Italų mokslininkai ištyrė nepretenzingo topinambų naudą. Pasirodo, tai savaip yra nepakeičiamas augalas atsinaujinančios energijos gamybai.
Savo moksliniame darbe Italijos mokslininkų komanda iš Toscijos universiteto Žemės ūkio ir miškų mokslų fakulteto (DAFNE) paaiškina, kodėl topinambas yra toks geras ir svarbus.
Pastaruoju metu biodegalai tapo strateginiu transporto priemonių išmetamųjų teršalų mažinimo akcentu. Tačiau tuo pat metu biokuro gamyba vis dažniau minima neigiamų jos pasekmių kontekste, nes pagrindinėms šiems tikslams auginamoms kultūroms, pavyzdžiui, rapsams, kviečiams ar sojoms, reikalinga labai intensyvi žemės ūkio praktika ir derlingas dirvožemis, autoriai pažymi. (Biokuras yra anglies pagrindu pagaminti energijos šaltiniai, gaunami iš biologinės medžiagos).
Nors ES Komisija visai neseniai priskyrė biokurą prie produktų, kuriems netiesiogiai keičiasi žemė paskirtis ir kuris gaunamas iš pasėlių, auginamų ribinėse žemėse, kuriose sunaudojama mažai išteklių.
Dėl šios priežasties tik nedaugelis pasėlių Europoje gali pasiekti aukštą derlių laikantis šių reikalavimų.
Topinambas naudojamas kaip pašaras ūkio gyvuliams, biokuras ir net vaisių alus.
Šiuo požiūriu topinambas (Helianthus tuberosus L.) tikrai verta dėmesio rūšis, nes turi visus požymius, reikalingus atnaujintos ES Atsinaujinančios energijos direktyvos (RED II) tikslams pasiekti.
Topinambas yra plačiai pritaikytas įvairioms ir dažnai menko derlingumo aplinkai kitiems augalams ir pasižymi dideliu prisitaikymu.
Tai daugiafunkcinis augalas, naudojamas žmonių maistui (tiesiogiai stiebagumbiuose arba saldikliams), farmacijos tikslams, biomasei ir bioenergijos gamybai (bioetanoliui ir biodujoms).
Be to, panašiai kaip ir kiti augalai asteraceaepasėlius, tokius kaip cikorijos ir dygminai, topinambas gali būti pašarinis augalas.
Įdomu tai, kad dėl alaus pramonės naujovių gumbai naudojami saldaus ir vaisinio alaus gamybai.
Topinambų stiebuose ir gumbuose yra daug inulino, todėl galima gaminti etanolį, skirtą naudoti kaip biokurą.
Visų pirma organiniai junginiai (pvz., inulinas ir celiuliozė) ir cukrus yra apdorojami, kad būtų gautas etanolis fermentacijos ir distiliavimo būdu.
Per pastaruosius 20 metų buvo atlikta daug darbų, siekiant pagerinti biomasės pavertimą kuru. Tačiau pirmosios kartos biodegalai (bioetanolis ir biodyzelinas, gaunamas iš maistinių augalų) gaminami tik iš kelių kultūrų, kurių efektyvumas saulės spinduliuotę paverčiant chemine energija (biomase) skiriasi.
Visų pirma, biokuro žaliavos daugiausia yra rapsų, aliejinių palmių ir sojų pupelės biodyzelinui; cukranendrių, kukurūzų, cukrinių runkelių ir saldžiųjų sorgų – bioetanoliui.
Be to, ne visa biomasė yra nuimama (ty po žeme esanti baldakimo biomasė paprastai lieka dirvožemyje), todėl sumažėja grynoji anglies sekvestracija ir padidėja apdorojimo neefektyvumas.
Dėl šių priežasčių tikimasi, kad naujos kartos biokuro gamybos sistemoms skirtos augalų rūšys įveiks kai kuriuos iš šių apribojimų, ypač jei jos turi produktyvią požeminę biomasę (t. y. šaknis ar gumbus).
