris arundinacea), soros (Panicum virgatum), drambliažolės (Miscanthus spp.). Pastarieji du žoliniai augalai energetiniams tikslams plačiai auginami tik šiltesnio klimato zonose. Nendriniai dryžučiai - tai aukštaūgė varpinė šakniastiebinė žolė, labiausiai mėgstanti drėgnesnius dirvožemius, tačiau gerai auganti ir normaliose bei sausesnėse žemėse. Palankiais metais jų biomasės sausųjų medžiagų derlius viršija 10 t ha^-1. Panašų derlių gali išauginti šakniastiebinės aukštaūgės beginklės dirsuolės ir nendriniai eraičinai.

Tradicinių pašarui naudojamų žolinių augalų biomasės derliui nuimti ir kurui ruošti tinka tos pačios technologijos ir technika kaip ir pašarinėms žolėms bei šiaudams. Kurui, kaip ir pašarui ruošiamą žolę reikia nupjauti, išdžiovinti iki 17-20 proc. drėgnio, supresuoti į ritinius arba ryšulius ir laikyti dengtoje saugykloje. Tokiai technologijai reikia parinkti racionalią techniką, taip pat svarbu atlikti šios technologijos energetinį įvertinimą.

Energetiniai žolynai ir jų derlius

Pirmieji žolynų auginimo biokurui bandymai pradėti LAMMC Žemdirbystės institute 1997-1999 m. Nuo 2000 metų tirti 8 skirtingos rūšinės sudėties žolynai. Parenkant varpinių žolių rūšis gryniems žolynams ir mišiniams orientuotasi į Europoje tiriamus žolinius augalus, iš kurių populiariausiais laikomi drambliažolės ir nendriniai dryžučiai. Drambliažolėms mūsų klimatas yra per šaltas, todėl, be nendrinių dryžučių (Phalaroides arundinacea L.), tirti dar pasirinktos beginklės dirsuolės (Bromopsis innermis Leyss.) ir nendriniai eraičinai (Festuca arundinacea Schreb.). Grynieji varpiniai žolynai tręšti mineralinėmis azoto trąšomis (2 kartus po N₁₂₀). Pagal naudojimą kurui paskirtį sudaryti specifiniai mišiniai su ankštinėmis žolėmis, kurie Lietuvoje tirti pirmą kartą. Parinktos ankštinės žolės taip pat aukštaūgės, medingos, duodančios daug biomasės - tai rytiniai ožiarūčiai (Galega orientalis Lam.), geltonžiedžiai barkūnai (Melilotus officinalis Lam.) ir daugiamečiai lubinai (Lupinus polyphyllus Lindl.). Bandymai biomasei įvertinti vykdyti lengvo priemolio su smėlio priemaiša dirvožemyje, kuriame humuso buvo tik 1,5-1,7, P₂O₅ - 0,12, K₂O - 0,95 proc. Priešsėlis - burnočiai. Laukeliai - po10 m².

Ankstesniųjų tyrimų (1997-1999 m.) duomenimis, pirmųjų dvejų derliaus metų žolynuose grynų varpinių žolių krūmijimąsi ir biomasės priaugimą skatino tręšimas azotu, ypač N₉₀. Nendrinių eraičinų ir beginklių dirsuolių mišiniai geriausiai derėjo su geltonžiedžiais barkūnais, atitinkamai 13,5-14,8 t ha^-1 SM. Beginklės dirsuolės (ir grynuose pasėliuose, ir mišiniuose) derėjo geriau už nendrinius eraičinus. 2002 m. ypač sausringomis sąlygomis visų žolynų biomasės derlius gautas gerokai mažesnis negu palankiais metais. Vėlesniuose bandymuose, kai buvo augintos beginklės dirsuolės ir nendriniai dryžučiai bei jų mišiniai, biomasės derlius buvo pastovesnis, palyginti palankiais 2001 m. beginklių dirsuolių biomasės sausųjų medžiagų kiekis svyravo nuo 6,3 iki 7,8 t ha^-1, nendrinių dryžučių - nuo 7,5 iki 8,8 t ha^-1.

