Καλλιέργειες για παραγωγή βιοενέργειας και βιουλικών

Καλλιέργειες για παραγωγή βιοενέργειας και βιουλικών Δρ. Έφη Αλεξοπούλου Υπεύθυνη Ενεργειακών Καλλιεργειών Τμήμα Βιομάζας, ΚΑΠΕ Θεσσαλονίκη, 11/6/12

Η παρουσίαση εντάσσεται στο έργο 4FCROPS (www.4fcrops.eu) Το 4FCROPS είναι ένα Ευρωπαϊκό έργο που χρηματοδοτήθηκε στα πλαίσια του 7 Ο Προγράμματος Πλαισίου που ολοκληρώθηκε στο τέλος του 2010. Το κύριο αντικείμενο του έργου 4F CROPS ήταν να καταγράψει και αναλύσεις όλες τις παραμέτρους που θα παίξουν σημαντικό ρόλο στην επιτυχημένη συνύπαρξη των τροφικών και μη τροφικών καλλιεργειών στην γεωργία της ΕΕ27.

Μη τροφικές καλλιέργειες (βιοενέργεια και βίο υλικά) που μελετήθηκαν στα πλαίσια του 4FCROPS Κύριο προϊόν Κλιματική περιοχή Βιοντήζελ Βιουλικά Στερεά βιοκαύσιμα Λιγνοκυτταρινούχες Βιοαιθανόλη Nemorial Ελαιοκράμβη Κάνναβης Λεύκα Reed canary grass - Continental Ελαιοκράμβη Λινάρι Ιτιά Μίσχανθος Ζαχαρότευτλα Atlantic central Ελαιοκράμβη Λινάρι Λεύκα Μίσχανθος Switchgrass Ζαχαρότευτλα Atlantic north Ελαιοκράμβη Κάνναβης Ιτιά Μίσχανθος Switchgrass - Lusitanian Ελαιοκράμβη Κάνναβης Ιτιά Ευκάλυπτος Μίσχανθος Γλυκό σόργο Mediterranean North Ηλίανθος Κάνναβης Λεύκα Καλάμι Γλυκό σόργο Mediterranean North Βρασσική η Αιθιοπία Λινάρι Ευκάλυπτος Αγριαγκινάρα Γλυκό σόργο

Κλιματικές ζώνες και προτεινόμενες μη τροφικές καλλιέργειες Atlantic north: Willow, poplar, miscanthus, switchgrass, rapeseed, flax, hemp Nemoral: Willow, poplar, reed canary grass, rapeseed, flax Lusitanian: Willow, poplar, eucalyptus, miscanthus, rapeseed, hemp, sorghum, sunflower, sugar beets Continental: Willow, poplar, miscanthus, maize, sunflower, sorghum, flax, reed canary grass, rapeseed, flax Mediterranean north: Poplar, miscanthus, giant reed, maize, sunflower, sorghum, flax, sugar beets, soybean, Ethiopian mustard, rapeseed, safflower, kenaf Atlantic central: Willow, poplar, miscanthus, switchgrass, sugar beets, rapeseed, flax Mediterranean south: Giant reed, cardoon, eucalyptus, Ethiopian Mustard, sorghum, flax

Έκταση καλλιέργειας των ενεργειακών καλλιεργειών στην ΕΕ27 Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του έργου EnCrop (www.encrop.eu) η συνολική έκταση καλλιέργειας των ενεργειακών καλλιεργειών για στερεά βιοκαύσιμα κυμαίνεται μεταξύ 500,000 and 600,000 στρέμματα, ενώ η συνολική καλλιεργούμενη έκταση των ενεργειακών καλλιεργειών για υγρά βιοκαύσιμα ανέρχεται στα 25 εκατ. στρέμματα (ελαιοκράμβη, ηλίανθος, σιτηρά). Χώρες στη ΕΕ27 με την μεγαλύτερη καλλιεργούμενη έκταση σε ενεργειακές καλλιέργειες (www.encrop.eu). Χώρα Ηνωμ. Βασ. Σουηδία Φινλανδία Γερμανία Ισπανία & Ιταλία Καλλιέργεια Μίσχανθος Ιτιά Ιτιά Reed canary grass Reed canary grass Μίσχανθος Ιτιά Μίσχανθος Λεύκα

