Wpływ sposobu wzbogacenia gleby na jakość biomasy wybranych gatunków short rotation woody crops jako surowca energetycznego
Ocena jakości biomasy wybranych gatunków short rotation woody crops jako surowca energetycznego w zależności od sposobu wzbogacenia gleby
Abstract
Fast growing woody species takie jak wierzba, topola czy robinia akacjowa, to atrakcyjne źródło energii odnawialnej uprawianej głównie in short rotation system.
The aim of this study was to determine chemical and thermophysical parameters of short rotation woody crops (SRWCs) of black locust, poplar and willow, depending on the method of soil enrichment applied.
The effects of lignin, mineral fertilization and mycorrhiza as soil enrichment in three and four-year harvest cycle biomasses were investigated for crops growing in northeastern Poland.
Świeża biomasa black locust charakteryzowała się najniższą wilgotnością co przełożyło się na najwyższą lower heating value (LHV), on average 10.16 MJ kg-1 in four-year harvest cycle. Ponadto w biomasie tego gatunku stwierdzono najwyższe zawartości hydrogen (H), siarki (S) oraz nitrogen (N), a parametry te były istotnie różnicowane przez soil enrichment procedures. Z kolei w biomasie topoli wykazano najwyższe wartości higher heating value (HHV), fixed carbon (FC), carbon (C), and ash, którego najwięcej zawierała biomasa, gdzie zastosowano ligninę jako soil enrichment procedure (2.00% d.m.). Natomiast biomasa wierzby zawierała najmniej popiołu and FC, but volatile matter (VM) was the highest spośród badanych gatunków (on average 79.44% d.m. in four-year harvest cycle), a najistotniejszy wpływ na ten parameter miała lignin and mycorrhizal vaccination.
Soil enrichment procedures istotnie różnicowały parametry jakościowe biomasy black locust, poplar and willow co jest szczególnie istotne z punktu widzenia uprawiających i wykorzystujących biomasę jako biopaliwo.
1. Introduction
Niepewna sytuacja na światowych rynkach paliw kopalnych, potrzeba redukcji emisji gazów cieplarnianych, a także większa troska o środowisko naturalne doprowadziły do dynamicznego rozwoju Renewable Energy Sources (RES) in recent years. Największe znaczenie wśród tych źródeł ma biomasa dostarczająca bioenergii, which providing 10% of world primary energy supply (IEA, 2016). W Europie bioenergia stanowi aż two-thirds of all RES i rozwija się w tempie podobnym jak wszystkie inne źródła razem wzięte (AEBIOM, 2015). Przekłada się to również na wzrost zainteresowania biomasą lignocelulozową przez badaczy, o czym świadczą bogate zasoby literaturowe z różnych regionów świata (Mitsui et.al., 2010; Wang and MacFarlane, 2012; Sabatti et. al., 2014; Bush et. al., 2015; Manzone et. al., 2015; Oliveira et. al., 2015; Stolarski et. al., 2015b; Gamble et. al., 2016).
Jednym ze źródeł biomasy na cele energetyczne są perennial energy crops, do których wliczają się annual crops uprawiane , w systemach short rotation crops (SRCs), SRWCs and ,in some cases, short rotation forestry (SRF) (Slade et. al., 2011). Fast growing woody species takie jak wierzba, topola czy robinia akacjowa, to atrakcyjne źródło energii odnawialnej uprawianej głównie w systemie SRCs, czyli in harvesting rotation period of 1-7 years (Di Muzio Pasta et. al., 2007). Niewątpliwymi zaletami SRWCs w porównaniu do food crops są mniejsze wymagania glebowe, nawozowe oraz nie wymagają tak intensywnej ochrony przed agrofagami (Njakou Djomo et. al., 2013). Ponadto, takie uprawy mają szereg korzyści środowiskowych e.g. improve soil properties, reduce soil erosion, and sequester soil organic carbon (Blanco-Canqui, 2010). Jednakże podkreślić należy, iż podstawowym zadaniem wieloletnich upraw energetycznych jest dostarczenie odnawialnej energii. Biomasa roślin SRWCs może być wykorzystywana tradycyjnie do produkcji energii cieplnej oraz elektrycznej poprzez spalanie, gazyfikację, lecz także z uwagi na bogaty skład chemiczny, biomass has enormous potential in the chemical industry (Stolarski et. al., 2013c; Krzyżaniak et. al., 2014).