Derlingiausi buvo nendrinių dryžučių mišiniai su lubinais ir ožiarūčiais, jų biomasės priedas sudarė iki 1,8 t ha^-1 SM, palyginti su beginklių dirsuolių. Sausringais metais azoto trąšos buvo svarbios. Jomis patręšus, grynieji varpiniai žolynai užaugino daugiau biomasės negu mišiniai. Mažiausiai sausros paveikė mišinius su ožiarūčiais. Jų mišinių su nendriniais dryžučiais derlius buvo toks pat kaip ir grynųjų, tręštų nendrinių dryžučių.

Įvertinus žolynų, pjautų skirtingais terminais, biomasės derlių nustatyta, kad daugiausia biomasės sausųjų medžiagų gauta nupjovus žolynus liepą-rugpjūtį. Žolynų biomasės derlius, nepriklausomai nuo rūšinės sudėties, lemia žolyno energetinį potencialą.

Vertinimo metodika

2003-2006 m. LŽŪU Žemės ūkio inžinerijos instituto ir LAMMC ŽI bandymų bazėje tirti energetiniai augalai - tradiciniai pašarui naudojami žoliniai augalai (varpinių ir ankštinių žolių mišinys ir grynosios varpinės žolės) ir palyginimui - stambių stiebų žoliniai augalai (topinambai ir saulėgrąžos). Įvertintos augalų biomasės nuėmimo ir jos paruošimo kurui technologijos, atskiroms technologinėms operacijoms parinkta optimali technika. Žolynų biomasės paruošimo ir dorojimo technologiniai procesai (pjovimas, vartymas, grėbimas ir presavimas) tirti ilgose, 50 m ilgio, juostose.

Atliekant technologijų energetinį vertinimą buvo apskaičiuojamos energijos sąnaudos vienam hektarui. Dorojant žolinius augalus pašarui ar kurui, siūlomas supaprastintas gamybos technologijų energetinis vertinimas. Skaičiuojant energijos sąnaudas šiuo metodu, neįvertinamos žmogaus darbo energijos sąnaudos gamybos operacijoms bei energijos sąnaudos mašinoms gaminti.

Atliekant tikslesnį technologijų energetinį vertinimą, papildomai įvertinamas ir atskiroms technologinėms operacijoms naudojamų mašinų energoimlumas ir žmogaus darbo energijos sąnaudos. Mechanizuotų darbų įkainiai, degalų sąnaudos, agregatų našumas, žmogaus darbo sąnaudos apskaičiuojamos, remiantis naujausia informacija pagal Mechanizuotų agroserviso darbų įkainius įvairiems darbams. Naudojant tokią technologijų energetinio vertinimo metodiką, buvo įvertintos augalų auginimo, nuėmimo ir kuro ruošimo atskiros technologinės operacijos bei apskaičiuoti šie energetinio vertinimo rodikliai:

• tiesioginės energijos sąnaudos;
• netiesioginės energijos sąnaudos;
• mašinų energoimlumas;
• žmogaus darbo energijos sąnaudos.

Susumavus šiuos rodiklius, gaunamos bendrosios energijos sąnaudos kurui paruošti iš hektaro (MJ ha^-1). Pagal šias apskaičiuotas bendrąsias energijos sąnaudas palyginamos atskiros technologijos (tradicinių žolių ir stambiastiebių žolinių augalų), įvertinama energijos sąnaudų dalis, tenkanti augalams auginti ir derliui nuimti. Energijos sąnaudų skaičiavimo tikslumas - 0,1 MJ ha^-1.

