Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Ústav pro životní prostředí
Studijní program: Ekologie a ochrana prostředí Studijní obor: Ochrana životního prostředí
Bc. Jana Žlábková
Hodnocení zátěže životního prostředí v ČR pomocí indikátoru Vodní stopa Environmental assessment of the Czech Republic based on Water Footprint
Diplomová práce
Vedoucí práce: PaedDr. Tomáš Hák, Ph.D.
Praha 2013
Prohlášení Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracovala samostatně a že jsem uvedla všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu.
V Praze dne
Podpis:
2
Poděkování Poděkování patří v první řadě vedoucímu mé diplomové práce, PaedDr. Tomáši Hákovi, za konzultační činnost a ochotnou spolupráci, dále pak Mgr. Lucii Landové za užitečné rady při práci s programem CROPWAT. Za poskytnutí podstatných dat a zpřesňujících informací pro tvorbu mé diplomové práce jmenovitě děkuji: •
Ing. Tereze Musilové (Ministerstvo zemědělství - oddělení OZE a environmentálních strategií),
•
Ing. Karlu Traplovi, Ph.D. (Ministerstvo zemědělství - oddělení OZE
energie
a environmentálních strategií), •
Mgr. Lence Nové (Ministerstvo životního prostředí - odbor energetiky a ochrany klimatu),
•
Ing. Petru Jevičovi (Výzkumný ústav zemědělské techniky),
•
Ing. Ivovi Jarešovi (PRIMAGRA, a. s.),
•
Ing. Josefu Vytrhlíkovi (Preol, a. s),
•
Ing. Josefu Sládkovi (Ethanol Energy a. s.). V neposlední řadě bych ráda poděkovala své rodině a příteli za neutuchající podporu
během celého mého studia.
3
Abstrakt Diplomová práce si klade za cíl aplikaci indikátoru vodní stopa, což je praktický, mnohorozměrný indikátor spotřeby vodních zdrojů. Nejvýznamnější nároky na spotřebu vodních zdrojů má z lidských činností zemědělství. Pozornost byla tedy obrácena k široce diskutované problematice produkce biopaliv, jelikož vstupními surovinami pro výrobu této energie jsou právě zemědělské plodiny (v ČR - řepka olejka, cukrová řepa, kukuřice setá nebo pšenice ozimá). Výsledky výpočtů vodních stop vybraných technických plodin (m3/t) a vodních stop jednotky výhřevnosti vybraných plodin (m3/GJ) nám poskytují konkrétní představu o nárocích energie z vybraných technických plodin na vodní zdroje v podmínkách České republiky.
Klíčová slova: indikátor vodní stopa, biopaliva, řepka olejka, spotřeba vody, biodiesel, bioethanol, evapotranspirace.
Abstract This dissertation sets its goal in application of the water footprint indicator, which is a practical and multi-layered indicator of water sources consumption. Of human activities, agriculture presents the most significant demands on water sources consumption. Therefore I have turned my focus to the widely-discussed issue of biofuels production, because the input materials for production of this kind of energy are agricultural crops (in the Czech republic those are: oilseed rape, sugar beet, Indian corn and winter wheat). The calculated results of water footprints of the selected industrial crops (m3/t) and of water footprints of the heating value units of that crops (m3/GJ) offer us a concrete notion of energy requirements of water of that chosen industrial crops in the conditions of the Czech republic.
Keywords: water footprint indicator, biofuels, oilseed rape, water consumption, biodiesel, bioethanol, evapotranspiration.
4
Obsah
1.
Zaměření diplomové práce............................................................................................................ 10 1.1.
Rozmístění vodních zdrojů na Zemi....................................................................................... 11
1.2.
Odhady vývoje klimatu na území České republiky ................................................................ 13
1.2.1. 1.3.
Zemědělství v životním cyklu biopaliv ................................................................................... 15
1.3.1. 2.
3.
2.1.
Legislativa a strategické dokumenty Evropské unie.............................................................. 17
2.2.
Legislativa a strategické dokumenty České republiky ........................................................... 21
Všeobecná charakteristika biopaliva ............................................................................................. 25 3.1.
Definice biopaliv .................................................................................................................... 25
3.2.
Biopaliva první a druhé generace .......................................................................................... 25
3.2.1.
Biopaliva první generace ............................................................................................... 25
3.2.2.
Biopaliva druhé generace .............................................................................................. 26
3.2.3.
Rozdíl ve snižování emisí skleníkových plynů ................................................................ 26
Základní rozdělení biopaliv a jejich výroba............................................................................ 27
3.3.1.
Bionafta (FAME-MEŘO) ................................................................................................. 28
3.3.2.
Bioethanol ..................................................................................................................... 29
3.3.3.
Spotřeba vody při výrobě biopaliv ................................................................................ 29
3.4.
5.
Udržitelnost biopaliv ..................................................................................................... 16
Legislativa a strategické dokumenty v oblasti biopaliv ................................................................. 17
3.3.
4.
Vliv vývoje klimatu na zemědělství v České republice .................................................. 14
Srovnání technických parametrů biopaliv s klasickými palivy............................................... 30
Socioekologické vlivy produkce biopaliv ....................................................................................... 31 4.1.
Ovzduší .................................................................................................................................. 31
4.2.
Voda....................................................................................................................................... 33
4.3.
Půda ....................................................................................................................................... 36
4.4.
Biodiverzita ............................................................................................................................ 37
4.5.
Zaměstnanost ........................................................................................................................ 38
4.6.
Potravinové zásoby ............................................................................................................... 39
Produkce biopaliv v České republice a ve světě ............................................................................ 40 5.1.
Vývoj podpory biopaliv v České republice............................................................................. 40
5.2.
Výroba, vývoz a dovoz biopaliv - Česká republika ................................................................. 41
5.3.
Plodiny zpracovaných pro výrobu biopaliv v České republice .............................................. 44
5.4.
Výroba a distribuce biopaliv v EU, USA, Brazílii a Africe ....................................................... 48
5
6.
Koncept indikátoru vodní stopa .................................................................................................... 51 Vodní stopa biopaliv .............................................................................................................. 57
6.1. 7.
Cíle výpočtů ................................................................................................................................... 61
8.
Metodika výpočtů.......................................................................................................................... 62 8.1.
Použití CROPWAT 8.0 ............................................................................................................ 62
8.2.
Zjištění evapotraspirace modré a zelené vody ...................................................................... 63
8.2.1.
Upravená (skutečná) evapotraspirace (ETu) .................................................................. 63
8.2.2.
Evapotraspirace modré a zelené vody .......................................................................... 64
8.3.
Výpočet vodní stopy plodiny (m3/t) ...................................................................................... 64
8.4.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti plodiny (m3/GJ) ................................................. 65
9.
Použitá vstupní data ...................................................................................................................... 66
10.
Výpočty vodní stopy zemědělských plodin (m3/t) ..................................................................... 69
10.1.
Výpočet vodní stopy řepky olejky...................................................................................... 69
10.2.
Výpočet vodní stopy pšenice ozimé .................................................................................. 70
10.3.
Výpočet vodní stopy kukuřice seté.................................................................................... 70
10.4.
Výpočet vodní stopy cukrové řepy .................................................................................... 71
11.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti plodiny (m3/GJ) ..................................................... 72
11.1.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti řepky olejky................................................... 72
11.2.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti pšenice ozimé ............................................... 73
11.3.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti kukuřice setá ................................................. 73
11.4.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti cukrové řepy ................................................. 73
12.
Shrnutí výsledků vlastních výpočtů ........................................................................................... 74
13.
Závěr diplomové práce .............................................................................................................. 77
14.
Použité zdroje ............................................................................................................................ 81
6
Graf č. 1 Rozmístění globálních zdrojů sladké vody .............................................................................. 11 Graf č. 2 Globální spotřeba vody podle účelu ....................................................................................... 12 Graf č. 3 Očekávaný nárůst teplot vzduchu v Česku ............................................................................. 14 Graf č. 4 Potenciál ve snižování emisí CO2 biopalivy ............................................................................. 27 Graf č. 5 Množství dusíku a pesticidů na výrobu litru ethanolu z vybraných plodin............................. 35 Graf č. 6 Výroba FAME-MEŘO (v letech 1999 - 2012) a bioethanolu (v letech 2006 - 2012) v ČR........ 42 Graf č. 7 Vývoz a dovoz FAME-MEŘO - ČR (v letech 1999 - 2012) ........................................................ 42 Graf č. 8 Podíl vývozu FAME-MEŘO k celkové výrobě v ČR (v letech 1999 - 2012)............................... 43 Graf č. 9 Vývoz a dovoz bioethanolu - ČR (v letech 2007 - 2012).......................................................... 43 Graf č. 10 Podíl vývozu FAME-MEŘO k celkové výrobě v ČR (v letech 2007 - 2012)............................. 44 Graf č. 11 Vývoj ploch osázených řepkou olejkou (v letech 2004 - 2012)............................................. 44 Graf č. 12 Sklizně řepky olejky v ČR (v letech 2004 - 2012) ................................................................... 45 Graf č. 13 Sklizně řepky olejky využité na výrobu biopaliv (v letech 2004/2005 - 2012) ...................... 46 Graf č. 14 Sklizně cukrovky, pšenice a kukuřice využité na výrobu biopaliv (v letech 2008 - 2012) ..... 47 Graf č. 15 Podíl sklizní cukrovky technické využitých na výrobu biopaliv z celkových sklizní cukrovky technické v Česku (v letech 2008 - 2012) .............................................................................................. 47 Graf č. 16 Podíl sklizní pšenice ozimé využitých na výrobu biopaliv z celkových sklizní pšenice ozimé v Česku (v letech 2008 - 2010) ................................................................................................................. 48 Graf č. 17 Primární produkce biodieselu v EU (v letech 1998 - 2011), v tis. tun ................................... 49 Graf č. 18 Vodní stopa jednotky energie bioethanolu (m3/GJ) z různých zemědělských plodin - globální průměry, nejnižší a nejvyšší hodnoty .................................................................................................... 58 Graf č. 19 Vodní stopa biodieselu z různých zemědělských plodin - modrá a zelená vodní stopa ....... 59 Graf č. 20 Vodní stopa bioethanolu z cukrové řepy - zelená, modrá a šedá vodní stopa (l/l) .............. 60 Graf č. 21 Vodní stopa energie biomasy vybraných plodin v Brazílii a Zimbabwe (m3/GJ) ................... 61 Graf č. 22 Graf č. 22 Srovnání hodnot vodních stop plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka) ................................................................ 75 Graf č. 23 Srovnání celkových vodních stop plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka) - výsečový graf ...................................................... 75 Graf č. 24 Srovnání hodnot vodních stop jednotky výhřevnosti plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka) .......................................... 76 Graf č. 25 Srovnání celkových vodních stop jednotky výhřevnosti plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka) .......................................... 76
Obrázek č. 1 Předpokládaný vývoj počtu dnů bezesrážkového období v Česku ................................... 15 Obrázek č. 2 Řetězec od vstupních zdrojů ke konečné spotřebě - biopaliva ........................................ 16 Obrázek č. 7 Technologický postup výroby biopaliv ............................................................................. 28 Obrázek č. 8 Odhad nepřímé změny využívání půd vlivem produkce biopaliv v roce 2020 ................. 37 Obrázek č. 9 Bilance exportu bioethanolu v roce 2011 (tis. m3) ........................................................... 51 Obrázek č. 10 Zelená a modrá vodní stopa v zemědělství .................................................................... 53 Obrázek č. 11 Bilance virtuální vody států (období 1995-1999) ........................................................... 55
7
Tabulka č. 1 Přehled charakteristik jednotlivých druhů biopaliva podle vstupních plodin................... 26 Tabulka č. 2 Suroviny pro výrobu biodieselu - EU ................................................................................. 49 Tabulka č. 3 Suroviny pro výrobu bioethanolu - EU .............................................................................. 50 Tabulka č. 4 Průměrná vodní stopa jednotky energie (m3/GJ) vybraných zdrojů ................................. 57 Tabulka č. 5 Srovnání hodnot evapotranspirací, vodních stop plodin a vodních stop jednotky výhřevnosti plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR ................................................................. 77
Seznam Příloh Příloha č. 1
Příloha č. 1 k nařízení vlády č. 351/2012 Sb.
Příloha č. 2
Vstupní data plodin v programu CROPWAT 8.0
Příloha č. 3
Hodnoty výhřevnosti plodin (LHV d. m.) v MJ/kg
Příloha č. 4
Výstupy programu CROPWAT 8.0 v modulu "zavlažovací plán"pro výpočet vodní stopy dané plodiny
8
Seznam zkratek CO2
oxid uhličitý
ČR
Česká republika
ES
Směrnice Evropské unie
EU
Evropská unie
FAME
fatty acid methyl ester
FAO
Organizace pro výživu a zemědělství
GJ
gigajoule
HFC
fluormethan
CH4
methan
LCA
Posuzování životního cyklu
LHV
low heating value
MEŘO
metylester řepkového oleje
MŽP
Ministerstvo životního prostředí
N 2O
oxid dusný
OECD
Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj
OSN
Organizace spojených národů
SF6
fluorid sírový
UNEP
Program OSN pro životní prostředí
UNIDO
Organizace OSN pro průmysl a rozvoj
USA
Spojené státy americké
9
1. Zaměření diplomové práce Přímá spotřeba vodních zdrojů konzumenty je snadno zjistitelná a přestavitelná, nepřímá spotřeba vody konzumenty využíváním nejrůznějších produktů a služeb je však oproti přímé spotřebě podstatně vyšší. Možností jak zjistit skrytou spotřebu vody u produktů a služeb je stanovení jejich vodní stopy. Indikátor vodní stopa je mnohorozměrný indikátor spotřeby vody, který lze aplikovat na konkrétní klimatické podmínky i technologické postupy. Předmětem této diplomové práce je stanovení vhodného postupu výpočtu vodní stopy jednotky výhřevnosti technické plodiny (m3/GJ) a výpočet daných vodních stop za pomoci aplikace metodiky výpočtu vodní stopy zemědělské plodiny (m3/t) v kontextu České republiky. Oblastí našeho zájmu je jeden z obnovitelných zdrojů energie – biopaliva. Odvětví biopaliv přislibuje pozitivní vliv na vývoj znečištění ovzduší, jejich produkce má však významný vliv na všechny složky životného prostředí, a to včetně vod. V teoretické části diplomové práce se samozřejmě seznámíme s druhy vyráběných biopaliv (tekutých). Utvoříme si ucelenou představu o vývoji legislativy týkající se produkce biopaliv a seznámíme se se strategickými dokumenty EU a České republiky. Dále se zaměříme na současnou situaci produkce, vývozů a dovozů biopaliv v České republice a ve světě. Práce také čtenáře seznámí se všemi hlavními ekologickými a sociálním riziky, které jsou celosvětově spojovány s produkcí biopaliv, přičemž jedním z nich jsou také vysoké nároky na spotřeby vody a vliv na kvalitu vody. Před samotnými výpočty a uvedením zdrojů použitých vstupních dat se podrobně seznámíme s konceptem indikátoru vodní stopa. Dílčí a finální výsledky výpočtů nám přinesou hodnoty vodních stop plodin (m3/t), které se využívají pro produkci biopaliv v České republice (pšenice ozimá, řepka olejka, cukrová řepa a kukuřice setá) a hodnoty vodních stop jednotky výhřevnosti těchto technických plodiny (m3/GJ). Získané hodnoty nám umožní srovnání nároků na spotřebu vody produkovaných energií vstupních plodin pro výrobu biopaliv. Nároky na vodu jsou výsledně stanoveny jako m3 vody na GJ (jednotky výhřevnosti paliv). Následuje úvodní část, ve které se seznamujeme s obecnými charakteristikami vodních zdrojů, s jejich současným stavem a s výhledy pro budoucí stav vodních zdrojů v České republice.
10
1.1. Rozmístění vodních zdrojů na Zemi Dostupné vodní zdroje jsou proměnné v čase a prostoru a jsou odhadovány na cca 42 700 km3/rok. Díky celosvětovému zaznamenávání hydrologických stanic máme dnes kvalitní představu o rozložení zdrojů vody v celosvětovém měřítku. (Shiklomanov, 1998) Globální objemy dostupné vody však nejsou vypovídající z hlediska dostupnosti vodních zdrojů na lokálních úrovních. Dostupnost sladké vody na regionální úrovni je poměrně specifická. Zdroje sladké vody jsou na Zemi rozmístěny velmi nerovnoměrně a záleží také na probíhajícím ročním období. (Rosegrant, 1997) Přírodní zásoby pitné vody se dělí na podzemní vody, prameny, říční toky, jezera a ledovce. V posledních 50 letech se spotřeba pitné vody až ztrojnásobila, lidmi je dnes spotřebováváno cca 54 % dostupných zdrojů pitné vody. Neuvážlivé hospodaření s přírodními zdroji pitné vody a jejich rostoucí spotřeba zapříčiňují, že se z obnovitelného zdroje pitné vody stává zdroj neobnovitelný. V Evropě došlo od roku 1990 ke zdvojnásobení území zasažených suchem. (Plášilová, 2009) Největší objemy vodních zdrojů se nacházejí v oblastech Jižní a Severní Ameriky a Asie, nejmenší objemy obnovitelných vodních zdrojů jsou v oblastech Afriky, dále pak Evropy a Austrálie. (Shiklomanov, 1998) Graf č. 1 Rozmístění globálních zdrojů sladké vody
Zdroj: Shiklomanov, 19998
Globální procesy výměny vody vytvářejí stabilní distribuci mezi zemí, oceánem a atmosférou. Tato rovnováha se mění v čase a je v součinnosti s hydrologickými a klimatickými podmínkami. (Shiklomanov, 2003) Klimatické změny na globální úrovni se dle současných poznatků připisují zejména vzrůstajícím emisím skleníkových plynů (hl. oxidu
11
uhličitého), které mají za následek stoupající tepotu te troposféry1. (Pretel, 2012) Zvyšování emisí skleníkových plynů je způsobeno především vlivem narůstající velikosti lidské populace, rozšiřujícího se průmyslu,, dopravy a také zemědělství. (Shiklomanov, 2003) Tyto vlivy, spolu se špatným managementem vodních vodních zdrojů, způsobují kontinuálně k se zhoršující dostupnost pitné vody v řadě zemí, zejména pak v sušších oblastech (př. Saudská Arábie). V situaci narůstající světové krize dostupnosti vodních zdrojů se předpokládá, p že vodním stresem2 a nedostatkem budou v roce 2025 postiženy až 4,5 mld. lidí (Kulshreshtha, 1993). Změna v globální spotřebě vody lidstvem je odhadována na 4 tis. km3 nárůstu pro každý rok. Lidská činnost má významný vliv nejen na množství dostupné vody, ale také na samotnou kvalitu vodních zdrojů drojů a kvalitu půd. (Shiklomanov, 2003) Nejvyšší spotřebu vodních zdrojů z lidských činností má s velkou převahou zemědělství, a to více než 70 % z celosvětového odběru odběr vody a více než 90 % z odběrů vody v rozvojových zemích. (Rosegrant, 1997) Zemědělství je v určitých oblastech významně závislé na zavlažování, celosvětově se praktikování zemědělských postupů se zavlažováním vlažováním vztahuje na přibližně 16 % zemědělsky obdělávaných obdělávan území. Globálně se zvyšující teploty mají samozřejmě vliv na rozšiřování zemědělských zemědělských území s potřebou zavlažování, zavlažování přičemž režim zavlažování je dominantní především ve v výrazně sušších oblastech, kde zároveň potenciálně konkuruje využití vody jako pitného zdroje. zdroje (Bazzaz, 1996) Například nároky na vodu pro pěstování cukrové třtiny a pšenice v Argentině jsou zavlažováním pokryty z 96 %, u pěstování sóji v Brazílii jde o 95 %, u pěstování čiroku v Jemenu o 100 %. (Gerbens-Leenes, Leenes, 2009) 2009 Graf č. 2 Globální spotřeba vody podle účelu
Zemědělství Města Průmysl Přírodní toky Otevřená evaporace
Zdroj dat: World Bank Group 1 2
Vrstva atmosféry, která se nachází nejblíže zemskému povrchu. Měří se indexem vodního stresu.
12
Voda je tedy díky svým charakteristickým vlastnostem a koloběhu obnovitelným zdrojem, avšak pro potřeby užívání sladké vody je rovněž zdrojem místně a časově limitovaným. Z hlediska narůstající spotřeby nelze zjevně vodní zdroje vnímat jako neomezené. (Hoekstra, 2009) 1.2. Odhady vývoje klimatu na území České republiky Změny klimatu, ke kterým v současné době dochází, ovlivňují také hydrologický režim v České republice. (Pretel, 2011) Území Česka leží v přelomové oblasti, kde se předpokládá nárůst srážek na severu a na jihu jejich pokles. Predikce dalšího vývoje klimatu jsou tedy obtížněji stanovitelné, jelikož se zde vyskytuje řada nejistot. Modelové projekce pro období od roku 2010 do roku 2099 nicméně predikují především úbytek srážek v letních měsících. S nárůstem teploty roste i potenciální evapotranspirace3a dochází k rychlejšímu úbytku vody z povodí. V současné době je již zaznamenáno navýšení evapotranspirace v ročním průměru o 5-10 % a v zimě o více než o 20 %. (Pretel, 2012) Teplota je tedy hlavním faktorem, který ovlivňuje hydrologickou bilanci území z důvodu nárůstu potenciální evapotranspirace. Kompenzaci tohoto vývoje by do určité míry mělo v budoucnu obstarat zvýšení srážek na většině území nejvíce o 10 %, jedná se však pouze o mírné navýšení a v delších časových výhledech by měla srážková situace být na srovnatelné úrovni se současnou situací. (Pretel, 2011) V problematice srážek se předpokládá vyšší variabilita v jejich distribuci, což způsobuje především častější výskyt bezesrážkových období. Ve výhledových obdobích by se mělo rozdílem srážek a evaporací ve výsledku navyšovat riziko úbytku vody v půdě. Nejrizikovější oblastí se dle současných poznatků jeví střední část ČR. Růst teplot ovlivní také hloubku promrzání půd, která by se měla zmenšit až o cca 20 cm, a v nejteplejších oblastech by se promrzání půd nemělo vyskytovat vůbec. Vyšší teplota má vliv také na zvyšování obsahu dusičitanů v půdách a tím se zvyšuje i riziko jejich vyplavování do vod. (Pretel, 2012)
3
Evapotranspirace je označení pro celkový výpar - fyzikální a fyziologický, tj. výpar vody z půdy a výdej vody vegetací v podobě vodní páry.