Be to, kadangi daugumoje pasaulio regionų jau nustatytas intensyvus žemės ūkio paskirties žemės naudojimas, bioenergijos augalai turi būti ekologiškai tvarūs, kad būtų išvengta papildomo streso žemės ūkio biologinei įvairovei, dirvožemiui ir vandens ištekliams.
Mokslininkai ieško ateities bioenergetinių augalų
Vykdomi naujos kartos biokuro energijos gamybos sistemų, turinčių mažesnį poveikį aplinkai, didesnio našumo ir didesnės investicijų grąžos, bei mažesnės konkurencijos dėl žemės naudojimo su maistiniais ir pašariniais augalais, tyrimai.
Lignoceliuliozės biomasė iš izoliuotų bioenergetinių augalų ir žemės ūkio atliekų yra laikoma tvariu bioenergijos gamybos ištekliu, tačiau hidrolizė naudojant celiuliolizinius fermentus yra daug darbo reikalaujantis ir brangesnis būdas nei naudojant krakmolo ar melasos biomasę.
Šiuo atžvilgiu tarp patraukliausių naujos kartos biokuro sistemų yra dumbliai ir topinambas, iš kurių išauginamas gumbas, kurį taip pat galima auginti ir nuimti naudojant esamą infrastruktūrą ir panašiems augalams (stiebagumbiams) naudojamą techniką.
Kodėl Europai iš tiesų reikia topinambų
Savybės, dėl kurių topinambas yra vertas energetinis augalas, yra šios: greitas augimas, didelis angliavandenių kiekis, pakankama bendra sausoji medžiaga ploto vienetui, gebėjimas panaudoti daug maistinių medžiagų turinčias nuotekas, atsparumas patogenams/tolerancija, gebėjimas lengvai augti su minimaliomis išorinėmis gamybos sąnaudomis ir kraštinėse žemėse.
Pastarasis aspektas žada būti esminis biokuro ateičiai Europoje.
Kaip numatyta Europos Parlamento ir Tarybos priimtoje peržiūrėtoje Atsinaujinančių išteklių energijos direktyvoje (RED) (Direktyva 2018/2001), ES Komisija neseniai priėmė deleguotąjį aktą, kuriuo nustatomi kriterijai tiek apibrėžiant svarbius netiesioginius žemės naudojimo pokyčius.
ILUC yra pavojinga žaliava, dėl kurios labai netiesiogiai išsiplėtė gamybos plotai daug anglies dioksido išskiriančiose žemėse ir buvo sertifikuoti mažos rizikos ILUC biodegalai, skystieji bioproduktai ir biomasės kuras.
Sertifikatas gali būti išduotas, jei degalai atitinka šiuos bendruosius kriterijus:
i) atitinka tvarumo kriterijus, o tai reiškia, kad žaliava gali būti auginama tik nenaudojamoje žemėje, kurioje nėra daug anglies atsargų;
ii) papildomų sąnaudų panaudojimas dėl priemonių produktyvumui didinti jau naudojamoje žemėje arba pasėlių auginimas plotuose, kurie anksčiau nebuvo naudojami pasėlių auginimui (nenaudojama žemė), jei žemė buvo apleista arba labai nualinta. , arba pasėlius užaugino smulkus ūkininkas;
iii) įtikinamų įrodymų, kad tenkinami du ankstesni kriterijai.
Akivaizdu, kad direktyvoje reikalaujama, kad tokios papildomos žaliavos atitiktų mažos rizikos degalų gamybos reikalavimus, jei jos gaunamos iš tvarių šaltinių.
Dėl šios priežasties topinambas yra perspektyvus kandidatas, galintis lengvai pakeisti tokias kultūras kaip kukurūzai ir cukriniai runkeliai.