Plantacje SRWCs powinno się prowadzić tak, by osiągać nie tylko wysokie, ale i dobre jakościowo plony biomasy, co przekładałoby się na szereg korzyści energetycznych, środowiskowych i ekonomicznych. Wood contains about 50% carbon, 44% oxygen and 6% hydrogen, along with relatively small amount of sulfur and nitrogen (Fengel and Wegener, 1989). Ponadto, o jakości biomasy decydują również higher heating value (HHV), lower heating value (LHV), moisture and ash content. In many studies badano wpływ nawożenia na ilość uzyskanej biomasy i wartość energetyczną plonu oraz jako jeden z czynników determinujących energy efficiency SRWCs (Quaye et. al., 2011; Quaye and Volk, 2013; Aronsson et. al., 2014; Njakou Djomo et. al., 2015; Stolarski et. al. 2015b). Jednakże, jak już wcześniej wspomniano, istotna jest także jakość uzyskanego plonu, na którą może mieć wpływ stosowanie różnego rodzaju nawożenia. Therefore, the aim of this study was to determine chemical and thermophysical parameters of SRWCs of black locust, poplar and willow, depending on the method of soil enrichment applied.
2. Materials and methods
2.1. Field experiment and obtaining biomass for laboratory analyses.
This study was based on a three-factorial field experiment, prowadzony w latach 2010-2013 at the Didactic and Research Station in Łężany, owned by the University of Warmia and Mazury in Olsztyn. It was located on soil of low usability for traditional agricultural production for food or fodder crops.
3. Results and discussion
Właściwości termofizyczne i chemiczne analizowanej biomasy were varied with respect to the analysed factors and their interactions (table 1). Ponad 81% różnic w rozpatrywanych parametrach było significant at the 0.01 level, co świadczy o silnym wpływie czynników doświadczenia i ich interakcji na jakość biomasy. Only about 16% of them were not significant.
Wilgotność biomasy była istotnie różnicowana przez species, harvest cycle and interaction of these factors, but soil enrichment procedures were insignificant (table 2). Najniższą moisture content (MC) cechowała się biomasa black locust in four-year harvest cycle (on average 42.09%), and it was significantly lower than in three-year cycle for about 4.89 punktów procentowych (p.p.). On the other hand, biomasa topoli miała najwyższą MC and this parameter was significantly lower in three-year than in four-year cycle (2.77 p.p. less on average value). W przypadku wierzby harvest cycle nie wpłynął istotnie na MC. Podobną MC wykazano dla biomasy black locust, poplar and willow after the second year of vegetation (Stolarski et. al., 2013a). Inne badania dowodzą, iż MC biomasy zależy również od harvest time and harvest conditions (Kauter et. al., 2003; Stolarski et. al., 2013b). Relatywnie niski MC black locust (40%) uzyskano w cieplejszych warunkach klimatycznych Włoch (Gasol et. al., 2010). Z kolei biomasa wierzby ma wyższą MC najczęściej wynoszącą, tak jak w tej pracy, ok. 50% (Tharakan et. al., 2003; Mitsui et. al., 2010; Krzyżaniak et. al. 2014). On the other hand, w biomasie topoli MC może przekraczać 60% (Sabatti et. al., 2014; Kauter et. al., 2003).
