uprawa judry, Judra [ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Roman WOJTKOWIAK¹,Paweł FRĄCKOWIAK²,Katarzyna GLAZAR¹,Krzysztof ZEMBROWSKI²¹ Katedra Techniki Leśnej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, ul Wojska Polskiego 71ce-mail: rowojtko@up.poznan.pl ; katmac@up.pozna.pl² Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu, ul. Starołęcka 31e-mail: pawfrack@pimr.poznan.pl ; zembrowski@pimr.poznan.plPRODUCTION COSTS IN A NOVEL METHOD OF MANUFACTURE OF THE METHYLESTERS FROM FALSE FLAX (CAMELINASATIVA L.)OIL FOR FEED THE PISTONCOMPRESSION-IGNITION ENGINESSummaryIn European countries rapeseed oil is the primary fat raw material, but its potential resources are limited because thecultivation of rapeseed requires specific climatic and soil conditions. The paper concerns research on false flax (Camelinasativa L.), a forgotten oil plant, which history of cultivation in the Polish territory dates back to the era of the Lusatianculture. This plant has relatively low requirements both concerning soil and cultivation measures. An estimation of the costswas conducted for the production of biodiesel - fatty acid methyl esters (FAME) from seeds of false flax grown specially forthis purpose under actual farming conditions of the Wielkopolska region. The oil was pressed from seeds in a conventionaloil mill and from the oil, applying an esterification process newly patented by the IIAE employees, fuel for pistoncompression-ignition engines was produced. Production cost per 1 l of biodiesel was PLN 5.82, and when all EU subsidieswere used, the production cost was 2.99 złotys per 1 litre of fuel.KOSZTY PRODUKCJI NOWĄ METODĄ ESTRÓW METYLOWYCH Z OLEJU LNIANKISIEWNEJ (CAMELINASATIVA L.)DO ZASILANIA TŁOKOWYCH SILNIKÓWSPALINOWYCH Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM (ZS)StreszczenieW krajach europejskich podstawowym surowcem tłuszczowym jest olej rzepakowy, ale jego potencjalne zasoby sąograniczone, gdyż uprawa rzepaku wymaga określonych warunków klimatycznych i glebowych. Praca poświęcona jestbadaniom nad lnianką siewną (Camelina sativa L.), zapomnianą rośliną oleistą, której historia uprawy na ziemiach Polskisięga czasów kultury łużyckiej. Roślina ta jest stosunkowo mało wymagająca pod względem glebowym jak i zabiegówagrotechnicznych. Przeprowadzono ocenę kosztów wyprodukowania biopaliwa - estrów metylowych (FAME) zwyhodowanych specjalnie do tego celu w rzeczywistych warunkach rolnictwa wielkopolskiego nasion lnianki siewnej. Znasion wytłoczono olej w standardowej olejarni który z kolei w wyniku nowo opatentowanego przez pracowników PIMRprocesu estryfikacji wyprodukowano paliwo do tłokowych silników z napędem samoczynnym. Koszt wyprodukowaniajednego litra biodiesla wyniósł 5,82 zł, a w przypadku wykorzystania wszystkich dopłat z Unii Europejskiej koszt produkcjiwyniósł 2,99 zł z litr.1. WstępNiniejsza praca poświęcona jest badaniom nad lniankąsiewną (CamelinasativaL.), rośliną oleistą, której historiauprawy na ziemiach Polski sięga czasów kultury łużyckiej(ok. 1400-300 p.n.e.). Początkowo występowała irozprzestrzeniała się jako chwast. Posiada ona wiele nazwludowych, między innymi: lnianka, judra, rydz, ryżyk, rżyj,lennica. Jak podają Dubas i Gładysiak polskie przysłowie„Lepszy rydz niż nic” odnosi się nie do rydza grzyba, jaksię to wszystkim najczęściej kojarzy, którzy to przysłowieznają, ale właśnie do rośliny rydza (CamelinasativaL.). Awiąże się to z wieloletnią wiedzą rolników,żeroślina tamoże