Студенту на замітку. Реферат: Перспективи вирощування енергетичних культур для виробництва біопалива в Україні

Перспективи вирощування енергетичних культур для виробництва біопалива в Україні

Енергетична незалежність України є одним із найважливіших і невідкладних питань, вирішення якого тісно пов’язано з екологічним станом довкілля, рядом соціальних аспектів, економічною та політичною безпекою. Одним із шляхів поліпшення ситуації є створення альтернативної енергетики і, в першу чергу, розвитку відновлювального біопалива. Порівняно з іншими джерелами відновлювальної енергії саме біоенергія, одержана з біомаси, має численні переваги, зокрема: низькі витрати на виробництво, широку сферу використання, децентралізоване виробництво, а також постійне постачання екологічно безпечної сировини.

Доцільно також відзначити, що для аграрного сектору біоенергія є новим альтернативним джерелом доходу, що сприяє створенню нових робочих місць, а також підвищує значимість сільської місцевості.

Енергетичні культури – це рослини, які спеціально вирощуються для використання безпосередньо як паливо або для виробництва біопалива. Тому, особливої актуальності набуває вирощування нових видів високопродуктивних багаторічних енергетичних рослин, що дозволить щорічно одержувати необхідну кількість біомаси. Енергетичні рослини мають великий урожай і невеликі вимоги до вирощування.

Корнійчук О. В. Потенціал рослинницької галузі України у формуванні біопаливного виробництва // Вісник аграрної науки. - 2022. - № 5. - с. 33-41.

Анотація. Проаналізовано сучасну структуру посівних площ основних груп польових культур і визначено потенціал пріоритетних біоенергетичних культур для виробництва відповідних видів біопалива.

Енергетика є життєво важливим чинником для досягнення стійкого економіко-екологічного зростання, проте подальший економічний добробут може уповільнюватися через постійне збільшення попиту на паливно-енергетичні ресурси, що зумовлено зростанням чисельності населення світу. Це спричинило швидке споживання викопних енергоносіїв (нафти, вугілля, природного газу), спровокувало підвищення цін на енергоносії та викиди відпрацьованих газів в атмосферу. При цьому замінниками викопного палива є відновлювані енергетичні ресурси, зокрема рослинницька біомаса, що починають виконувати основні енергетичні запити, з якими стикаються економіки енергетично залежних країн світу. До таких запитів належать: регулярне оновлення доступних джерел використання, менший рівень екологічного забруднення, зменшення залежності від імпортних поставок викопних енергетичних ресурсів, розширення зайнятості населення та нівелювання сезонності виробництва в аграрній сфері. В умовах світової глобалізації економічний розвиток аграрного сектору набуває пріоритетного значення, оскільки від нього залежить не тільки рівень продовольчої безпеки країни та життєдіяльності населення, а й формування енергетичної безпеки.

Раніше утилізація сільськогосподарських відходів була значною соціальною проблемою в багатьох регіонах світу із інтенсивним сільським господарством. Спалювання в полі рослинних залишків розтрачує ресурси біомаси і спричиняє серйозну небезпеку та забруднення атмосфери. У контексті циркулярної біоекономіки та чистішого виробництва включення побічних продуктів виробництва рослинної біомаси в біоенергетичний ланцюг є основоположним. Завдяки екологічно зумовленому біоенергетичному переходу оцінка залишків біомаси від агропромисловості як відновлюваної енергії має велику вагу у забезпеченні енергетичної безпеки аграрного сектору економіки та зменшенні викидів парникових газів.

Визначальним напрямом аграрної політики України в контексті європейської інтеграції і вступу до світової організації торгівлі (СОТ) є нарощування виробничого потенціалу аграрного сектору економіки держави на засадах ефективного використання енергетичних ресурсів. З цього поляду пріоритетним завданням є інноваційний розвиток рослинницької галузі, що має не тільки велике економіко-політичне, а й енергетичне значення для національної економіки країни та розширення її участі на зовнішніх ринках. Раціональна система організації та ведення сільськогосподарського виробництва передбачає ефективне використання земельних угідь і вирощування конкурентоспроможної продукції.

У загальній структурі посівних площ України пріоритетне значення належить групі зернових і зернобобових (54,9%) та технічних культур (30,6%), які сумарно займають 85,5% усіх посівних площ. Це пов’язано із високим попитом на їхню продукцію як на внутрішньому, так і зовнішньому ринках для забезпечення продовольчої та енергетичної безпеки. Група кормових культур (7,6%) та картопля й овоче-баштанні культури (6,9%) мають незначний загальний вклад, який разом становить 14,5%.

Ці статистичні дані свідчать про те, що загальна площа посівів під основними групами сільськогосподарських культур (зерновими та зернобобовими, технічними, картоплею та овоче-баштанними, кормовими культурами) істотно не змінилася, становлячи в середньому 27 576,4 тис. га. Прогнозні дані свідчать про збереження до 2025 р. окреслених тенденцій щодо формування посівних площ основних груп польових культур в Україні.

