Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(5), 161-170 | DOI: 10.11118/actaun201058050161

Metodika a analýza potenciálu biomasy s využitím GIS v České republice

Kamila Havlíčková, Jan Weger, Jana Šedivá
Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, v. v. i., Květnové nám. 391, 252 43 Průhonice, Česká republika

Článek se zabývá problematikou metodiky a analýzy potenciálu biomasy v ČR s využitím geografického informačního systému. Postup při stanovení potenciálu biomasy je založen na přiřazování výnosů jednotlivých zdrojů biomasy ze zemědělské půdy (druhů plodin) podle bonitačních půdně ekologických jednotek (BPEJ).
Pro geografickou analýzu potenciálu slámy z tzv. konvenčního zemědělství se používají tabulkové výnosy obilovin a řepky udávané k jednotlivým hodnotám hlavních půdně klimatických jednotek (HPKJ). Pro zajištění výnosů pouze na orné půdě je potřeba provést průnik dat HPKJ a LPIS (mapa druhů kultur). Tím je zaručené určení výnosu pouze na orné půdě. V druhém kroku jsou přiřazeny údaje výnosů zrna a vynásobeny koeficientem podílu slámy ke každé HPKJ. Využitelný potenciál obilné slámy pro energetiku je však menší - je nutno odečíst slámu využívanou pro živočišnou výrobu (skot, ovce, berani a koně). U řepky se může využít veškerá reziduální sláma pro energetické účely. Uvažovat je také třeba technologické ztráty při sklizni a transportu (až 10 %). V posledním kroku je třeba zbytkovou slámu po odečtení spotřeby živočišné výroby vynásobit hodnotou výhřevnosti pro jednotlivou plodinu.
Pro zjištění potenciálu biomasy trvalých travních porostů se používají tabulkové výnosy TTP přiřazené hodnotám HPKJ podobně jako u slámy. V prvním kroku se výnosy TTP převádějí do databáze GIS s přiřazenými hodnotami výnosů každé HPKJ. Tyto tabulkové výnosy TTP obsahují "surový" výnos na 1 ha, takže pro posuzování výnosu sušiny je nutno hodnoty opravit koeficientem sušiny 0,20 (20 % sušiny). Ve druhém kroku se provádí průnik dat HPKJ a LPIS. Tím je zaručeno určení výnosů TTP pouze na půdě TTP.
Pro zjištění potenciálu vybraných energetických plodin je potřeba znát výnosový potenciál těchto plodin vztažený k bonitě stanoviště (HPKJ). Pro jednotlivé energetické plodiny byla vytvořena tzv. rámcová rajonizace, která udává očekávaný výnos v systému HPKJ. Pro GIS analýzu se očekávané výnosy energetických plodin převedly do databáze a přiřadily se ke každé jednotce HPKJ. Tím vznikly oborové hladiny jednotlivých energetických plodin, které se v dalším kroku protnuly s ornou půdou a v případě rychle rostoucích dřevin tak i s půdou TTP.
Metodika potenciálu biomasy pro lesní pozemky je založena na jiném principu než přiřazování výnosy dle BPEJ. Pro lesní komplexy jsou zpracovány a pravidelně aktualizovány lesní hospodářské plány (LHP), které popisují skladbu každého lesního porostu. Na základě analýzy LHP je možné vypočíst koeficient, který určuje průměrný výnos biomasy ve formě lesních těžebních zbytků a ve vazbě na rozlohu lesa.
Při analýze potenciálu biomasy bylo uvažováno pro spalování pouze se zbytkovou slámou obilnin a slámou z řepky. Od celkového množství obilné slámy v tunách se odečetla spotřeba slámy na podestýlku a krmení pro živočišnou výrobu. Celkově potenciál pro spalování dosahoval hodnoty 5 677 693 tun, což v přepočtu na energii odpovídá 90 PJ. K produkci bioplynu se uvažovala biomasa z TTP a kukuřice ve formě siláže, kdy se od celkového množství odečetla spotřeba kukuřičné siláže a TTP pro skot. Hodnota potenciálu pak celkově dosahuje hodnoty 14 022 122 tun, což je po přepočtu na energii 46 PJ.

potenciál biomasy, bonitovaná půdně ekologická jednotka, lesní zbytky, trvalé travní porosty, sláma

Methodology of analysis of biomass potential using GIS in the Czech Republic

This article deals with the issue of a methodology for and analyzing biomass potential in the Czech Republic using a geographic information system. The biomass sources considered include cereal and rape straw, permanent grasslands and forest residuals. The process of assessing biomass potential from agricultural soils is based on assigning yields of individual biomass sources according to the production soil-ecological units (BPEJ) which were created for better agricultural planning in the Czech and Slovak Republics. The analysis of energy crop suitability is based on the evaluation of crop yields related to individual BPEJ's respectively to its component the main soil climate units (HPKJ). To ascertain the production potential of residual biomass (straw) from conventional agriculture, the wheat (grain) yield related to HPKJ was multiplied by the straw coefficient. The yield of the permanent grasslands in the main soil climate units was also multiplied by the coefficient of dry matter. The methodology for the analysis of biomass potential for forest land is based on forest management plans that describe the composition of all forest stands. Data from these forest management plans can be used to determine in detail the potential of the forest biomass in individual periods according to the plan for silvacultural treatment and major harvest of the wood. This detailed analysis is suitable only on the municipality level. On a higher government level, the forest management plan can be used to calculate a coefficient that determines the average yield from biomass in the form of forest residuals and in relation to the forest size for specific areas or levels of analysis. The energy potential of residual biomass is around 136 PJ from present area of conventional agriculture in the Czech Republic. Biomass consumption in animal production and harvest loses were deducted from this calculation.