13
Graf č. 3 Očekávaný nárůst teplot vzduchu v Česku
Zdroj: (Pretel, 2011)
Mezi často zmiňované důsledky budoucích změn patří také zvýšení míry povodňového rizika, stejně jako častější jev minimálních průtoků vody řekách. V případě povodní však není možné dojít v současné době k jednoznačnému závěru. Zásadní vliv na povodňovou situaci má především množství a intenzita srážek v letním období. Výpočty pro vzdálenější časové horizonty naznačují spíše pokles četnosti i velikosti povodní, zatímco v krátkodobém výhledu jsou dosavadní získané informace zatím dosti nejednoznačné. S větší pravděpodobností lze ale očekávat výskyt období s nedostatkem vody než zvýšení intenzity a četnosti přívalových srážek. (Pretel, 2011) 1.2.1.
Vliv vývoje klimatu na zemědělství v České republice
Měnící se klimatické podmínky se bezprostředně odrážejí také na oblasti zemědělství, vliv mají zejména extrémní klimatické jevy, jakými jsou suchá období nebo povodňové situace. Oba tyto extrémy mohou poškozovat ekosystémy v měřítku krajiny. Vyšší teplota vzduchu i půdy přináší rizika, kterými jsou rychlejší vývoj plodiny, kratší doba růstu, vyšší výskyt chorob a škůdců, nedostatečné utužení ozimů, možné problémy s fertilitou pylu a negativní vliv na vývoj semen. (Pretel, 2012) V jižnějších oblastech se podmínky pro zemědělskou produkci s ohledem na sucho obecně zhoršují, především v období vrcholného léta. Na podzim by období sucha mělo trvat podstatně déle než v současnosti a zvyšovat by se měla také pravděpodobnost vzniku erozí. Pro zemědělské postupy je tedy vysoce pravděpodobné, že se zde v budoucnu budou zvyšovat požadavky na pravidelné zavlažování.
14
Ve vyšších vertikálních pásmech se mohou mírně zlepšovat podmínky pro zemědělskou produkci teplomilnějších kultur plodin. (Pretel, 2011) Obrázek č. 1 Předpokládaný vývoj počtu dnů bezesrážkového období v Česku
Zdroj: Pretel, 2012
1.3. Zemědělství v životním cyklu biopaliv Zemědělství je významným faktorem ovlivňujícím místní ekosystémy, jimi poskytované služby a kvalitu životního prostředí. Pro zemědělství je charakteristický princip systematického odebírání organické hmoty z ekosystému a rozšiřování monokulturních plodin, (Nátr, 2011) Zejména extenzivní zemědělství má v místním i celosvětovém měřítku rozsáhlé dopady na jednotlivé složky ekosystémů, ekologických procesů a na stav a vývoj klimatu. (Daily, 1997) V této souvislosti je významný i proces produkce biopaliv, který zahrnuje neopomenutelnou fázi pěstování technických plodin. Tato fáze výroby biopaliv je spojována s mnohými významnými ekologickými a společenskými riziky, jak na lokální tak na globální úrovni. (Righelato, 2007) Biopaliva se řadí mezi obnovitelné zdroje energie, jejich produkce je podporována zejména kvůli náhradě klasických fosilních paliv, která jsou nositelem významného zvyšování emisí skleníkových plynů a jsou spojena s devastací přírodních
15
ekosystémů. Strategie zvyšování produkce biopaliv je zahrnuta do dlouhodobých mezinárodních programů pro zmírňování klimatických změn. (Bryan, 2010) 1.3.1.
Udržitelnost biopaliv
Obrázek č. 2 Řetězec od vstupních zdrojů ke konečné spotřebě - biopaliva
Z důvodu vysokých nároků na vodní zdroje
a zábor půdy během období pěstování technických plodin je otázkou, zda je opravdu možné biomasu4 potřebnou pro výrobu biopaliv získávat vždy v souladu s idejemi udržitelnosti. (Muller, 2009) Klíčovými kritérii pro udržitelný zemědělský režim jsou především zachování kvality půdy, udržitelná spotřeba vody a zachování její kvality, ochrana biodiverzity a problematika používání pesticidů a herbicidů. (Hartridge, 2001) Intenzivní pěstování monokultur s roční sklizní v širším měřítku prakticky vždy představuje neudržitelný režim zemědělské produkce. Lépe je hodnoceno pěstování určitých energetických dřevin, víceletých travin a pěstování plodin na degradovaných půdách. (Muller, 2009) Jak uvádí ve své knize Lubomír Nátr (2011) existují především dvě strategie výroby biopaliv v závislosti na rozsahu pěstování vstupních plodin: Zdroj: FAO, 2008a
Produkce biopaliv v malém měřítku představují jednotlivé farmy nebo vesnické komunity. Tato strategie má nepochybně řadu výhod a
perspektivní využití zejména pro řídce osídlené oblasti. Možnou výhodou je zajištění spolehlivé dodávky energie z místních stabilizovaných zdrojů. V těchto oblastech s nedostatkem pracovních míst navíc přispívá ke zvýšení. Další existující strategií je produkce ve velkém rozsahu, která je většinou motivována zájemci mimo oblast vlastního pěstování technických plodin. Současná podoba velkoplošné produkce biopaliv především pro potřeby vyspělých zemí je při dalším rozvoji dlouhodobě neudržitelná, jelikož je ekologicky a sociálně příliš riziková. 4
hmota organického původu (v tomto případě rostlinná)
16
Systémem pro udržitelnou produkci biopaliv, který integruje dvě výše zmíněné strategie, je rozvíjející se systém organizovaného sdružování jednotlivých farmářů. Tento přístup umožňuje produkci na lokální úrovni místních farmářů a svou organizovaností může zároveň uspokojit vzrůstající poptávku ze strany investorů. Producenti biopaliv jsou v nákupech u lokálních farmářů podporováni státní podporou v podobě nižších daní. Tento systém se zavádí například v Brazílii, která je jedním z největších producentů biopaliv. (FAO, 2010) 2. Legislativa a strategické dokumenty v oblasti biopaliv 2.1. Legislativa a strategické dokumenty Evropské unie
Doporučení podpory využívání biomasy se výrazněji objevuje v Bílé knize Komise: Energie pro budoucnost - obnovitelné zdroje energie (26. 11. 1997). Bílé knihy Evropské komise mají za cíl nastartovat jednání a přinést vhodné strategie pro danou oblast. V tomto dokumentu se uvádí: „Obnovitelné zdroje energie jsou v současné době nedostatečně využívané v Evropské unii. Ačkoliv mnoho je jich hojně dostupných a skutečný ekonomický potenciál je značný, obnovitelné zdroje energie mají malé přispění - méně než 6 % hrubé energetické spotřeby Unie, která je odhadována do budoucna stále narůstat...Široká veřejnost má kladný postoj k rozvoji obnovitelných zdrojů energie více než k jakémukoli jinému zdroji energie, především z hlediska životního prostředí." (čl. 1.1.1) Podporou obnovitelných zdrojů energií začalo Evropské společenství účelně směřovat k dodržování Kjótského protokolu k Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu z prosince 19975. (Bílá kniha Komise: Energie pro budoucnost: obnovitelné zdroje energie, čl. 1.1.2) Dále se problematika biopaliv rozvíjela v Zelené knize Komise: K evropské strategii bezpečnosti zásobování energií (15. 11. 2000), kde byl v oboru silniční dopravy stanoven cíl nahradit do roku 2020 20 % tradičních pohonných hmot alternativními palivy, a to v porovnání s rokem 1990. Usměrňování produkce biopaliv bylo poprvé legislativně uvedeno v platnost Směrnicí Evropského parlamentu a Rady 2003/30/ES o podpoře užívání biopaliv nebo jiných obnovitelných pohonných hmot v dopravě ze dne 8. května 2003. Legislativní ukotvení biopaliv vychází ze zasedání v Götenborgu ve dnech 15. a 16. 6. 2001. Zde byla dohodnuta
5
pozn. Českou republikou byl Protokol podepsán 23. 11. 1998 (MŽP)
17
strategie pro udržitelný rozvoj biopaliv a řada opatření obsahující rozvoj biopaliv v členských státech Společenství. Tato směrnice nastavuje rozvoj využívání biomasy vhodné k výrobě biopaliv ze zemědělských a lesnických produktů, ale také ze zbytků a odpadů v lesnictví a z lesnického a potravinářského průmyslu. Pro podporu snižování závislosti na fosilních palivech skrze využívání alternativních pohonných hmot hovoří i odhad, že do roku 2010 mohou emise CO2 z dopravy vzrůst až o 50 %, přičemž největším zdrojem tohoto znečištění je silniční doprava. Kromě cílů spojených se snižováním emisí skleníkových plynů upozorňuje Směrnice 2003/30/ES i na nutnost snižovat závislost členských států na dovozu energie, tj. na vyšší energetickou nezávislost států. Při podpoře biopaliv by se měl brát zřetel na celkový dopad na životní prostředí a na ekonomickou návratnost pohonných hmot. Směrnicí ukládá Komisi povinnost vypracovat každé dva roky hodnotící zprávu o dosažení pokroku ve využívání biopaliv a jiných obnovitelných pohonných hmot v členských státech. Tato hodnotící zpráva obsahuje také hodnocení udržitelnosti pěstování zemědělských plodin používaných pro výrobu biopaliv. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2003/30/ES stanovila referenční hodnotu minimálního procenta biopaliv a jiných obnovitelných pohonných hmot, které by členské státy měly dosáhnout do roku 2005, na 2 %, do roku 2010 pak stanovila referenční hodnotu 5,75 %. Přijetí dalších závazných cílů ve formě podílu obnovitelných zdrojů v dopravě jednotlivými státy Společenství do roku 2020 by mělo být jistotou pro investory v této oblasti podnikání. ((1), (3), (5), (22); čl. 3 odst. 1 a 4; čl. 4 odst. 2) V Zelené knize Komise: Evropská strategie pro udržitelnost, konkurenceschopnost a bezpečnou energii (8. 3. 2006), která vychází z cílů stanovených v dokumentu Strategie Evropské unie pro biopaliva (8. 2. 2006), se dále rozvádí problematika snižování emisí skleníkových plynů do následujícího časového horizontu: „Má-li se omezit nadcházející celosvětové oteplení na dohodnutý cíl, kterým jsou maximálně 2 stupně nad úrovní před průmyslovou revolucí, měly by celosvětové emise skleníkových plynů dosáhnout vrcholu nejpozději v roce 2025 a poté klesnout nejméně o 15 %, ale možná i o 50 % ve srovnání s úrovní v roce 1990. Tento náročný úkol znamená, že Evropa musí ihned jednat, zejména v otázkách energetické účinnosti a obnovitelné energie." (čl. 2.4). Cílové referenční hodnoty 2 % jako minimálního podílu biopaliv do roku 2005 však dosaženo nebylo. Členské státy si v mnohých případech pro místní rozvoj biopaliv stanovily
18
nízké cíle, reálně vytyčené cíle v podílech biopaliv na všech palivech dosahovaly maximálně 1,4 %. (Strategie Evropské unie pro biopaliva, 2006, čl. 3.1) Odhadovaný podíl biopaliv na evropském trhu pak dosahoval přibližně 1 %. Je tedy naznačen pozitivní rozvoj, avšak státem stanovených referenčních hodnot dosáhly pouze Německo a Švédsko, jejichž postupy byly proto analyzovány. Tyto státy přijaly daňové úlevy pro biopaliva, investují do výzkumu a konečné hodnoty jsou kombinací produkce a dovozu. (Hodnotící zpráva o dosaženém pokroku v oblasti biopaliv: Zpráva o dosaženém pokroku ve využívání biopaliv a jiných obnovitelných pohonných hmot v členských státech Evropské unie, 2007, čl. 3). V roce 2006 se poukazuje na fakt, že biopaliva jsou v současné době vyráběna téměř výhradně z plodin, které mohou být využity pro potravinářské účely.6 Proto bylo také v roce 2006 navrženo vytvoření Akčního plánu pro lesní hospodářství pro větší podporu energetického využití lesního materiálu v této oblasti. Organický odpad (např. papírenský průmysl, živočišné tuky, vedlejší produkty živočišného průmyslu a recyklované jedlé oleje) je další nedostatečně rozvíjenou možností vstupních surovin pro výrobu biopaliv. Zefektivnění využívání organického odpadu k energetickým účelům je možné především zkvalitněním norem pro druhotné využívání odpadových materiálů. (Strategie Evropské unie pro biopaliva, 2006, čl. 3.4) V hodnotící zprávě o dosaženém pokroku z roku 2007 se dále uvádí: „Biopaliva se dají vyrábět z mnoha surovin. K dosažení co největšího zabezpečení dodávek je třeba mít k dispozici co nejširší spektrum surovin. Sortiment produktů zahrnující biopaliva tuzemské provenience stejně jako dovoz z celé řady regionů bude v tomto směru větším přínosem než ten, který je zcela závislý na produktech s nejnižšími výrobními náklady." Je tedy třeba využít pestřejší škálu primárních surovin. V závěrech této zprávy se nicméně klade za cíl podpořit další rozvoj pěstování řepky olejné v rámci zemí EU a u jejích východních sousedů. (Hodnotící zpráva o dosaženém pokroku v oblasti biopaliv: Zpráva o dosaženém pokroku ve využívání biopaliv a jiných obnovitelných pohonných hmot v členských státech Evropské unie, 2007, čl. 6 a 7) Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009 o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů a o změně a o následném zrušení směrnic 2001/77/ES a 2003/30/ES přispívá k posílení cílové úrovně výroby obnovitelných zdrojů energií v podobě místních nebo regionálních malých a středních podniků a efektivního 6
Viz kapitola 5
19
využívání strukturálních fondů v této oblasti. A stanovené závazné cíle, 20% podíl energie z obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě energie ve Společenství do roku 2020 a min. 10% podíl biopaliv na celkové spotřebě benzinu a nafty v dopravě, by měly být pro investory v této oblasti podnikání jasně danou jistotou. Volá se zde po nutnosti přísnější kontroly výrobců biopaliv v oblasti dodržování udržitelnosti rozvíjející se produkce biopaliv ve vztahu k životnímu prostředí. (čl. 3, čl. 8, čl. 9) V článku 17 této směrnice jsou tedy uvedena kritéria udržitelnosti biopaliv a biokapalin, platná bez ohledu na to, zda byly suroviny vypěstovány na území nebo mimo území Společenství, a v článku 18 je dále uveřejněn systém ověřování plnění kritérií udržitelnosti. Součástí plnění kritérií udržitelnosti biopaliv je i povinnost výpočtu skleníkových plynů biopaliv a biokapalin, které jsou spojeny s pěstováním vstupních plodin (čl. 19). S dodržováním kritérií udržitelnosti v této oblasti souvisela i potřeba vytvoření mezinárodně slučitelných standardů biopaliv, které vycházejí z jednání vlád Brazílie, USA a Evropské unie v roce 2006 (Bílá kniha: Mezinárodní slučitelnost standardů biopaliv, 2007). Povinnost výpočtu emisí skleníkových plynů vznikajících během životního cyklu biopaliv a jejich podrobná pravidla jsou uvedeny v dokumentu Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/30/ES ze dne 23. dubna 2009, kterou se mění směrnice 98/70/ES, pokud jde o specifikaci benzinu, motorové nafty a plynových olejů, zavedení mechanismu pro sledování a snížení emisí skleníkových plynů, a směrnici rady 1999/32/ES, pokud jde o specifikaci paliva používaného plavidly vnitrozemské plavby, a kterou se ruší směrnice 93/12/EHS i s celou metodikou výpočtu (Příloha IV., C). Nalezneme zde například přehled typických emisí skleníkových plynů daných biopaliv z určitých zemědělských plodin. Nejvyšších hodnot dosahují binafta z řepkového semene a ethanol vyráběný z pšenice (Příloha IV., D). Dalším časovým horizontem pro stanovení hladiny snižování emisí skleníkových plynů byl stanoven rok 2050. Aby se změna klimatu udržela pod 2 °C, určil se cíl snížení současných emisí skleníkových plynů do roku 2050 o 80 - 95 %. Stanoveny byly samozřejmě také postupné mezníky hladin snižování emisí skleníkových plynů, jako je snížení skleníkových plynů o 40 % do roku 2030. Největší snižování emisí skleníkových plynů je požadováno v odvětvích energetiky (93 až 99 %), průmyslu a dopravy (54 až 67 %). S takto ambiciózními cíli souvisí i přepracování strategií k podoře investic do rozvoje „nízkouhlíkového sektoru“, jakými jsou například upravení systému obchodování s emisemi a podpora financování
20
domácích investic v tomto sektoru. (Plán přechodu na konkurenceschopné nízkouhlíkové hospodářství do roku 2050, 2011, čl. 1 a 4) „V současné době je však vývoj na trhu s alternativními palivy stále brzděn technologickými a obchodními omezeními, nedostatečným přijetím ze strany spotřebitelů a chybějící vhodnou infrastrukturou. Tyto nedostatky se podstatnou měrou podílí na stávajících vysokých nákladech spojených s používáním inovativních alternativních energií. Iniciativy na podporu alternativních paliv pro dopravu existují na úrovni EU i na vnitrostátních úrovních, ale je třeba zavést provázanou a stabilní zastřešující strategii obsahující regulační rámec podporující investice," vykreslují autoři dokumentace Komise Čisté zdroje energie pro dopravu: Evropská strategie pro alternativní paliva ze dne 24. 1. 2013 (čl. 1) současné bariéry dynamického rozvoje biopaliv. 2.2. Legislativa a strategické dokumenty České republiky
V nedávné době byl schválen zákon 201/2012 Sb. ze dne 2. 5. 2012, o ochraně ovzduší. V tomto zákonu je zanesena povinnost pro dodavatele pohonných hmot přimíchávat stanovená minimálního množství biopaliv do pohonných hmot, a to v pohonných hmotách, které uvádí do volného daňového oběhu na daňovém území České republiky pro dopravní účely nebo které byly uvedeny do volného daňového oběhu v jiném členském státě Evropské unie (§ 19 odst. 1). Tato povinnost je v souladu s Vyhláškou č. 133/2010 Sb., o požadavcích na pohonné hmoty, o způsobu sledování a monitorování složení a jakosti pohonných hmot a o jejich evidenci. Stanovené povinné minimální množství přimíchaných biopaliv je v současné době na hladině 4,1 % objemových do motorových benzinů a 6 % objemových do motorové nafty (§ 19 odst. 1, písm. a, b). Tabulka 1 Vývoj minimálních podílů biopaliv v ČR v letech 2007 - 2012 1)
2)
2007 2008 2009 2010 2011 - 2012 3) 4) 3) 4) 3) 4) 3) 4) 3) 4) % V/V % e.o. % V/V % e.o. % V/V % e.o. % V/V % e.o. % V/V % e.o. Biopaliva v motorové naftě Biopaliva v motorových benzinech Biopaliva v pohonných hmotách celkem
0,66
0,61
2
1,84
4,5
4,1
5,4
5,0
6,0
5,5
-
-
2
1,32
3,5
2,3
3,9
2,6
4,1
2,7
-
0,32
-
1,59
-
3,3
-
3,8
-
4,22
1) od 1. 9. 2007, leden - srpen 0 %, září - prosinec 2 % jen MEŘO - FAME v motorové naftě 2) od 1. 6. 2010, leden květen 4,5 % V/V, červen - prosinec 6 % V/V MEŘO - FAME v motorové naftě, leden - květen 3,5 % V/V, červen - prosinec 4,1 % V/V bioethanolu v motorových benzinech 3) % V/V = % objemová 4) % e.o. = % energetického obsahu
Zdroj: Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
21
Zákonem 201/2012 Sb. ze dne 2. 5. 2012, o ochraně ovzduší se prosazuje přísnější evidence produkovaných, vyvážených a dovážených pohonných hmot a přimíchaných druhů biopaliv (§ 19 odst. 5). Uvádí se výše pokut za nedodržení stanovených objemů přimíchaných biopaliv (§ 19 odst. 9). Dále se zavádí evidence povinnosti snižování emisí skleníkových plynů z pohonných hmot (§ 20, odst. 3). Jak se uvádí v (§ 20, odst. 1: „Dodavatel pohonných hmot je povinen postupně snižovat emise skleníkových plynů na jednotku energie obsaženou v pohonné hmotě v úplném životním cyklu pohonné hmoty tak, aby dosáhl, ve srovnání se základní hodnotou produkce emisí skleníkových plynů pro fosilní pohonné hmoty stanovenou prováděcím právním předpisem, snížení o 2 % do 31. prosince 2014, o 4 % do 31. prosince 2017 a o 6 % do 31. prosince 2020.“ Vzniklé emise skleníkových plynů na jednotku energie pohonné hmoty se počítají během celého životního cyklu a jsou vyjádřeny ekvivalentem CO2, který je vydělený celkovým energetickým obsahem pohonné hmoty (spodní výhřevnost). Zahrnují se tedy všechny etapy procesu výroby a spotřeby pohonné hmoty – obdělávání půdy (včetně změn ve využívání půdy), doprava, distribuce, zpracování či spalování. (§ 20, odst. 2) Hlavním kontrolním prostředkem pro skutečné dodržování cílů stanovených v oblasti snižování emisí skleníkových plynů v souladu s ochranou životního prostředí je zavedení dílčích Prohlášení o shodě s kritérii udržitelnosti biopaliv (zákonu 201/2012 Sb., § 21, odst. 2). Výrobce, dovozce a prodejce je povinen vždy doložit přimíchaný druh a množství biopaliva v pohonné hmotě, dále výchozí surovinu pro výrobu biopaliva, stát původu zpracované biomasy a hodnotu vyprodukovaných emisí skleníkových plynů (uvedeno na webových stránkách MŽP: Náležitosti prohlášení o shodě s kritérii udržitelnosti). Dílčí kritéria udržitelnosti a povinností výrobců jsou dále upřesněna v Nařízení vlády 351/2012 ze dne 3. 10. 2012, o kritériích udržitelnosti biopaliv. Opatření, která toto nařízení spravuje, se týkají původu vstupních surovin pro výrobu biopaliv, jež nesmí pocházet z půdy s vysokou hodnotou biologické rozmanitosti a s vysokou zásobou uhlíku (§ 2, odst. 4 a 5). Jak je uvedeno v dokumentu Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2009 - 2011 (čl. 1): „Obecně lze říci, že hlavními kritérii by měla být výše přidané hodnoty v procesu zhodnocení biomasy a zhodnocení životního cyklu, tj. včetně návratu živin do půdy."