Серед основних сільськогосподарських культур, які зазнали найістотніших суттєвих змін у варіюванні посівних площ за останні 11 років і водночас можуть мати різний рівень біоенергетичного значення у вигляді сировини як основної, так і побічної продукції для виробництва біопалива, потрібно виділити пшеницю озиму, кукурудзу на зерно, буряки цукрові, соняшник, ріпак і кользу, сою, картоплю та кукурудзу на корм.

Прогнозні дані до 2025 р. щодо посівних площ основних сільськогосподарських культур біоенергетичного значення свідчать про доцільність використання основної і побічної продукції пшениці озимої, кукурудзи на зерно, соняшнику, ріпаку і кользи та сої для формування сировинної бази у процесі виробництва біопалива на промисловому рівні.

Вірьовка В. М. Перспективні енергетичні культури на осушуваних торфовищах Лісостепу та їх водоспоживання в умовах зміни клімату // Вісник аграрної науки. - 2023. - № 1. - с. 68-76.

Анотація. Визначено продуктивність енергетичних плантацій, досліджено параметри водоспоживання основних біоенергетичних культур на осушуваних органогенних ґрунтах Лісостепу України в сучасних умовах зміни клімату.

Забезпечення водою населення, усіх галузей промисловості і сільського господарства завжди вважалось одним із найважливіших народногосподарських завдань. Сучасні тенденції зміни клімату, їх вплив на водозабезпеченість меліорованих територій гумідної зони України і, як наслідок, зменшення річкового стоку, що є основним джерелом водних ресурсів, призводять до виникнення проблем, які потребують ретельного дослідження і, звичайно, розв’язання.

Україна належить до малозабезпечених водними ресурсами держав світу. На сьогодні обсяги водокористування в басейнах усіх її річок практично досягли верхньої межі, тому існує дисбаланс між потребами у водних ресурсах і можливостями їх задоволення, причому як за кількістю, так і за якістю води.

Слід ураховувати і той факт, що впродовж 20 років у гумідній зоні все частіше спостерігається змішаний тип погоди, коли протягом одного вегетаційного періоду відбуваються тривалі похолодання навесні, настають аномальні погодні явища з екстремально високими температурами повітря влітку, а їм на зміну приходять зливи з надмірною кількістю опадів. Зміна клімату в Україні відбувається приблизно за таким самим сценарієм, як і на планеті: середньорічна приземна температура на території всієї держави підвищилася приблизно на 0,6°С, а у північних і північно-східних її регіонах на 1°С; одночасно амплітуда сезонного ходу температури повітря знизилася на 0,4°С. Річна сума опадів у північно-західних районах зменшилася на 10 - 15% .

Однією з небагатьох позитивних кліматичних змін є те, що теплий період року стає довшим, а це означає, що тривалість процесів фотосинтезу зростає завдяки відносно теплій пізній осені, м’якій зимі та ранній весні. Тобто період активного використання потоку сонячної енергії культурними рослинами для потреб фотосинтезу, коли температура повітря становить 18 - 27^оС, істотно подовжується.

З огляду на такі природні зміни, підбір культур та технологій створення енергетичних плантацій для виробництва біопалива на осушуваних торфовищах потрібно здійснювати з урахуванням їхнього водоспоживання та впливу плантацій на водний режим заплави, а також наявного об’єму акумульованих водних ресурсів.

Спираючись на попередні результати вивчення різних енергетичних культур, що проводилося на Панфильській дослідній станції ННЦ «ІЗ НААН», для визначення водоспоживання в цих умовах було запропоновано використати сорго цукрове, кукурудзу, топінамбур, вербу тритичинкову, міскантус гігантський.

Верба тритичинкова, білоліз (Salix triandra L.), сорт Панфильська. Цей сорт виведено з місцевого клону верби тритичинкової, відібраної в заплаві р. Супій. Його характерними рисами є пристосованість до умов саме карбонатних торфовищ, добра приживлюваність та інтенсивний ріст. Білоліз доцільно висаджувати на ділянках з високим рівнем ґрунтових вод, оскільки він відзначається високим водоспоживанням.

Середній приріст маси верби — 1,5 - 2 м на рік. Збір урожаю здійснюється кожні 2 - 3 роки. З однієї посадки урожай збирають 7 - 8 разів, після чого можна проводити рекультивацію землі під посадку інших культур або закладати нову плантацію верби. Вимогливість до ґрунтів: це мають бути ґрунти середньої якості з великою вологістю. Верба потребує значно меншого удобрення порівняно з іншими енергетичними культурами. Період збору її урожаю — з листопада по лютий, коли опадає листя. Застосовують її як джерело твердого біопалива.

Міскантус гігантський (Miscantus giganteus) — багаторічна трава, що належить до роду рослин родини Тонконогові. Швидкоростуча енергетична культура з високим умістом целюлози, що вважається однією з найперспективніших енергетичних рослин європейської кліматичної зони, оскільки не дуже вибаглива до типу ґрунту, вмісту вологи і температури, може давати врожай на одному місці протягом 30 і більше років, а її продуктивність сягає 25 - 30 т сухої маси на 1 га. Важливе значення для промислового вирощування має також те, що міскантус відзначається високим умістом сухої речовини і наприкінці вегетації мало втрачає масу та зберігає високу стійкість до вилягання.