Energetinių augalų produkcijoje sukaupta energija įvertinama nustatant šilumingumą juos deginant. Atlikus ankstesnius tyrimus nustatyta, kad žolinių augalų biomasės šiluminė vertė prilygsta šiaudams, degios masės žemutinė degimo šiluma 17,0-17,6 MJ kg^-1. Nustačius augalų derlingumą (kg) ir žinant jų šiluminę vertę (MJ kg^-1), galima apskaičiuoti produkcijoje sukauptą energiją (MJ ha^-1).

Technologijos ir jų energetinis vertinimas

Energetinių žolinių augalų biomasės derliui nuimti ir kurui ruošti tinka tos pačios technologijos ir technika kaip ir pašarinėms žolėms bei šiaudams. Kurui, kaip ir pašarui, ruošiamą žolę reikia nupjauti, išdžiovinti iki 17-20 proc. drėgnio, supresuoti į ritinius arba ryšulius ir laikyti dengtoje saugykloje.

Žolei pjauti ir doroti (vartyti, grėbti, rinkti ir presuoti, transportuoti į saugyklą) siūloma taikyti jau išbandytą technologinę schemą.

Žolę geriau pjauti rotacine žoliapjove. Apvytinta žolės masė vartoma rotaciniu grėbliu-vartytuvu.

Esant palankiems sausiems orams, po 5-6 dienų iki 20 proc. išdžiūvusią žolę galima presuoti į ritinius arba stačiakampius ryšulius. Siūloma naudoti Claas, John Deere, Krone, Kverneland, New Holland ir kitų firmų ritininius presus be plėvelės vyniojimo mechanizmų.

Ritiniais kūrenami specialūs 130-500 kW galios katilai. Parenkant ritininį presą žole arba šiaudais kūrenamai katilinei svarbu, kad preso formuojamų ritinių matmenys atitiktų katilo kūryklos matmenis.

Supresuotą žolę reikia nedelsiant surinkti, pakrauti į transporto priemones ir išvežti į saugojimo vietą, kad būtų apsaugoma nuo drėgmės ir lietaus. Ritiniams saugoti geriausiai tinka šieno daržinės, tačiau galima panaudoti bet kokį dengtą pastatą arba laikyti sukrautus stirtose, uždengtose polietileno plėvele. Laikymo vieta turi būti sausa, apsaugota nuo paviršinio ir gruntinio vandens.

Vertinant technologiją kokybiniu požiūriu, buvo nustatyti kurui naudojamų žolinių augalų dorojimo lauke nuostoliai (žolę vartant, renkant, presuojant į ritinius ir transportuojant į saugyklą). Šie nuostoliai sudarė 10-12 proc., į juos atsižvelgta atliekant technologijos energetinį vertinimą pagal augalų derlingumą.

Be tiesioginių energijos sąnaudų įvertinamos ir netiesioginės energijos sąnaudos trąšoms ir sėklai. Pateikti skaičiavimai dviem technologijoms: auginant varpinių ir ankštinių žolių mišinį (netręšiant azoto trąšomis) ir grynas varpines žoles (tręšiant azoto trąšomis). Auginant mišinį, ankštinės žolės dirvoje sukaupia azotą, dėl to jų tręšti azoto trąšomis nereikia.

Varpinių ir ankštinių žolių mišinio netiesioginės energijos sąnaudos:

Ø trąšų barstymas: trąšos - dvigubas superfosfatas - 300 kg ´ 6,4 = 1 920 MJ ha^-1;

Ø trąšų barstymas: trąšos - kalio chloridas - 200 kg ´ 5,3 = 1 060 MJ ha^-1;

Ø sėja, kartu akėjant: sėkla - varpinių+ankštinių (nendrinių dryžučių+lubinų) mišinys - 25 kg ´ 7 = 175 MJ ha^-1.

Iš viso trąšoms ir sėklai: 3 155 MJ ha^-1.

Energijos sąnaudos (su trąšomis, sėkla): 3 761,3+3 155,0 = 6 916,3 MJ ha^-1.