22
Vysokoprocentní a čistá biopaliva splňující kritéria udržitelnosti biopaliv mají svou podporu v zákoně č. 353/2003 Sb. ze dne 23. 10. 2003, o spotřebních daních úlevou na spotřebních daních z minerálních olejů (§ 49, čl. 13). Přímá podpora na výrobu biopaliv již v Česku poskytována není, a to od roku 2006 (Zemědělství 2011, Mze). V dokumentu Strategie Evropské unie pro biopaliva, který byl vydán v roce z roku 2006, je dáno doporučení zpracovat pro oblast biopaliv akční plány specifické pro každou členskou zemi Evropského společenství (čl. 3.6). V České republice byl tedy vypracován Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2009 - 2011, jenž shrnuje současné české podmínky pro rozvoj využívání biomasy pro energetické účely v souladu se stanovenými hodnotami snižování závislosti na dominantních zdrojích energie. Zvyšování produkce biomasy si samozřejmě žádá rozšiřování produkčních ploch a také zvýšení intenzity pěstování biomasy (čl. 4). Z doprovodných šetření vyplývá, že hlavními bariérami rozvoje investic do tohoto odvětví se zdají být především náročné administrativní podmínky v České republice, neefektivní využívání poskytovaných strukturálních fondů Evropské unie, nedostatečně rozvinutá podpora oblastí venkova a nesystémová osvěta a poradenství v oblasti pěstování a využívání biomasy v ČR (čl. 2.2). „Návrhy aktivit v rámci realizace Akčního plánu", které nalezneme v tomto dokumentu, v podstatě nastiňují náplň následujícího Akčního plánu pro biomasu v ČR na období 2012 - 2020, který oblast možných aktivit rozvíjí. Cílem Akčního plánu pro biomasu v ČR na období 2012 - 2020 je: „Zajištění potravinové soběstačnosti země s možností efektivního využití zbývajícího potenciálu zemědělské půdy ČR a lesní dendromasy pro energetickou potřebu.“ (článek I.) Politika potravinové soběstačnosti je tedy z důvodu sociální bezpečnosti upřednostňována před využíváním zemědělských půdy pro energetické účely. Akční plán proto zpracovává tři možné scénáře potravinového využití (70 %, 100 % a 130 %) a s tím i možné rozsahy ploch pro energetické využití. V této strategii bezpečnosti se počítá s tržními a klimatickými výkyvy pro potřebu flexibilního stanovování využití půdního energetického potenciálu. (článek 2.1.1) Akční plán uvádí řadu opatření pro reálný rozvoj této oblasti. Od prosazování využití širší škály biomasy k energetickým účelům si Ministerstvo zemědělství slibuje diversifikaci zemědělského hospodaření,
rozvoj
biodiverzity
české
krajiny
a
aplikaci
půdoochranných
a
protipovodňových postupů. (článek I.) V poslední době dochází především k rozvoji účelného
23
pěstování energetických plodin. (článek I.) Akční plán v souvislosti s uváděným energetickým potenciálem biomasy ze zemědělské půdy ČR upozorňuje na nutnost podpory rozvoje využívání i trvalých travních porostů a vedlejších produktů zemědělské výroby (článek 2.1.5). Proto navrhuje „optimální palivový mix“, který uvádí vhodné vstupní suroviny na výrobu biopaliv (článek 2.1.2). V problematice využívání dendromasy pro energetické účely hraje důležitou negativní roli zejména časové hledisko – pěstování rychle rostoucích dřevin představuje několikaletý časový odstup mezi výsadbou a sklizní (článek 2.1.5). Potenciál zbytkové zemědělské produkce (např. obilná a řepková sláma), biologicky rozložitelného komunálního odpadu a lesnické dendromasy není systematicky rozvíjen. V rámci využívání zemědělských plodin se přiklání především k podpoře pícnin, které by tak mohly nahradit některé oblasti, kde je pěstována kukuřice. Nastavení reálného poměru mezi cíleně pěstovanou biomasou a zbytkovou biomasou se tedy ukazuje být velmi podstatné. Jelikož je životní cyklus výroby bionafty i bioethanolu zatížen vysokými energetickými nároky, je zde zmíněna možnost zvýšení využití také vedlejších produktů, které vznikají během výroby biopaliv. (čl. 6.1, 6.2 a 6.4) Současné analýzy dle akčního plánu očekávají nárůst zájmu investorů. Velký nedostatkem pro budoucí rozvoj je absence územního plánování v této oblasti. (článek I.) Efektivní využívání energetického potenciálu biomasy v rámci České republiky je prioritou, v akčním plánu se tedy dále poukazuje na riziko celoevropského vzrůstajícího trendu vývozu biomasy do zahraničí. Upozorňuje se zde tedy na potřebu rozvoje lokální energetiky (tj. Akčního plánu pro biomasu v ČR na období 2012 - 2020). Tvorba akčních plánů pro biomasu (biopaliva) jednotlivými zeměmi by měla dále podpořit globální koordinaci obchodování s biomasou, která je využívaná k energetickým účelům. Tyto snahy jsou dány nerovnoměrným rozmístěním oblastí pěstování biomasy, odlišnými výchozími podmínkami těchto oblastí a konečně rozmístěním cílových spotřebitelů této energie. (Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2009 - 2011) Výše uvedený Akční plán pro biomasu v ČR na období 2012 - 2020 je vypracován v úzké návaznosti na aktualizovanou Státní energetickou koncepci a mezinárodní trendy. (Akčního plánu pro biomasu v ČR na období 2012 - 2020, článek I.) Nejčastější konkrétní problematiky
24
v oblasti splňování kritérií udržitelnosti pro biopaliva a jiné biokapaliny jsou zodpovídány v Národním akčním plánu České republiky pro energii z obnovitelných zdrojů (2012). Nejaktuálnější zveřejněné informace však hovoří o současném doporučení poslanců Evropského parlamentu během hlasování ve výboru pro životní prostředí omezit používání biopaliv ze zemědělských plodin v dopravě. O diskutovaném návrhu omezování biopaliv vyráběných ze zemědělských plodin bude hlasovat Evropský parlament nejspíše v září 2013, dále se do diskuse zapojí zástupci jednotlivých členských států. (Ekolist, 2013) 3. Všeobecná charakteristika biopaliva 3.1. Definice biopaliv Biopaliva představují udržitelný zdroj energie pro vznik tepla, elektřiny a výrobu pohonných hmot. Biopaliva vznikají přeměnou biomasy, která obecně pochází ze zemědělství a lesnictví. Biopaliva mohou být tekutá, pevná či plynná. (UNIDO, 2013) 3.2. Biopaliva první a druhé generace 3.2.1.
Biopaliva první generace
Jak uvádí Lubomír Nátr (2011): „K průmyslovým účelům jsou vybírány plodiny, které obsahující hodně sacharózy (cukrová řepa), škrobu (kukuřice, pšenice) nebo olejů (sója, řepka olejka, slunečnice)." Jedním z využití těchto plodin je výroba biopaliv. Biopaliva, u nichž jsou vstupní surovinou zemědělské plodiny, se označují jako biopaliva první generace. V tabulce č. 1 uvádím základní přehled nejčastějších vstupních zemědělských plodin pro výrobu biopaliv v Česku, druh biopaliva, který se z nich na našem území vyrábí, a jejich specifické charakteristiky. Nejvyšší výtěžnost biopaliva z jedné tuny plodiny má řepka olejka (bionafta), nejvyšší výtěžnost biopaliva z hektaru má však cukrová řepa (bioethanol).
25
Tabulka č. 1 Přehled charakteristik jednotlivých druhů biopaliva podle vstupních plodin
Plodina
Druh paliva7
Cukrová řepa Pšenice ozimá Řepka olejka
Etahnol Etahnol FAME-MEŘO
Průměrná výtěžnost biopaliva z plodiny hl/t m3/t 1,07 0,11 3,85 0,38 4,16 0,42
Výtěžnost biopaliva z ha m3/ha 6,06 2,03 1,26
Zdroj dat: Akční plánu pro biomasu v ČR na období 2012 - 2020
3.2.2.
Biopaliva druhé generace
Produkce biopaliv první generace s sebou přináší mnohé socioekologické problémy (viz kapitola 5). V současné době proto probíhá výzkum pro rozvoj produkce biopaliv druhé generace. Tato biopaliva by neměla být vyráběna z cíleně pěstovaných zemědělských plodin. Vstupními surovinami pro výrobu biopaliva druhé generace jsou například energetické dřeviny a traviny, zemědělské zbytky (sláma) nebo dřevní odpady. (Sims, 2010) Tyto výchozí suroviny mohou být pěstovány i na méně úrodné a v současné době nevyužitelné půdě. Biopaliva druhé generace si kladou za cíl využití biologického odpadu, který je v současné době převážně likvidován. Důvodem zájmu výrobců biopaliv o tzv. druhou generaci biopaliv je samozřejmě levný vstupní materiál, který je navíc k dispozici ve velkém množství. (Hromádko, 2010) Širší komerční využití biopaliv druhé generace je však podmíněno vývojem účinnějších technologií pro efektivnější konverzi biomasy pro výrobu biopaliv, což zatím naráží na mnohé obtíže. (Rutz, 2007) 3.2.3.
Rozdíl ve snižování emisí skleníkových plynů
Typ vstupních surovin, a tedy i souvisejícího životního cyklu biopaliv, ovlivňuje ve výsledku i potenciál snižování emisí skleníkových plynů. Biopaliva první generace mají oproti fosilním palivům redukci CO2 až o 50 %. Biopaliva druhé generace mají ve snižování CO2 efektivitu potenciálně o 40 % vyšší než biopaliva první generace. (Hromádko, 2010) Srovnání emisí skleníkových plynů vznikajících během životního cyklu jednotlivých fosilních paliv a biopaliv první a druhé generace je graficky znázorněno níže.
7
Viz kapitola 3. 3.
26
Graf č. 4 Potenciál ve snižování emisí CO2 biopalivy
Zdroj: Hromádko, 2010
3.3. Základní rozdělení biopaliv a jejich výroba Výrobní závody biopaliv první generace vykupují vhodné části zemědělských plodin, ze kterých je možná technologická výroba biopaliv (např. zrno pšenice či semeno řepky olejky). (Ing. J. Jandásek) Při pěstování technických plodin pro biopaliva první generace je část plodiny, která se pro účely biopaliv nevyužívá (např. sláma), zčásti zachována na poli jako přirozené hnojivo a z části je využita jako podestýlka nebo – méně často – pro energetické účely, tj. na spalování. Tento odpad lze využívat také na výrobu biopaliv druhé generace, což se však v současné době z technologických důvodů neděje. (Ing. Karel Trapl, Ph.D., 27. 6.2013) Obrázek č. 7 znázorňuje schematický přehled využívaných technologických postupů pro výrobu biopaliv první a druhé generace. Hlavními používanými výrobními procesy jsou fermentace a destilace a transesterifikace8.
8
Fermentace (kvašení) je přeměna organických látek pomocí enzymů mikroorganismů. Destilací se docílí oddělení kapalných látek na základě odlišné těkavosti jejich složek ve vroucí kapalné směsi. Transestrifikace je rekce alkoholu s derivátem za vzniku esteru a vody.
27
Obrázek č. 3 Technologický postup výroby biopaliv
Zdroj: Hromádko, 2010
3.3.1.
Bionafta (FAME-MEŘO)
Bionafta se vyrábí z oleje, nejčastěji z řepkového. Ve světě se ale využívají i další olejnaté plodiny, jako je slunečnice či sója, dále také upotřebené fritovací oleje a palmový olej. Základní složkou bionafty jsou methylestery řepkového oleje (MEŘO - methyester řepkového oleje; evropská zkratka FAME – Fat Acid Methylester). Bionafta mísená s lehkými ropnými produkty obsahuje nejméně 30 % MEŘO. Bionafta druhé generace je uváděna pod názvem syntetická nafta a vyrábí se z rychle rostoucích dřevin, z komunálního odpadu nebo ze zemědělských odpadů (viz kapitola 3.2.2). (Srdečný, 2009) Technologie výroby methylesterů řepkového oleje existuje v různých modifikacích. Výroba MEŘO je založena na reesterifikaci triglycerolů (oleje). Olej, který se vylisuje z řepkového semne, se dále za bazické katalýzy mísí s methanolem. Vznikají produkty methylester a glycerinová fáze, které se oddělují v sedimentačním zařízení. Poté následuje rafinace a čištění methylesteru. Esterová fáze se neutralizuje, promývá upravenou vodou a zbavuje se ve vakuu methanolu a vody odpařením. Methanol oddělený od glycerinové fáze se navrací zpět do výroby. (Dvořáková, 2006) Během procesu výroby MEŘO vznikají také vedlejší produkty. Glycerin lze využít v chemickém průmyslu a řepkové šroty je možné využít jako bílkovinné krmivo nebo dusíkaté hnojivo. Výrobce biopaliv má tedy možnost předávat vedlejší produkty výroby k dalšímu využití. (Snozová, 2007)
28
3.3.2.
Bioethanol
Jedná se o tekuté, na ethanolu založené dopravní palivo pro benzínové motory. Jeho výroba je založena na principu fermentačního procesu neboli na anaerobním procesu kvašení. Před procesem zkvašováním je nutné hydrolyzovat složitější monosacharidy. Bioethanol můžeme tedy vyrábět přímo z jednoduchých cukrů (př. cukrová řepa), škrobů (př. obilniny) i z lignocelulózové biomasy (např. sláma; biopaliva druhé generace). Procesem destilace se vzniklý ethanol oddělí od destilačních zbytků. Vedlejší nežádoucí zbytky fermentace jsou odstraněny rafinací. (Hromádko, 2011) Následující rovnice znázorňuje zkvašování sacharidů na bioethanol (a oxid uhličitý) kvasinkami: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 (Koukios, 2002). Technologie výroby bioethanolu druhé generace se v současné době nejeví jako výhodná. Největším problémem je převod lignocelulosové biomasy hydrolýzou na jednoduché fermentovatelnéné cukry (glukosa), jelikož tento proces je mnohem obtížnější než hydrolýza škrobu biomasy technických plodin při výrobě biopaliv první generace. (Hromádko, 2010) Nejúčinnější se zdá být kyselá hydrolýza a hydrolýzy pomocí enzymů. Na základě výzkumné činnosti se předpokládá, že technologie výroby druhé generace biopaliv získá širší komerční využití v horizontu několika let. (Hromádko, 2011) 3.3.3.