Але оскільки міскантус гігантський є триплоїдним гібридом і має стерильний пилок, він не утворює насіння і розмножується виключно вегетативно — поділом кореневищ (ризомів). Тому підготовка садивного матеріалу та процес висаджування становлять важливу складову технологічних витрат на закладання плантації. Міскантус можна використовувати для виробництва як твердого біопалива, так і біогазу.

Сорго звичайне, або цукрове (Sorghum bicolor). Має потужну кореневу систему, що проникає на глибину 2 - 2,5 м. Стебло прямостояче, заввишки від 0,5 (карликові форми) до 7 м (тропічні форми). Рослини зернового сорго можуть мати кілька стебел. Урожайність зеленої маси стебел сорго у середньому становить 50 - 80 т/га. Позитивною біологічною властивістю сорго є здатність давати стабільно високі врожаї за високих температур і мінімальних запасів вологи у ґрунті. Сорго вирізняється легкою пристосованістю до ґрунтових і кліматичних умов, воно теплолюбне, посухостійке, добре переносить підвищену концентрацію солей. Культуру можна використовувати як сировину для виробництва біогазу та біоетанолу.

Топінамбур (Helianthus tuberosus L.) — це одна з провідних біоенергетичних культур. Середній вихід спирту з 1 ц бульб топінамбура становить 8 - 9 л, тобто такий самий, як з картоплі. Однак за вищої його врожайності і значно менших виробничих витрат собівартість спирту з топінамбура є набагато нижчою, ніж із картоплі або зерна. Навіть у разі досить високого врожаю зернових культур (50 ц/га) можна отримати не більше І100 л/га спирту, а у разі порівняно невисокого врожаю бульб топінамбура (300 ц/га) — понад 2500 л/га спирту. Для виробництва біоетанолу придатні не лише бульби, а й надземна частина, вихід спирту з якої становить не менше 5%. За врожайності 30 т/га бульб і 40 т/га стебел вихід біо- етанолу перевищує 4,5 т/га. Потенційна врожайність біомаси топінамбура сягає 200 т/га стебел і 120 т/га бульб, проте реальна середня врожайність не більша за 20 -30 т/га бульб.

Кукурудза (Zea mays L.). Добре знана зернова та силосна культура. Останніми роками її широко використовують як відновлювальне джерело енергії для виробництва біоетанолу (з 1 т зерна можна отримати 410 л спирту). Наявність ремонтантних форм кукурудзи дає змогу листостеблову масу цієї культури ефективно використовувати для переробки (ферментації) на біогаз у спеціальних установках. Кукурудза — найефективніша, щоправда, недооцінена, енергетична культура. У Німеччині лише для біогазових комплексів вирощують близько 900 тис. га кукурудзи, що приблизно відповідає її загальній кількості, що культивувалася наприкінці 80-х років минулого століття.

Стебло кукурудзи досягає максимальної висоти напередодні жнив, забезпечуючи найвищий вихід біомаси з гектара. Додатковими перевагами цієї культури є її невибагливість до вологи, незначна потреба у засобах захисту і виділення чималих об’ємів біогазу під час анаеробного зброджування.

Отже, досліджувані енергетичні культури мають різні вимоги як до типу ґрунту, так і до його водозабезпечення.

Семенчук В. Г. Вирощування міскантусу гігантського як сировини для виробництва твердих видів палива на схилових угіддях південно-західного Лісостепу // Вісник аграрної науки. -  2021. - № 10. - с. 45-50.

Анотація. Визначено продуктивність міскантусу гігантського за вирощування його на схилових угіддях як сировини для виробництва твердих видів палива.

Енергетичні культури — це рослини, які спеціально вирощують для використання безпосередньо як палива або для виробництва біопалива. Невибагливість до ґрунтово-кліматичних умов сприяє вирощуванню багаторічних фітоенергетичних рослин на малопродуктивних землях. Енергетичні культури характеризуються також низькою собівартістю вирощування, не потребують значного використання добрив і пестицидів, запобігають ерозії ґрунту.

Однією з головних переваг застосування біомаси цих культур є мультиваріантність. Це можливість використання місцевих ресурсів, зокрема й трудових (розвиток місцевої економіки). Це джерело енергії, яке дає змогу зменшити споживання викопних палив і розв’язати багато екологічних проблем. Це можливість використання еродованих земель для вирощування енергетичних культур, що дасть змогу мінімізувати ерозію ґрунту. Останнє особливо актуальне в умовах України.

