У світі дедалі більше уваги приділяється пошуку шляхів використання відновлюваної енергії, накопиченої рослинами завдяки фотосинтезу. Підтвердженням цього є підписання 175 країнами (включаючи Україну) 22 квітня 2016 року у Нью-Йорку нової Кліматичної угоди, яка з 2020 року замінить чинний Кіотський протокол. Угода передбачає уповільнення темпів зростання середньорічної температури повітря, шляхом приведення у другій половині ХХІ століття викидів парникових газів до рівня, який природа здатна переробляти без шкоди для себе. З цією метою передбачається щорічно залучати 100 млрд доларів для заміни традиційних джерел енергії відновлювальними, серед яких значне місце посідає біоенергетика.
Енергетична політика європейських країн, у тому числі й України, значною мірою залежить від імпорту енергетичної сировини. За даними статистики, загальне постачання первинної енергії у 2017 році в Україні становило 89,6 млн т н. е., з яких 35,3 млн т н. е. (39,4%) було імпортовано. У структурі імпорту енергії питома частка вугілля є найбільшою і становить 36,8%, сирої нафти та нафтопродуктів — 31,2%, природного газу — 32,0%. Така структура паливно-енергетичного комплексу може стати загрозою для енергетичної і національної безпеки країни. Тому освоєння відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) слід розглядати як важливий фактор підвищення рівня енергетичної безпеки та зниження антропогенного впливу енергетики на довкілля.
Серед ВДЕ в Україні найбільшу частку займає біопаливо — 79,8%. До основних переваг рослинної біомаси як джерела енергії можна віднести екологічну чистоту викидів порівняно з викопними видами палива, відсутність негативного впливу на баланс вуглекислого газу в атмосфері. Під час згорання біопалива на основі рослинної біомаси в атмосферу викидається менше вуглекислого газу, ніж поглинається рослинами в процесі фотосинтезу, утворюється в 20–30 разів менше оксиду сірки і в 3–4 рази менше золи в порівнянні з вугіллям.
В Україні сьогодні сировинною базою для виробництва твердого біопалива слугують здебільшого відходи деревообробної промисловості (тирса, тріска), солома зернових та зернобобових культур, соняшникова лузга тощо. Надходження такої сировини є нестабільним і носить сезонний характер, що негативно впливає на ефективність роботи установок із виробництва біопалива. Крім того, біопаливо, виготовлене із залишків, містить значну частку (до 10%) зольних елементів, що зменшує його теплотворні властивості та експлуатаційні характеристики котлів.
Однак основний негатив від використання пожнивних решток на біопаливо лежить в екологічній площині, оскільки це призводить до деградації земель та зменшення їх родючості. Родючість — це здатність ґрунту задовольняти потреби рослин в елементах живлення, воді, повітрі й теплі в достатніх кількостях для їхнього нормального розвитку, що в сукупності є основним показником якості ґрунту.
Згідно українського законодавства, земля є основним національним багатством, що перебуває під особливою охороною держави, і є об’єктом права власності українського народу. Обов’язок держави — забезпечувати екологічну безпеку й підтримання екологічної рівноваги на території України. Використання власності на землю не може завдавати шкоди правам і свободам громадян, інтересам суспільства, погіршувати екологічну ситуацію чи природні якості землі. Ґрунти земельних ділянок є об’єктом особливої охорони. Під час ведення сільськогосподарського виробництва пріоритет надається вимогам екологічної безпеки у використанні земельних ресурсів над економічними інтересами.
Тотальна розораність земель, що є найвищою у світі й становить 54% загальної території України, поряд із потужним техногенним навантаженням призвело до різкого порушення співвідношення між ріллею і природними комплексами в структурі земельних угідь. Це спричинило активізацію деградаційних процесів понад 80% земель.
Крім того, в останні десятиліття, на фоні збільшення урожайності основних сільськогосподарських культур, різко скоротились норми внесення органічних добрив, що призводить до щорічних втрат гумусу в середньому на 0,6–0,7 т/га. Якщо на кінець 80-х років минулого століття завдяки внесенню 8,6 т/га органічних добрив втрати гумусу компенсувалися на 90%, то вже на початку 2000-х років за внесення 1,3 т/га дефіцит гумусу збільшився майже у 5 разів. І ця тенденція продовжує зростати, оскільки сьогодні органічних добрив вноситься в середньому близько 0,5 т/га.