Spotřeba vody při výrobě biopaliv
Technologie výroby biopaliv vyžaduje procesní vodu, chladící vodu a vodu pro odlučování emisí do ovzduší. Z hlediska odpadních vod se dá technologický proces výroby MEŘO považovat za bezodpadový, probíhá zde regenerace odpadních vod (tj. jejich návrat do procesu výroby). Pouze malé procento vody je mícháno s vysušenými šroty a ztraceno odparem. (Dvořáková, 2006) V současné době se například vyvinulo vylepšení pracovního postupu výroby bionafty patentované v Česku, které se mimo jiné vyznačuje také úplnou absencí technologických odpadních vod a absencí čistících operací během výroby MEŘO. (BIOPA, 2013) Během výroby bioethanolu jsou nároky na vodu kladeny na začátku výrobního procesu. Ještě před fermentací se musí určená část plodiny - vstupní surovina rozmělnit, vypírka vody pak oddělí požadované cukry pro následující proces kvašení. Při přípravě zrn pro proces
29
výroby bioethanolu se aplikuje tzv. zápar, jehož účelem je bobtnání a zmazovatění zrn škrobu. (Hromádko, 2011) Další nároky na vodu jsou patrné v procesu rafinace pro zajištění normované kvality biopaliva. (Ing. Petr Jevič CSc., prof. h.c.) Technologická voda je během procesu výroby bioethanolu vyžadována pro doplňování ztrát vody vznikající odparem a doplňování okruhu chladící vody. Technologické odpadní vody jsou však v procesu výroby především recyklovány, např. pro účel chlazení. (Eminger, 2005) Technologické odpadní vody z výroby MEŘO jsou vody z promývání methyesteru (prací vody), chlazení a oplachové vody ve výrobě. Tyto vody jsou odváděny do odlučovače ropných látek. (Snozová, 2007) Dle údajů uvedených v oznámení a dokumentaci, vypracovaných v souladu se zákonem 100/2001, Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí, v platném znění,9 množství technologických (užitkových) vod dodávaných do procesu výroby není nevýznamné. Recyklace vody s dalšími zbytky probíhá v závodech důsledně (Ing. Jiří Reiss, CSc.). Eventuální odpadní vody jsou vypouštěny do chemické kanalizace závodu předčištěné, následně musí splňovat požadavky kanalizačního řádu, respektive správce kanalizační systému. (Dvořáková, 2006) 3.4. Srovnání technických parametrů biopaliv s klasickými palivy Bioethanol i bionafta se vyznačují v porovnání s naftou i benzinem nižší výhřevností, malou mazací schopností, nižším cetanovým číslem10 oproti naftě a vysokým oktanovým číslem11 oproti benzinu. Nízkou výhřevností je pak způsobována vyšší měrná spotřeba ve srovnání s naftou a benzinem. (Hromádko, 2011) Při spalování bionafty první generace (s vyšším podílem MEŘO) je zapotřebí úprava motoru. Bionafta má zhoršenou mísitelnost s motorovou naftou a v porovnání s naftou má vlastnost více rozpouštět, je proto zapotřebí častěji vyměňovat palivový filtr. (Mišelnický, 2010) Do zážehových motorů se dává především nízkoprocentní směs s přimíchaným bioethanolem v benzinu. Přimíchaný bioethanol jen minimálně mění vlastnosti použitého 9
Výroba bioethanolu v odštěpném závodě Synthesia (oznámení); Výroba FAME v areálu průmyslové chemie Lovosice (dokumentace) 10 Cetanové číslo udává kvalitu nafty – čím je číslo vyšší, tím je nafta kvalitnější 11 Oktanové číslo udává kvalitu benzinu – čím je číslo vyšší, tím je vyšší odolnost proti samozápalu při kompresi ve válci
30
benzinu. Pro využívání vysokoprocentní směsi paliva s bioethanolem pro dopravu je zapotřebí úpravy motoru, palivo pak může být až s 85 % podílem bioethanolu (palivo E85). (Hromádko, 2011) 4. Socioekologické vlivy produkce biopaliv 4.1. Ovzduší Za hlavní přínos produkce biopaliv je označován environmentální efekt snížení míry vznikajících skleníkových plynů ve srovnání s využíváním fosilních paliv v kontextu vlivu člověka na probíhající klimatické změny. (Timilsina, 2011) Skleníkové plyny jsou tvořeny CO2, CH4, N2O, HFC, PFC a SF6 a vznikají zejména v energetickém a průmyslovém odvětví, zemědělství, dopravě a při nakládání s odpady. V rámci cyklu výroby biopaliv zaznamenáváme úspory v příspěvcích skleníkových plynů (v tomto případě především CO2, CH4 a N2O) oproti produkci fosilních paliv. (Kjótský protokol, příloha A, 1998) Jelikož tyto plyny vytvářejí skleníkový efekt, antropogenní činnost tím významně ovlivňuje klimatický systém Země, ačkoli míru vlivu člověka na skleníkový efekt je obtížné jednoznačně stanovit. Koncentrace CO2 vzrostla od roku 1750 do současnosti o 31 % (367 ppm), CH4 o 151 %, N2O o 17 % a fluorované uhlovodíky a fluorid sírový se v té době vůbec nevyskytovaly. Každý z těchto plynů má rozdílný tzv. potenciál globálního ohřevu a největší potenciál globálního ohřevu z antropogenních látek má oxid uhličitý. Snížit koncentrace skleníkových plynů na předindustriální úroveň (cca 280 ppm) znamená snížení stávajících emisí o více než 50 %. (MŽP, 2004) Abychom zjistili skutečné příspěvky skleníkových plynů biopaliv z daných zdrojů, je vhodným nástrojem například tzv. Posuzování životního cyklu (LCA - Life Cycle Assessment), které zohledňuje materiálové a energetické vstupy během celého procesu výroby biopaliv a dopad konkrétního cyklu na životní prostředí. (Bird, 2011) Ve srovnání s fosilními palivy umožňuje používání biopaliv až 80% úsporu skleníkových plynů. Míra produkce skleníkových plynů vznikajících vlivem produkce biopaliv se liší dle vstupních zemědělských plodin, tím, jaké části se z nich využívají, a způsobem výroby a distribuce. Na procesu výroby biopaliv, a to především v období pěstování technických plodin, se podílejí mechanismy poháněné fosilními palivy (např. zemědělské stroje). Vlastním příspěvkem ke skleníkovým plynům,
31
který je třeba během cyklu pěstování zemědělských plodin zohlednit, jsou emise oxidu dusičitého z půdy, které mohou být svým množstvím v mnoha případech velmi významné. Během životního cyklu biopaliv je třeba počítat i s fází distribuce biopaliv, během které vznikají emise skleníkových plynů vlivem transportu na benzinové stanice; samozřejmě v případě, že jsou k tomuto transportu využívány fosilní zdroje energie. (Bringezu, 2009) Využívání rozličných pesticidů a hnojiv během fáze pěstování technických plodin představuje kvůli procesu jejich výroby také nemalé příspěvky emisí skleníkových plynů. (NV 351/2012, příloha 1, část B) U biopaliv vznikajících z cíleně pěstovaných technických plodin jsou příspěvky skleníkových plynů výrazně vyšší než u biopaliv z rostlinných zbytků zemědělské produkce, které představují pouze využití vedlejšího produktu z hlavní činnosti produkce zemědělských plodin (porovnání viz kapitola 3.2). (Bringezu, 2009) Emise skleníkových plynů mohou vznikat také jako vedlejší efekt produkce biopaliv. Příkladem je efekt nutného rozšiřování pěstování vstupních plodin pro výrobu biopaliv, kdy v řadě případů, zejména však v rozvojových zemích, jsou pole určená pro pěstování potravinářských plodin nově využívaná pro jiné účely a produkce potravinářských plodin je přesunuta na nová, doposud neobhospodařovaná území. V daném životním cyklu biopaliv se tak může objevit položka emisí skleníkových plynů spojených kupříkladu s vypalováním či kácením na nových územích a emisí skleníkových plynů z půdy (nárůst emisí uhlíkatých plynů). (Timilsina, 2011) Úspora skleníkových plynů při používání biopaliv, která splňují kritéria udržitelnosti, oproti emisím skleníkových plynů vznikajících v životním cyklu referenční fosilní pohonné hmoty, je uvedena v Nařízení vlády č.351/2012, o kritériích udržitelnosti: •
35 % do 31. prosince 2016,
•
50 % od 1. ledna 2017,
•
60 % od 1. ledna 2018 v případě biopaliv vyrobených ve stacionárním zdroji, uvedeno do provozu 1. ledna 2017 nebo později. V Nařízení vlády č. 351/2012, o kritériích udržitelnosti (§ 3) je také uveřejněn postup
výpočtu skleníkových plynů. V určitých zákonem stanovených případech, jako je například využívání orné půdy, která má tento status již z doby před rokem 2008, nebo pro plodiny 32
vypěstované mimo členské státy Evropské unie, je možné řídit se standardními hodnotami dle přílohy č. 1 (část A) tohoto nařízení, kde se uvádějí standardní hodnoty úspor emisí skleníkových plynů (v %) a standardní emise skleníkových plynů (gCO2ekv/MJ). Nejvyšších úspor emisí skleníkových plynů dosahují biopaliva vyrobená z odpadních materiálů (standardizovaná hodnota - až 95 % úspor), ale i biopaliva vyrobená z cíleně pěstovaných energetických dřevin (cca 92%). Standardizované úspory emisí skleníkových plynů jsou u cíleně pěstovaných zemědělských plodin nižší a značně se liší dle typu plodiny a paliva.12 V ostatních případech je nutné příspěvky emisí skleníkových plynů vypočítat ze skutečných hodnot dle postupu v příloze č. 1, části B a C Nařízení vlády č. 351/2012, o kritériích udržitelnosti. V tomto případě počítáme emise skleníkových plynů, které vznikají během celého životního cyklu biopaliva, tj. z pěstování a sklizně biomasy, změny ve využití půdy, zpracování, distribuce a spalování biopaliva. Dále se však ve výpočtu zohledňují úspory skleníkových plynů ze zdokonalených technologických postupů, zachytávání uhlíku a jeho ukládání. Četnými posouzeními životního cyklu výroby biopaliv dochází k přehodnocování očekávaných úspor emisí skleníkových plynů. Současnými studiemi jsou doloženy nižší úspory emisí skleníkových plynů, než je deklarováno Evropskou unií v tzv. RED (Renewable Energy Derective, 2009). Například v případě výroby biodieselu ze vstupní plodiny řepky olejky, byla spočítána až o 20 % nižší úspora emisí skleníkových plynů, než je deklarováno touto směrnicí EU. (Pehnelt, 2012) 4.2. Voda Jak již bylo zmiňováno, v porovnání s ostatními oblastmi lidské činnosti má zemědělství celosvětově nejvyšší požadavky na vodní zdroje. Až 65 % celosvětově využívaných zdrojů vody je spotřebováno na zavlažování v zemědělství. (Pimentel, 2001) Zemědělství má dále nezanedbatelný vliv na kvalitu vodních zdrojů, jelikož se během pěstování plodin aplikují průmyslová hnojiva, jakými jsou například dusíkatá nebo fosforečná umělá hnojiva a v boji proti škůdcům pesticidy. Zemědělské postupy spojené s hnojením a s aplikováním pesticidů mají tedy významný vliv na ekosystémy. (Msangi, 2007) Pěstování rostlinné biomasy jako
12
Viz příloha č. 1 diplomové práce
33
vstupní suroviny pro výrobu biopaliv tedy obnáší požadavek na vysoké množství vody a ovlivňuje i kvalitu vodních zdrojů. Na výrobu biopaliv se celosvětově využívá celá škála zemědělských plodin, které mají odlišné nároky na spotřebu vodních zdrojů. V jednotlivých zemích a oblastech jsou také aplikovány odlišné techniky zavlažování, lišící se zejména úsporou v plošné spotřebě vody, množstvím použitých pesticidů a umělých hnojiv. (Berndes, 2008) Například ve Spojených státech amerických, které jsou hlavními výrobci bioetahnolu na světě, se jako vstupní surovina výroby biopaliv využívá nejčastěji kukuřice (cca z 95 %). (Cohen, 2009) Výrobci bioethanolu v USA začali tuto zemědělskou plodinu využívat namísto sojových bobů, a to právě kvůli nižším nárokům kukuřice na vodu v porovnání s nároky sóji na vodu. Avšak i pěstování kukuřice v určitých oblastech USA vyžaduje intenzivní zavlažování a v sušších regionech (především v západní části USA) tak v současné době posiluje lokální nejistoty v zásobování vodou. Pro zemědělské účely jsou zde v souvislosti s výrobou biopaliv využívány i oblasti se v současné době již probíhajícím vodním stresem. (The National Academy of Science, 2007) Dle současných studií prováděných pro území Brazílie je patrné, že aplikace hnojiv společně s intenzivním zavlažováním během pěstování technologických plodin představuje zvýšené riziko pro zhoršení kvality povrchových vod. Živiny a organický materiál se ve zvýšené míře dostávají do povrchových vod, spotřebovávají zde rozpuštěný kyslík, a mohou tedy způsobovat lokální hypoxii. (Moraes, 2011) Níže uvádím orientační přehled požadavků dusíku a pesticidů pro produkci jednoho litru ethanolu z vybraných plodin využívaných v produkci USA (data převzata z americké databáze NASS).
34
Graf č. 5 Množství dusíku a pesticidů na výrobu litru ethanolu z vybraných plodin
Zdroj dat: Dominguez-Faus, 2009
Mezi nejaktuálnější obavy patří vysoká pravděpodobnost dalšího nárůstu primární produkce výchozích plodin pro biopaliva v rozvojových částech světa. Převážná část biopaliv je totiž spotřebovávána v rozvinutých státech, což vlivem vzniklého exportu ve výsledku znamená alokaci zdrojů vody rozvojových států ke konečným spotřebitelům. Tento scénář znamená další prohlubování nedostatku vody v oblastech, které jsou již dnes postiženy vodní krizí. Zároveň s rostoucím využíváním chudších částí světa k pěstování zemědělských plodin pro nepotravinové účely se také snižuje možnost využívání těchto zdrojů vody k produkci základních plodin pro místní obyvatele. (Hughes, 2007) Příkladem státní politiky, která se přiklonila k politice podpory zásoby plodin pro potraviny namísto k technologickým účelům, je Čína. Místní vláda zakázala od roku 2007 používat jako výchozí surovinu pro výrobu bioethanolu kukuřici a pšenici, a to i s následkem pomalejšího obchodního rozvoje v této obchodní sféře. (Moraes, 2011) Možností pro udržitelný rozvoj výroby biopaliv jsou cílené regulace podporující udržitelnou spotřebu vody na domácí úrovni za pomoci monitoringu pěstování technických plodin, omezených licencí a navýšení cen pro účely zavlažování technických plodin (Hughes, 2007). Dalším politickým nástrojem je udělení daní a kvót na plodiny, které mají během růstu přirozeně méně efektivní využívání přírodních zdrojů. Mezinárodní společnosti by dále měly stanovovat morální meze v zájmu venkovských obyvatel rozvojových oblastí, kde nejsou zcela fungující vlastnická práva na půdu a vodu, aby se zabraňovalo probíhajícímu vyvlastňování v závislosti na investicích z ciziny do budování nových plantáží. Například
35
Ministerstvo pro záležitosti vod13 Jihoafrické republiky rozhodlo, že stát nebude již dále podporovat pěstování plodin pro účely biopaliv s režimem zavlažování. V této oblasti je také vhodné zaměřit se na další výzkum, analýzy a prosazování potenciálně nejvhodnějších zemědělských plodin, pěstitelských postupů a závlahových technologií v daných specifických podmínkách. Velký důraz na vývoj nových v rámci úspor vody efektivnějších zavlažovacích technologií a jejich zavádění u farmářů kladou v současné době USA nebo Austrálie. (Moraes, 2011) Vzrůstající produkce zemědělských plodin jako základních surovin pro bioenergii znamená nové výzvy pro management limitovaných zdrojů vody. A to nejen v případě nedostatku vody využívané pro lidské potřeby, ale také z důvodu alokace přírodních zdrojů vody dostupných přírodním ekosystémům. (Stone, 2009) Účinným nástrojem s ucelenou metodikou pro stanovení náročnosti biopaliv na vodní zdroje je mnohorozměrný indikátor vodní stopa, který ve svých stanoveních počítá i s významným vlivem evapotranspirace zemědělských plodin. Indikátor vodní stopa je praktickou pomůckou k rozšiřování komplexní představy o tlaku společnosti na přivlastňování vodních zdrojů a k rozvoji udržitelného managementu vodních zdrojů (viz kapitola 7). 4.3. Půda Pěstování monokulturních zemědělských plodin pro potřeby výroby biopaliv s sebou nese řadu environmentálních vlivů. Dalším z těchto vlivů je i zvyšování eroze půdy vlivem rozrušování a odstraňování půdního pokryvu. (Bringezu, 2009) Vedlejším dopadem procesu výroby biopaliv jsou změny ve využívání půd. Příkladem je vytlačování pěstování plodin pro potravinové účely na nová území, v některých případech i do doposud neodlesněných oblastí. (Ferreira de Souza Dias, 2012) Tato problematika je však v současné literatuře jen obtížně kvantifikována či odhadována.
(Havlík,
2011)
Studie
zabývající
se
nepřímým
efektem
pěstování
technologických plodin pro výrobu biopaliv se nicméně provádějí. Níže je uveden takovýto
13
The Departure of Water Affairs of South Africa
36
odhad změny ve využívání půd pro 10 evropských států pro rok 2020. Pro Českou republiku byla vypočtena hodnota cca 120 tis. hektarů půdy. Obrázek č. 4 Odhad nepřímé změny využívání půd vlivem produkce biopaliv v roce 2020
Zdroj: Pravettoni R., UNEP/GRID-Arendal
4.4. Biodiverzita Jedním z faktorů snižování biodiverzity je omezování rozšíření populací následkem ztráty vhodného habitatu. Vymírání druhů probíhá na základě obecného vztahu "druh rozloha obývané oblasti". Se snižováním rozlohy obývaného území ubývá druhové bohatosti. (CBD, 2004) Ke ztrátě vhodných stanovišť může dojít i vlivem zemědělského obdělávání dříve nevyužívané půdy pro účely výroby biopaliv. K ohrožení biodiverzity obvykle dochází v případě, jestliže jsou půdy, na které je vázána vysoká biodiverzita, přeměněny na pole s potenciálně podstatně nižší biodiverzitou. V tomto případě se jedná o přímou přeměnu dříve přírodních půd na plochy pro zemědělské účely. Toto téma samozřejmě přitahuje pozornost široké veřejnosti i mezinárodních organizací. (Ferreira de Souza Dias, 2012) Druhově nejbohatší oblastí na Zemi jsou tropické deštné pralesy. Tropické oblasti patří všeobecně k druhově bohatým oblastem. (CBD, 2004) K roku 2005 bylo spočítáno vykácení 27,2 Mha lesů v těchto oblastech, což představuje úbytek tropických deštných lesů o 2,36 %. Hlavními zeměmi pěstujícími technické plodiny pro výrobu biopaliv v tropické oblasti jsou dlouhodobě Brazílie, Indonésie a Malajsie. Je zdokumentováno, že zde dochází k výraznému tlaku na přírodní ekosystémy. Odlesňované oblasti v těchto státech tvořily k roku 2008 odhadem polovinu celosvětově kácených lesů. Nejvyšší intenzitu odlesňování za účelem pěstování technických plodin vykazuje Brazílie, která je jedním z předních producentů bioethanolu. V této oblasti již k roku 2008 hrozila až 50 % ztráta přirozených biomů. (Hansen, 2008) Ve významné brazilské přírodní oblasti Cerrado, kde se nachází savany s celosvětově nejvyšší
37
biodiverzitou a v další ochranářsky významné jihoamerické oblasti tropických deštných lesů Amazonii – kontinuálně přibývá plantáží, které vznikají primární přeměnou půdy na zemědělsky obhospodařované plochy pro pěstování sóji jako základní suroviny potřebné k výrobě biopaliv. I v dalších místech mimo tropické oblasti jsou v určitých případech ekologicky cenné biomy využívány k pěstování technických plodin. Například ve Spojených státech byly dány mimo ochranu oblasti travnatých stepí pro komerční pěstování kukuřice. (Campbell, 2009) Využívání zemědělských plodin k produkci biopaliv s sebou samozřejmě přináší podporu pěstování monokultur (Gampietro, 1997). Dopad celého procesu získávání biopaliv na biodiverzitu záleží dále na druhu plodiny, která je pěstována jako základní surovina pro biopaliva, a na tom, zda se primárně využívají degradované půdy. I v případě využívání degradovaných půd lze ovšem jen obtížně vyloučit možný tlak na přítomnou biodiverzitu. (Campbell, 2009) 4.5. Zaměstnanost Vzrůstající nároky na spotřebu energie a zájem o problematiku globálního oteplování se v současné době zdají být hlavními hnacími motory v oblasti podpory produkce biopaliv. Bioenergie je ale v neposlední řadě podporována také z důvodu vysokého potenciálu ekonomického posílení venkova vytvářením nových pracovních příležitostí. (Msangi, 2007) Podpora produkce biopaliv přináší možnost rekvalifikace zemědělců, zvyšování prodeje vybavení pro producenty biomasy, nové investice do zařízení na výrobu biopaliv atd. Zvyšovat by se tak měla přímá i sekundární zaměstnanost, a to především v oblastech venkova. (Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2009 - 2011) Například Ministerstvo energetiky Spojených států přineslo v letošním roce nový rozsáhlý program podpory rekvalifikace nových zaměstnanců pro úspěšně se rozvíjející odvětví bioenergie, čímž usiluje o podporu systému zvyšování zaměstnanosti. Toto odvětví totiž nabízí celou škálu pracovních příležitostí od odborníků a laborantů po řidiče a sezónní pracovníky v zemědělství. (U. S. Department of Energy, 2013) V rozvojových státech je tato možnost navýšení pracovních míst však doprovázena i řadou specifických negativních efektů, jakými jsou ztráta půdy jednotlivce vlivem rozšiřování obdělávaných území nebo špatné pracovní podmínky při náročné práci na plantážích. Příznivý efekt narůstajícího odvětví biopaliv v
38
oblasti zvyšování zaměstnanosti v zemědělství je patrnější u podpory menších soukromých farmářů. (Eide, 2008) 4.6. Potravinové zásoby Rostliny, které se pro výrobu biopaliv pěstují celosvětově nejhojněji, jsou zároveň plodinami tradičně využívanými v potravinářském průmyslu. Ve strategických plánech v oblasti biopaliv je proto věnována pozornost možnému sociálnímu aspektu této konkurence. Proto se doporučuje sledovat vlivy pěstování technických plodin na zásobování potravinami a na růst cen potravin v Evropské unii a v rozvojových zemích. (Strategie Evropské unie pro biopaliva, 2006, čl. 3.4) Procesem výroby představují biopaliva skutečnou hrozbu v oblasti zásobování obyvatel základními plodinami. Nastartováním růstu cen základních potravin totiž vzniká možné riziko v oblasti zásobování občanů jídlem. Když proces výroby bioenergie zahrnuje plodiny běžně pěstované pro potravinové účely, využívá se zemědělská půda a alokují se místní zdroje vody, které by jinak byly využity v procesu pěstování plodin pro potravu. Zejména v určitých oblastech světa tak vzniká nebezpečná kompetice. Dle současných studií je toto riziko prokazatelně větší v případě výroby tekutých biopaliv než například při pěstování biomasy pro topení nebo energii. (FAO, 2010) Současné studie rizikovou provázanost těchto odvětví s jistotou prokazují například souběžným růstem cen obilnin a cukru a korespondujícím nárůstem celosvětové produkce biopaliv. Na vliv produkce biopaliv na růst cen potravin poukazují také mezinárodních organizace, jakými jsou FAO, Světová banka či OECD14, jednotlivé analýzy však stanovují odlišnou míru vlivu biopaliv na situaci vývoje cen potravin. (Charles, 2012) Tyto organizace se shodují, že produkce biopaliv je závažným hnacím motorem růstu cen potravin (Mitchell, 2008). Dle několika studií má v této oblasti největší negativní vliv pěstování kukuřice a cukrové třtiny, které se používají jako východní surovina pro výrobu bioethanolu, jehož největšími světovými producenty jsou USA a Brazílie. (Flammini, 2008) Zásadní studie Světové banky, která se touto problematikou zabývá, dospěla ve svých odhadech k určení jednoznačného vlivu produkce biopaliv z olejnin a z obilnin pěstovaných v USA a EU. Tímto vlivem znatelně klesají zásoby kukuřice a pšenice a ceny potravin úměrně tomu rostou. (Mitchell, 2008) Využívání plodin k technickým účelům, 14
Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj
39
které obvykle slouží pro potravu, vyvolává celosvětově závažné otázky týkající se sociální odpovědnosti. Příkladem může být konkrétní porovnání využití zemědělských plodin: 200 kg vypěstované kukuřice může představovat 50 litrů tekutého biopaliva (cca objem nádrže automobilu) nebo potravu pro jednoho člověka na celý rok. V této sociální problematice je dále poukazováno na fakt, že využívání biopaliv konečnými spotřebiteli se týká výhradně občanů vyspělých států s větší nezávislostí na růstu cen, než je tomu v rozvojových oblastech světa. (Eide, 2008) Tato problematika se týká venkovských oblastí, kde jsou lidé závislí na zemědělské obživě. U obyvatel s velmi nízkými platy je potravinová nejistota dále posilována. (IAASTD, 2009) Evropská unie se tímto negativním efektem produkce biopaliv věnovala ve svých strategických dokumentech doposud především formou monitoringu. Jedním z hlavních témat konference o celosvětovém zajištění jídla15 pořádané organizací FAO se stala i otázka vlivu biopaliv na růst cen potravin v současnosti a v budoucnosti. (FAO, 2008) Hlavní pozornost je zaměřená především na rozvojové státy s vysokým počtem hladovějících, které jsou vysoce závislé na dovozu základních obilnin. (FAO, 2008a) V rámci potravinového zabezpečení daného státu by se mělo pěstování zemědělských plodin pro účel konzumace preferovat před pěstováním pro technologické účely (Hughes, 2007). V kontextu výše zmíněných socioekologických aspektů se tedy nabízí otázka, zda je vůbec možné řadit biopaliva do kategorie obnovitelných zdrojů energie. (Ortega, 2011) 5. Produkce biopaliv v České republice a ve světě 5.1. Vývoj podpory biopaliv v České republice Ministerstvo zemědělství začalo v letech 1992 - 1995 podporovat nepotravinářské zpracování řepky olejné pro výrobu MEŘO poskytováním návratných finančních výpomocí výrobcům. Od roku 1999 podporovalo ministerstvo zemědělství výrobu MEŘO přímými dotacemi. (Zpráva zemědělství ČR za rok 2002) V letech 2002 - 2004 pak byla podpora poskytována prostřednictvím Státního zemědělského intervenčního fondu pěstitelům řepky olejné i výrobcům MEŘO v souvislosti s uváděním půdy do klidu (NV č. 86/2001 Sb.). (Zpráva zemědělství ČR za rok 2004) Od roku 2006 však na výrobu biopaliv v ČR již není poskytována přímá podpora. (Zpráva zemědělství ČR za rok 2010) V roce 2008 byla nastavena podpora 15
High-level conference on world food security
40
vysokoprocentních biopaliv a čistých biopaliv formou částečného nebo plného osvobození od spotřební daně z minerálních olejů podle zákona č. 353/2003, o spotřebních daních. (Zpráva zemědělství ČR za rok 2008) Nízkoprocentní směsi biopaliv, které jsou v současné době uplatňovány v rámci povinnosti dle platného zákona o ovzduší č. 201/2012 Sb., daňově zvýhodněny nejsou (Zpráva zemědělství ČR za rok 2011). 5.2. Výroba, vývoz a dovoz biopaliv - Česká republika Výroba bioethanolu byla v Česku zahájena v průběhu roku 2006, do té doby byla výroba biopaliv zaměřena v převážné míře na využívání řepky olejné pro výrobu biodieselu (FAME-MEŘO). Pouze okrajově byla výroba bioethanolu realizována v rámci kapacit tehdejšího lihovarnického průmyslu. (Ing. Trapl, 22. 4. 2013; Zpráva zemědělství ČR za rok 2004 a 2007) V Česku převládají objemy vyrobeného biodieselu nad bioethanolem. K roku 2012 byla výroba biodieslu v porovnání s výrobou bioethanolu o cca 70 % vyšší (172 729 t /102 195 t). Výroba FAME-MEŘO má v průběhu let vzrůstající trend. Po krátkém období poklesu výroby biodieselu nastal v letech 2006 - 2008 opětovný nárůst. Aktuálně však v loňském roce (2012) došlo k poklesu výroby FAME-MEŘO o 18 % ve srovnání s rokem 2011 (210 092 t; 2012 - 172 729 t). Trend poklesu výroby biodieselu po roce 2005 se nabízí vnímat v souvislosti se zrušením přímé finanční podpory výrobcům biodieselu Česku. Pokles výroby bioethanolu byl zaznamenán v roce 2011 (54 412 t), kdy se jeho výrobou v Česku zabýval pouze jeden lihovar. (Ing. Trapl, 22. 4. 2013) Poté však následoval rapidní nárůst výroby o 88 % v roce 2012 (102 195 t).