W przypadku ash content wszystkie czynniki doświadczenia istotnie różnicowały zawartość tego parametru w biomasie (table 2). Najniższą zawartość popiołu miała biomasa wierzby w obiekcie z nawożeniem mikoryzą i four-year rotation cycle (1.15% d.m.). Dla robinii akacjowej najlepszą kombinacją okazała się lignin fertilisation in three-year rotation, which was almost equal to control (only 0.01 p.p. difference). Najwyższe zawartości popiołu wykazano dla biomasy topoli (1.80% d.m. on average). Najniższy ash content miała biomasa tego gatunku w obiekcie kontrolnym w four-year rotation cycle (1.61%), which was 0.14 p.p. better than w najlepszym przypadku z nawożeniem (1.75% d.m. in mineral fertilisation object). Najwięcej popiołu in poplar biomass wykazano w obiekcie z nawożeniem ligniną, która podniosła zawartość popiołu o ok. 24% w stosunku do kontroli. Różnice w ash content w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -1 to 23%, 6 to 24% and -13 to 2%, respectively. W poprzedniej pracy, po dwu letniej rotacji, średnie zawartości popiołu w biomasie black locust, poplar and willow były wyższe niż w tej pracy o 0.62, 0.21 and 0.23 p.p., respectively (Stolarski et. al., 2013a). Straker et.al. (2015) na podstawie przeglądu istniejącej literatury podaje, iż zawartość popiołu w biomasie black locust może wahać się w szerokim zakresie (0.17-2.2% d.m.). W badaniach biomasy topoli po dwuletniej rotacji zawartości popiołu również wykazywały dużą zmienność (0.98-3.12% d.m.) w zależności od genotypu (Sabatti et. al., 2014). Z kolei w badaniach różnych klonów wierzby zbieranych w trzyletniej rotacji, Krzyżaniak et. al. (2014) wykazał mniejsze różnice w zawartości popiołu (1.04-1.60% d.m.). Biomasa SRWCs może zawierać kilka razy mniej popiołu niż biomasa słomy czy traw (Greenhalf et. al., 2012). Natomiast w porównaniu do węgla zawartość popiołu in woody biomass może być nawet kilkunastokrotnie niższa (Bowen and Irwin, 2008; Dincer and Zamfirescu, 2014). Przekłada się to na wyższe proporcje wykorzystania energii z paliwa, a popiół pozostały po procesie spalania biomasy, który spełnia normy jakościowe, może zostać wykorzystany np. jako wartościowe soil enrichment (Freire et. al., 2015).
Dla HHV parameters jedynie harvest cycle nie miał istotnego wpływu na otrzymane wartości. Różnice spowodowane soil enrichment procedures were significant we wszystkich gatunkach. Najwyższe HHVs miała biomasa topoli in four-year harvest cycle (on average 19.93 MJ kg-1 d.m.) (table 3). W przypadku tego gatunku w czteroletniej rotacji nawożenie nie miało większego wpływu na HHV, jednakże w three-year harvest cycle najwyższe wartości wykazano in mineral fertilization and mycorrhiza objects. Istotnie niższe HHVs miała biomasa wierzby, średnio od 0.19 do 0.37 MJ kg-1 d.m. mniej niż biomasa topoli in three-year and four-year harvest cycle, respectively. Istotnie najniższe HHVs stwierdzono w biomasie black locust. W obrębie tego gatunku istotnie najniższą HHV wykazano w obiekcie z nawożeniem ligniną in four-year harvest cycle (19.22 MJ kg-1 d.m). Różnice w HHVs w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -0.3 to 0.8%; -0.03 to 1% and -0.8 to 0.2%, respectively.