Ερευνητικά έργα για τις ενεργειακές καλλιέργειες στην ΕΕ 3 rd FP (AIR) 4 th FP (FAIR) AIR CT 92 0511 (μίσχανθος), AIR CT92 0041(γλυκό σόργο), AIR CT92 0294 (μίσχανθος), AIR CT93 1378 (ευκάλυπτος), AIR CT93 1089 (αγριαγκινάρα), AIR CT92 0069 (ρετσινολαδιά), AIR CT94 2334 (ρετσινολαδιά), AIR CT 93 1817 (ρετσινολαδιά), AIR CT 94 2465 (reed canary grass), AIR CT 94 0981 (κάρδαμος) FAIR CT96 2028 (καλάμι), FAIR CT97 3701 (switchgrass), FAIR CT96 3186 (ενεργειακά φυτά), FAIR CT96 1913 (γλυκό σόργο), FAIR CT96 1707 (miscanthus), FAIR CT95 0512 (ενεργειακά φυτά), FAIR CT96 1391 (μίσχανθος) 5 th FP ENK CT2001 0524 (πολυετή γρασίδια), QLK CT2001 1729 (κενάφ), ENK 5 CT2002 00623 (δασικά), QLK CT1999 01585 (ιτιά), QLK5 CT2001 00498 (sugar grasses), QLK5 CT2002 02431 (άλγη), QLK5 CT1999 01357 (λεύκα), etc. 6 th FP BIOCARD (αγριαγκινάρα), IP RENEW, IP BIOSYNERGY, GROPGEN 7 th FP ENERGYPOPLAR (λεύκα), SWEET (γλυκό σόργο), JATROPHA (γιατρόφα), OPTIMA (πολυετή γρασίδια), OPTIMISC (μίσχανθος), GRASS MARGINS (πολυετή γρασίδια), MULTIHEMP (κάνναβης), CROPS2INDUSTRY (βιομηχανικά φυτά), 4FCROPS (ενεργειακά φυτά), FIBRA (ινώδη φυτά)

Ελαιούχα Φυτά για βιοντήζελ Ελαιοκράμβη (Brassica napus L.) Βρασσική η Αιθιοπία (Brassica carinata) Ηλίανθος (Helianthus annuus)

Ελαιοκράμβη (Brassica napus L. var. oleifera D.C.) Είναι το πιο σημαντικό φυτό για παραγωγή βιοντήζελ στην Ευρώπη. Στην Ευρώπη το 85% του βιοντήζελ παράγεται από ελαιοκράμβη και το υπόλοιπο από ηλίανθο, σόγια κα. Σύμφωνα με το FAOSTAT η συνολική έκταση καλλιέργειας της ελαιοκράμβης ανέρχεται στα 65.000 εκατ. Στρέμματα με μέσες στρεμματικές αποδόσεις 254 κιλά/στρέμμα. Μέχρι το 2006 η μεγαλύτερη καλλιεργούμενη έκταση της ρετσινολαδιάς ήταν στην Γερμανία. Το 2007 στην Γαλλία καταγράφηκε μεγαλύτερη έκταση καλλιέργειας (15770 εκατ. Στρέμματα στην Γαλλία and 15480 εκατ. στρέμματα στην Γερμανία).

Έκταση καλλιέργειας της ελαιοκράμβης στην ΕΕ27 (Brassica napus L. var. oleifera D.C.) Area harvested (ha) 1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 France Germany Poland United Kingdom Romania Hungary Denmark Lithuania Slovakia Latvia Countries

Βρασσική η Αιθιοπία (Brassica napus L. var. oleifera D.C.) Ετήσιο φυτό που μοιάζει πολύ με την ελαιοκράμβη, αλλά έχει μεγαλύτερη ευαισθησία στο κρύο. Μελετήθηκε διεξοδικά στα πλαίσια του ευρωπαϊκού έργου FAIR CT96 1946. Θεωρείται αξιόλογο φυτό για παραγωγή βιοντήζελ στις Μεσογειακές χώρες. Οι στρεμματικές αποδόσεις του έφτασαν τα 250 κιλά σπόρο ανά στρέμμα. Οι ελαιούχοι σπόροι περιέχουν λάδι σε ποσοστό 35-40%.

Sunflower (Helianthus annuus) Ετήσιο ανοιξιάτικο φυτό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για παραγωγή λαδιού για ανθρώπινη κατανάλωση. Στην χώρα μας η έκταση καλλιέργειας ανέρχεται στα 600.000 στρέμματα για παραγωγή κυρίως βιοντήζελ. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του έργου Probiodiesel (www.probiodiesel.com) ο ηλίανθος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή βιοντήζελ (σύμφωνα με τα πρότυπο EN14214) και πρέπει να ανακατευτεί ή προσθήκη πρόσθετων προκειμένου να πιάσει τις προδιαγραφές του δείκτη του ιωδίου.