być wysiana wszędzie tam, gdzie nic innego nieopłaca się już uprawiać [15], na uprawach przypadłych,przemarzłych, terenach podtopionych. Można ją wysiewaćnawet jeszcze na początku maja, a zbiór dokonujemy wsierpniu. Jej plonowanie nie jest tak wysokie jak rzepaku,ale można ją uprawiać na glebach IV i gorszych klasachgruntów, wszędzie tam gdzie „wysoko zaawansowanehodowlanie” rośliny nie będą rosły.W innym artykule zamieszczonym w niniejszejmonografii, jak również w poprzednich wydawanych przezPIMR monografiach [15, 16, 17] przedstawiono możliwośćprodukcji estrów metylowych oraz zbadano przydatnośćR. Wojtkowiak, P. Frąckowiak, K. Glazar, K. Zembrowskibiopaliwa pozyskanego z lnianki siewnej (CamelinasativaL.) do zasilania tłokowych silników spalinowych zzapłonem samoczynnym (ZS), w maszynach stosowanychw rolnictwie czy leśnictwie.Nie mniej istotnym zagadnieniem, które należyrozważyć przy tego typu pracach badawczych jest ocenakosztów wyprodukowania 1 litra estrów metylowych(FAME - Fatty Acid Metyl Esters) z oleju lnianki siewnej(inaczej zwanej olejem lniankowy czy rydzowym). A więcjej opłacalność czy konkurencyjność w stosunku do olejówpochodzenia mineralnego. Nie uwzględnia się w niniejszejpracy tak istotnych aspektów tego zagadnienia jak:1. uniezależnienie się Polski odźródełenergii którenazwać można „nieprzewidywalnymi” (Rosja, KrajeBliskiego Wschodu),2. ograniczaniedeficytuwymienialnychśrodkówpłatniczych (pieniądze zostają w kraju, w rękachrolników i ludzi związanych z tym sektorem)3. Dyrektywy UE dotyczącej zwiększenia OZE(OdnawialnychŹródełEnergii)wbilansieenergetycznym Polski,4. zwiększanie zbytu na produkty rolników,5. zwiększanie zatrudnienia w miejscach dotychczasnajbardziej dotkniętych bezrobociem - zwłaszcza nawsi,164„Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(4)6. wzrost dobrobytu społeczeństwa polskiego.2. Cel i zakres pracyGłównym celem niniejszej pracy było sprawdzenieopłacalności procesu wytwarzania estrów metylowych zlnianki siewnej. W tym aspekcie brane były pod uwagęnastępujące czynniki: wyhodowanie nasion, wytłoczenieoleju z tych nasion, składowe kosztów wytworzenia estrówmetylowych, kalkulacje opłacalności, energochłonność ikosztowność tłoczenia i estryfikacji. Przy czym za celpostawiono sprawdzenie kosztów hodowli lnianki wwarunkach wielkopolskich oraz przydatności nowejtechnologii estryfikacji opracowanej w PrzemysłowymInstytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu.3. Metodyka badańBadania kosztów produkcji olejów napędowych wniniejszej pracy ograniczono do jednej rośliny oleistej, jakąjest lnianka siewna (CamelinasativaL.). Zakres badańobejmował hodowlę lnianki, wytłoczenie oleju oraz etapwyprodukowania z oleju estrów metylowych na skalęlaboratoryjna oraz półprzemysłową.3.1. Uprawa lnianki siewnej (Camelinasativa (L.)Nasiona do uprawy uzyskano z Katedry Genetyki iHodowli Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.Uprawa lnianki została założona w gospodarstwie JackaBzdziela w Dusznikach. Wielkopolskich. Miejscowość ta,leży w województwie Wielkopolskim, ok. 60 km odPoznania. Powierzchnia uprawy wynosiła 1ha, miała kształtklina. Klasę gleby określono jako IVd/V. Ostatniouprawianą tam rośliną była pszenica.Powierzchnię zaorano 15 sierpnia 2007 r. wraz z wałemdogniatającym. Po orce nawieziono nawozem SuproFoska25, 300 kg/ha. Następnie gleba została zbronowana ipowłókowana w celu jak najlepszego zabezpieczenia glebyprzed utratą wilgotności. Kolejnym etapem był siew.Lniankę