41
Graf č. 6 Výroba FAME-MEŘO (v letech 1999 - 2012) a bioethanolu (v letech 2006 - 2012) v ČR Výroba biopaliv 250000 200000
tuny
FAME-MEŘO 150000 Bioethanol 100000 Spojnice trendu (FAMEMEŘO)
50000
Spojnice trendu (bioethanol) 2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
0
roky Zdroj dat: Ministerstvo průmyslu a obchodu, Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012 a Zpráva zemědělství ČR za rok 2006
V dlouhodobém trendu vývozu a dovozu FAME-MEŘO převažuje vývoz biopaliva z ČR nad dovozem. Nejvýznamnější nárůst vývozu byl zaznamenán v roce 2005, kdy množství vývozu tohoto biopaliva dosáhlo 131 536 t (dovoz - 7 811 t). Od roku 2005 však množství vyváženého biodieselu průběžně klesá, a naopak dovoz FAME-MEŘO narůstá. Až v roce 2011 byl zaznamenán vyšší dovoz ve srovnání s vývozem a k roku 2012 je stav dovoz/vývoz FAMEMEŘO 78 314 t/6 703 t. Dovoz biodieselu se v roce 2012 oproti roku 2011 zvýšil o 44 %. Graf č. 7 Vývoz a dovoz FAME-MEŘO - ČR (v letech 1999 - 2012) FAME-MEŘO (vývoz/dovoz) 140000 120000
tuny
100000 80000
Vývoz
60000
Dovoz
40000
Spojnice trendu (vývoz)
20000
Spojnice trendu (dovoz) 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
0
roky Zdroj dat: Ministerstvo průmyslu a obchodu a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
42
Níže je pro lepší představu uvedeno grafické znázornění srovnání vývozu k celkové výrobě biodieselu v ČR v letech 1999 - 2012. Graf č. 8 Podíl vývozu FAME-MEŘO k celkové výrobě v ČR (v letech 1999 - 2012) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Výroba (FAME-MEŘO) Vývoz (FAME-MEŘO)
Zdroj dat: Ministerstvo průmyslu a obchodu a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
Vývoz bioethanolu do zahraničí převažuje nad dovozem bioethanolu do Česka, výraznou výjimkou byl pouze rok 2011 (vývoz/dovoz - 7 378/35 696 t), kdy byly v Česku omezené kapacity výroby bioethanolu. V roce 2012 pak opět vzrostl vývoz bioethanolu z Česka ve srovnání s rokem 2011 více než dvojnásobně a dovoz poklesl na pouhých 14 % (vývoz/dovoz - 16 644 t/5 184 t). Graf č. 9 Vývoz a dovoz bioethanolu - ČR (v letech 2007 - 2012) Bioethanol (vývoz/dovoz) 60000 50000
tuny
40000 Vývoz 30000
Dovoz
20000
Spojnice trendu (výroba) Spojnice trendu (dovoz)
10000 0 2007
2008
2009
2010
2011
2012
roky Zdroj dat: Ministerstvo průmyslu a obchodu a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
43
Dále je uvedeno grafické znázornění srovnání vývozu k celkové výrobě bioethanolu v ČR v letech 1999 - 2012. Graf č. 10 Podíl vývozu FAME-MEŘO k celkové výrobě v ČR (v letech 2007 - 2012) 100% 80% 60% Výroba (bioethanol)
40%
Vývoz (bietahnol)
20% 0% 2007
2008
2009
2010
2011
2012
roky Zdroj dat: Ministerstvo průmyslu a obchodu a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
V současné době tedy převažuje dovoz biodieselu ze zahraničí do České republiky a naopak posiluje vývoz bioethanolu z České republiky. 5.3. Plodiny zpracovaných pro výrobu biopaliv v České republice Množství ploch osázených řepkou olejkou (Brassica napus) na území Česka stále roste. K roku 2012 zabírá v Česku pěstování řepky olejky 401 319 ha půdy, což je po pšenici ozimé druhá nejvyšší zemědělská plocha v Česku. (Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin vletech 2001 - 2012, ČSÚ) Graf č. 11 Vývoj ploch osázených řepkou olejkou (v letech 2004 - 2012)
ha
Řepka olejka - plocha 410000 390000 370000 350000 330000 310000 290000 270000 250000
řepka olejka
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 roky Zdroj dat: Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin vletech 2001 - 2012, ČSÚ
44
Níže jsou uvedeny sklizně řepky olejky na území Česka. Po nárůstu sklizní od roku 2005 se drží v posledních letech sklizně řepky olejky na srovnatelných hodnotách (rok 2012 - 1 109 137 t). Graf č. 12 Sklizně řepky olejky v ČR (v letech 2004 - 2012)
tuny
Řepka olejka - celkové sklizně 1150000 1100000 1050000 1000000 950000 900000 850000 800000 750000
řepka olejka
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 roky Zdroj dat: Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin vletech 2001 - 2012, ČSÚ
Dále je znázorněn grafický přehled množství sklizní řepky olejky využité na výrobu biodieselu od období 2004/200516 až rok 2012. Trend množství využitých sklizní řepky olejky se samozřejmě shoduje s trendem množství vyráběného biodieselu (viz graf č. 4). V roce 2012 byly sklizně řepky olejky pro účely výroby biodieselu 407 946 t (výroba biodieselu v daném roce - 172 729 t).
16
Marketingový rok je počítán od 1. 7. do 30. 6. následujícího roku
45
Graf č. 13 Sklizně řepky olejky využité na výrobu biopaliv (v letech 2004/2005 - 2012) Řepka olejka - sklizně na biopaliva 500000
tuny
400000 300000 200000 100000
řepka olejka
0
roky Zdroj dat: Zprávy zemědělství ČR za roky 2008, 2009 a 2011 a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
Procenta, která tvoří sklizně řepky olejky využívané pro výrobu biodieselu z celkových sklizní řepky olejky, se od roku 2009 pohybují okolo 30 - 40 % (nejvíce v roce 2011 - cca 48 %). (Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012, Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin vletech 2001 - 2012, ČSÚ) V současné době má nejvyšší výrobu biodieselu firma PREOL a.s., která spotřebovává cca 25 % produkce řepky olejky v Česku. (Ing. Josef Vytrhlík) Na výrobu bioethanolu se v Česku využívají následující plodiny: cukrovka technická, pšenice ozimá nebo kukuřice. Nejvíce se na výrobu bioethanolu v průběhu let využívá technická cukrovka (rok 2012 - 838 341 t) a dále pšenice ozimá. V roce 2011 byl v provozu jediný podnik - lihovar Agroethanol Tereos TTD, a. s., který zpracovával pouze technickou cukrovku. (Zprávy zemědělství ČR za roky 2011) Rok 2012 přinesl nástup využívání kukuřice k účelu výroby bioethanolu, a to především místo využívání pšenice ozimé. Kukuřice je v zahraničí používána pro výrobu bioethanolu ve velkém množství, v Česku by měl tento trend využívání jako vstupní suroviny kukuřici do budoucna vzrůstat (tel. Komunikace: Ing. Sládek, Ethanol Energy).
46
Graf č. 14 Sklizně cukrovky, pšenice a kukuřice využité na výrobu biopaliv (v letech 2008 - 2012) Cukrovka, pšenice a kukuřice - sklizně na biopaliva 900000 800000 700000 tuny
600000 500000
cukrovka technická
400000
pšenice
300000
kukuřice
200000 100000 0 2008
2009
2010
2011
2012
roky Zdroj dat: Zprávy zemědělství ČR za roky 2009 a 2011 a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
Dále jsou pro lepší představu využívání sklizní zemědělských plodin v Česku uvedena grafická znázornění podílu cukrovky a pšenice využívané na výrobu bioethanolu na celkových sklizních těchto plodin v Česku. Graf č. 15 Podíl sklizní cukrovky technické využitých na výrobu biopaliv z celkových sklizní cukrovky technické v Česku (v letech 2008 - 2012) 100% 90% 80% 70% 60%
cukrovka technická-sklizně
50% 40% 30%
cukrovka technickásklizně(biopaliva)
20% 10% 0% 2008
2009
2010
2011
2012
Zdroj dat: Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin v letech 2001 - 2012, ČSÚ; Zprávy zemědělství ČR za roky 2009 a 2011 a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
47
Graf č. 16 Podíl sklizní pšenice ozimé využitých na výrobu biopaliv z celkových sklizní pšenice ozimé v Česku (v letech 2008 - 2010) 100% 90% 80% 70% 60%
pšenice ozimá-sklizně
50% 40%
pšenice ozimásklizně(biopaliva)
30% 20% 10% 0% 2008
2009
2010
Zdroj dat: Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin v letech 2001 - 2012, ČSÚ; Zprávy zemědělství ČR za roky 2009 a 2011 a Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
Cukrovka technická využívaná na výrobu biopaliv představuje kolem 20 % (od 17 % do 25 %) z celkových sklizní této plodiny v Česku. U dalších plodin pěstovaných v Česku je procento využívané na výrobu biopaliv méně významné. Z celkových sklizní pšenice ozimé bylo na výrobu biopaliv využíváno od 3 do 5 %. V roce 2012 bylo z celkových sklizní kukuřice v Česku na výrobu biopaliv využito zatím pouze 1 %. 5.4. Výroba a distribuce biopaliv v EU, USA, Brazílii a Africe V rámci Evropské unie je nejrozšířenější primární produkce biodieselu jako alternativního motorového paliva založeného na obnovitelných zdrojích energie. EU je největším producentem, spotřebitelem a dovozcem biodieselu na světě. (EU-27: Annual Biofuels Report, červen 2011) Česko se na trhu s biopalivy významně uplatňovalo do roku 2006, v roce 2002 byla Česká republika dokonce druhým největším producentem biodieselu v Evropě (v roce 2003 3. největším producentem biodieselu, od 2004 do 2006 6. největším producentem biodieselu). Od roku 2007 zaujímá Česko ve výrobě biodieselu mezi evropskými státy 17. - 11. pozici. (Eurostat) Největším producentem biopaliv je v rámci EU od roku 2004 stabilně Německo, jehož produkce činila v roce 2011 plných 2 800 tis. tun biodieselu (ČR - 210 tis. tun). Dalšími významnými evropskými výrobci biodieselu jsou především Francie, Španělsko, Itálie a Nizozemí. (European Biodiesel Board)
48
Graf č. 17 Primární produkce biodieselu v EU (v letech 1998 - 2011), v tis. tun
Biodiesel (tis. tun)
Zdroj: European Biodiesel Board - statistics
Pro výrobu biodieselu se v EU nejčastěji používá řepka olejka, a to velmi výrazně v porovnání s ostatními plodinami. Dále jsou hojně využívány sója a palmový olej. Kromě rostlinných olejů se v omezené míře využívají také živočišné tuky. Níže je uveden seznam hlavních vstupních surovin pro výrobu biodieselu v EU. Tabulka č. 2 Suroviny pro výrobu biodieselu - EU
Zdroj: EU-27: Annual Biofuels Report, 2011
Výrobou bioethanolu se státy Evropské unie zabývají o poznání méně. V porovnání s USA a Brazílií je EU pouze minoritním výrobcem. Produkce bioethanolu v EU se však stále navyšuje. V současné době mezi největší distributory bioethanolu patří Francie, Německo, Španělsko, Belgie a Spojené království. Česko v současné zaujímá době mezi zeměmi EU ve výrobě bioethanolu 12. pozici. (U. S. Energy Information administration) Pro výrobu
49
bioethanolu se v EU pěstuje především cukrová řepa, dále pak pšenice, kukuřice a žito. Níže je uveden podrobný seznam hlavních vstupních surovin pro výrobu bioethanolu v EU. Tabulka č. 3 Suroviny pro výrobu bioethanolu - EU
Zdroj: EU-27: Annual Biofuels Report, 2011
Jak již bylo řečeno EU je také významným dovozcem biodieselu, jeho dovoz převládá nad vývozem do zahraničí. Až 90 % celosvětově vyrobeného biodieselu je dováženo právě do EU (Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012). V zahraničním obchodě také výrazně převyšuje import bioethanolu do EU nad jeho exportem z EU do zahraničí. (EU27: Annual Biofuels Report, červen 2011) Nejrozšířenějším biopalivem mimo území EU je bioethanol, jehož největšími producenty jsou USA a Brazílie. V roce 2011 činila produkce bioethanolu Spojených států 61 % a produkce Brazílie 26 % celosvětové produkce bioethanolu. (U. S. Energy Information administration) Na schématu níže je znázorněna celosvětová obchodní bilance hlavních světových výrobců bioethanolu (v tisících m3 v roce 2011). Hlavním světovým vývozcem jsou USA, kde export bioethanolu převažuje nad jeho importem. Brazílie a EU jsou i přes narůstající výrobu i export bioethanolu v současné době více importéry nežli vývozci. (Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012) Modrá šipka nám znázorňuje export bioethanolu USA do daných zemí s množstvím vyváženého bioethanolu. Červená šipka znázorňuje směřování exportu biopaliv Brazílie a množství vyváženého bioethanolu.
50
3
Obrázek č. 5 Bilance exportu bioethanolu v roce 2011 (tis. m )
Zdroj: Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012
V Africe jsou pro výrobu biopaliv pěstovány především Jatropa (dávivec), kasava (maniok), palmy a cukrová třetina. Oblastmi, odkud plodiny pro zahraniční investory pocházejí, jsou zejména Subsaharská Afrika (např. Demokratická republika Kongo) a Jižní Afrika (Mozambik, Angola, Tanzanie a Zambie), kde se v současné době nachází velký potenciál půdy pro zemědělskou produkci. (Gasparatos, 2012) 6. Koncept indikátoru vodní stopa Účinným nástrojem pro zvýšení představy o skutečné udržitelné politice v rámci využívání zdrojů vody v celosvětovém měřítku je tzv. virtuální voda. (Hughes, 2007) Tento koncept je rozvíjen od 90. let minulého století profesorem J. A. Allanem, který přinesl nový náhled na spotřebu vody. Poukázal na problematiku, že výroba produktů a pěstování zemědělských plodin v sobě nesou konzumentům skrytou významnou spotřebu vody, která vzniká během procesu výroby či pěstování. (Renault, 2002) Indikátor vodní stopa tento koncept dále rozvíjí. Vodní stopa je komplexním indikátorem spotřeby a kvality sladké vody. Koncept indikátoru vodní stopa představil v roce 2002 prof. Dr. Ing. Arjen Y. Hoekstra z Univerzity Twente v Nizozemí. Pro širší výpovědní hodnotu byly metodicky stanoveny tři základní složky
51
celkové vodní stopy – označené jako modrá, zelená a šedá vodní stopa. (Gerbens-Leenes, 2008) Modrá vodní stopa představuje spotřebu zdrojů povrchové a podzemní vody (spotřebovaná voda se označuje jako modrá voda). Spotřeba těchto zdrojů v daném povodí nastává v případě, že voda evaporuje a navrací se do jiného povodí či moře nebo je obsažena v daném produktu, a není tedy již dostupná v určité oblasti. •
VSmodrá = evaporace modré vody + začleněná modrá voda + ztráta zpětného toku vody Zelená vodní stopa počítá se spotřebami dešťových vod (spotřebovaná voda se
označuje jako zelná voda), které se shromažďují v půdě a určují půdní vlhkost. Voda evaporuje, transpiruje povrchem rostliny nebo je obsažena ve finálním produktu. •
VSzelená = evaporace zelené vody + transpirace zelené vody + začleněná zelená voda Šedá vodní stopa se zabývá stanovením znečištění vod, přesněji představuje objem
sladké vody nezbytný k takové asimilaci znečišťujících látek, aby bylo dosaženo místních standardů kvality vody. Šedá vodní stopa není v mnoha případech počítána společně s modrou a zelenou vodní stopou, jelikož má odlišné zaměření a koncept šedé vodní stopy se v současné době stále rozvíjí. (Hoekstra,2009) Z celosvětových výpočtů míry spotřeby jednotlivých typů vod byla celosvětově mezi léty 1996 - 2005 stanovena zelená vodní stopa - 74 % a modrá vodní stopa - 11 %. Z lidských činností je na vodních zdrojích jednoznačně nejzávislejší zemědělství, bylo mu přisouzeno až 92 % z celosvětové vodní stopy, dále mohou mít vyšší vodní stopu průmysl a domácnosti. (Mekonnen, 2011) Zelená vodní stopa se v zemědělství a v lesnictví, což je nejběžnější případ, vyskytuje jako evapotranspirace půdy a vegetace. Spotřeba vody, která je sledovaná v rámci modré vodní stopy, může být v určitých případech také velmi významná.
V
zemědělských postupech vzniká vyšší modrá vodní stopa při režimu zvlažování a při vyšší potřebě využívání podzemních vod. V některých případech jsou požadavky na vodu v zemědělství zajišťovány pouze zavlažováním. Příkladem jsou pěstitelské postupy používané v Argentině (pěstování pšenice) nebo v Kazachstánu (pěstování brambor a ječmene). (Gerbens-Leenes, 2008)
52
Pro ilustraci je dále uvedeno schéma charakteru modré a zelené vodní stopy. Obrázek č. 6 Zelená a modrá vodní stopa v zemědělství
Zdroj: Cohen, 2009
Vodní stopa zároveň přináší finálním konzumentům kvalitní představu o tzv. skryté spotřebě vody. Skrytá spotřeba vody je odhalována výpočtem celkové vodní stopy, která je získána z vodních stop jednotlivých kroků řetězce určitého procesu. Nejpřesnější, i když ne vždy snadné, je zmapování celého tzv. produkčního stromu a případně také započítání vodních stop vstupních surovin procesu. Umožňuje nám to vypočítat celkovou vodní stopu daného procesu, stanovit, které fáze jsou nejnáročnějších na spotřebu vodních zdrojů, a zmapovat globální toků skryté spotřeby vody mezi jednotlivými státy a oblastmi. Práce zabývající se vodní stopou poukazují na skutečný management s vodními zdroji a na cenu, kterou jednotlivé lidské činnosti a produkty z hlediska nakládání s vodou mají. Většina spotřebované vody není obsažena v produktu samotném, ale podílí se na jeho výrobě. Spotřeba této vody mnohdy probíhá na odlišném místě, než kde žije finální konzument. Nepřímá spotřeba vodních zdrojů je zajímavým tématem z ekologického, ekonomického a sociálního hlediska. Pouze malá část vzniklé virtuální vody je směřována tak, aby to ulehčilo oblastem s dlouhodobým vodním stresem, přičemž tato virtuální voda by pocházela z oblastí se stabilizovaným nakládáním s vodními zdroji. Současná situace toku virtuální vody je určována především strategiemi mezinárodního obchodu. (Aldaya, 2010)
53
Vodní stopu je možné počítat na několika úrovních. Výpočty vodní stopy lez provádět od lokálního měřítka a stanovování národní spotřeby vody až po výpočty globální vodních stop a mapování toků vodních zdrojů mezi jednotlivými zeměmi. Na lokálním měřítku nás může zajímat znečišťování podzemních vod nebo alokace množství vodních zdrojů pro možnost komerčního pěstování a nastavení vhodného managementu území. (Aldaya, 2009) Spotřebu vody v produkci potravin a ve službách pro místní obyvatele je možné kvantifikovat pomocí interní národní vodní stopy. Výpočtem všech tří vodních stop na národní úrovni si lze rozšířit představu o vodním managementu daného státu. Jedním z dalších témat v národním měřítku je výpočet vodních stop pro klimaticky sušší oblasti kvůli zlepšení představy o velikosti ekologické zátěže prostředí způsobené místním hospodařením nebo stanovení tzv. hotspot17 pro spotřebu vody v národním měřítku. (Bulsink, 2010) Vodní stopa národní spotřeby zahrnuje stanovení interní vodní stopy, virtuální vody v exportu a externí národní vodní stopy podle importu produktů. Samotné produkty pro cílové konzumenty totiž představují nepřímé užívání vody (obsahují tzv. skrytou vodu) a spotřeba vody, která má původ v odlišném státě, je nedílnou součástí vodní stopy daného státu. (Mekonnen, 2011a) Výpočty modré, zelené a šedé vodní stopy slouží také k porovnávání spotřeby vodních zdrojů na celosvětové úrovni. Globální toky virtuální vody vzrůstají s mezinárodním obchodem a narůstající populací. Indikátor vodní stopa se používá ke kvantifikacím alokací vodních zdrojů mezi jednotlivými státy, což slouží ke zlepšování představy o skutečném zacházení s vodními zdroji v globálním měřítku a o rozložení intenzit spotřeby vody na planetě. (Mekonnen, 2010) Na následujícím obrázku je znázorněn globální přehled převažující virtuální vody jednotlivých států. Zelená barva značí převažující export virtuální vody státem a červená barva převažující import virtuální vody státem.