Σύμφωνα με το FAOSTAT η συνολική συγκλονιζόμενη έκταση του ηλίανθου στην ΕΕ27 ήταν was 32980 εκατ. στρέμματα με μέση απόδοση 190 κιλά/στρέμμα Harvested area (ha) 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 Romania Bulgaria Spain France Hungary Italy

Reed canary grass (Phalaris arundinaceae) Λιγνοκυτταρινούχα φυτά Μίσχανθος (Miscanthus giganteus) Καλάμι (Arundo donax L.) Switchgrass (Panicum Virgatum) Αγριακινάρα (Cynara cardunculus

Μίσχανθος (Miscanthus giganteus) Πολυετής καλλιέργεια (εγκαθίσταται με ριζώματα ή φυτά) και χρόνο ζωής 10-20 χρόνια. Οι στρεμματικές αποδόσεις στην Β. Ελλάδα κυμαίνονται από 1.5-2.5 τον/στρέμμα. Στην κεντρική και νότια Ελλάδα έχουν καταγραφεί αποδόσεις μέχρι 3 το/στρέμμα σε αρδευόμενα εδάφη. Θεωρείται ότι σε μέτριας γονιμότητας εδάφη η στρεμματική απόδοση είναι 1 με 1.5 τον/στρέμμα. Η θερμογόνος δύναμη του μίσχανθου είναι παρόμοια με του άχυρου (18.2 MJ/kg)

Καλάμι (Arundo donax L) Πολυετής καλλιέργεια που εγκαθίσταται με ριζώματα ή κομμάτια στελεχών ((χρόνος ζωής 15-20 χρόνια). Έχει υψηλές αποδόσεις στην νότια Ευρώπη που σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να φτάσει και τους 4 τον/στρέμμα. Οι αποδόσεις σε μέσης γονιμότητας εδάφη κυμαίνονται από 1.5 μέχρι 3 τον/στρέμμα. Η θερμογόνος δύναμη των στελεχών κυμαίνεται από 17.3 ως 18.8 MJ/kg (4119-4489 kcal/kg) και από 14.8 ως 18.2 MJ/kg για τα φύλλα (3526-4346 kcal/kg). Η περιεκτικότητα σε τέφρα είναι 4-7%.

Switchgrass (Panicum virgatum L) Πολυετής καλλιέργεια που εγκαθίσταται με σπόρο (χρόνος ζωής 10-20 χρόνια). Υπάρχουν κατάλληλες ποικιλίες για όλες τις χώρες της ΕΕ. Για την Ελλάδα οι πλέον κατάλληλες είναι οι lowland ποικιλίες όπως η ALAMO και KANLOW. Στην Ελλάδα οι στρεμματικές αποδόσεις που έχουν καταγραφεί κυμαίνονται από 1 ως 2 τον/στρέμμα. Έχει μελετηθεί το φυτό στα πλαίσια δύο ευρωπαικών έργων στην Ελλάδα; Switchgrass for Energy (www.switchgrass.nl) και το Bioernergy Chains (www.cres.gr/bioenergy_chains)

Αγριαγκινάρα (Cynara cardunculus L.) H αγριαγκινάρα εγκαθίσταται με σπόρο και ο χρόνος ζωής είναι 5 με 10 χρόνια. Μπορεί να καλλιεργηθεί για παραγωγή βιοντήζελ από τους ελαιούχους σπόρους (περιέχουν 20-25% λάδι) και/ή για παραγωγή στερεών βιοκαυσίμων από τη συγκομιδή ολόκληρου του φυτού (με ή χωρίς τους σπόρους). Οι στρεμματικές αποδόσεις ποικίλουν ανάλογα με τη γονιμότητα και το βάθος του εδάφους στη περιοχής της καλλιέργειας (0.5 ως 1.5 τον/στρέμμα). Σημαντικό μειονέκτημα η υψηλή περιεκτικότητα σε τέφρα (μπορεί να φτάσει το 12%), αλλά και η αποκατάσταση του αγρού μετά το πέρας της καλλιέργειας της.

BIOCARD (harvesting)

Φυτά για παραγωγή βιοαιθανόλης Γλυκό σόργο (Sorghum bicolor L.) Ζαχαρότευτλα (Beta vulgaris)

Sweet sorghum (Sorghum bicolor L.) Το γλυκό σόργο είναι ένα σόργο που έχει υψηλή περιεκτικότητα σε διαλυτά σάκχαρα στο στέλεχος. Είναι ενδιαφέρον φυτό για παραγωγή βιοαιθανόλης εξαιτίας της υψηλής του περιεκτικότητας σε διαλυτά σάκχαρα (40-45%) και της υψηλής απόδοσης σε βιομάζα (2 με 3 τον/στρέμμα σε ξηρή βάση). Αν όλα τα σάκχαρα μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν τότε οι αποδόσεις σε αιθανόλη μπορούν να φτάσουν τα 600-650 gal/acre (1 acre = 4 στρέμματα). Συνήθως μόνο το 50% των ολικών σακχάρων μπορούν να μετατραπούν σε Βιοαιθανόλη.