On the other hand, w LHVs zaobserwowano odwrotne różnice w porównaniu do HHVs między gatunkami, co powiązać można z moisture content in biomass. Therefore, black locust biomass miała najwyższe LHVs spośród badanych gatunków w obu rotacjach (on average 9.17 and 10.27 MJ kg-1) (table 3). Najwyższą LHV w obrębie tego gatunku stwierdzono w obiekcie z nawożeniem mineralnym in four-year rotation (10.27 MJ kg-1). Istotnie niższe LHVs stwierdzono dla biomasy wierzby. W obu rotacjach najwyższe LHVs miała biomasa w obiektach kontrolnych. Rozpatrując obiekty gdzie zastosowano nawożenie, najkorzystniej pod tym względem wypadł mineral fertilisation object, w którym w four-year harvest cycle LHV was as high as in control (8.51 MJ kg-1). Z kolei biomasa topoli miała istotnie najniższe LHVs w obu harvest cycles. In the opposite to black locust, biomasa topoli in four-year rotation cycle miała niższą LHV niż w three-year rotation cycle, gdzie wystąpiła najwyższa LHV w obrębie tego gatunku (8.11 MJ kg-1 in mineral fertilisation object). Parametry HHV i LHV of fresh biomass otrzymane w tej pracy są typowe dla analizowanych gatunków i są zbliżone do wyników w innych badaniach (Stolarski et. al., 2013a; Sabatti et. al., 2014; Krzyżaniak et. al., 2014). Especially as high as it possible LHV is important when energy from biomass is pozyskiwana in thermal conversion process. Wzrost tego parametru można uzyskać poprzez przechowywanie świeżej biomasy prowadzące do obniżenia moisture content, because in wet biomass, energy produced upon combustion is consumed to evaporate moisture from the material, thus reducing the usable energy available or the LHV (Acquah et. al., 2015). Krzyżaniak et. al. (2016) w badaniach przechowywania willow chips wykazał, iż moisture content obniżyła się z initial 52.45% to 12.07% po pięciomiesięcznym okresie przechowywania pod gas-permeable fleece. Skutkowało to wzrostem LHV from initial 7.98 to 17.03 MJ kg-1. Natomiast w innych badaniach wykazano, że wraz z wydłużaniem okresu przechowywania biomasy wierzby w belach, jej wilgotność zmniejszyła się z 53,60% w styczniu do 17,48% we wrześniu. Z kolei wartość opałowa w tym okresie wzrosła z 7,75 MJ kg-1 do 15,65 MJ kg-1 (Stolarski et. al., 2015a). Jednakże wartości te były porównywalne jedynie ze słabej jakości węglem (Dincer and Zamfirescu, 2014).
Podobnie do HHV, volatile matter nie były istotnie różnicowane jedynie przez harvest cycle. Reszta czynników oraz ich interakcje były istotne dla tego parametru. Średnio najmniej VM zawierała biomasa topoli (table 4). Istotnie najwyższe zawartości VM wykazano dla biomasy wierzby. Najwyższe wartości tego parametru w obrębie gatunku miała biomasa z obiektów: kontrolnego in three-year, and mycorrhizal vaccination and lignin in four-year harvest cycle (79.14, 79.84, 79.83% d.m., respectively). Slightly niższe wartości tego parametru miała biomasa black locust and the highest value was for object with lignin fertilisation in both harvest cycles (78.54 and 78.98% d.m.). Istotnie najniższe wartości VM miała biomasa topoli. W trzyletniej rotacji biomasa tego gatunku ze wszystkich obiektów, gdzie zastosowano wzbogacenie gleby, miała niższe wartości volatile matter w porównaniu do kontroli. Zaś w czteroletniej, wszystkie obiekty ze wzbogaceniem gleby wykazały wyższe wartości tego parametru, maksymalnie 77.77% d.m. in object with mycorrhizal vaccination. Różnice w VM w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -0.8 to 1.6%, -0.9 to 0.9% and -0.7 to 0.7%, respectively. Wartości volatille matter w black locust, poplar and willow były nieco wyższe w tej pracy niż w poprzedniej dla dwuletniego harvest cycle (Stolarski et. al., 2013a). Jak pokazują inne badania, biomass ma zawartość volatille matter in most cases between 70 and 80%, which is od 2 do 4 razy higher when compared to coal, a parameter ten jest istotny, gdyż determines how easily biomass can be gasified (Jameel et. al., 2009).