Сучасний стан ґрунтового покриву нашої держави характеризується високими темпами деградації схилових угідь, а, як відомо, одна з найнебезпечніших проблем сучасності — ерозія ґрунту. Площа сільськогосподарських угідь, які зазнають згубного впливу водної ерозії, в Україні становить 13,3 млн га (32% загальної площі), зокрема 10,6 млн га орних земель. У складі еродованих земель налічується 4,5 млн га із сильно- та середньозмитими ґрунтами, 68 тис. га повністю втратили гумусовий горизонт. Втрати продукції землеробства від ерозії, за експертними оцінками, перевищують 9 - 12 млн т зернових одиниць, еколого-економічні збитки внаслідок ерозії перевищують 10 млрд дол. США щороку.

Однією з перспективних багаторічних енергетичних культур є міскантус гігантський (Miscanthus х gigantеus J.M. Gneef.) — рослина родини тонконогові (Роасеае). Швидкоросла енергетична культура, багаторічна трава, яка вважається однією з енергетичних рослин європейської кліматичної зони. Рослина утворює великі, пухкі дернини з повзучими підземними пагонами. Стебла прямі. Листкові пластинки лінійні. Коренева система потужна, глибока та сягає до 2,5 м вглиб ґрунту. Це дає змогу вирощувати рослину на середньощільних ґрунтах із низьким рівнем ґрунтових вод.

Високі врожаї міскантусу отримують на різних ґрунтах — від піщаних до високородючих. Оптимальний показник рН перебуває у межах між 5,5 і 7,5, хоча рослина стійка до широкого діапазону кислотності ґрунтів. Міскантус добре росте за температури ґрунту вище 6^оС, тому потенційний сільськогосподарський сезон значно більший, ніж для інших культур. Уперше він випробуваний як біопаливо у Європі у 80-х роках минулого століття.

Велике значення під час вирощування біоенергетичних культур мають ресурси ґрунтової вологи, особливо на схилових землях. На жаль, останнім часом спостерігається погіршення водного режиму ґрунту і вологозабезпеченості рослин через прояв аномальних явищ погоди. Характеризуючи забезпеченість ґрунту вологою в різні роки досліджень і періоди вегетації культури, варто зазначити про відносно невисокі запаси загальної і продуктивної вологи в 2018 - 2020 рр. Запаси вологи в ґрунті були значно вищими в першій половині вегетації культур на схилі північно-східної експозиції — 172,3 - 186,9 мм, на схилі південно-західної експозиції — 156,7 - 173,1 мм, що позитивно вплинуло на ріст і розвиток рослин. Нестача опадів на фоні підвищених температур повітря в серпні — вересні зумовила різке зниження запасів вологи у ґрунті, через що відбір зразків для визначення показників продуктивної вологи став неможливим.

Дослідженнями виявлено вищі запаси продуктивної вологи на схилі північно-східної експозиції порівняно зі схилом південно-західної експозиції. Це було одним із основних чинників формування вищої продуктивності досліджуваних агрофітоценозів на схилі північно-східної експозиції.

При вивченні динаміки наростання вегетативної маси міскантусу встановлено, що протягом вегетації показники висоти рослин і кількості пагонів у кущі були вищими на схилі північно-східної експозиції порівняно з аналогічними показниками з дослідних ділянок на схилі південно-західної експозиції.

Кургак В.Г. Продуктивність багаторічних трав’янистих рослин при вирощуванні для енергетичних потреб // Вісник аграрної науки. - 2021. - № 11. - с. 48-54.

Анотація. Наведено результати досліджень із добору малопоширених енергетичних культур та оптимізації строків їх скошування з метою виробництва твердих видів біопалива в умовах Правобережного Лісостепу України. Оптимізовано строки скошування культур під час збирання врожаю в осінній період для виготовлення твердого біопалива за вмістом сухої речовини в біомасі.

Виробництво енергії з відновлювальних джерел, включаючи біомасу, динамічно розвивається в більшості країн Європи, де частка біомаси в загальному споживанні енергоносіїв у європейських розвинених країнах сягає 20% .

Згідно з проведеними розрахунками Україна має значні потенційні можливості виробництва енергетичних рослинних біоресурсів: теоретичний потенціал біомаси — майже 50 млн. т. ум. п., економічно доцільний — 25 - 27 млн. т, нетрадиційні трав’янисті багаторічні енергетичні культури (сильфій, топінамбур, міскантус тощо) — 0,60 і 0,35 млн. т.

Виробництво енергії на основі нових високопродуктивних трав’янистих енергетичних культур, малопоширених в аграрному секторі України, має очевидні переваги. Вихід теплової енергії з 1 га за вирощування енергетичних культур різний. Із трав’янистих енергетичних культур найбільший вихід енергії для виробництва твердих видів палива можна отримати із сорго цукрового, кукурудзи, міскантусу, світчграсу.

При виведенні з активного обробітку земель, розміщених в ерозійно небезпечній зоні агроландшафтів (під природні кормові угіддя та заліснення), на частині цих площ можна вирощувати багаторічні трав’янисті культури, зокрема й малопоширені, які не лише надійно захищатимуть ґрунт від ерозії, а й стануть джерелом біосировини для виготовлення твердих видів палива (паливних брикетів, гранул тощо) у сільській місцевості.