Ινώδη φυτά Λινάρι Κάνναβη Κενάφ

Λινάρι (Linum usitatissimum L.) Η κύρια χώρα παραγωγής του λαδιού από λινάρι είναι ο Καναδάς. Σημαντικές ποσότητες παράγονται στην Αργεντινή, ΗΠΑ και Ινδία. Στην Ευρώπη κύριες χώρες καλλιέργειας είναι η Ουγγαρία, η Τουρκία, η Πολωνία η Ουκρανία και η Τσεχία. Οι αποδόσεις στην ΕΕ του λιναριού είναι άχυρο 700 800 κιλά/στρέμμα, Συνολική απόδοση σε ίνα 250 κιλά/στρέμμα (38%) αποδόσεις σε μακριές ίνες 160 κιλά (24.8%) αποδόσεις σε κοντές ίνες 80 κιλά/στρέμμα, αποδόσεις σε σπόρο 130 κιλά/στρέμμα

Κάνναβη (Cannabis sativa L.) Μπορεί να καλλιεργηθεί σε πολλές κλιματικές ζώνες στην ΕΕ27 Έχει ταχύτατη ανάπτυξη και μέσα σε 100 ημέρες μπορεί να φτάσει το 4 μέτρα ύψος Υψηλές αποδόσεις 1 τόν/στρέμμα με μικρά ποσά λίπανσης Πολλές τελικές χρήσεις Αυτή τη στιγμή μελετάται σε ευρωπαϊκό επίπεδο στα πλαίσια του έργου MULTIHEMP. Στο έργο αυτό ένα από τα αντικείμενα του έργου η γενετική του βελτίωση, αλλά και παραγωγή πολλών τελικών προϊόντων

t/ha 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 Στρεμματικές αποδόσεις της κάνναβης (t/ha) στην Πολωνία (Source: INF, 4fcrops project) 0 Austria Finland France Hungary Italy Netherlands Poland Ukraine Στρεμματικές αποδόσεις (t/ha) UK 2004 2005 2006 2007 Average Total yield [t/ha] 13.98 14.38 11.66 18.88 14.73 Ginned straw yield [t/ha] 12.70 13.10 10.40 17.95 13.54 Seed yield [t/ha] 1.23 1.23 1.21 0.88 1.14 Total fibre content [%] 27.30 26.90 25.80 25.75 26.44 Yield of total fibre [t/ha] 3.47 3.47 3.20 4.24 3.60

Έκταση καλλιέργειας της κάνναβης στην ΕΕ27 (2007/2008/2009) 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 France Germany UK Poland Czech Rep. Hungary Austria Italy Romania Sweden (with no biomass OCM) Ireland (with no biomass OCM) Finland Others Total

Κενάφ (Hibiscus cannabinus L.) Στην Ευρώπη η έκταση καλλιέργειας είναι 5000 στρέμματα (Ιταλία). Στο πρόσφατο παρελθόν η έκταση ήταν 7000 στρέμματα (γύρω από την Μπολόνια) και το υλικό το χρησιμοποιούσε η εταιρεία KEFITALIA (www.fiber-kenaf.com) προκειμένου να παράγει δομικά υλικά και τα υπολείμματα τα χρησιμοποιούσε για στρωμνή αλόγων (γιατί δεν σηκώνει σκόνη). Το φυτό αυτό έχει μελετηθεί σε ευρωπαϊκό επίπεδο στα πλαίσια του έργου BIOKENAF (www.cres.gr/biokenaf) και θα μελετηθεί στα επόμενα χρόνια στα πλαίσια του έργου FIBRA (www.fibrafp7.eu)

Φλοιός Εντεριώνη Κενάφ Ρίζα Φύλλα Άνθη Σπόρος

Χρήσεις κενάφ Απορροφητικά υλικά Πολυμερή Μονωτικά υλικά Βιοπλαστικά Hi-tech Βιοπλαστικά

Στο έργο CROP2INDUSTRY (www.crops2industry.eu) μια σειρά βιομηχανικών φυτών μελετήθηκαν

Ευχαριστώ πολύ (ealex@cres.gr) Χρήσιμες ιστοσελίδες www.4fcrops.eu www.crops2industry.eu www.cres.gr/biokenaf www.cres.gr/bioenergy_chains www.fibrafp7.net www.optimafp7.eu