On the other hand, on fixed carbon content istotny wpływ miały wszystkie czynniki doświadczenia i ich interakcje. Istotnie najwyższą zawartość tego parametru stwierdzono w biomasie black locust in micorrhizal vaccination object and poplar in control (21.29% d.m.) obie w four-year harvest cycle (table 4). Średnio najniższe wartości fixed carbon stwierdzono w biomasie wierzby niezależnie od harvest cycle. W obrębie tego gatunku znalazła się również najniższa wartość tego parametru spośród wszystkich gatunków (18.95% d.m.) w obiekcie z zastosowaniem ligniny w four-year harvest cycle. Jest to odwrotny wpływ ligniny na fixed carbon w biomasie wierzby niż ten wykazany w cyklu dwuletnim, gdzie wartość tego parametru (20.70% d.m.) była najkorzystniejsza w obiekcie z tym rodzajem wzbogacenia gleby (Stolarski et. al., 2013a). Natomiast w przypadku pozostałych gatunków, w porównaniu do tej samej pracy, zaobserwowano jedynie niewielkie różnice w fixed carbon content. Z kolei różnice w fixed carbon w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -6.5 to 2.3%, -4 to 2.8% and -2.8 to 2.9%, respectively.
Skład elementarny biomasy badanych gatunków był istotnie różnicowany przez wszystkie czynniki doświadczenia i ich interakcje, za wyjątkiem siarki, na której zawartości soil enrichment procedures nie miały istotnego wpływu (tables 5 and 6).
Istotnie najwyższą zawartością węgla charakteryzowała się biomasa topoli niezależnie od cyklu zbioru (table 5). W obrębie tego gatunku najwyższe zawartości C miała biomasa z obiektu nawożonego ligniną w obu cyklach zbioru (52.34 and 51.55% d.m.). Istotnie niższe wartości tego pierwiastka zawierała biomasa wierzby, a najwyższą zawartość C wykazano w obiekcie z nawożeniem mineralnym w three-year harvest cycle (51.25%). W biomasie wierzby w cyklu trzyletnim all soil enrichment procedures spowodowały istotny wzrost zawartości C, natomiast w czteroletnim efekt był odwrotny. Z kolei biomasa black locust cechowała się istotnie najniższymi zawartościami C (50.11 and 49.80% d.m. on average). Podobnie jak w topoli, najwyższy carbon content in three-year harvest cycle zawierała biomasa z obiektu nawożonego ligniną, natomiast w four-year harvest cycle najwięcej węgla miała biomasa z obiektu kontrolnego i with myccorhizal vaccination (50.07 and 50.06% d.m., respectively). Różnice w carbon content w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -2.3 to 0.004%, -0.8 to 1.2% and -1.3 to 1.6%, respectively. Podobne zawartości C w biomasie wierzby w three and four-year rotation cycle stwierdzono w poprzednich badaniach (Stolarski et. al., 2013b; Krzyżaniak et. al., 2014). Z kolei w cyklu dwuletnim, biomasa willow, black locust and poplar wykazywała się większą zawartością tego pierwiastka, średnio o 0.3, 0.7 and 0.8 p.p. d.m. more in three-year harvest cycle and 0.45, 1.01 and 1.69 p.p. d.m. in four-year, respectively (Stolarski et. al., 2013a). Wraz z tlenem, carbon to główne składniki biomasy, wpływające na HHV (Obernberger et. al., 2006). SRWC biomass zawiera od ok. 1.5 to 12 p.p. więcej C niż inne rodzaje biomasy (Jenkins et. al., 1998), lecz ok. 13 p.p mniej niż bituminous coal (Cuiping et. al., 2004) and aż 35-47 p.p mniej niż anthracite (Bowen and Irwin, 2008).
Z kolei the highest contents of hydrogen zawierała biomasa in three-year harvest cycle we wszystkich gatunkach (table 5). Najwyższą zawartością H cechowała się biomasa black locust (on average 6.19% d.m.). W obrębie tego gatunku istotnie najwyższą zawartość H stwierdzono w biomasie nawożonej ligniną (6.37% d.m.). W biomasie topoli również najwyższą wartość H stwierdzono dla biomasy z obiektu nawożonego ligniną, but it was significantly lower than in black locust (0.15 p.p.). Istotnie najniższe zawartości H in three-year harvest cycle zawierała biomasa wierzby (6.10% d.m. on average). On the other hand, in four-year harvest cycle willow biomass miała najwyższe zawartości H. Pomijając kontrolę, gdzie wartość tego parametru była najwyższa, istotnie najwięcej H spośród wszystkich typów wzbogacenia gleby stwierdzono w biomasie z obiektów nawożonych ligniną both for willow and poplar (5.90 and 5.91% d.m., respectively). For black locust najwyższą zawartością cechowała się biomasa z obiektu with mycorrhizal vaccination (6.03% d.m.). Różnice w H content w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -5.2 to 3.6%, -1.1 to 4% and -3.3 to 3%, respectively. W cyklu dwuletnim zawartość H w biomasie analizowanych gatunków była zbliżona do cyklu trzyletniego (Stolarski et. al., 2013a). Hydrogen to podobnie jak oxygen i carbon istotny składnik biomasy również determinujący energy value due to formation of water (Obernberger et. al., 2006). SRWCs contains for about 0.07-1.31 p.p. more H than other biomass sources (Jenkins et. al., 1998) and for about 3 p.p. more than bituminous coal (Cuiping et. al., 2004).