Дослідження з вивчення енергетичної продуктивності малопоширених багаторічних трав’янистих культур проведено впродовж 2011-2016 рр. у зоні Лісостепу України на темно-сірому опідзоленому крупнопилувато-легкосуглинковому ґрунті в ННЦ «Інститут землеробства НААН». Погодні умови в роки досліджень загалом були сприятливими для вегетації енергетичних культур. Більш сприятливими, зокрема й за кількістю опадів, вони були у весняно-літній період, менш сприятливими — в осінній. Недостатня кількість опадів за вищої від норми температури повітря в серпні та вересні негативно не вплинула на подальше формування врожаю енергетичних культур. Проте слід зазначити, що настання приморозків у жовтні призвело до припинення вегетації цих культур, що сприяло пришвидшенню зневоднення і настання збиральної стиглості в кінці місяця. В окремі роки приморозки траплялися в листопаді, що подовжувало вегетацію енергетичних культур і затримувало строки збирання їх на біопаливо.

Польові дослідження виконували згідно із загальноприйнятими методиками. Облік урожаю проводили методом суцільного скошування біомаси на обліковій ділянці та зважування її в період настання збиральної стиглості для заготівлі твердих видів палива в 4-разовому повторенні. Уміст у біомасі  сухої речовини визначали під час обліку врожаю висушуванням сировини в сушильній шафі за температури 105°С.

За продуктивністю з 11-ти досліджуваних багаторічних культур (гірчак сахалінський, міскантус гігантський, сіда багаторічна, сильфій пронизанолистий, гірчак Вейріха, топінамбур, гірчак забайкальський, щавель кормовий, золотушник пізній, гісоп лікарський, лофант анісовий) і однорічної культури (соняшник) найпродуктивнішими в середньому за 2011- 2016 рр. виявилися гірчак сахалінський, сіда багаторічна і топінамбур першого року користування (14,6 - 16,2 т/га сухої маси, 260 -281 ГДж/га теплової енергії і 7,8 - 8,8 т/га у. п. Середнім рівнем енергетичної продуктивності характеризувалися всі гірчаки (Вейріха, забайкальський, сахалінський), сильфій пронизанолистий, топінамбур, міскантус гігантський першого року користування, золотушник канадський, щавель кормовий і соняшник звичайний (відповідно 9,0 - 12,6 т/га, 158 - 214 ГДж/га і 3,1- 6,9 т/га у.п.), малопродуктивними були ефіроолійні й медоносні лофант і гісоп лікарський (5,3 - 5,6 т/га і 94 - 98 ГДж/га і 2,8 - 3,6 т/га у.п.).

У середньому за 2011 -2016 рр. найперспективнішими щодо технологічності вирощування та достатньої продуктивності виявилися сіда багаторічна, топінамбур, гірчак сахалінський, сильфій пронизанолистий, гірчак Вейріха, міскантус гігантський та соняшник однорічний.

Найвищим лінійним ростом в умовах цього року характеризувався травостій топінамбура 1-го року життя, середня висота рослин якого становила 3,20 м. На другому місці за висотою були гірчак сахалінський, сіда багаторічна і сильфій пронизанолистий (2,73 - 3,05 м), на третьому — гірчаки (Вейріха і забайкальський), топінамбур (насадження минулих років), міс- кантус гігантський і соняшник (1,98 -2,49 м), на останньому — гісоп лікарський і лофант анісовий (0,59 - 1,09 м).

Діаметр стебла енергетичних культур становив 2,8 - 16,8 мм. Найбільшим діаметром стебла характеризувалися гірчаки, сіда багаторічна, топінамбур насаджень 1-го року (14,0 - 16,8 мм), дещо меншим — топінамбур, сильфій пронизанолистий, соняшник однорічний (11,6 - 12,2 мм). Найменший діаметр стебла був у гісопу лікарського і лофанта анісового. Щільність непресованої сухої січки зі стебел досліджуваних трав’янистих рослин становила 40 - 138 кг/м³. Найбільшою щільністю характеризувалися сіда багаторічна, топінамбур, міскантус гігантський, гірчак забайкальський (125 - 138 кг/м³), що опосередковано свідчить про їхню найвищу теплотворну здатність, найменшою — гісоп лікарський, лофант анісовий, і особливо соняшник однорічний.

Частка листків у структурі насаджень була в межах 5 - 34%. Найбільша вона у золотушника канадського, гісопу лікарського, топінамбура, міскантусу гігантського та соняшнику (30 - 34%), найменша — у гірчаків (Вейріха, забайкальського та сахалінського), сіди багаторічної, силь- фію пронизанолистого, лофанта анісового (5 - 22%).

Густота стеблостою досліджуваних енергетичних культур становила 14-352 шт./м². Низькорослі рослини гісоп, лофант та золотушник характеризувалися найбільшою густотою (78 - 352 шт./м²), найменшою (14 - 38 шт./м²) — високорослі рослини, особливо насадження топінамбура поточного року, для якого, на відміну від старих плантацій, характерне посилене гілкування в нижній частині стебел.