Регулювати надходження органіки в ґрунт можливо за рахунок впровадження науково обґрунтованих сівозмін та за рахунок приорювання рослинних рештків (соломи зернових, стебел соняшника та кукурудзи інше). Однак сучасні аграрні виробники нехтують сівозмінами, вирощуючи такі інтенсивні культури, як кукурудза, соняшник, соя, ріпак та інші беззмінно впродовж декількох років. У структурі посівних площ в Україні такі, зорієнтовані на експорт, культури, як пшениця, соняшник, зернова кукурудза, ячмінь, соя та ріпак займають понад 80% (рис. 1).
Рис. 1. Структура посівних площ України за 2017 рік
Усе це призводить до виснаження земель за рахунок зменшення вмісту органічної речовини в ґрунті. За останніми дослідженнями (Медведєв В. В., Пліско І. В. «Цінні, деградовані і малопродуктивні ґрунти України: заходи з охорони і підвищення родючості». Харків, 2015.), втрати гумусу й поживних речовин зафіксовано на 43% площі орних земель України. Використання важкої сільськогосодарської техніки спричинило до переущільнення 39%. Нехтування протиерозійними заходами під час використання схилових земель призвело до масштабного змивання верхнього родючого шару ґрунту внаслідок водної ерозії, від якої потерпає 17% земель. Щорічні втрати гумусу внаслідок ерозійних процесів становлять 24 млн т. Незбалансоване внесення мінеральних добрив (переважно азотних) веде до підвищення кислотності ґрунтів, наслідки якого спостерігаються на 14% орних земель. Весь перелік чинників, які призводять до деградації ґрунтів, та їх масштаби наведено у таблиці 1.
Таблиця 1. Типи й орієнтовне поширення деградації ґрунтів в Україні
Таке варварське відношення до основного національного багатства, яким є земля, згідно Конституції України, призвело до того, що впродовж останніх років близько 8 млн га ріллі не використовується в аграрному виробництві через низьку родючість. На цих землях вирощування традиційних сільськогосподарських культур стало не рентабельним.
Ставши членом Глобального Ґрунтового Партнерства (ГҐП), Україна добровільно взяла на себе міжнародні зобов’язання щодо раціонального використання ґрунтових ресурсів. Особливо це стосується проведення заходів з мінімізації ерозії та підвищення вмісту органічної речовини в ґрунті. Дбайливе ставлення до ґрунтів є законодавчо встановленою нормою, яку повинні виконувати усі виробники сільськогосподарської продукції. Використання земельних ділянок способами, що призводять до погіршення їх якості, забороняється.
У комплексі заходів, спрямованих на призупинення процесів деградації ґрунтів та покращення їх родючості, особлива увага надається використанню пожнивних решток. Заорюючи в ґрунт солому зернових та зернобобових культур, стебла кукурудзи й соняшнику, відбувається часткова компенсація виносу макро- та мікроелементів зерновою частиною урожаю. Крім того, поповнюється запас органічної речовини в ґрунті, покращується його структура та підвищується активність мікробіологічних процесів. Заорювання 1 т соломи озимої пшениці забезпечує надходження 0,2 т/га гумусу. Крім того, одна тонна соломи, за зольності 5%, містить 5,5 кг д. р. азоту, 2,7 кг д. р. фосфору, 18,0 кг д. р. калію, 10,5 кг д. р. кальцію, 5,1 кг д. р. магнію та 250 г д. р. мікроелементів (табл. 2). Для компенсації лише макроелементів, які виносяться 1 тонною соломи озимої пшениці, необхідно внести мінеральних добрив на 650 грн. Якщо вартість компенсаційної норми добрив закласти в собівартість соломи, то вона виявиться занадто дорогою сировиною для біоенергетики.
Таблиця 2. Винос елементів живлення з ґрунту соломою озимої пшениці (за врожайності 4 т/га)
Високий вміст мінеральних елементів у пожнивних рештках та низька температура плавлення золи негативно впливає на теплотворну здатність твердого біопалива, виготовленого з соломи, та експлуатаційні характеристики котлів. Крім того, під час прямого спалювання високозольного твердого біопалива з соломи в атмосферу потрапляють шкідливі речовини, для утримування яких необхідно встановлювати спеціальні фільтри.
Отже, з огляду на вищесказане, пожнивні рештки аграрного виробництва у вигляді соломи зернових культур не можуть бути сировиною для виробництва твердого біопалива, оскільки це не відповідає критеріям сталого розвитку та порушує українське законодавство щодо раціонального використання земель.
М. В. РОЇК, доктор с.-г.наук, професор, академік НААН, директор Інституту
біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН (ІБКіЦБ)