wysiano na początku września, tego samego rokusiewnikiem zbożowym.Wiosną po wzejściu siewek został wykonany opryskśrodkiemchwastobójczym Lontrel 2,5 l/ha. W celuuzupełnienia składników mineralnych pod koniec marcazastosowano saletrę amonową (zawartość azotu N – 34%)w ilości 200 kg/ha. Koleją dawką nawozu był salmiak zmagnezem (zawartość azotu N – 27,5%). Salmiaku zużyto150 kg/ha.jednoetapowo, kombajnem Bizon. Nasiona lnianki siewnejcharakteryzują się stosunkowo niewielkimi wymiarami(rys. 1). Przeciętnie 1000 nasion waży od 0,8 do 2 g. Takmałaśrednicanasion, stanowi dość duże utrudnienie przyich zbieraniu i omłocie. Z tego też powodu oraz z uwagi nanieszczelności w samej maszynie, zanotowano straty plonuprzy omłocie wielkości około 10%. Zebrano 1150 kgnasion, co daje plon 11,5 q z hektara.3.2. Wytłoczenie oleju z nasion lnianki siewnej(CamelinasativaL.)Jak już wspominanośrednicanasion lnianki siewnej jeststosunkowo nieduża. Te małe wymiary nasion, stanowiąrównież znaczne utrudnienie przy wytłaczaniu z nich oleju.Zwłaszcza najczęściej spotykanymi prasamiślimakowymi,z tego względu do wytłaczania oleju lniankowego, (wniektórych rejonach nazywanego rydzowym), wykorzystujesię prasy tłokowe. Prasy tego typu są bardziej uniwersalne,umożliwiają wyciskanie oleju z nasion o dowolnychwymiarach i kształtach, ale ich stosowanie jest stosunkowobardziej pracochłonne.Olej z nasion lnianki wytłoczony został metodą tłoczenia„na zimno” w Zakładzie Wytłaczania Oleju w GrodziskuWielkopolskim. Sam proces prowadzony jest tradycyjnymimetodami, z wykorzystaniem maszyn nie najnowszejgeneracji. Tym samym jest on dość praco- i czasochłonny,ale jakość otrzymywanego oleju jest znacznie wyższa, niżolejów otrzymywanych w nowoczesnych olejarniach,żeoolejach ekstrahowanych nie wspomnimy. Oleje tłoczone nazimno zawierają w swoim składzie więcej nienasyconychkwasów tłuszczowych oraz pierwiastki takie jak: fosfor,potas iżelazo.Odznaczają się też intensywniejszą barwą izapachem.Wpierwszymetapie,nasionapozbawionozanieczyszczeń i trafiły one do płatkownicy (rys. 4)Przechodząc w niej przez 4 rzędy walców, zostałyzgniecione, co później ułatwiło wytłoczenie z nich oleju.Rys. 2. Poletko lnianki z zawiązanymi nasionamiFig. 2. Field of false flax with set seedsRys. 1. Nasiona lnianki siewnejFig. 1. Seeds of false flaxZbiór nastąpił na przełomie lipca i sierpnia (2008 r.)R. Wojtkowiak, P. Frąckowiak, K. Glazar, K. Zembrowski165„Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(4)Rys. 3. Kłos lnianki siewnejFig. 3. Ear of false flaxpionowej prasy tłokowej (rys. 6), w której nasionanasypywano warstwowo, każdą porcję oddzielając blaszanąprzekładką i warstwą pergaminu. Jednorazowy wsad doprasy to około 100 kg nasion. Po uruchomieni prasynasiona są zgniatane siłownikami hydraulicznymi awyciśnięty olej wypływa szczelinami, które znajdują się naobwodzie cylindra. Po wyciśnięciu oleju w prasie pozostająwytłoki (makuch) (rys. 7).Pozostałości te (z lnianki siewnej) wykorzystywane sąjako dodatki do pasz, dla trzody chlewnej, bydła i innychprzeżuwaczy. Nie nadają się w zasadzie dla drobiu. Mogąbyć również używane jako materiał opałowy. W niektórychtłoczniach służą do wytworzenia energii potrzebnej doprowadzenia procesu lub zapewnienia odpowiedniejtemperatury pomieszczeń.Rys. 4. PłatkownicaFig. 