Sparčiai auganti biomasė biokurui
Augalų dalių augimo kinetika rodo jo gebėjimą duoti optimalų derlių Europoje.
Du trečdalius–tris ketvirtadalius ore esančios sausosios medžiagos sudaro stiebai ir šakos, o lapuose ir žieduose – mažesnis procentas. Sausos masės pasiskirstymo dalis labai priklauso nuo daugelio veiksnių: veislės, sodinimo laiko, klimato sąlygų ir augimo sąlygų.
Daugiau nei 50% visos augalo masės yra stiebe.
Yra dvi stiebo augimo fazės. Per pirmuosius penkis mėnesius linijiškai didėja stiebo aukštis ir svoris. Pasibaigus šiam laikotarpiui, stiebo aukštis pasiekia maksimumą ir išlieka nepakitęs, o jo svoris mažėja.
Didžiausias augalo aukštis ir svoris skiriasi priklausomai nuo aplinkos sąlygų ir genotipo. Ankstyvųjų veislių galutinis aukštis yra 140 cm, o vėlyvųjų – apie 280 cm.
Vadinasi, vegetacijos pabaigoje vėlyvųjų veislių stiebuose sausųjų medžiagų buvo maždaug dvigubai daugiau nei ankstyvųjų. Taigi vėlyvų veislių suminė biomasė yra didesnė nei anksti prinokusių veislių. Modeliuojant nustatyta, kad vėlyvose veislėse ilgiau išsaugomas optimalus lapų plotas leidžia geriau įsisavinti sausąsias medžiagas.
Topinambas be problemų
Dėl atsparumo sausrai ir druskingumui topinambas gali būti auginamas kitoms šakniavaisiams ir gumbams netinkamose dirvose. Jis gerai auga dirvose, kurių pH yra nuo 4,4 iki 8,6.
Jei dėl sunkaus molio ir hidromorfinio dirvožemio gali būti sunku nuimti gumbų derlių, topinambus tokiomis sąlygomis galima auginti, kad išaugtų stiebai.
Apskritai gumbų derlius, dydis ir forma priklauso nuo dirvožemio tipo. Lengvuose priemolio dirvožemiuose išauginami dideli gumbai, o sunkiose dirvose sausros metu gaunamas geras derlius dėl geresnių molio dirvožemių vandens sulaikymo savybių.
Kalbant apie augimo temperatūrą, daugumos topinambų veislių auginimo sezonas turi būti bent 125 dienos be šalčio.
Apskritai, norint gauti optimalų derlių, auginimo temperatūra yra 6–26 °C.
Augalas turi vidutinį atsparumą šalčiui. Ankstyvojo augimo metu pasėliai toleruoja net -6 °C temperatūrą, nors žema temperatūra sukelia lapų chlorozę. Kalbant apie rudens derlių, šalnos nuo -2,8 ° C iki -8,4 ° C sukelia gumbų aklimatizacijos prie šalčio mechanizmą. Tai pagerina jų skonį, nes inulinas virsta fruktoze.
Natūralioje aplinkoje keli organizmai (mikroorganizmai, vabzdžiai ir žinduoliai) sąveikauja su topinambų augalais, įskaitant šešias skirtingas bičių ir kamanių šeimas.
Ant topinambų buvo užregistruota daug fitofagų ir mikroorganizmų, tačiau daugelis jų gali rimtai pakenkti pasėliui.
Apskritai, antžeminė augalo dalis yra mažiau jautri ligoms, o gumbai vėlyvojo augimo ir laikymo metu yra jautresni. Labiausiai kenksmingi patogeniniai mikroorganizmai yra Sclerotinia sclerotiorum ir Sclerotinia rolfsii, sukeliantys puvinį.
Pirmąjį skatina per didelis tręšimas azotu, žemas dirvožemio pH arba hidromorfiniai dirvožemiai, o pastarąjį skatina drėgmė kartu su aukšta temperatūra.
