Biomasa z miskanta z upraw na zanieczyszczonych glebach przydatna w produkcji biopaliw i biomateriałów

Miskant olbrzymi (Miscanthus giganteus) to wieloletnia trawa kłączowa pochodząca z Azji Wschodniej. To bardzo urokliwy gatunek trawy, który jest rezultatem krzyżowania miskanta chińskiego z miskantem cukrowym. Jego rozmiary potrafią sięgać od 2 do 4 metrów. Miskant olbrzymi ma długie, głęboko zielone liście, tworzące okazałe i gęste kępy, i rośnie bardzo szybko. Na środku każdej blaszki liściowej biegnie charakterystyczny biały pasek wzdłuż głównego nerwu. W okresie jesieni liście przybierają ciepłą słomkową barwę.

Miskant jest rośliną energetyczną uprawianą w celu pozyskania energii z biomasy zgromadzonej w trakcie procesu fotosyntezy. Rośliny energetyczne mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej, ciepła lub biopaliw. W Polsce uprawia się wiele różnych gatunków roślin energetycznych. Wśród drzew i krzewów jest to np. wierzba energetyczna, topola hybrydowa, róża wielokwiatowa, ślazowiec pensylwański, a spośród traw: miskant olbrzymi, mozga trzcinowata, palczatka Gerarda, proso rózgowate.

Naukowcy z Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych (IETU) w Katowicach, Centrum Badań i Innowacji Pro-Akademia z Konstantynowa Łódzkiego, Uniwersytetu z Hohenheim z Niemiec oraz Uniwersytetu z Aberystwyth w Wielkiej Brytanii postanowili zbadać wpływ upraw miskanta oraz jego nasiennych hybryd na jakość gleby, wielkość produkcji biomasy i pobieranie zanieczyszczeń na glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Prowadzono konwersję biomasy na cele energetyczne, badany był odzysk energii w procesie spalania, produkcji biogazu oraz zgazowania biomasy.

W polskiej części projektu badania były prowadzone na poligonie doświadczalnym IETU w Bytomiu. „Badania prowadziliśmy na glebie rolniczej, zanieczyszczonej kadmem, cynkiem i ołowiem na skutek prowadzonej w przeszłości działalności hut cynku i ołowiu w okolicy; gleba została zanieczyszczona na skutek depozycji metali ciężkich emitowanych przez huty do powietrza” - opisał dr Jacek Krzyżak z IETU. Poziom zanieczyszczeń przekraczał od kilku do kilkunastu razy maksymalne dopuszczalne zawartości kadmu, ołowiu i cynku dla gleb rolniczych.

Podejście naukowców koncentrowało się na takim doborze roślin, aby nie pobierały ponadnormatywnych zawartości metali ciężkich i były zdolne do efektywnego wzrostu w środowisku zanieczyszczonym.

„Bardzo dobrym okazał się właśnie miskant, wytwarzający gęsty system kłączy i korzeni w glebie, zatrzymujący zanieczyszczenia w strefie korzeniowej i nie pobierający ich do części nadziemnej” - zrelacjonował dr Krzyżak.

Miskant jest również w stanie – jak opisał naukowiec - „prowadzić sekwestrację dwutlenku węgla w postaci węgla organicznego w kłączach i korzeniach, wpływając pozytywnie na jakość gleby, poprawiając zawartość materii organicznej”. „Generalnie wpływ uprawy tego gatunku na jakość gleby był jak najbardziej pozytywny” - zaznaczył Krzyżak.

Badacz podkreślił, że biomasa miskanta może być uprawą "opłacalną ekonomicznie" o szeregu zastosowań końcowych, na przykład jako paliwo stałe, w materiałach budowlanych, takich jak płyta wiórowa prasowana oraz jako źródło celulozy. Uznał jednak, że zadomowienie się M. giganteus w rolnictwie, szczególnie w klimacie umiarkowanym Europy i Ameryki Północnej, "może stanowić wyzwanie ze względu na stosunkowo wysokie koszty założenia, wąską bazę genetyczną i niską odporność na ujemną temperaturę w trakcie pierwszej zimy po założeniu plantacji”.

Zbiór miskanta odbywa się co roku późną zimą lub wiosną następnego roku. W tym czasie zawartość składników mineralnych zostaje zmniejszona w wyniku ich remobilizacji (przeniesienia) do kłączy. „Niska zawartość składników mineralnych w momencie zbioru jest pożądana w biomasie przeznaczonej do termicznej konwersji (spalania), ponieważ minimalizuje negatywny wpływ na efektywność spalania i obniża emisję” - wyjaśnił naukowiec.

Ekonomiczny okres użytkowania uprawy szacuje się na co najmniej 10–15 lat zbiorów.

„Ze względu na szlak fotosyntezy C4 i wieloletnie kłącza, miskant wykazuje wydajność na poziomie 15-20 ton na rok suchej masy z hektara” - podał naukowiec.

Badania prowadzone były w ramach projektu Miscomar „Produkcja biomasy jako alternatywa dla obszarów zanieczyszczonych i odłogowanych: jakość, ilość oraz wpływ na glebę” (zrealizowany w latach 2016-2019) oraz Miscomar Plus „Biomasa miskanta z terenów marginalnych i zanieczyszczonych PLUS” (realizowany w latach 2020-2024, właśnie zakończony). Obydwa projekty finansowane były w ramach inicjatywy Era-Net FACCE SURPLUS za pośrednictwem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Naukowcy IETU zagospodarowaniem gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi zajmują się praktycznie od początku istnienia Instytutu. W 2007 roku posadzone zostały pierwsze rośliny energetyczne – miskant olbrzymi, a od 2010 badano szereg innych gatunków roślin energetycznych.

W latach 2014-2019 IETU zrealizowało projekt finansowany z 7PR - Phyto2Energy, gdzie badano możliwość produkcji biomasy roślin energetycznych na glebach zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Badania prowadzone były w Polsce – na glebie rolniczej, zanieczyszczonej kadmem, ołowiem i cynkiem, oraz na zrekultywowanym składowisku odpadów komunalnych w Lipsku, w Niemczech, również zanieczyszczonym tymi pierwiastkami. W tym projekcie badanymi gatunkami roślin były miskant olbrzymi, ślazowiec pensylwański, spartina preriowa oraz proso rózgowate. W ramach międzynarodowego konsorcjum przeprowadzone zostały również badania związane z odzyskiem energii z wytworzonej biomasy, w procesie jej zgazowania.(PAP)

Anna Mikołajczyk-Kłębek, Nauka w Polsce

amk/ bar/