4. Flaking machineNastępnie nasiona przenoszone były do urządzeniazwanego podgrzewaczem (rys. 5), gdzie ich temperaturępodnoszono do około 60ºC. W tym momencie do nasiondodawana jest pewna ilość wody, celem zapewnienia jaknajwyższej wydajności procesu. Wielkość udziału wodyjest tajemnicą firmy i stanowi jeden z istotnych elementówprawidłowego i optymalnego procesu technologicznego.Rys. 6. Prasa tłokowaFig. 6. Ram balerRys. 7. WytłokiFig. 7. Pressed residues4. Wyniki badańW całkowitym koszcie wyprodukowania paliwauwzględniono wszystkie koszty związane z wyhodowaniemnasion, wytłoczeniem z nasion oleju i koszt estryfikacjitego oleju.Rys. 5. PodgrzewaczFig. 5. HeaterPo upływie około 30 minut nasiona przerzucane były doR. Wojtkowiak, P. Frąckowiak, K. Glazar, K. Zembrowski4.1 Koszty wyhodowania lnianki siewnejW zamieszczonych niżej wynikach uwzględnionokoszty zabiegów agrotechnicznych oraz zużycie oleju166„Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(4)produkcji rolniczej, której wysokość dotyczy powierzchninapędowego przy pracach, w których był wykorzystywanydo 50 ha, oraz dopłaty energetycznej. Tą ostatniąwłasny ciągnik (tab. 1-6). Uwzględnione zostały równieżkoszty materiałów użytych podczas hodowli i pielęgnacjiwprowadzono w 2007 roku w wysokości 45 euro/ha doroślin wykorzystywanych na cele energetyczne. Właściciel(wartości i ilości) i koszty ogólnogospodarcze. Sumępowierzchni badawczej, na której była hodowana lnianka,wszystkich kosztów przeliczono na 1ha powierzchni.nie skorzystał z wyżej wymienionych dopłat, jednak możnaNiezostałytutajuwzględnioneprzychodybyło je z powodzeniem wykorzystać. W tab. 3 podanopomniejszające koszty (tab. 4) w postaci dopłatywysokości dopłat.bezpośredniej, ONW – dopłaty do trudnych warunkówTab. 1. Koszty zabiegów agrotechnicznych oraz zużycie oleju napędowego w uprawie 1 h lniankiTable 1. Costs of cultivation measures and consumption of diesel oil in false flax cultivation (1 ha)Lp.1.2.5.6.Rodzaj zabieguZużycie ON [l/ha]Koszt [zł/ha]UwagiOrka20682h, 3,40zł/l ON1Bronowanie, włókowanie + siew-100UsługaOprysk chwastobójczy-25UsługaNawożenie Saletrą, Salmiakiem i Suprofoską 25-75(3 x 25 zł) usługa(przedsiewnie)7.Zbiór-273,001,3h; (210 zł/h)8.--Suma541 zł1)Na dzień 1 września 2007 roku inicjalna cena paliwa wynosiła 3,80 zł/l, jednak rolnikom Urząd Gminy w tamtym okresiezwracał 40gr od każdego litra zakupionego paliwa, stąd cena 3,40 zł/lTab. 2. Koszty materiałów i koszty ogólnogospodarcze poniesione na uprawę lniankiTable 2. Costs of materials and general economic costs incurred for cultivation of false flaxLp.Składnik kosztów[zł/ha]Uwagi1.Suprofoska 25234 zł300kg/ha, (780zł/t)2.Mocznik8,5 zł10kg/5kg nasion (850zł/t)3.Saletra amonowa N-34%142zł/ha200kg; (710zł/t)4.Salmak z magnezem N-27,5%102zł/ha150 kg; (680zł/t)5.Lontrel145zł/ha2,5l/ha1)6.Nasiona--8.-Suma631,5 zł8.Suma + Koszty ogólnogospodarcze (10% sumy kosztów)694,65 zł-9.-Suma kosztów na ha694,6510.-Suma wszystkich kosztów na ha1235,651)Koszt nasion nie został uwzględniony, gdyż uzyskano je z Katedry Genetyki i Hodowli Roślin Uniwersytetu Przyrodniczegow PoznaniuTab. 3. Przychody pomniejszające koszty wytworzenia oleju z 1 haTable 3. Revenue reducing the costs of the false flax oil production from 1 ha of cultivation fieldLp.1.2.3.4.5.Rodzaj przychoduDopłata bezpośredniaDopłata ONWDopłata energetycznaDochód ze sprzedaży wytłokówSumaWysokość dopłaty [zł]589,73170,10175,50828,001763,334.2. Koszty tłoczenia nasion lnianki siewnejWyniki próby tłoczenia nasion dotyczą ilościotrzymanego oleju jak i pozostałych produktów powstałychw procesie. Koszt wytłoczenia 1 l oleju zawiera w sobiekoszty robocizny oraz zużytej energii