Taip pat atsirado rūdžių Puccinia helianthi, ir sukelta miltligė Erisyphe chicoracearum, paveikia topinambus, tačiau jie negali apriboti derliaus, taip pat lapų dėmėtumas dėl Alternaria helianthi.
Laikant gumbus, ypač kai jie pažeisti derliaus nuėmimo metu, ligų, kurias sukelia Botrytis cinerea, Rizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Tačiau gydymas šaldymu veiksmingai kontroliuoja šias ligas
Kalbant apie vabzdžius, tai daugiausia amarai, tačiau jų įtaka yra nereikšminga.
Augalas yra atsparus ir energingas, todėl topinambas gali tapti labai konkurencinga piktžole. Kitoms greitai augančioms piktžolėms naikinti būtina tik sodinimo metu prieš uždarant vainiką. Galite naudoti tiek cheminį, tiek mechaninį (šėrimo, purenimo ir kt.) ravėjimą.
Topinambui apsigyvenus lauke jį gana sunku pašalinti, nes gumbai ar jų dalys lieka žemėje, gerai žiemoja dirvoje.
Topinambų pasirinkimas
Vertingos biologinės ir biocheminės topinambų savybės yra universalaus naudojimo maisto ir pramonės pramonėje, todėl būtina genetiškai pagerinti pasėlius.
Pagrindinis selekcinis dėmesys skiriamas gumbų derliui ir inulino kiekiui maistui ir pašarams, o pastaruoju metu daugiausia dėmesio skiriama biomasės didinimui biokuro gamybai.
Tačiau dėl tradiciškai riboto topinambų naudojimo iki šiol buvo pasiekta gana silpna pažanga veisimo srityje. Investicijos į veislininkystės plėtrą taip pat yra kintamos ir priklauso nuo pramonės poreikių kiekvienoje šalyje.
Aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose atgimęs susidomėjimas topinambu, siejamas su energijos krize ir maisto trūkumu, sužadino viltis, kad bus galima labiau koordinuoti ir intensyviau kurti naujas veisles, kurios atitiktų kylančius poreikius.
Nuo tada pasėlių plotai labai išaugo, ypač pastarąjį dešimtmetį ir Azijos šalyse.
Atsižvelgiant į dabartinę klimato kaitą, poreikį rasti naujų tvarių energijos šaltinių ir sumažinti maisto gamybai skirtus plotus, investicijos į topinambų auginimą iš esmės yra pagrįstos.
Topinambais gali susidomėti ir JAV
Šiandien etanoliui gaminti dažniausiai naudojami kukurūzai, cukranendrės, saldieji sorgai ir cukriniai runkeliai. Tačiau šios rūšys priklauso nuo derlingos žemės ūkio paskirties žemės ir paprastai reikalauja didelių išorinių sąnaudų (t. y. vandens, pesticidų, trąšų), kad būtų pasiektas didelis derlius.
Jungtinės Valstijos ir Brazilija yra didžiausios pasaulyje bioetanolio kuro gamintojos. Jie sudarė apie 84% pasaulinės bioetanolio gamybos 2018 m.
Grūdai ir cukranendrės yra dominuojančios etanolio gamybos žaliavos šiose šalyse.
Tikimasi, kad 2027 m. etanolio gamyba sudarys 15% ir 18% pasaulinės kukurūzų ir cukranendrių produkcijos.
Jungtinės Valstijos, kaip ir Europa, bioetanoliui gaminti daugiausia naudoja kukurūzų ir kviečių krakmolą, o Brazilija apdoroja cukranendres. Apskritai cukranendrių etanolio išeiga yra didesnė nei kukurūzų ir kitų kultūrų, tokių kaip topinambai.
Tačiau cukranendrės idealiai tinka atogrąžų ir subtropikų klimatui, bet ne vidutinio klimato kraštuose. Todėl amerikietiško etanolio gamyboje tominaburas gali užimti vietą šalia kukurūzų.