17
54
Obrázek č. 7 Bilance virtuální vody států (období 1995-1999)
Zdroj: Hoekstra, 2003
O stanovení vodní stopy mají samozřejmě zájem vědecké obce a mezinárodní společenství, jako jsou například FAO či UNEP. Koncept vodní stopa se začal také prosazovat ve státních strategiích jednotlivých států a je užitečným a dostupným nástrojem pro investory a spotřebitele. Spotřebitelé si obecně více uvědomují přímou spotřebu vody a zavádějí mnohá opatření proti jejímu plýtvání. Nepřímá spotřeba vody spotřebiteli je však obvykle daleko vyšší, a to skrze produkty, které kupují. Vodní stopa jednotlivých produktů pro cílové konzumenty srozumitelně demonstruje výši jejich běžné spotřeby vody. (Hoekstra, 2009) Tvůrce konceptu vodní stopa a jeho spolupracovníci se snaží rozšířit do všeobecného povědomí vnímání skutečné spotřeby vody a spojitosti mezi konečnými spotřebiteli a místy výroby produktu.18 Podniky mají vzrůstající zájem na zjištění celkové vodní stopy své výroby. Jedním z důvodů je především narůstající společenský tlak ze strany spotřebitelů na transparentní ekologické a etické jednání výrobců. Indikátor vodní stopa využívají pro vylepšování svého
18
Water Footprint Network: www.waterfootprint.org
55
managementu například mezinárodně rozšířené a úspěšné společnosti jako jsou Unilever19, Nestlé20 nebo Coca Cola. (Hoekstra, 2011) Firma C & A v současné době podpořila rozšiřování poznatků o udržitelném využívání vodních zdrojů vydáním studie o šedé vodní stopě (znečišťování vod) vznikající během organického a konvenčního pěstování bavlny v Indii (Franke, 2013). Prvním státem, který začlenil hodnocení pomocí vodní stopy do svých státních programů, bylo Španělsko. Výpočet vodní stopy se zde využil konkrétně k hodnocení jednotlivých typů zemědělské produkce z hlediska náročnosti na spotřebu modré a zelené vody a k hodnocení znečištění vody v jednotlivých povodích v rámci státu. Tento výzkum posloužil k určení problematických území a k rozvoji vhodných zemědělských strategií pro udržitelnou spotřebu vody v povodích s nedostatkem vody a pro minimalizování znečištění místních vod. (Hoekstra, 2011) Propagátoři indikátoru vodní stopa se jej snaží prosazovat jako standardní součást státní politiky vodního managementu. Na rozdíl od interní národní spotřeby obyvatel není dovoz produktů (externí vodní stopa jednotlivých států) často brán dostatečně v potaz. Zefektivňování celosvětových toků virtuální vody by mohlo mít pozitivní vliv na udržitelnou spotřebu vody v globálním měřítku. (Hoekstra, 2009) Příspěvek indikátoru vodní stopa ve srovnání s klasickými ukazateli spotřeby vody: •
Kvantifikují se spotřeby tzv. modré vody, která představuje spotřeby nejen povrchových zdrojů vody, ale také podzemních vod. Započítány jsou spotřeby tzv. zelené vody (půdní vlhkosti) a je možnost udělat si i představu o šedé vodní stopě neboli znečištění vod.
•
Do modré vodní stopy není zahrnuta voda, která se navrací zpět do svého původního zdroje.
•
Indikátor sleduje spotřebu vody během celého určitého procesu. Počítá tedy nejen přímou spotřebu vody, ale také zjišťuje množství nepřímo užité vody pro konzumenty. (Hoekstra, 2009)
•
Rozvíjí představu o globálním využívání vodních zdrojů pomocí externí vodní stopy jednotlivých států a mapováním a kvantifikováním toků virtuální vody.
19 20
www.unilever.com/sustainable-living/water/footprint/index.aspx www.nestle.com/aboutus/ask-nestle/answers/water-footprint
56
•
Koncept indikátoru vodní stopa umožňuje vytvoření komplexní představy o hospodaření s vodními zdroji v určitém čase na určitém místě a je tak účinným a praktickým mechanismem pro zlepšování managementu vodních zdrojů.
•
Indikátor vodní stopa má kvalitní informační systém, který poskytuje možnost výpočtu vodní stopy jednotlivců, informuje o studiích národních vodních stop, globálních toků virtuální vody, znečištění vody a vodních stopách nejčastějších produktů.21 6.1. Vodní stopa biopaliv Průměrná vodní stopa byla vypočítána i pro jednotlivé druhy energie z obnovitelných i
neobnovitelných zdrojů. Jestliže nebereme v potaz vodní energii, která je na vodních zdrojích zcela závislá, jsou nároky biopaliv na vodní zdroje v porovnání s ostatními druhy obnovitelných i neobnovitelných zdrojů energie výrazně vyšší. Níže je uvedeno srovnání průměrných vodních stop pro procesy získávání energie z vybraných zdrojů. Uvedeny jsou zde pro srovnání zprůměrované vodní stopy jednotky energie (GJ) z biomasy, která byla vypěstována v různých státech. (Gerbens-Leenes, 2008) 3
Tabulka č. 4 Průměrná vodní stopa jednotky energie (m /GJ) vybraných zdrojů
Zdroj: Gerbens-Leenes, 2008
Stanovení velikostí vodních stop jednotky výhřevnosti biomasy vybraných plodin (m3/GJ) v podmínkách České republiky se zvolením vhodného postupu a zdrojů dat je cílem výpočtů v rámci této diplomové práce. Vybrané plodiny jsou u nás vstupními surovinami pro výrobu biopaliv. 21
http://www.waterfootprint.org/
57
Jak již bylo výše uvedeno, na spotřebu nejnáročnějším procesním krokem při produkci biopaliv první generace je období pěstování zemědělské plodiny. Při výpočtu vodní stopy jednotky energie biopaliva je tedy nejpodstatnější zaměřit se na výpočet vodní stopy pěstování technických plodin. Výsledná velikost vodní stopy záleží především na druhu vstupní plodiny, klimatických podmínkách, zemědělských praktikách a druhu výsledného biopaliva. (Gerbens-Leenes, 2008) Základní srovnání globálních průměrů vodních stop pro jednotku energie biopaliva bioethanolu vyrobeného z deseti nejčastějších plodin stanovilo nejvyšší vodní stopu pro jednotku energie ethanolu z plodiny čirok (419 m3/GJ). Pro některé plodiny využívané ve výrobě biopaliv v ČR bylo stanoveno následující pořadí vodní stopy jednotky energie (od nejnižší): cukrová řepa, kukuřice a pšenice. (Gerbens-Leenes, 2009) 3
Graf č. 18 Vodní stopa jednotky energie bioethanolu (m /GJ) z různých zemědělských plodin - globální průměry, nejnižší a nejvyšší hodnoty
Zdroj dat: Gerbens-Leenes, 2009
Dále bylo provedeno srovnání globálních vodních stop pro jednotku energie biopaliva bioethanolu a biodieselu, které jsou vyrobeny z dvanácti nejčastějších plodin (deset plodin pro výrobu bioethanolu a dvě plodiny pro výrobu biodieselu). V tomto srovnání globálních vodních stop je rozlišeno zastoupení modré a zelené vodní stopy na celkové vodní stopě. Opět se jako nejvyšší ukázala vodní stopa jednotky energie bioethanolu se vstupní plodinou čirokem (419 m3/GJ), vysoká je však také vodní stopa jednotky energie biodieslu z nově 58
zkoumaných plodin řepky olejky a sóji (409 a 394 m3/GJ). Vodní stopa modrá a zelená jsou ve většině případů téměř vyrovnané, v polovině případů převažuje modrá vodní stopa, u zbylé poloviny pak zelená vodní stopa. (Gerbens-Leenes, 2009) Graf č. 19 Vodní stopa biodieselu z různých zemědělských plodin - modrá a zelená vodní stopa
Zdroj dat: Gerbens-Leenes, 2009
V daných studiích byla použita data zemí představující hlavní celosvětové producenty těchto plodin v období pěti produkčních let. Chybí však přesný seznam použitých zemí, což je významné nejen pro výslednou celkovou vodní stopu, ale i pro zastoupení modré a zelené vodní stopy z důvodu klimatických podmínek nebo používaných zavlažovacích postupů v pěstitelském procesu. Rozdíly jednotlivých území v nárocích na spotřebu vody dávají údajům vodní stopy jednotky energie vybraných plodin pouze orientační charakter globálních průměrů. Srovnání vodních stop biopaliv z jednotlivých zemědělských plodin je však jako globální průměr reprezentativní. Průměrná vodní stopa byla dále spočítána také pro rostlinu - dávivec (Jatropha curcas) na základě údajů z produkce v pěti státech (Indie, Indonésie, Nikaragua, Brazílie a Guatemala) a byla zjištěna jako vůbec nejvyšší (574 m3/GJ) mezi vodními stopami stanovenými pro plodiny pěstovanými na energetické účely. (Gerbens-Leenes, 2009) Vodní stopa byla vypočítána i pro produkci bioethanolu (l/l) z cukrové řepy, kukuřice a cukrové třtiny pro vybrané země a pro jednotlivé regiony USA. Provedeny byly také globální
59
průměry vodních stop bioethanolu, které jsou seřazeny od nejnižší hodnoty v následujícím pořadí vstupních plodin: cukrová řepa (1 355 l/l ethanolu), kukuřice (1 910 l/l ethanolu) a cukrová třtina (2 855 l/l ethanolu). Toto stanovené pořadí náročnosti produkce bioethanolu na spotřebu vody je tedy odlišné od výše uvedených studií. Česká republika je zahrnuta ve výpočtu vodní stopy bioethanolu ze vstupní plodiny cukrové řepy, dle níže uvedeného grafu je její celková vodní stopa vodní stopa cca 850 l/l ethanolu. (Gerbens-Leenes, 2009a) Graf č. 20 Vodní stopa bioethanolu z cukrové řepy - zelená, modrá a šedá vodní stopa (l/l)
Zdroj dat: Gerbens-Leenes, 2009a
Průměrná vodní stopa produkce ethanolu počítaná z vodních stop regionů USA vychází také v odlišném pořadí od předchozích studií: kukuřice (1220 l/l ethanolu), cukrová řepa (1290 l/l ethanolu), a cukrová třtina (2775 l/l ethanolu). (Gerbens-Leenes, 2009a) Dále bylo provedeno porovnání vodní stopy energie biomasy (m3/GJ) pro výběr plodin v různých klimatických podmínkách a zemědělských režimech (vybrán příklad Brazílie a
60
Zimbabwe). Níže jsou tedy patrné v mnoha případech až trojnásobně vyšší vodní stopy energie plodin pěstovaných v podmínkách Zimbabwe ve srovnání s výpočty pro Brazílii. 3
Graf č. 21 Vodní stopa energie biomasy vybraných plodin v Brazílii a Zimbabwe (m /GJ) 400 350 300 250 200 150
Brazílie
100
Zimbabwe
50 0
Zdroj dat: Gerbens-Leenes, 2008
7. Cíle výpočtů Cílem výpočtů je zjištění modré, zelené a celkové vodní stopy jednotky výhřevnosti (m3/GJ) zemědělských plodin využívaných k výrobě biopaliv první generace v podmínkách České republiky. Zkoumanými plodinami jsou řepka olejka (Brassica napus subsp. napus), která je vstupní plodinou při výrobě biodieselu a tři vstupní plodiny pro výrobu bioethanolu řepa cukrovka (Beta vulgaris group Altissima), pšenice setá (Triticum aestivum L.) a kukuřice setá (Zea mays L.). Dílčím výpočtem je pak zjištění skutečné vody využité plodinou během celého období jejího pěstování a zjištění vodních stop čtyř pěstovaných plodin (m3/t) pro výrobu biopaliv v podmínkách České republiky. Pro výpočet vodní stopy je tedy počítáno s obdobím od setby do sklizně zemědělských plodin, které je z hlediska náročnosti na spotřeby vody zcela dominantní. Další produkty vstupující do procesu pěstování, které mají také své nároky na vodu (například použité pesticidy a hnojiva), nebo samotná výroba biopaliv zde započítány nejsou a dle současných studií je lze při výpočtech celkové vodní stopy zanedbat (příkladem je Hoekstra, 2009). Vlastní zjištění v rámci diplomové práce uvedený postup také potvrzují (viz kap. 3. 3. 3 Spotřeba vody při výrobě biopaliv).
61
Následuje seznámení s metodickým rámcem výpočtu námi zvolených vodních stop s uvedením potřebných vstupních dat. Dále pak přistoupíme k seznámení se zdroji vstupních dat a ke konkrétním výpočtům vodních stop plodin a vodních stop jednotky výhřevnosti vybraných technických plodin. 8. Metodika výpočtů 8.1. Použití CROPWAT 8.0 V rámci výpočtů modré a zelené vodní stopy je možné použít zemědělský software a databázi CROPWAT 8.0, který byl vyvinut a zpřístupněn Organizací OSN pro výživu a zemědělství. Podstatnými daty, která získáme pomocí výpočtů v počítačovém programu CROPWAT 8.0, jsou: •
vypočítaná referenční evapotranspirace (ET0),
•
evapotranspirace plodiny za standardních podmínek (ETp),
•
upravená evapotranspirace plodiny během celého růstu až do sklizně (ETu), tj. skutečná evapotranspirace plodiny.22
Základem výpočtu referenční evapotranspirace (ET0) v programu CROPWAT 8.0 je použití všeobecně přijímané Penman-Monteithovy kombinační rovnice, která byla sestavena v roce 1948 pro zjišťování výparu za pomoci základních klimatologických dat a dále rozvíjena pro širší použití, např. pro výpočet evapotranspirace pokryvu zemědělských plodin (Kohnut, 2005). Pro výpočet zelené i modré vodní stopy plodiny je možné v programu CROPWAT 8.0 zvolit mezi moduly - „nároky plodiny na vodu“ a „zavlažovací plán“. Modul „zavlažovací plán“ je pokročilejší než model „nároky plodiny na vodu“. Tento model je rozšířen o možnost navolení systému zavlažování, pracuje s balancí půdní vlhkosti, která vychází z denních informací během celého období pěstování plodiny (dle typu půd) a počítá s omezeními v
22
České překlady pojmů používaných ve výpočtu vodní stopy byly převzaty z diplomové práce zabývající se seznámením s tématikou vodní stopy (Landová, 2010), a to z důvodu zachování jednotného přístupu.
62
dostupnosti vody. V modulu „zavlažovací plán“ jsme nastavili možnost „zavlažovat při kritickém vyčerpání půdní vlhkosti“. Toto nastavení nám umožňuje zjistit skutečné nároky plodiny na vodu, jelikož se rostliny teoreticky vyhnou stresu pomocí včasného zavlažování. (Hoekstra, 2009) 8.2. Zjištění evapotraspirace modré a zelené vody 8.2.1.
Upravená (skutečná) evapotraspirace (ETu)
Základem pro výpočet upravené evapotranspirace plodiny (ETu) je vypočítání referenční
evapotranspirace
(ET0).
Referenční
evapotranspirace
(ET0)
je
míra
evapotranspirace z referenčního povrchu (tráva), která je specifikovaná pouze klimatickými podmínkami bez nedostatku závlahy. Pro charakterizování dané zemědělské plodiny je ve výpočtu použit koeficient plodiny (Kp), který představuje míru růstu určité plodiny a mění se tak v průběhu období pěstování (koeficient plodiny pro počáteční, střední a konečnou fázi pěstování plodiny). Tímto získáme optimální evapotranspiraci dané plodiny (ETp). (Hoekstra, 2009) U upravené (skutečné) evapotranspirace (ETu) je na rozdíl od optimální evapotranspirace plodiny (ETp) zohledněn efekt nedostatečného přísunu zásob vody na evapotranspiraci s pomocí koeficientu vodního stresu (Ks). Koeficient vodního stresu představuje vliv vodního stresu na transpiraci plodiny. Vlivem neoptimálních podmínek tedy očekáváme upravenou evapotranspiraci (ETu) ve skutečnosti nižší nežli evapotranspiraci plodiny (ETp). (Hoekstra, 2009) = × = × × 0 V případě, že zemědělské plodiny získávají bez vodního stresu závlahu pouze z dešťových srážek, má evapotranspirace modré vody nulovou hodnotu a celková evapotranspirace se bude tedy rovnat zelené vodní stopě. (Je ovšem vhodné počítat se spotřebou podzemních vod.)
63
Ve výstupních hodnotách počítačového programu CROPWAT 8.0 je upravená evapotranspirace (ETu) nazvána „skutečné užití vody plodinou“23. 8.2.2.
Evapotraspirace modré a zelené vody
Evapotranspirace modré vody (ETmodrá) je dle výstupních dat programu CROPWAT 8.0 odvozena z hodnot „celková čistá závlaha“24 a „skutečné požadavky na zavlažování“25. Evapotranspirace zelené (ETzelená) vody je pak dle výstupních dat programu CROPWAT 8.0 odvozena z hodnot „skutečné užití vody plodinou“ a „skutečné množství srážek“26. (Chapagain, 2013) ETmodrá = min (celková čistá závlaha, skutečné požadavky na zavlažování) ETzelená = min (skutečné užití vody plodinou, skutečné množství srážek) 8.3. Výpočet vodní stopy plodiny (m3/t) Pro výpočet zelené a modré vodní stopy se získané hodnoty modré a zelené evapotranspirace za pomoci vynásobení faktorem 10 převádějí z mm (hodnota hloubky vodního sloupce) na m3/ha (objem vody v půdním povrchu). (Hoekstra, 2009) Tímto postupem získáme hodnotu „vody využité plodinou“ (VVP), která představuje objem vody pro vyprodukování jednoho hektaru dané plodiny: VVP modrá = ∑ á ×10
VVP zelená = ∑ á ×10
Modrá a zelená vodní stopa zemědělské plodiny (VS, m3/t) se stanoví pomocí vypočítané hodnoty "vody využitá plodinou" (VVP, m3/ha), která se zde dělí hodnotami výnosů daných zemědělských plodin (V, t/ha): VS modrá = VS zelená =
á !á
23
Actual water use by crop Total net irragation 25 Actual irrigation requirement 26 Effective rainfall 24
64
Celková vodní stopa plodiny se získá součtem modré a zelené vodní stopy dané plodiny: VS celková = VS modrá + VS zelená (Chapagain, 2013) Dále přistoupíme k seznámení s metodikou výpočtu vodní stopy jednotky výhřevnosti dané technické plodiny. 8.4. Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti plodiny (m3/GJ) Uvolněné teplo biomasy lze vyjádřit horní a dolní mezí. Horní mez se uvádí pod termínem „spalné teplo“ (HHV). Spalné teplo udává množství tepla, které se uvolní úplným spálením paliva. Dolní mez se uvádí pod termínem „výhřevnost“ (LHV). Výhřevnost je zmenšena o výparné teplo vody, vodní pára ve spalinách nezkondenzovala a výparné teplo je stále vázáno v páře. V rámci srovnávání účinnosti biomasy a paliv se uvádí především výhřevnost (LHV). (Sims, 2002) Kupříkladu bioethanol má necelou polovinu hodnoty výhřevnosti ropných paliv. (Požárová, 2007) Již vypočítané modré a zelené vodní stopy zemědělských plodin se spolu s hodnotami výhřevnosti použijí ve výpočtu vodní stopy jednotky výhřevnosti zemědělských plodin (m3/GJ), které jsou vstupními surovinami k výrobě biopaliv. Vodní stopy plodin (VS modrá, VS zelená
v m3/t) se dělí zjištěnými hodnotami výhřevnosti (LHV, v GJ/t): VS E (p) modrá = VS E (p) zelená =
" á # () " !á # ()
Celková vodní stopa dané bioenergie se získá součtem modré a zelené vodní stopy: VS E (p) celková = VS E (p) modrá + VS E (p) zelená (Ercin, 2013)
65
9. Použitá vstupní data Pro specifikování klimatických dat použitých v programu CROPWAT 8.0 je vhodné zjistit, zda vstupní produkty pocházejí převážně z určité oblasti České republiky. Přímou komunikací s výrobci bionafty a bioethanolu jsem zjistila, že užší oblast původu vstupních plodin určit nelze a výrobci odebírají vstupní suroviny vypěstované na celém území ČR. Klimatická data Klimatické údaje jsou použity z průměrované pro oblast České republiky vzhledem k tomu, že nelze určit specifickou oblast v Česku, odkud by zemědělská produkce pro výrobu biopaliv z valné většiny pocházela27. Klimatická data v počítačovém programu CROPWAT 8.0 jsou uváděna pro jednotlivé měsíce v roce. Zajímají nás vodní stopy jednotky energie, které souvisejí s pěstováním čtyř plodin (řepka olejka, pšenice ozimá, cukrová řepa a kukuřice setá). Určitá veřejně dostupná vstupní klimatická data se vztahují k roku 2010, jelikož se od tohoto roku již k výrobě biopaliv v ČR nevyužívala pšenice. Pro výpočet vodní stopy kukuřice se určitá vstupní klimatická data vztahují roku 2012, kdy začala být kukuřice setá používána pro výrobu bioethanolu. Pro část vstupních dat byla využita databáze CLIMWAT 2.0 organizace FAO, kde jsou uvedena reprezentativní klimatologická data, která jsou zprůměrovaná za posledních 30 let, díky čemuž je omezen statistický vliv extrémních výkyvů počasí jednotlivých let (Munoz, 2006). Níže jsou uvedena použitá vstupní data pro výpočty v programu CPROPWAT 8.0: •
Průměrné minimální a maximální teploty (°C): použita měsíční data ČHMÚ dlouhodobý průměr 1961-1990, ta se zároveň shodují s údaji vedenými v databázi CLIMWAT 2.0
27
•
Průměrná vlhkost vzduchu (%): použita databáze CLIMWAT 2.0
•
Průměrná rychlost vzduchu (km/den): použita databáze CLIMWAT 2.0
•
Průměrná délka slunečního svitu (h/den): ročenka ČSÚ za rok 2010 a 2012
•
Průměrná sluneční radiace (MJ/m2/den): generuje program CROPWAT 8.0
Ing. I. Jareš (e-mailová komunikace)
66
•
Srážkové úhrny (mm): územní srážky - celá ČR, pro rok 2010 a 2012 (ČHMÚ) Data plodiny Dále je zapotřebí získat základní data specifická pro danou zemědělskou plodinu, která
je pěstovaná v určitých klimatických podmínkách. •
Termín výsevu zemědělské plodiny: řepka olejka - Bečka, 2007, cukrová řepa Pulkrábek, 2007, pšenice ozimá - Křen, 2013 a kukuřice setá - AGROKOP, 2013.