Вишневська О. В. Випробування різних сортів сорго цукрового в зоні Полісся для потреб біоенергетики // Вісник аграрної науки. - 2020. - № 4. - с. 54-61.

Анотація. Дано оцінку різних сортів і гібридів сорго цукрового вітчизняної селекції для встановлення їх адаптивності в умовах зони Полісся, вивчено особливості емпіричного виходу з них біогазу та оптимізації технології вирощування для потреб "зеленої" енергетики.

У зв’язку з прогнозованим вичерпанням основних видобувних енергоносіїв у найближчі 40 - 50 років енергія з відновлюваних ресурсів є однією із найбільш обговорюваних тем у Європі та в усьому світі. Інвестиції у розвиток технологій одержання енергії із поновлюваних джерел — енергії сонця, вітру, води, біомаси (органічні речовини тваринного або рослинного походження) або геотермальної енергії — нині стає гострою необхідністю. Саме тому одним із завдань інноваційного сільського господарства є збільшення сталого виробництва біомаси, біопалива та інших видів відновлюваної енергетики (ВДЕ) для реалізації «зеленого» переходу, про що йдеться у «Концепції «зеленого» енергетичного переходу України до 2050 року».

Однією із перспективних сільськогосподарських культур для виробництва біопалива є сорго цукрове, яке адаптоване до вирощування в Україні і в змозі забезпечувати високі та сталі врожаї навіть у посушливих ґрунтово-кліматичних умовах. Крім того, за останні роки (2012-2016 рр.) територіально розширилась зона його вирощування, змістившись географічно з зони Степу до зони Лісостепу України.

Інтенсивність розвитку морфологічних структур рослин напряму залежить від біотичних й абіотичних умов вегетації. Так, аналіз динаміки росту рослин сорго цукрового показав, що добовий приріст в умовах дефіциту опадів 2017 р. становив 0,49 - 1,67 см (ГТК червень - серпень — 0,45), в умовах достатнього зволоження 2018 р. — 1,97-3,50 см (ГТК червень-серпень — 1,46). Найбільший приріст біомаси за добу незалежно від умов вегетації відзначено у гібридів Зубр, Верблюд, Віл, які на фоні удобрення додавали в рості в 2017 р. — 1,05 - 1,46 см, у 2018 р. — 3,02 - 3,44 см. Окрім того, за інтенсивністю наростання вегетативної маси виділився новий сорт Мамонт (оцінка проводилась тільки в 2018 р.), який мав добовий приріст на рівні 3,08 - 3,24 см — залежно від удобрення. Встановлено, що агрозахід «позакоренева обробка» позитивно впливав на ростові процеси рослин сорго цукрового, збільшуючи прирости за добу залежно від умов вегетації на 2 - 37%.

Діагностика фотосинтезу нативного хлорофілу в живих листках рослин сорго цукрового показала інтенсивність флуоресценції у посушливих умовах на рівні від 400 - 960 відн. од., при достатньому зволоженні — 1040 - 2048, тобто вона збільшувалась у 2,1- 2,6 раза . Використання препарату Грейнактив-С для позакореневої обробки сприяло підвищенню в 1,2 раза інтенсивності процесів фотосинтезу (від 2000 до 2496 відн. од.). Індикаторний показник впливу екзогенних чинників (К₁) показує частку хлорофілів, що беруть участь у фотосинтезі, від загальної їх кількості (ефективність світлової фази фотосинтезу), або показник ефективності структурної організації пігментної системи (ФС2), який був вищий на 9% (К₁=22,3). Це вказує на те, що фактор позакореневої обробки препаратом Грейнактив-С позитивно позначився на фотосинтетичних процесах у рослинах сорго цукрового і, як результат, на їх рості, розвитку та формуванні урожаю.

Коефіцієнт індукції флуоресценції (К₂) — це величина гасіння флуоресценції, на яку впливають як фотохімічні (фіксація СО₂), так і нефотохімічні процеси (теплова дисипація енергії збудженого стану молекул хлорофілу), що характеризує адаптивність рослин до умов середовища. В нашому випадку застосування позакореневої обробки препаратом Грейнактив-С сприяло підвищенню адаптивності рослин сорго цукрового на 48,7%, де коефіцієнт індукції флуоресценції (індикаторний показник квантового виходу флуоресценції) становив 4,2 (на контролі — 8,2).

