Lignocellulosic biomass derived from agricultural land as industrial and energy feedstock

• Autorzy: Stolarski M. J. , Krzyżaniak M. , Waliszewska B. , Szczukowski S. , Tworkowski J. , Zborowska M.

Warianty tytułu

PL

Dendromasa pozyskana z gruntów rolniczych jako surowiec przemysłowy i energetyczny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Lignocellulosic biomass is a natural, renewable and highly versatile resource. In recent years, woody biomass produced in short rotation coppices has become increasingly popular. Hence, this research was undertaken to assess the thermophysical and chemical properties of willow, poplar and black locust stems in relation to a soil fertilization regime. The experiment was set up in the village of Samławki in north-eastern Poland (53°59’ N, 21°04’ E), on soil considered sub-standard for the traditional agricultural production of food or fodder crops. The black locust biomass was characterised by the lowest moisture content combined with the greatest lower heating value and ash content. The poplar plant had the highest carbon and hydrogen content and the greatest higher heating value, although due to its high moisture content, it had the poorest lower heating value. The willow biomass was characterised by the highest content of cellulose and holocellulose. Mycorrhiza improved the cellulose content as well as the lignin and holocellulose content in the wood of the black locust. In the case of the willow wood, the application of lignin to the soil was the only measure that reduced the content of the lignin in the lignocellulosic biomass.

PL

Dendromasa to naturalny, odnawialny surowiec o szerokim i wszechstronnym zastosowaniu. W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie biomasą drzewną pozyskiwaną w krótkich rotacjach zbioru z upraw polowych. Dlatego też podjęto badania oceny termofizycznych i chemicznych właściwości dwuletnich pędów wierzby, topoli oraz robinii akacjowej w zależności od sposobu nawożenia gleby. Doświadczenie zlokalizowane było w północno-wschodniej Polsce w miejscowości Samławki (53°59’ N, 21°04’ E) na glebie mało przydatnej do tradycyjnej produkcji rolniczej pod uprawy konsumpcyjne czy paszowe. Biomasa robinii charakteryzowała się najniższą wilgotnością oraz najwyższą wartością opałową i zawartością popiołu, natomiast topola – najwyższą zawartością węgla i wodoru i najwyższym ciepłem spalania; jednakże ze względu na maksymalną wilgotność posiadała najniższą wartość opałową. Najwięcej celulozy oraz holocelulozy miała biomasa wierzby. Najkorzystniejsze zmiany w zawartości celulozy, ligniny i holocelulozy w drewnie robinii miało zastosowanie mikoryzy. W przypadku drewna wierzbowego, jedynie zastosowanie ligniny do nawożenia obniżyło w niewielkim stopniu zawartość ligniny w pozyskanej dendromasie.

Słowa kluczowe

EN

willow; poplar; black locust; chemical composition; thermophysical properties; short rotation coppice

PL

wierzba; topola; Robinia akacjowa; skład chemiczny; właściwości fizykochemiczne; uprawy w krótkich rotacjach

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty
• Rocznik: 2013
• Tom: vol. 56, nr 189
• Strony: 5--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab.

Twórcy

autor

Stolarski M. J.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Krzyżaniak M.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Waliszewska B.

• Poznań University of Life Sciences, Poznań, Poland

autor

Szczukowski S.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Tworkowski J.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Zborowska M.