•
Koeficient dané plodiny (Kp): pro počáteční, střední a konečnou fázi pěstování - Allen, 1998.
Dalšími vstupními daty jsou délka pěstování plodiny, hloubka kořenů, průměrná výška rostliny, koeficient kritické spotřeby a koeficient reakce výnosů, která jsou pro cukrovou řepu a kukuřici dostupná v databázi CROPWAT 8.0. (správnost dat bylo ověřeno v odborných pěstitelských rádcích). Ve vstupních datech pšenice ozimé (CROPWAT 8.0.) byla upravena délka pěstování plodiny dle podmínek území ČR (Křen, 2013). Pro řepku olejku neexistují vstupní data v databázi programu CROPWAT 8.0, zdroje použitých dat jsou tedy uvedeny níže (vstupní data jednotlivých plodin programu CROPWAT 8.0 - viz Příloha č. 2). •
Počet dní pěstování plodiny a rozdělení na počáteční, středí a konečnou fázi vývoje plodiny: Rozdělení vegetační doby řepky olejky na tři fáze bylo procentuálně provedeno dle vzorového rozdělení pro jednoleté plodiny (databáze CROPWAT 8.0) a ověřeno podle uváděných charakteristik vývojových fází v pěstitelských rádcích (Klabzuba, 2007 a Skládanka, 2006).
•
Hloubka kořenů: zdroj - Skládanka, 2006
•
Výška rostliny: zdroj - Skládanka, 2006
•
Koeficient kritické spotřeby a koeficient reakce výnosů: zadána byla data pro standardizovanou jednoroční zemědělskou plodinu z databáze CROPWAT 8.0.
67
Půdní charakteristiky •
Půdní charakteristiky (dostupná půdní vlhkost, podíl maximálního pronikání deště, výchozí spotřeba půdní vlhkosti): Pro tento krok je v našich podmínkách možné využít databázi programu CROPWAT 8.0, která obsahuje vstupních údaje o charakteristikách lehkých, středně těžkých a těžkých půd. Na převážné většině území ČR se vyskytují středně těžké půdy (Sáňka, 2004). Výnosy zemědělských plodin
•
Výnosy zemědělských plodin (t/ha): pro jednotlivé roky jsou hodnoty výnosů dostupné ve statistikách ČSÚ (ČSÚ, Tab. 1). Výhřevnost
•
V zahraniční literatuře se výhřevnost biomasy označuje LHV (low heating value). Použita byla databáze uvádějící LHV pro jednotlivé plodiny a jejich konkrétní části. Vybrány byly hodnoty výhřevnosti částí rostlin, které jsou využity na výrobu biopaliv (kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka - zrno, cukrová řepa - bulva). Hodnoty výhřevností (LHV) pro jednotlivé plodiny byly získány z metodických podkladů Institutu pro energii a životní prostředí v Heidelbergu v Německu, které zpracovávají problematiku stanovení skleníkových plynů vyprodukovaných biopalivy (Fehrenbach, 2007). Pro cukrovou řepu byla použita hodnota výhřevnosti uvedená v metodice výpočtů skleníkových plynů, která byla zpracována v rámci programu Intelligent Energy Europe Programme (BioGrace, 2010). Přehled zmiňovaných hodnot výhřevností je uveden v Příloze č. 3.
Srovnání s metodikou výpočtu vodní stopy jednoty energie plodin - Gerbens-Leenes (2008) Gerbens-Leenes (2008) ve své studii (viz kapitola 6.3) uvádí metodiku výpočtu vodní stopy energie vybraných plodin. V této metodice byl zvolen vlastní výpočet energetického obsahu plodin. V naší studii však budeme vycházet z hodnot výhřevnosti, které jsou standardním ukazatelem energetického obsahu paliv z fosilních i obnovitelných zdrojů. Jak je výše uvedeno, budou využity oficiální zahraniční zdroje
68
používané v metodikách stanovení míry vlivu paliv na příspěvky skleníkových plynů. Dále byl v dané studii (Gerbens-Leenes, 2008) použit „index biomasy“, kterým se dělil výnos dané plodiny pro získání velikosti použité biomasy na výrobu biopaliv. V rámci této práce jsme však zjistili, že plodiny jsou pěstovány z důvodu získání energeticky hodnotných částí a zbylý materiál se komerčně dále nevyužívá. Použity budou tedy zjištěné, neupravené výnosy daných plodin v souladu s oficiální metodikou výpočtu indikátoru vodní stopa (Hoekstra, 2009). Výpočty vodní stopy zemědělských plodin (m3/t)
10.
Nyní přistoupíme ke konkrétním výpočtům modrých, zelených a celkových vodních stop vybraných technických plodin, které jsou v České republice využívány na výrobu biopaliv. 10.1.
Výpočet vodní stopy řepky olejky
Prvním krokem ve výpočtu vodní stopy plodiny je stanovení skutečné evapotranspirace plodiny v daných klimatických podmínkách. K tomuto účelu použijeme program FAO CROPWAT 8.0. Výstup programu CROPWAT 8.0 pro plodinu řepka olejka je uveden v příloze č. 4.28 ET řepka, modrá = min (celková čistá závlaha, skutečné požadavky na zavlažování) = 0 mm ET řepka, zelená = min (skutečné užití vody plodinou, skutečné množství srážek) = 422,3 mm Modrá a zelená evapotranspirace řepky olejky jsou dále pro použití k výpočtu vodní stopy plodiny převedeny z jednotky - „mm“ na hodnotu vodního sloupce - „m3/ha“. VVP řepka, modrá = ∑ á × 10 = 0 m3/ha
VVP řepka, zelená = ∑ á × 10 = 4223 m3/ha
Dosazením hodnoty výnosu (t/ha) řepky olejky a zjištěných hodnot vody využité plodinou můžeme vypočítat výslednou modrou a zelenou vodní stopu plodiny. Jejich součtem nakonec zjistíme celkovou vodní stopu řepky olejky v podmínkách České republiky.
28
Významy originální anglické terminologie jsou uvedeny v kapitole 9.2.2.
69
VS řepka, modrá = VS řepka, zelená =
á
!á
=
=
& ',)*
+''* ',)*
= 0 m3/t
= 1492 m3/t
VS řepka, celková = VS modrá + VS zelená = 0 + 1492 = 1492 m3/t 10.2.
Výpočet vodní stopy pšenice ozimé
Výstup programu CROPWAT 8.0 pro plodinu pšenice ozimá je uveden v příloze č. 4. Zjištěním nižší hodnoty mezi „celková čistá závlaha“ a „skutečné požadavky na zavlažování“ získáme hodnotu upravené modré evapotranspirace. Zjištěním nižší hodnoty mezi „skutečné užití vody plodinou“ a „skutečné množství srážek“ získáme upravenou zelenou evapotranspiraci. ET pšenice, modrá = min (celková čistá závlaha, skutečné požadavky na zavlažování) = 0 mm ET pšenice, zelená = min (skutečné užití vody plodinou, skutečné množství srážek) = 374,3 mm Dále se modrá a zelená evapotranspirace pšenice ozimé vynásobí deseti pro získání vhodných jednotek (m3/ha) pro následující výpočet vodní stopy plodiny. VVP pšenice, modrá = ∑ á × 10 = 0 m3/ha
VVP pšenice, zelená = ∑ á × 10 = 3743 m3/ha
Dosazením hodnot vody využité plodinou (m3/ha) a výnosu (t/ha) do vzorce, zjistíme výslednou modrou a zelenou vodní stopu plodiny. Jejich součtem nakonec získáme celkovou vodní stopu (m3/t) pšenice ozimé v podmínkách ČR. VS pšenice, modrá = VS pšenice, zelená =
á
!á
&
= ,,&) = 0 m3/t *-+*
= ,,&) = 737 m3/t
VS pšenice, celková = VS modrá + VS zelená = 0 + 737 = 737 m3/t 10.3.
Výpočet vodní stopy kukuřice seté
Jednou z předností stanovení vodní stopy plodiny je zjištění upravené tzv. modré a zelené evapotranspirace. Ze vstupních hodnot dané plodiny, klimatických údajů a informací
70
o půdních charakteristikách jsme z programu CROPWAT 8.0 získali výstup pro plodinu kukuřice setá; tato data jsou uvedena v příloze č. 4. Dále je: ET
kukuřice, modrá
= min (celková čistá závlaha, skutečné požadavky na zavlažování) = 0
mm ET kukuřice, zelená = min (skutečné užití vody plodinou, skutečné množství srážek) = 301,2 mm Z hodnot modré a zelené evapotranspirace kukuřice seté se dále získá hodnota "vody využité plodinou" (m3/ha). VVP kukuřice, modrá = ∑ á × 10 = 0 m3/ha
VVP kukuřice, zelená = ∑ á × 10 = 3012 m3/ha
V posledním kroku výpočtu vodní stopy je třeba zjistit hodnotu výnosu dané plodiny, kterým je dělena hodnota „voda využitá plodinou“. Získáme tak výslednou modrou a zelenou vodní stopu plodiny. Jejich součtem nakonec získáme celkovou vodní stopu (m3/t) kukuřice seté v podmínkách ČR. VS kukuřice, modrá = VS kukuřice, zelená =
á
!á
=
& -,-)
= 0 m3/t
*&'
= -,-) = 387 m3/t
VS kukuřice, celková = VS modrá + VS zelená = 0 + 737 = 737 m3/t 10.4.
Výpočet vodní stopy cukrové řepy
Hodnoty pro zjištění modré a zelené evapotranspirace, které jsou níže uvedeny, jsou k nahlédnutí v příloze č. 4. ET řepa, modrá = min (celková čistá závlaha, skutečné požadavky na zavlažování) = 175,6 mm ET řepa, zelená = min (skutečné užití vody plodinou, skutečné množství srážek) = 376,2 mm Díky hodnotám modré a zelené evapotranspirace cukrové řepy se dále získá hodnota vody využité plodinou (m3/ha).
VVP řepa, modrá = ∑ á × 10 = 1756 m3/ha
71
VVP řepa, zelená = ∑ á × 10 = 3762 m3/ha Výsledné výpočty modré, zelené a celkové vodní stopy plodiny cukrové řepy pomocí hodnot voda využitá plodinou (m3/ha) a výnosu (t/ha) jsou uvedeny níže. VS řepa, modrá = VS řepa, zelená =
á !á
=
=
/012 13,42
4025 13,42
= 32 m3/t
= 102 m3/t
VS řepa, celková = VS modrá + VS zelená = 32 + 69 = 101 m3/t 11. Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti plodiny (m3/GJ) Poté, co jsme získali hodnoty vodních stop vybraných technických plodin pro Českou republiku, můžeme přistoupit k výpočtu vodní stopy jednotky výhřevnosti daných technických plodin. Energeticky hodnotné části těchto technických plodin jsou vstupními surovinami pro výrobu biopaliv. 11.1.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti řepky olejky
Zjištěná modrá a zelená vodní stopa řepky olejky je vydělena stanovenou hodnotou výhřevnosti (LHV). Získáme tak hodnotu modré a zelené vodní stopy jednotky výhřevnosti řepky olejky, která byla vypěstována v klimatických podmínkách České republiky. " á
VS E (řepka) modrá = # (ř
67)
" !á
VS E (řepka) zelená = # (ř
67)
&
= '8,, = 0 m3/GJ
=
+9' '8,,
= 56 m3/GJ
Součtem modré a zelené vodní stopy jednotky výhřevnosti řepky olejky nakonec získáme celkovou vodní stopu jednotky výhřevnosti řepky olejky. VS E (řepka) celková = VS E (řepka) modrá + VS E (řepka) zelená = 0 + 56 = 56 m3/GJ
72
11.2.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti pšenice ozimé
Níže jsou stejným způsobem vypočteny hodnoty modré, zelené a celkové vodní stopy jednotky výhřevnosti pšenice ozimé, která byla vypěstována v klimatických podmínkách České republiky. " á
VS E (pšenice) modrá = # (š VS E (pšenice) zelená =
!:; )
" !á # (š !:; )
&
= - = 0 m3/GJ
=
-*-
= 43 m3/GJ
VS E (pšenice) celková = VS E (pšenice) modrá + VS E (pšenie) zelená = 0 + 43 = 43 m3/GJ 11.3.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti kukuřice setá
Pomocí hodnoty výhřevnosti zrna kukuřice seté (GJ/t) je vypočtena modrá, zelená a celková vodní stopa jednotky výhřevnosti kukuřice seté, která byla vypěstována v klimatických podmínkách České republiky. " á
&
VS E (kukuřice) modrá = # (6<6<ř:; ) = ',+ = 0 m3/GJ " !á
*)-
VS E (kukuřice) zelená = # (6<6<ř:; ) = ',+ = 18 m3/GJ VS E (kukuřice) celková = VS E (kukuřice) modrá + VS E (kukuřice) zelená = 0 + 18 = 18 m3/GJ 11.4.
Výpočet vodní stopy jednotky výhřevnosti cukrové řepy
Na závěr byl stejným způsobem jakou předchozích technických plodin proveden výpočet modré, zelené a celkové vodní stopy jednotky výhřevnosti cukrové řepy, která byla vypěstována v klimatických podmínkách České republiky. VS E (řepa) modrá = VS E (řepa) zelená =
" á # (ř 7) " !á # (ř 7)
*'
= 8,* = 2 m3/GJ 89
= 8,* = 4 m3/GJ
VS E (řepa) celková = VS E (řepa) modrá + VS E (řepa) zelená = 2 + 4 = 6 m3/GJ
73
12. Shrnutí výsledků vlastních výpočtů Dílčí výsledky výpočtů přinesly stanovení modrých, zelených a celkových vodních stop vybraných zemědělských plodin, které se využívají pro výrobu biopaliv na území České republiky. Klimatické údaje byly zadány s pomocí databáze CLIMWAT 2.0 nebo byly použity dostupné klimatické údaje z oficiálních českých zdrojů. Hodnota evapotranspirace (modré a zelené) byla zjištěna s použitím programu CROPWAT 8.0, kde byl zvolen přesnější modul počítající také s neoptimálními podmínkami k růstu plodiny - zavlažovací plán. Tento modul pro stanovení upravené (skutečné) evapotranspirace plodiny zahrnuje denní bilanci půdní vlhkosti. Pro účely takto přesných výsledků byl zjištěn převládající půdní typ v České republice. Bylo využito nastavení modulu zavlažovací plán, při kterém zjistíme skutečné nároky plodiny na vodu. Pro vytvoření úplné představy je zde simulováno zavlažování rostlin, jestliže dojde ke kritickému vyčerpání půdní vlhkosti. Dalšími hodnotami použitými ve výpočtech vodní stopy plodiny byly výnosy daných plodin pro zvolené roky. Bylo zjištěno, že dominantní vodní stopou je, vzhledem ke klimatickým podmínkám v České republice, zelená vodní stopa stanovující míru spotřeby „zelené vody“, která přestavuje dešťové srážky. Nízká hodnota modré vodní stopy byla zjištěna pouze u cukrové řepy. Modrá vodní stopa nám stanovuje přirozenou spotřebu podzemní vody či spotřebu povrchové vody ze systému zavlažování. Dále vytvoříme srovnání nároků na spotřebu vody pro produkci vybraných zemědělských plodin. Vodní stopa plodiny se uvádí v jednotkách m3 spotřebované vody na tunu sklizně dané plodiny. Nejnižší celková vodní stopa 102 m3/t byla zjištěna u cukrové řepy. Více než dvojnásobně vyšší vodní stopu v porovnání s cukrovou řepou má kukuřice setá (387 m3/t), následuje vodní stopa pšenice ozimé 737 m3/t a nejvyšší vodní stopa 1 492 m3/t byla zjištěna pro řepku olejku.