elektrycznej.Amortyzacja maszyn używanych w procesie tłoczeniazostała pominięta, z uwagi na zaawansowany wiek maszyn.Z badań wynika,żepo odliczeniu wszelkichprzychodów, czy to z tytułu dopłat, czy sprzedażyR. Wojtkowiak, P. Frąckowiak, K. Glazar, K. Zembrowskimakuchu, koszt wyprodukowania i wytłoczenia 1150 kgnasion wyniósł 173,52 zł (nie biorąc pod uwagę kosztuzakupu nasion). Koszt uprawy 1 ha lnianki, pomniejszony okwoty dopłat wyniósł 300,32 zł. Dopłaty bezpośrednie,unijne i przychód ze sprzedaży makuchu obniżają kosztwytworzenia oleju o 84,36%. Korzystając z dopłat,wyprodukowanie 1 l oleju lniankowego będzie kosztowało0,48 zł, czyli o 2,59 zł mniej niż w przypadku, gdy z nichnie korzystamy.4.3. Koszty procesu estryfikacji167„Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(4)Najważniejszym aspektem procesu estryfikacji jestilościowe ujęcie substratów i produktów reakcji na skalęlaboratoryjną i półprzemysłową. Pewien pogląd na tenobraz reakcji mogą dać procentowe wykresy udziałusubstratów i produktów. Ich szczegółowe wartościprzedstawiono w artykule o procesie produkcji estrów zlnianki siewnej [18] zawartym w niniejszej monografii.Kolejnym co do wagi czynnikiem jest kosztownośćTab. 4. Wyniki próby tłoczeniaTable 4. Results of pressing testsLp.1.2.3.4.5.6.7.8.ParametrIlość nasionZaolejenie nasionUzysk oleju na prasieIlość oleju (l)Ilość oleju (kg)Olej pozostały w wytłokachMasa wytłokówZaolejenie wytłokówprocesu. Jest ona uzależniona od ceny składnikówniezbędnych do jego przeprowadzenia. Z ekonomicznegopunktu widzenia ważna jest opłacalność procesu, o czymważy cena finalnego produktu oraz procentowy udziałposzczególnych składników kosztowych. Sporządzonoanalizę kosztową w oparciu o wynik estryfikacjiprzeprowadzonej według nowej technologii opracowanej wPrzemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu.Ilość122,5 kg35,00%28,00 %38,45 l34,3 kg10,6 kg88,2 kg12,00 %UwagiGęstość 0,892 g/cm³72% wagi nasionTab. 5. Koszt wyprodukowania oleju lniankowego z uwzględnieniem kosztów wytworzeniaTab. 5. Cost of producing of false flax oil taking into consideration the production costsLp.1.2.3.4.5.KosztyKoszt wytworzenia nasionKoszt wytworzenia nasionKoszt wytłoczenia nasionKoszt wyprodukowania 1 litra olejuKoszt wyprodukowania oleju z całościpozyskanych nasionIlość1150 kg1t1150 kg1 l.1150 kgWartość[zł]1235,651074,47702,203,071109,85Wartość pomniejszonao dopłaty [zł]300,32261,14-0,48173,52Tab. 6. Koszt wyprodukowania FAME z oleju lniankowegoTab. 6. Costs of FAME production from false flax oilKosztReaktor o wydajności 60 l/dobę, moc grzałek1,8 kW, silników 0,8 kWKoszt wyprodukowania oleju lniankowegoIlość uzyskanego FAMEKoszt ekstrakcji- Metanol techniczny- Kwas ortofosforowy- Wodorotlenek sodu NaOH- Energia elektryczna- RobociznaSUMAKoszt wyprodukowania oleju pouwzględnieniu dopłat UESuma po uwzględnieniu dopłat UEKoszt produkcji 1 l biopaliwa - FAMEKoszt produkcji 1 l biopaliwa FAME zuwzględnienieniem dopłat UEj.mIlośćWartość [zł]Uwaginie uwzględniono jego amortyzacjill.llkgkWhhlzłzł38,4535,179,810,120,372,383,3138,45118,043,07 zł/litrWydajność metanolizy 89,65 %1,35 zł/l + 22% VAT (1,65 zł)24,00 zł/l + 22% VAT (29,28zł)2,61 zł/kg + 22% VAT (3,18zł)0,34 zł/kWh19,57zł/h0,48 zł/litr204,70/35,17=5,82105,13/35,17=2,9916,383,511,180,8164,78204,7018,47105,135,822,99R. Wojtkowiak, P. Frąckowiak, K. Glazar, K. Zembrowski168„Journal of Research and Application in Agriculture Engineering” 2009, Vol. 54(4) [ Pobierz całość w formacie PDF ]