Iš jų: auginimas, trąšos ir sėkla - 4 088,0 MJ ha^-1; nuėmimas - 2 828,3 MJ ha^-1.

Bendrosios varpinių ir ankštinių žolių mišinio auginimo ir kuro ruošimo energijos sąnaudos siekia 8 334,3 MJ ha^-1. Didžiausią energijos sąnaudų dalį (per 80 proc.) sudaro tiesioginės ir netiesioginės energijos sąnaudos. Produkcijoje sukaupta energija siekia iki 140 GJ ha^-1, ji yra apie 16 kartų didesnė už energijos sąnaudas kurui pagaminti.

Skaičiavimuose energijos sąnaudos kurui paruoštiems energetiniams augalams laikyti neįvertintos, nes visoms lyginamoms technologijoms jos yra panašios.

Vertinant grynųjų varpinių žolių (nendrinių eraičinų arba dryžučių) auginimo ir kuro ruošimo technologiją, netiesioginės energijos sąnaudos skaičiuojamos taip:

Ø trąšų barstymas: trąšos - dvigubas superfosfatas - 300 kg ´ 6,4 = 1 920 MJ ha^-1;

Ø trąšų barstymas: trąšos - amonio salietra - 200 kg ´ 27,6 = 5 520 MJ ha^-1;

Ø sėja kartu akėjant: sėkla - nendriniai dryžučiai - 25 kg ´ 7 = 175 MJ ha^-1.

Iš viso trąšoms ir sėklai: 7 615 MJ ha^-1.

Energijos sąnaudos (su trąšomis, sėkla): 3 761,3+7 615,0=11 376,3 MJ ha^-1.

Iš jų: auginimas, trąšos ir sėkla - 8 548 MJ ha^-1; nuėmimas - 2 828,3 MJ ha^-1.

Iš pateiktų duomenų matyti, kad bendrosios grynųjų varpinių žolių auginimo ir kuro ruošimo energijos sąnaudos siekia 12 794,3 MJ ha^-1, jos yra 1,5 karto didesnės už energijos sąnaudas varpinių ir ankštinių žolių mišiniui ruošti. Produkcijoje sukaupta energija siekia iki 115-130 GJ ha^-1, ji yra 9-10 kartų didesnė už energijos sąnaudas kurui pagaminti.

Grynųjų varpinių žolių auginimo energijos sąnaudoms didelę įtaką daro azoto trąšos, dėl to tikslinga varpines žoles auginti su ankštinių žolių mišiniu, tada jų nereikia tręšti azoto trąšomis ir taip sumažinti energijos sąnaudas.

Nustatyta, kad mažiausias energijos sąnaudų skirtumas augalams auginti ir nuimti yra varpinių ir ankštinių žolių mišinio (auginti sunaudojama 4,5 GJ ha^-1, nuimti - 3,8 GJ ha^-1), o didžiausias - topinambų (auginti sunaudojama net 11,1 GJ ha^-1, nuimti - 3,2 GJ ha^-1).

Įvertinus ir stambiastiebius energetinius augalus (topinambus ir saulėgrąžas) nustatyta, kad mažiausios yra bendrosios žolių mišinio auginimo ir derliaus nuėmimo energijos sąnaudos. Jos yra 1,5 karto mažesnės už grynųjų varpinių žolių, 1,7 karto mažesnės už topinambų stiebų ir 1,4 karto mažesnės už saulėgrąžų stiebų kurui paruošti reikalingas energijos sąnaudas.

Taigi galima teigti, kad energetiniu požiūriu kuro ruošimo iš tradicinių žolių technologija yra pranašesnė už kuro ruošimo iš stambiastiebių augalų - topinambų ir saulėgrąžų - stiebų technologijas. Ypač tai išryškėja auginant varpinių ir ankštinių žolių mišinius, kai nereikia naudoti azoto trąšų.