Аналіз продуктивності вегетативної маси сорго цукрового показав, що в умовах нестачі вологи ця культура забезпечила надходження біомаси від 15,8 - 48,3 т/га, при достатній кількості опадів — 37,7 - 117,8 т/га (4,7 - 14,8 і 9,3 - 30,5 т/га сухої речовини відповідно) залежно від сорту та системи удобрення (табл. 1). Незалежно від умов вегетації максимальну врожайність (45,4 та 117,8 т/га) біомаси забезпечив гібрид Довіста при проведенні листкової обробки препаратом Грейнактив-С на фоні мінерального добрива. Достатньо високу продуктивність мали також гібриди: Верблюд із врожайністю вегетативної маси 42,1 та 98,6 (10 та 27,8 т/га в перерахунку на суху речовину), Зубр — 48,3 та 86,6 (12,1 та 17,2). У посушливий 2017 р. високою врожайністю біомаси відзначались гібриди Віл — 39 т/га (10,8 т/га), Сіваський — 36,6 (8,6) та сорт.    Меотида — 33,2 т/га (9,4 т/га). Новостворений сорт Мамонт в оптимальний за зволоженням рік забезпечив високу продуктивність біомаси — 101,7 т/га (20,9 т/га).

Зміни в інтенсивності розвитку рослин сорго цукрового зумовило підвищення їх врожайності. За рахунок проведення дворазової листкової обробки рослин препаратом Грейнактив-С приріст зеленої маси становив 11 - 39%, а в перерахунку на суху масу — 3 - 58%.

Аналіз біологічних особливостей росту і розвитку сортів сорго цукрового показав, що за рахунок різної тривалості вегетаційного періоду є можливість на виробництві створювати динамічний конвеєр надходження біомаси сорго цукрового для заповнення метантеків залежно від вегетаційних умов року протягом 34-64 днів.

Згідно з проведеним хімічним аналізом встановлено, що залежно від умов вегетації у зоні Полісся рослини сорго цукрового здатні накопичувати цукор у кількості 8 - 13,50% - в посушливих умовах, 4,48 - 14,99% — в оптимальних. Серед сортів і гібридів, які вивчалися, цукристість більше 10% мали: Приазовський; Силосне 42; Зубр; Силосне 3 покращене. Також окремо по роках: Фаворит і Меотида (2017 р.); Віл; Мамонт (2018 р.). Система удобрення у поєднанні з 2-разовою обробкою посівів препаратом Грейнактив-С сприяла збільшенню умісту цукрів у рослинах сорго на 0,56 - 3,76% (в абсолютних величинах).

Вивчення динаміки накопичення цукрів у рослинах сорго цукрового на прикладі гібрида Сіваський в умовах Полісся показало, що його максимум (10,48- 11,49%) встановлено на 21 день від початку повного цвітіння. На 28 день від фази «початок цвітіння» уміст цукрів знизився на 1,5 - 1,6%.

За результатами хімічного аналізу визначено теоретичну теплову енергію сортів сорго цукрового (для вологої маси (ВМ) і сухої речовини (СР) через теплову енергію) в органічній сухій речовині, яка становила 17,67 - 18,00 МДж/кг через відповідні коефіцієнти їх вмісту в біомасі культур. Теоретичний вихід біогазу через теплову енергію органічної речовини з біомаси сортів і гібридів сорго цукрового в умовах Полісся коливався від 0,860 до 0,880 м³/кг, вміст метану (50%) — 0,434 - 0,445 м³/кг.

Калініченко О. В. Економічна ефективність вирощування проса прутоподібного (світчграсу) в умовах Лісостепу України // Економіка АПК. - 2018. -№ 11. - с. 19-28.

Анотація. Досліджено теоретичні основи поняття "ефективність" у сільському господарстві. Експериментальним шляхом вивчено особливості формування врожайності світчграсу, проаналізовано багатовимірні графіки впливів на показник продуктивності культури. Розраховано та проаналізовано економічну ефективність вирощування біомаси для виробництва біопалива. Для підвищення економічної ефективності виробництва світчграсу розроблено мережеву модель, яка відображає логічну технологічну послідовність і взаємозв’язки операцій при вирощуванні світчграсу, що дає можливість планувати оптимальну чисельність працівників та матеріальних ресурсів. Вперше обґрунтовано мережевий графік вирощування світчграсу в умовах Лісостепу України з урахуванням технологічних операцій, матеріально-технічних засобів та кількісно-якісних параметрів виконання необхідних технологічних операцій. Удосконалено оцінку економічної ефективності вирощування світчграсу, що, на відміну від існуючих положень, передбачає використання системи натуральних, вартісних показників та показників якості.

На даний час актуальним питанням для сталого розвитку національної економічної та енергетичної безпеки України є розробка та впровадження альтернативних джерел енергії (у тому числі й рослинного енергетичного ресурсу) в паливно-енергетичний комплекс (ПЕК) країни.

Розвиток нової галузі біоенергетики передбачає всебічне дослідження енергетичних культур в умовах Україні для отримання біопалива, що пов’язано з необхідністю зменшення енергетичної залежності країни, поступовим переходом ПЕК на альтернативні джерела енергії. Поряд із цим, біоенергетика, з урахуванням екологічних вимог, може стати дієвим чинником розвитку національної економіки за рахунок: створення нових робочих місць, зменшення використання продуктів переробки нафти, обсягів природного газу та кам’яного вугілля. Звідси, удосконалення агротехнології вирощування енергетичних культур, у тому числі проса прутоподібного (світчграсу).