Najwyższe zawartości siarki zawierała biomasa black locust niezależnie od harvest cycle, które w three-year harvest cycle były niemal dwukrotnie wyższe niż u topoli i wierzby (table 6). W obrębie tego gatunku istotnie najwyższe zawartości S stwierdzono w biomasie nawożonej mineralnie (0.047% d.m. and 0.052% d.m.). Warto zaznaczyć, że tylko w przypadku ligniny i mycorrhizal vaccination in four-year harvest cycle zawartość S nie podniosła się w stosunku do kontroli, a nawet spadła (o 0.016 i 0.005 p.p., respectively). W pozostałych przypadkach różnice w zawartości tego pierwiastka w biomasie black locust były istotnie wyższe. Średnie zawartości S w biomasie topoli i wierzby były bardzo zbliżone i zawierały się w tej samej grupie jednorodnej niezależnie od soil enrichment procedure i cyklu zbioru. Jednakże, oprócz obiektów z nawożeniem ligniną i mineralnym in four-year harvest cycle for poplar (wzrost zawartości S o 0.005 p.p., both), w reszcie obiektów zawartość S była niższa w porównaniu do kontroli, from 0.001 to 0.003 p.p. for poplar and from 0.003 to 0.009 p.p. for willow biomass. W biomasie wierzby najniższe zawartości S wykazano dla surowca pozyskanego z obiektów nawożonych mineralnie, in contrast to poplar and black locust, gdzie w biomasie z obiektu z tym rodzajem soil enrichment zawartości tego pierwiastka były najwyższe. Różnice w S content w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -55 to 44%, -14 to 23% and -47 to -17%, respectively. W porównaniu do two-year harvest cycle zawartość S w biomasie black locust, poplar and willow w tej pracy była niższa o 0.021-0.026, 0.008-0.01 and 0.008-0.009 p.p., respectively (Stolarski et. al., 2013a). Jest to pozytywna zmiana, gdyż podkreślić należy, iż S jest w biomasie przeznaczonej do thermal combustion pierwiastkiem niepożądanym, przyczyniającym się do korozji urządzeń i fouling of boiler surfaces (Obernberger et. al., 2006; Baxter et. al., 1998). W porównaniu do innych źródeł biomasy, SRWC może zawierać do 10 razy mniej S (Jenkins et. al., 1998) and even about 20 razy mniej niż bituminous coal (Cuiping et. al., 2004). Jest to niewątpliwie duża zaleta biomasy SRWC, gdyż wysoka zawartość S w spalanym paliwie przyczynia się do zanieczyszczenia powietrza SOx (Obernberger and Thek, 2004).