• Poznań University of Life Sciences, Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Adler A., Verwijst T., Aronsson P. [2005]: Estimation and relevance of bark proportion ina willow stand. Biomass and Bioenergy 29 [2]: 102
• 2. Baeza J., Freer J. [2000]: Chemical Characterization of Wood and Its Components. In: Wood and Cellulosic Chemistry, 2nd ed. (Ed. DNS Hon, N Shiraishi). Dekker, New York, USA: 275
• 3. Gasol C.M., Brun F., Mosso A., Rieradevall J., Gabarrell X. [2010]: Economic assessment and comparison of acacia energy crop with annual traditional crops in Southern Europe. Energy Policy 38: 592
• 4. Gasol C.M., Gabarrell X., Anton A., Rigola M., Carrasco J., Ciria P., Rieradevall J. [2009]: LCA of poplar bioenergy system compared with Brassica carinata energy crop and natural gas in regional scenario. Biomass and Bioenergy 33 [1]: 119
• 5. González-Garćia S., Gasol C.M., Gabarrell X., Rieradevall J., Teresa Moreira M., Feijoo G. [2010]: Environmental profile of ethanol from poplar biomass as transport fuel in Southern Europe. Renewable Energy 35: 1014–1023
• 6. Gross R., Leach M., Bauen A. [2003]: Progress in renewable energy. Environment International 29: 105–122
• 7. Guidi W., Piccioni E., Ginanni M., Bonari E. [2008]: Bark content estimation in poplar (Populus deltoides L.) short-rotation coppice in Central Italy. Biomass and Bioenergy32 [6]: 518
• 8. Guidi W., Tozzini C., Bonari E. [2009]: Estimation of chemical traits in poplar short-rotation coppice at stand level. Biomass and Bioenergy 33 [12]: 1703
• 9. Hanoka T., Liu Y., Matsunaga K., Miyazawa T., Hirata S., Sakanishi K. [2010]: Benchscale production of liquid fuel from woody biomass via gasification. Fuel Processing Technology 91: 859
• 10. International Energy Agency [2004]: Energy technologies for a sustainable future - transport. http://www.smartgridnews.com/artman/uploads/1/Energy_Technology_for_Sustain-able_Transport_IEA__2005.pdf (15 September 2012)
• 11. Kauter D., Lewandowski I., Claupein W. [2003]: Quantity and quality of harvestable biomass from Populus short rotation coppice for solid fuel use – a review of the physiological basis and management influences. Biomass and Bioenergy 24: 411–427
• 12. Keoleian G.A., Volk T.A. [2005]: Renewable energy from willow biomass crops: life cycle energy, environmental and economic performance. Critical Review in Plant Science 24: 385–406
• 13. Kin Z. [1980]: Hemicelulozy – chemia i wykorzystanie [Hemicellulose – chemistry and use]. PWRiL, Warszawa, Poland
• 14. Klasnja B., Kopitovic S., Orlovic S. [2002]: Wood and bark of some poplar and willow clones as fuelwood. Biomass and Bioenergy 23 [6]: 427–432
• 15. Komorowicz M., Wróblewska H., Pawłowski J. [2009]. Skład chemiczny i właściwości energetyczne biomasy z wybranych surowców odnawialnych [Chemical composition and properties of biomass from selected renewable sources]. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 40: 402–410
• 16. Kopetz H., Jossart J.M., Ragossnig H., Metschina C. [2007]: European Biomass Statistics 2007. European Biomass Association (AEBIOM), Brussels, Belgium: 1–73
• 17. Manalula F., Meincken M. [2009]: An evaluation of South African fuelwood with regards to calorific value and environmental impact. Biomass and Bioenergy 33: 415–420
• 18. Mc Adam J.H. [1987]. The pulp potential and paper properties of willow with reference to Salix viminalis. Irish Forestry 44 [1]: 32–42
• 19. Prosiński S. [1984]: Chemia drewna [Chemistry of wood]. PWRiL, Warsaw, Poland
• 20. Rowell R.M., Han J.S., Bisen S.S. [1997]: Changes in fiber properties during the growing season. In: Paper and Composite from Agro-based Resources (Ed. R. M. Rowell, R. A. Young, J. K. Rowell). Lewis Publishers, Boca Raton, New York, London, Tokyo: 23–37
• 21. Somerville Ch., Youngs H., Taylor C., Davis S.C., Long S.P. [2010]: Feedstocks for Lignocellulosic Biofuels. Science 329: 790–792
• 22. Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J., Klasa A. [2008]: Productivity of seven clones of willow coppice in annual and quadrennial cutting cycles. Biomass and Bioenergy 32: 1227–1234
• 23. Stolarski M.J. [2009]: Agrotechniczne i ekonomiczne aspekty produkcji biomasy wierzby krzewiastej (Salix spp.) jako surowca energetycznego [Agrotechnical and economic aspects of biomass production from willow coppice (Salix spp.) as an energy source].Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, Olsztyn, Poland
• 24. Stolarski M.J., Szczukowski S., Tworkowski J., Wróblewska H., Krzyżaniak M. [2011]: Short rotation willow coppice biomass as an industrial and energy feedstock. Industrial Crops and Products 33: 217–223
• 25. Surmiński J. [1990]: Właściwości techniczne i możliwości użytkowania drewna wierzbowego [Technical properties and possibilities of willow wood use]. In:Wierzby Salix alba L., Salix fragilis L [Willows Salix alba L., Salix fragilis L.] (Ed. S. Białobok). PWN, Warszawa–Poznań, Poland: 317–328
• 26. Tharakan P.J., Volk T.A., Abrahamson L.P., White E.H. [2003]: Energy feedstock characteristics of willow and hybrid poplar clones at harvest age. Biomass and Bioenergy 25 [6]: 571–580
• 27. Vaezi M., Passandideh-Fard M., Moghiman M., Charmchi M. [2012]: On a methodology for selecting biomass materials for gasification purposes. Fuel Processing Technology 98: 74–81
• 28. Waliszewska B. [2002]: Impact of growth condition on the carbohydrate content in selected varieties of shrubby willows. In: Proceedings of National Symposium, Biological reactions of trees to industrial pollution, Kórnik, Poland: 715–723
• 29. Waliszewska B., Prądzyński W. [2002]: Basic chemical analysis and polymerization level of cellulose in the year-old and the multiyear shrubby willows growing by the A-2 motorway. In: Proceedings of National Symposium, Biological reactions of trees to industrial pollution, Kórnik, Poland: 725–732
• 30. Warboys I., Houghton T. [1993]: The potential cellulosic for UK agriculture. Agricultural Engineering 48 [2]: 54–57
• 31. Wróblewska H., Komorowicz M., Pawłowski J., Cichy W. [2009]: Chemical and energetic properties of selected lignocellulosic raw materials. Folia Forestalia Polonica Series B [40]: 67–78