Keywords: biomass potential, soil-ecological units, forest residuals, permanent grasslands, straw
Grants and funding:

This study was performed in the frame of project no. SP/3g1/24/07, which was supported by the Czech Ministry for the Environment.

Received: May 3, 2010; Published: August 6, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Havlíčková, K., Weger, J., & Šedivá, J. (2010). Methodology of analysis of biomass potential using GIS in the Czech Republic. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 58(5), 161-170. doi: 10.11118/actaun201058050161
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. BBC (British Broadcasting Corporation), 2007: Inflación en alimentos limita a la ONU. http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/specials/2007/clime/newsid_7085000/7085227.stm
    2. Calle, F. R., Groot, P., Hemstock, S. L., Woods, J., 2007: The biomass assessment handbook, Bioenergy for a Sustainable Environment, Earthscan, London, UK, p. 269, ISBN 978-1-84407-285-9.
    3. CZ Biom, 2009: Action Plan for Biomass in the Czech Repubic (2009-2011).
    4. Dornburg, V., Faaij, A., Verweij, P., Langeveld, H., Ven, G. W. J. van de, Wester, P., Keulen, H. van, Diepen, K. van, Meeusen, M. J. G., Banse, M. A. H., Ros, J., Vuuren, D. van, Born, G. J. van den, Oorschot, M. van, Smout, F., Vliet, J. van, Aiking, H., Londo, M., Mozaffarian, H., Smekens, H., 2008: Climate Change Scientific Assessment and Policy Analysis. Biomass Assessment of global biomass potentials and their links to food, water, biodiversity, energy demand and economy: Inventory and analysis of existing studies. Supporting document, Report 500102014, Lysen, E., Egmond, S. van (eds.), Utrecht University, Wageningen University, Netherlands Environmental Assessment Agency, Free University Amsterdam, Utrecht, The Netherlands, p. 220.
    5. Faaij, A. P. C., Schlamadinger, B., Solantausta, Y., Wagener, M., 2002: Large scale international bio-energy trade. Proceedings 12th European Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Change Protection, June 17-21, Amsterdam.
    6. Hall, D. O. and Rao, K. K., 1999: Photosynthesis: Studies in Biology, 6th Ed. Cambridge: University Press, Cambridge, 214 p.
    7. Havlíčková, K. et al., 2006: Methodology of analysis of biomass potential as renewable source of energy (In Czech). Acta Pruhoniciana 83: 1-96.
    8. Havlíčková, K. et al., 2007: Plant biomass as a source of energy (In Czech), VÚKOZ, Průhonice, 83 p.
    9. Henke, J., Klepper, G. Schmitz, N., 2005: Tax exemption for biofuels in Germany: Is bioethanol really an option for climate policy? Energy Journal, 30, 2617-2635. DOI: 10.1016/j.energy.2004.07.002 Go to original source...
    10. Lewandowski I., Weger J., van Hooidonk A., Havlickova K., van Dam J., Faaij A., 2006: The Potential Biomass for Energy Production in the Czech Republic - Biomass & Bioenergy 30 (5): 405-421. DOI: 10.1016/j.biombioe.2005.11.020 Go to original source...
    11. Moore, A., 2008: Biofuels are dead: long live biofuels? Part one. New Biotechnology, 25, 1: 6-12. DOI: 10.1016/j.nbt.2008.04.001 Go to original source...
    12. MPO, 2008: Report of independent expert commission on review of energy needs of the Czech republic in long-term horizon (in Czech). Praha, The Czech Republic, 2008.
    13. OECD/IEA 2008a: World Energy Outlook 2008. International Energy Agency, Organisation for Economic Cooperation and Development, Paris, France, 578 p.
    14. OECD/IEA 2008b: Energy Technology Perspectives 2008. In support of the G8 plan of action, scenarios and strategies to 2050. International Energy Agency, Organisation for Economic Cooperation and Development, Paris, France, 650 p.
    15. Patzek, T. W., Anti, S. M., Campos, R., Ha, K. W., Lee, J., Li, B., Padnick, J. and Yee, S. A., 2005: Ethanol from corn: clean renewable fuel for the future, or drain on our resources and pockets? Environment, development and sustainability, 7, 3: 319-336. DOI: 10.1007/s10668-004-7317-4 Go to original source...
    16. Rabbinge, R., 2008a: De plant als fabriek van non-food. Change magazine - Special biomass issue, 4, p. 73.
    17. Report of independent expert commission, 2008: Report of independent expert commission on review of energy needs of the Czech republic in long-term horizon prepared for the government of the Czech Republic (in Czech).
    18. Scholes, H., Manning, M., Markvart, T., 1997: Czech Republic Renewable Energy Study - Resource Assessment Report. CSMa, Pernyn.
    19. Sladký, V., 1996: Utilisation of biomass as substitute of fossil fuels. In: Weger J.(ed.): Production and utilisation of biomass as renewable source of biomass in the landscape. Final report of project PPŽP 640/96, VÚKOZ, Průhonice.
    20. SRCI CS, 1999: National energy efficiency study (In Czech), World Bank.
    21. Ust'ak, S., Ust'akova, M., 2004: Potential for agricultural biomass to produce bioenergy in the Czech Republic. OECD Workshop on Biomass and Agriculture: Sustainability, Markets and Policies. Vienna: OECD Publishing, 229-239.
    22. Weger, J., et al. 2007: Zoning of agricultural land for willow and poplar as a tool to increase biomass production efficiency and to prevent risks of biomass production. 15th European Biomass Conference & Exhibition. Florence: ETA-Renewable Energies, 296-299.
    23. Wroughton, L., 2008: Biofuels major driver of food price rise. http://uk.reuters.com/article/oilRpt/idUKN28611501620080728?sp=true.

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content