Світчграс - це теплолюбна багаторічна рослина, що розмножується насінням. Має добре розвинену кореневу систему, яка часто досягає глибини до або понад 2 м. Висота рослини становить 50-250 см, залежить від сортових особливостей та ґрунтово-кліматичних умов вирощування. Урожайність культури змінюється в межах від 6 т сухої речовини на низькородючих ґрунтах до 25 т - на ґрунтах із високою родючістю. За умов дотримання агротехнічних вимог вирощування урожай світчграсу можна збирати протягом 15 років. Вирощування світчграсу та використання отриманої біомаси має різнобічні аспекти.

У США, Канаді та країнах ЄС світчграс використовується для запобігання ерозії ґрунтів, збереження біорізноманіття, в целюлозно-паперовій промисловості, у тваринництві - для забезпечення кормом тварин, для виробництва твердого біопалива або етанолу.

В Україні вирощування світчграсу не набуло поширення через відсутність економічного та агротехнічного обґрунтування як вирощування культури, так і її подальшої переробки. Проте наявні всі передумови для вирощування світчграсу на значних площах: в Україні налічується близько 3,5 млн га земель, виведених із сівозмін через їх низьку родючість, схильність до ерозії, де можливо успішно вирощувати енергетичні культури.

На даний час енергетичні культури досліджують у Полтавській, Дніпропетровській, Київській та Львівській областях. Промислові плантації розташовані у Полтавській, Львівській та Волинських областях.

Ефективність виробництва є економічною категорією. Існують різні погляди щодо вимірювання результатів і витрат виробництва. Узгодження наявних підходів до визначення ефективності вирощування енергетичних культур потребує проведення поглибленого теоретичного аналізу категоріально-понятійного апарату та методичних засад, що дозволить здійснити достовірне визначення результативності операційних процесів у рослинництві.

Процес визначення ефективності вирощування світчграсу полягає в оцінці його результатів. Такими результатами можуть бути обсяг вирощеної продукції (у натуральному або вартісному виразі) з одиниці площі з урахуванням ступеня раціональності використання наявних матеріальних і нематеріальних ресурсів. Тенденція підвищення ефективності вирощування світчграсу проявляється у стійких приростах величини виробленої біомаси та отриманого доходу з розрахунку на одиницю витрат.

При оцінці економічної ефективності вирощування світчграсу в аграрних підприємствах необхідно обрати систему взаємопов’язаних показників, які найбільш об’єктивно відображають її рівень. Для цього широко використовуються натуральні показники (урожайність; обсяг виробництва продукції з розрахунку на 100 га ріллі, на 1 люд.-год, на 1 грн. виробничих витрат), вартісні показники (виробнича, повна собівартість продукції; рівень рентабельності виробництва; виробництво валової продукції (прибутку) з розрахунку на 1 га посіву, на 1 люд.-год, на 1 грн виробничих витрат) та показники якості (коефіцієнт заліковості; загальний коефіцієнт якості; інтегральний показник якості продукції).

Натуральні показники ефективності дозволяють провести оцінку ефективності вирощування світчграсу, її динаміку в аграрному підприємстві або по окремих виробничих підрозділах. Однак розрахунок зазначених показників, як правило, не дозволяє порівнювати різні аграрні підприємства, оскільки вони можуть відрізнятися за можливостями ресурсного забезпечення, економіко- виробничими умовами господарювання, природно-кліматичними умовами та зональними особливостями.

Визначення ефективності вирощування світчграсу на основі розрахункових значень результативних показників (вартісні показники) не дає підстави для повної, всебічної й об’єктивної оцінки діяльності аграрного підприємства. Значення показників ефективності можуть коливатися по роках не тільки через зміни рівня забезпеченості аграрних підприємств ресурсами, а й в результаті зміни невиробничих чинників, заходів політико-правового впливу на національну економіку України (податкова, монетарна, протекціоністська політика уряду), коливань ринкової кон’юнктури, а також унаслідок зміни погодно-кліматичних умов.

Визначення ефективності вирощування світчграсу включає не тільки співвідношення результатів і витрат виробництва. Така оцінка має відображати також якість виробленої біомаси, показники якої в більшості випадків чітко регламентуються державними стандартами. Тому поліпшення якості біомаси рівнозначне збільшенню обсягу виробництва та потребує додаткових витрат як на безпосередньо виробництво, так і на впровадження системи контролю якості (відповідності міжнародним стандартам ІБО). Якісна біомаса реалізується за вищою ціною, а зниження рівня якості біомаси, у ряді випадків, може призвести до втрати грошових надходжень.

Для оперативної оцінки (експрес-аналізу) основних показників, які характеризують економічну ефективність вирощування світчграсу в аграрних підприємствах, доцільно використовувати такі показники: виробнича собівартість; повна собівартість; виручка від реалізації продукції; валовий прибуток від реалізації продукції; рівень рентабельності продукції.

В перерахунку на еквівалент енергії витрати на вирощування таких культур значно менші, ніж вартість енергоносіїв, отриманих від традиційних джерел.