W przypadku nitrogen istotnie niższe zawartości stwierdzono w biomasie w four-year harvest cycle we wszystkich gatunkach (table 6). Similar to S content biomasa black locust cechowała się najwyższą zawartością tego pierwiastka, średnio ponad dwa razy więcej niż biomasa topoli i wierzby. Istotnie najwyższą zawartość N w obrębie tego gatunku miała biomasa z obiektu nawożonego mineralnie (1.321% d.m.). We wszystkich obiektach z zastosowaniem soil enrichment procedures nastąpił wzrost zawartości N, za wyjątkiem obiektu, gdzie zastosowano ligninę (0.956% d.m.). However, for poplar w obiekcie z tym rodzajem soil enrichment procedure zawartość N była najwyższa (0.653% d.m.). Najniższe zawartości N w obrębie tego gatunku w obu rotacjach stwierdzono w biomasie z obiektów with mycorrhizal vaccination, jednakże w biomasie z pozostałych obiektów N content była wyższa w porównaniu do kontroli. Z kolei biomasa wierzby N content malał lub pozostawał w tej samej grupie jednorodnej co biomasa z obiektów kontrolnych. Najniższe zawartości N wykazano w biomasie z obiektu nawożonego mineralnie w three-year i mycorrhizal vaccination in four-year harvest cycle (0.385 and 0.333% d.m., respectively). Różnice w N content w biomasie black locust, poplar and willow, w obiektach z soil enrichment procedures w porównaniu do obiektów kontrolnych, wyniosły from -6.9 to 18.3%, -10 to 26,1% and -30 to 0.4%, respectively. Natomiast w porównaniu do two-year harvest cycle zawartość N w biomasie black locust, poplar and willow w tej pracy była niższa o 0.127-0.256, 0.03-0.13 and 0.045-0.097 p.p., respectively (Stolarski et. al., 2013a). N jest w SRWCs przeznaczonej do thermal combustion równie niepożądanym pierwiastkiem co S. Przyczynia się do emisji NOx, a szczególnie jest to istotne, gdy zawartość N w biomasie przekracza 0.6% d.m. (Obernberger et. al., 2006). Jak pokazały wyniki badań w tej pracy, biomasa topoli i wierzby ma niższe wartości i pod tym względem stanowi lepsze paliwo niż pozostałe źródła biomasy (Jenkins et. al., 1998; Obernberger et. al., 2006) oraz bituminous coal (Cuiping et. al., 2004).
Principal Component Analysis wydzieliła trzy składowe główne F1, F2, F3, które wyjaśniły w sumie 87.82% zmienności (Table 7). Pierwsza składowa najsilniej związana była z wilgotnością i LHV, potem z N, HHV i S. Składowa ta wyjaśniała najwięcej, bo ponad 46% wariancji i na wykresie biplot rozdzieliła robinię od pozostałych dwóch gatunków (Fig. 1). Robinia charakteryzowała się małą wilgotnością, co przełożyło się na wysokie wartości LHV, ponadto biomasa tego gatunku cechowała się największą zawartością N i S. Druga składowa F2 rozdzieliła topolę od wierzby na bazie części lotnych, węgla związanego i popiołu. Wierzbę charakteryzowały wysokie wartości węgla związanego, a tym samym niska zwartość części lotnych. Mimo, że drewno topoli miało największą wartość HHV, to posiadało najniższą LHV i najwyższą ilość popiołu. Składowa główna F2 wyjaśniła 28.13% zmienności. Trzecia składowa F3 to informacja o zawartości wodoru, która stanowiła ponad 13% wariancji.
4. Conclusions
Różnice w parametrach termofizycznych i składzie elementarnym wykazywały duże zróżnicowanie pomiędzy gatunkami, a istotny wpływ na to miały również different soil enrichment procedures in both harvest cycles. Jednakże ciężko jest jednoznacznie stwierdzić czy był to wpływ pozytywny czy negatywny. To zależy w głównej mierze od gałęzi przemysłu wykorzystującej biomasę, gdyż inne właściwości mogą być istotne dla thermal combustion, inne natomiast przy produkcji liquid biofuels. Biomasa black locust cechowała się największym zróżnicowaniem jakościowym w obiektach, gdzie zastosowano soil enrichment procedures for volatille matter, fixed carbon, C,H and S content. W biomasie topoli największe różnice wykazano dla HHV i ash content. Z kolei w biomasie wierzby największa różnica spośród wszystkich gatunków była w N content. Pomimo, iż wyniki pokazują istotne zmiany w parametrach jakościowych biomasy badanych gatunków w obiektach z soil enrichment procedures, to dalsze badania w tym zakresie są konieczne, by zależności te mogły być potwierdzone w kolejnych rotacjach zbioru.