74
Graf č. 22 Graf č. 22 Srovnání hodnot vodních stop plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka)
1400 1200 1000 800
VS modrá (m3/t)
600
VS zelená (m3/t) VS celková (m3/t)
400 200 0 cukrová řepa kukuřice setá
pšenice ozimá
řepka olejka
Graf č. 23 Srovnání celkových vodních stop plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa,
kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka) - výsečový graf cukrová řepa kukuřice setá 4% 14%
řepka olejka 55%
pšenice ozimá 27%
Konečným cílem výpočtů bylo zjištění zjištění celkových, modrých a zelených vodních stop jednotky výhřevnosti (LHV - low heating value) pro vybrané plodiny, které jsou v České republice využívány jako vstupní produkty pro výrobu biopaliv - biodieselu a bioethanolu. Cíl zjištění vodní stopy jednotky otky výhřevnosti daných plodin (v jednotkách m3 spotřebované vody na GJ) byl zvolen, jelikož se hodnoty výhřevnosti standardně využívají pro srovnání energetické účinnosti biomasy a paliv. Ve výpočtech vodní stopy jednotky výhřevnosti plodiny byly použity hodnoty výhřevnosti těch částí daných rostlin, které se používají jako vstupní surovina pro výrobu biopaliv v České republice (zrno a bulva). Níže jsou uvedeny
75
výsledky výpočtů a poskytnuta ucelená představa náročnosti produkce energie vybraných technických h plodin na spotřebu dostupných vodních zdrojů. Nejnižší celková vodní stopa jednotky výhřevnosti byla vypočtena pro cukrovou řepu (6 m3/GJ), pro kukuřici setou byla stanovena celková vodní stopa 18 m3/GJ, více než dvojnásobnou vodní stopu (43 43 m3/GJ) má pšenice enice ozimá a nejvyšší vodní stopa (56 m3/GJ) byla opět vypočítána pro řepku olejku. Graf č. 24 Srovnání hodnot vodních stop jednotky výhřevnosti plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka)
60,00 50,00 40,00 30,00
VS jednotky výhřevnosti (m3/GJ)
20,00 10,00 0,00 cukrová kukuřice pšenice řepa setá ozimá
řepka olejka
Graf č. 25 Srovnání celkových vodních stop jednotky výhřevnosti plodin plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR (cukrová řepa, kukuřice setá, pšenice ozimá a řepka olejka) cukrová řepa 5% kukuřice setá 15% řepka olejka 45% pšenice ozimá 35%
V
následující
tabulce jsou
přehledně
uvedeny hodnoty modré
a
zelené
evapotranspirace plodiny, dále hodnoty modré, zelené a celkové vodní stopy plodiny a nakonec vodní modré, zelené a celkové stopy jednotky výhřevnosti dané plodiny. plodiny
76
Tabulka č. 5 Srovnání hodnot evapotranspirací, vodních stop plodin a vodních stop jednotky výhřevnosti plodin používaných pro produkci biopaliv v ČR Plodina
ET modrá (mm)
ET zelená (mm)
VS modrá 3 (m /t)
VS zelená 3 (m /t)
VS celková 3 (m /t)
VS E modrá 3 (m /GJ)
VS E zelená 3 (m /GJ)
VS E celková 3 (m /GJ)
cukrová řepa
176
376
32
69
102
2
4
6
kukuřice setá
0
301
0
387
387
0
18
18
pšenice ozimá
0
374
0
737
737
0
43
43
řepka olejka
0
422
0
1492
1492
0
56
56
13. Závěr diplomové práce V porovnání s ostatními obnovitelnými i neobnovitelnými zdroji energie mají biopaliva během svého životního cyklu vysoké nároky na spotřeby vody. Celosvětově nejvýznamnějším producentem biopaliva biodieselu je Evropská unie a Česká republika byla zejména do roku 2006 jedním z jeho předních producentů. Avšak i v současné době patří Česká republika k významnějším producentům biopaliv, zejména pak biodieselu vyráběného z řepky olejky. Samotná produkce biodieselu se odráží na výsledné skladbě zemědělské produkce v České republice. Řepka olejka je u nás druhou nejpěstovanější zemědělskou plodinou a z jejích sklizní je kolem 40 % využito na produkci biodieselu. V současné době se u nás však rapidně zvyšuje produkce druhého biopaliva bioethanolu, a to vlivem zvyšujícího se zájmu tuzemských lihovarů o jeho výrobu. Jako vstupní plodiny pro výrobu bioethanolu jsou v České republice využívány cukrová řepa nebo pšenice ozimá, v současné době se začíná prosazovat také využití kukuřice seté. Bioethanol se v České republice již dlouhodobě vyrábí nejčastěji z bulev cukrové řepy. Část z celkových sklizní cukrové řepy, která se v České republice využívá na výrobu bioethanolu, není také nijak bezvýznamná a již řadu let činí kolem 25 %. Pro výrobu biopaliv není zemědělská produkce technických plodin jedinou možností získávání vstupních surovin. Dále je zde možnost výroby udržitelných biopaliv druhé generace, pro která jsou vstupními surovinami nejrůznější odpady z rostlinné (například zemědělské či lesnické) produkce. V současné době však není možné na trhu počítat s jejich rozšířením. Výroba biopaliv druhé generace si totiž žádá rozsáhlý vývoj efektivních technologií. Přímé i nepřímé negativní sociální a ekologické aspekty produkce biopaliv vlivem fáze zemědělské produkce jsou v dnešní době již široce vnímány státní správou, veřejností a
77
nadnárodními organizacemi. Přitom povinná produkce biopaliv členskými státy EU byla a je motivována zlepšením stavu životního prostředí jejich náhradou za klasická fosilní paliva. Hlavním impulsem pro prosazování a státní podporu produkce biopaliv bylo plnění plánů v oblasti snižování emisí skleníkových plynů, které jsou dány Kjótským protokolem. Postupem času však bylo v zájmu vyloučení negativních efektů na životní prostředí zapotřebí stanovit a legislativně uzákonit konkrétní kritéria pro udržitelnou produkci biopaliv. Zemědělská produkce, která provází výrobu biopaliv, se může problematicky dotýkat zejména oblastí ochrany vod, ochrany půd, snižování biodiverzity, zvyšování cen potravin nebo působit snižování potravinových zásob. Na druhé straně má produkce biopaliv obecně příznivý potenciál ve zvyšování zaměstnanosti, energetické soběstačnosti států a v již zmiňovaném snižování emisí skleníkových plynů. Důležitým nástrojem pro eliminaci negativních vlivů produkce biopaliv je v České republice uzákoněná povinnost vykazování pěstebních postupů v souladu s kritérií udržitelnosti pro výrobce biopaliv. Stát dále počítá s možností omezovat produkci biopaliv za účelem 100 % potravinové soběstačností země. Produkce biopaliv je v současné době státem prosazovaný sektor podnikání, který by v minulosti na svém počátečním vzestupu podporován přímými státními dotacemi, po roce 2006 jsou však státem podporována již jen čistá biopaliva, a to formou úlevy ze spotřebních daní. V současné době představují jistoty pro rozvoj investic v tomto odvětví stanovená povinná procenta biopaliv přimíchávaná do pohonných hmot, ty již však nejsou pro investory zdaleka tak atraktivní. Jednotlivé členské státy Evropské unie pravidelně vydávají tzv. akční plány. Tvorbou akčních plánů poskytují důležitý monitoring produkce biopaliv na území daného státu a v souladu s kritérii udržitelnosti navrhují vhodný směr pro další rozvoj produkce biopaliv. Zemědělský sektor je z lidských činností s významnou převahou obecně nejnáročnější oblastí na spotřebu sladké vody, a zemědělské plodiny tedy patří ke komoditám nejnáročnějším na vodu. V této souvislosti je vhodné připomenout, že vodní zdroje jsou v globálním měřítku na Zemi rozmístěny nerovnoměrně a jejich lokální dostupnost je v čase omezená. Oblasti zasažené suchem se v Evropě za poslední desítky let rozšiřují. Také pro území České republiky jsou modelovány prognózy budoucího vývoje klimatu, které určují především nárůst teplot, bezesrážkových období a také nárůst potenciální evapotranspirace. Právě evapotranspirace je běžnými indikátory spotřeby vod zcela opomíjena. Koncept 78
indikátoru vodní stopy, který stanovuje nároky produktů a služeb na spotřeby povrchových, podzemních i srážkových vod je praktickou pomůckou, jež stanovuje pomocí zjištěných evaporací a transpirací spotřebu tzv. zelené vody. Modrá voda dále představuje spotřebu podzemních a povrchových vod, udává nám tak například potřeby plodiny na zavlažování v dané oblasti. Nároky na spotřebu sladké vody se mezi zemědělskými plodinami mohou velmi významně lišit, výpočty modré a zelené vodní stopy nám umožňují stanovit skryté spotřeby vody ve výrobě výsledného produktu. V rámci ekosystémů mohou být tedy objemy alokovaných přírodních vod vlivem rozdílných zemědělských produkcí znatelně odlišné. Cílem vlastních výpočtů bylo zaprvé zjištění vodních stop vybraných technických plodin, které se využívají pro produkci biopaliv (kukuřice setá, pšenice ozimá, cukrová řepa a řepka olejka) v klimatických podmínkách České republiky. Tento výpočet nám přinesl informaci o spotřebě modré a zelené vody během období pěstování plodiny v jednotách m3 vody na tunu sklizně dané plodiny. Díky tomuto dílčímu výpočtu byly následně provedeny výpočty vodních stop jednotky výhřevnosti29 vybraných technických plodin (kukuřice setá, pšenice ozimá, cukrová řepa a řepka olejka) v klimatických podmínkách České republiky. Díky těmto výpočtům máme již konkrétní představu o nárocích na jednotlivé vodní zdroje produkované energie u vybraných technických plodin v kontextu České republiky. Výsledky přinášejí hodnoty m3 spotřebované vody na jednotku výhřevnosti GJ. Samotný technologický proces výroby biopaliv také klade jisté nároky na spotřebu vody, spotřebované objemy technologických vod však nejsou významné, převážná většina zde využívané vody je během procesu výroby biopaliv na místě recyklována. Ve výpočtu vodní stopy bylo tedy počítáno pouze se stádiem pěstování technických plodin coby nejvýznamnějším krokem při výrobě biopaliv z hlediska spotřeby vodních zdrojů. Celková vodní stopa zemědělských plodin byla vypočtena nejnižší pro cukrovou řepu (102 m3/t), následuje celková vodní stopa kukuřice seté (387 m3/t), dále celková vodní stopa pšenice ozimé (737 m3/t) a výrazně nejvyšší vodní stopa byla stanovena pro řepku olejku (1 492 m3/t). Jak je vidět, mezi jednotlivými zemědělskými plodinami jsou nároky na spotřeby vody během pěstebního cyklu značně odlišné. Dále jsme díky zjištění hodnot výhřevnosti, které jsou standardními ukazateli koncentrace energie v palivech (GJ/t), mohli stanovit vodní stopu jednotky výhřevnosti vybraných technických plodin. Nejnižší byla stanovena celková vodní stopa jednotky 29
Low heating value (LHV)
79
výhřevnosti cukrové řepy, a to 6 m3/GJ. Více než dvojnásobně vyšší vodní stopu jednotky výhřevnosti má kukuřice setá - 18 m3/GJ. Dále je na vodu podstatně více produkce energie z pšenice ozimé, vodní stopa jednotky výhřevnosti pšenice ozimé je 43 m3/GJ. Nejvyšší vodní stopa byla vypočítána pro jednotku výhřevnosti řepky olejky 56 m3/GJ. Z provedených výpočtů zjišťujeme, že produkce biodieselu v podmínkách České republiky klade podstatně vyšší nároky na spotřebu vody než je tomu u produkce bioethanolu. Jak již bylo uvedeno, řepka olejka je přitom v České republice nejčastěji využívanou vstupní plodinou pro produkci biopaliv, konkrétně biodieselu. Naopak nejnižší vodní stopa jednotky výhřevnosti byla stanovena u cukrové řepy, která je hlavní vstupní plodinu výroby bioethanolu. Kukuřice setá se v loňském roce poprvé objevila mezi plodinami využívanými pro produkci biopaliv v České republice a dá se říci, že ve výrobě bioethanolu nahradila donedávna využívanou pšenici ozimou. Vodní stopa jednotky výhřevnosti kukuřice byla stanovena více než o polovinu nižší oproti vodní stopě jednotky výhřevnosti pšenice ozimé. Tento nastupující trend se tedy z hlediska úspor alokovaných přírodních vodních zdrojů zdá být příznivý. Samozřejmě je nutné pro jakékoli závěry o vhodnosti využívání daných plodin zasadit získané poznatky o náročnosti na spotřeby vodních zdrojů do dalšího kontextu. Toto je však již nad rámec předkládané diplomové práce, která přispívá svými výsledky v oblasti spotřeby vod a tím tedy otevírá prostor dalším studiím. Jako obnovitelný zdroj energie vedoucí k energetické soběstačnosti přestavují biopaliva udržitelnou produkci spíše v malém měřítku, zároveň však vyžadují věnovat zvýšenou pozornost oblastem ochrany životního prostředí. Jedním z celosvětových témat udržitelné produkce biopaliv je ochrana vodních zdrojů. Zjištění náročnosti na vodu u zemědělských a průmyslových komodit či postupů za pomoci indikátoru vodní stopa je praktickou pomůckou v oblasti monitoringu managementu daného státu a území. Přispívá tak k následnému stanovení vhodných komplexních strategií udržitelného rozvoje.
80
14. Použité zdroje
Legislativa a strategické dokumenty EU 1. Bílá kniha Komise: Energie pro budoucnost: obnovitelné zdroje energie ze dne 26. listopadu 1997. [cit. 2013-08-12] dostupné z
2. Bílá kniha: Mezinárodní slučitelnost standardů biopaliv ze dne 31. prosince 2007. [cit. 2013-08-12] dostupné z
3. Čisté zdroje energie pro dopravu: Evropská strategie pro alternativní paliva ze dne 24. ledna
2013.
Sdělení
komise
Evropského
parlamentu,
Radě,
Evropskému
hospodářskému a Sociálnímu výboru a Výboru regionů. [cit. 2013-08-12] dostupné z
4. Hodnotící zpráva o dosaženém pokroku v oblasti biopaliv: Zpráva o dosaženém pokroku ve využívání biopaliv a jiných obnovitelných pohonných hmot v členských státech Evropské unie ze dne 10. ledna 2007. Sdělení Komise Radě a Evropskému parlamentu. [cit. 2013-08-12] dostupné z
5. Plán přechodu na konkurenceschopné nízkouhlíkové hospodářství do roku 2050 ze dne 8. března 2011. Sdělení komise Evropského parlamentu, Radě, Evropskému hospodářskému a Sociálnímu výboru a Výboru regionů. [cit. 2013-08-12] dostupné z
6. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2003/30/ES ze dne 8. května 2003. [cit. 2013-08-12] dostupné z
7. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/28/ES ze dne 23. dubna 2009. [cit. 2013-08-12] dostupné z
8. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/30/ES ze dne 23. dubna 2009. [cit. 2013-08-12] dostupné z
9. Strategie Evropské unie pro biopaliva ze dne 8. února 2006. Sdělení Komise. [cit. 2013-08-12] dostupné z
10. Zelená kniha Komise: Evropská strategie pro udržitelnost, konkurenceschopnost a bezpečnou energii ze dne 8. března 2006. [cit. 2013-08-12] dostupné z
81
11. Zelená kniha Komise: K evropské strategii bezpečnosti zásobování energií" ze dne 15. listopadu 2000. [cit. 2013-08-12] dostupné z
Legislativa a strategické dokumenty ČR 12. Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2009 - 2011. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
13. Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2012 - 2020. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. ISBN 9788074340741 14. Aktualizace Státní energetické koncepce České republiky. Ministerstvo průmyslu a obchodu, srpen 2012. [cit. 2013-08-12] dostupné z
15. Kjótský protokol k rámcové úmluvě organizace spojených národů o změně klimatu. [cit. 2013-08-12] dostupné z
16. MŽP (2004): Národní program na zmírnění dopadů změny klimatu v České republice. [cit. 2013-08-12] dostupné z
17. Náležitosti prohlášení o shodě s kritérii udržitelnosti. [cit. 2013-08-12] dostupné z <www.mzp.cz > 18. Národní akční plán České republiky pro energii z obnovitelných zdrojů. Ministerstvo průmyslu a obchodu, srpen 2012. [cit. 2013-08-12] dostupné z
19. Nařízením vlády 351/2012 ze dne 3. října 2012, o kritériích udržitelnosti. Sbírka zákonů ČR. Ročník 2012, Předpis č. 351/2012 Sb. 20. Vyhláškou č. 133/2010 Sb., o požadavcích na pohonné hmoty, o způsobu sledování a monitorování složení a jakosti pohonných hmot a o jejich evidenci (vyhláška o jakosti a evidenci pohonných hmot). Sbírka zákonů ČR. Ročník 2010, Předpis č. 133/2010 Sb. 21. Zákon 201/2012 ze dne 2. května 2012. Sbírka zákonů ČR. Ročník 2012, Předpis č. 201/2012 Sb. 22. Zákon č. 353/2003 Sb. ze dne 23. listopadu 2003. Sbírka zákonů ČR. Ročník 2003, Předpis č. 353/2003 Sb. 23. Zpráva zemědělství ČR za rok 2004. Ministerstvo zemědělství České republiky. Profi Press, s. r. o., Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
24. Zpráva zemědělství ČR za rok 2005. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. ISBN 8070845457
82
25. Zpráva zemědělství ČR za rok 2006. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
26. Zpráva zemědělství ČR za rok 2007. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
27. Zpráva zemědělství ČR za rok 2008. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
28. Zpráva zemědělství ČR za rok 2009. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
29. Zpráva zemědělství ČR za rok 2010. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
30. Zpráva zemědělství ČR za rok 2011. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha. [cit. 2013-08-12] dostupné z
Literatura 31. Aldaya, M., Garrio, A., Llamas, M., Varela-Ortega, C., Novo, P., Casado, R. (2010): Water footprint and virtul water trade in Spain. In: Ziberman, D. (2010): Natural Resources Management and Policy. 35, (9) p. 150. Springer. ISBN 978 1 4419 5741 2 32. Bazzaz, F., Sombroek,W. (1996): Global climate change and agriculture production. John Wiley & Sons. ISBN 9251039879 33. Bečka, D. a kol. (2007): Řepka ozimá - Pěstitelský rádce. Kurent, s. r. o., Praha. 60 s. ISBN 9788087111055 34. Berndes, G. (2008): Externe Expertise für das WBGU: Water demand for global bioenergy production: trends, risks and opportunities. p. 38. ISBN 97839396191219 35. Bringezu, S., Schütz, H., O´Brien, M., Kauppi, L., Howarth, R., McNeely, J. (2009): Towards sustainable production and use of resources: Assessing Biofuels. UNEP. p. 40. ISBN: 97880730524 36. CBD (2004): Biologická rozmanitost na Zemi: stav a perspektivy. Scientia, Praha. 261 s. ISBN 8071833312 37. Daily, G. (1997): Nature´s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems. Island Press. p. 345. ISBN 1559634758
83
38. Ferreira de Souza Dias, B (2012): CBD Technical Series: Biofuels and Biodiversity. p. 65. CBD p. 69. ISBN 929225476 39. Gasparatos, A., Lee, L., Maltitz, G., Puppim de Oliviera, J., Willis, K. (2012): Biofuels in Africa: Impacts on Ecosystem Services, Biodiversity and Human Well-being. United Nations University, Oxford. ISBN 9789280845372 40. IAASTD (2009): Agriculture at a Crossroads: Synthesis report. Island Press. p. 22-28. ISBN 9781597265508 41. Klabzuba, J. a Kožnarová V. (2007): Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin. Výzkumný ústav rostlinné výroby v. v. i., Praha, 338 s. ISBN 9788087011911 42. Kohut, M. (2005): Referenční evapotranspirace. s. 25-38. In: Rožnovský, J., Litschmenn, T.: Seminář "Evaporace a evapotranspirace", Brno, 23. 3. 2005. ISBN 8086690245 43. Koukios, E. (2002): The Future for Renewable Energy 2 - Prospects and Directions. Routledge. 2. vydání. p. 268. ISBN 9781902916316 44. Kulshreshtha, S. N. (1993): World water resources and regional vulnerability: Impact of future changes. Novographic, Vienna, Austria. p. 138. ISBN 304501204 45. Nátr, L. (2011): Příroda nebo člověk? Služby ekosystémů. Nakladatelství Karolinum, Praha, 350 s. ISBN 9788024618883 46. Pimentel, D. (2001): Biomass Utilization, Limits of. p. 159-171. In: Mayers, A. (2001): Encyclopedia of Physical Science and Technology. Acedemic Press. 3. vydání. ISBN: 9780122274107 47. Pulkrábek, J. a kol. (2007): Řepa cukrová - pěstitelský rádce. Kurent, s. r. o., České Budějovice, 68 s. ISBN 9788087111000 48. Shiklomanov, I. A. (2004): World Water Resources at the Beginning of the TwentyFirst Century. In: Bonell, M.: International Hydrology Series. Cambridge University Press, Cambridge. p. 452. ISBN 0521820855 49. Sims, R. (2002): The Brilliance of Bioenergy - In Business and in Practices. James & James, London, p. 1-8. ISBN 190291628 50. Srdečný, K. (2009): Obnovitelné zdroje energie: Přehled druhů a technologií. Ministerstvo životního prostředí. ISBN 9788072125180
84
51. Aldaya, M., Llamas,M. (2009): Water footprint analysis (hydrologic andeconomic) of the Guardian river basin. UNESCO-IHE Institute for Water - Education report research series.
3.[oline]
p.
94.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
52. Allen, R. a kol. (1998): Crop evapotranspiration. FAO Irrigation and Drainage Paper. 56. 1-326 53. BioGrace (2010): Align biofuel GHG emission calculations in Europe. Intelligent Energy Europe Programme. [oline] p. 6 [cit. 2013-08-12] dostupné z < http://biograce.net/> 54. Bird, N. (2011): Using a Life Cycle Assessment Approach to Estimate the Net Greenhouse Gas Emission of Bioenergy. IEA Bioenergy. 3. 1-19. 55. Bryan, B., King, D., Wang, E. (2010): Biofuels agriculture: landscape-scale trade-offs between fuel, economics, carbon, energy, food and fiber. Glogal change BiologyBioenergy. 2 (6). 330-345. 56. Bulsink, F., Booij, M. J., Hoekstra, A. Y. (2010): The water footprint of Indonesia provinces related to the consumptionof crop products. Hydrology and Earth System Science. 14. 119-128. 57. Campbell, A., Doswald, N. (2009): The impacts of biofuel production on biodiversity: A review of the current literature. UNEP, WCMC. [oline] p. 36. [cit. 2013-08-12] dostupné z
58. Cohen, M., Evans, J. (2009): The Water Resource Implication of Large-Scale Bioethanol Production. Global Change Biology. 4 (9). 2216-2273. 59. Dominguez-Faus, R., Powers, S., Burken, J., Alvarez, P. (2009): The Water Footprint of Biofuel: A Drink or Drive Issue? Environmental Science & Technology. 43 (9), 30053010. 60. Eide, A. (2008): The right to food and the impact of liquid biofuels (Agrofuels). Right to
food
studies.
[oline]
p.
57.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
61. FAO (2008): The high - level conference on World Food Security: The challenges of climate change and bioenergy. Report of the conference, 5. 6. 2008. [oline] p. 51. [cit. 2013-08-12] dostupné z
85
62. FAO (2008a): Biofuels: prospects, risks and opportunities. The State of Food and Agriculture. 81. p. 138. ISSN 0081-4539 63. FAO (2010): Bioenergy and food security. Environment and natural resources management series. 16. 1-92. 64. Fehrenbach, H. (2007): Greenhouse Gas Balances for the German Biofuels Quota Legislation. Institut for Energy and Environmental, Heilderberg, Německo. [oline] p. 18 [cit. 2013-08-12] dostupné z
65. Flammini, A. (2008): Biofuels and the underlying causes of high food prices. [oline] p. 31. [cit. 2013-08-12] dostupné z
66. Franke, N., Mathews, R. (2013): Grey Water Footprint Indicator of water Pollution in the Protection of water Pollution in the Productiton of Organic vs. Conventional Cotton in India. C & A Foundation. [oline] p. 79 [cit. 2013-08-12] dostupné z < http://www.waterfootprint.org/> 67. Gampietro, M., Ulgiati, S., Pimentel, D. (1997): Feasibility of Large-Scale Biofuel Production: Does an enlargement of scale change the picture? BioScience. 47 (9). 587-600. 68. Gerbens-Leenes, P., Hoekstrea, A. (2008): Water footprint of bio-energy and other primary energy carriers. UNESCO-IHE Institute for Water - Education report research series.
29.[oline]
p.
44.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
69. Gerbens-Leenes, P., Hoekstrea, A. Y. (2009a): The water footprint of sweeteners and bio-ethanol from sugar cane, sugarbeet and maize. UNESCO-IHE Institute for Water Education report research series. 38. [oline] p. 44. [cit. 2013-08-12] dostupné z
70. Gerbens-Leenes, P., Hoekstrea, A. Y., van der Meer, T. (2009): The water footprint of bioenergy. PNAS. 106 (25). 10219-10223 71. Hansen, M., Stehman, S., Potapov, P., Loveland, T., Townshend, J., DeFries, R., Pittman, K., Arunarwati, B., Stolle, F., Steininger, M., Carrol, M., DiMiceli, Ch. (2008): Humid tropical forest clearing from 2000 to 2005 quantified by using multitemporal and multiresolution remotely sensed data. PNAS. 105 (27). 9439-9444.
86
72. Hartridge, O., Pearce, D. (2001): Is UK agriculture sustainable? Environmentally adjusted economic accounts for UK agriculture. The Centre for Social and Economic Research on the Global Environment, University College London. [oline] p. 35. [cit. 2013-08-12] dostupné z
73. Havlík, P., Schneider, U., Schmid, E., Böttcher, H., Fritz, S., Skalkský, R., Aoki, K., De Cara, S., Kindermann, G., Kraxner, F., Leduc, S., McCallum, I., Mosnier, A., Sauer, T., Obersteiner, M. (2011): Global land-use implications of first and second generation biofuel targets. Energy policy, 39 (10). 5690-5702. 74. Hoekstra, A. Y. (2003): Virtual water trade: Proceeding of the international expert meeting in virtual water trade. UNESCO-IHE Institute for Water - Education report research
series.
12.[oline]
p.
94.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
75. Hoekstra, A. Y. (2011): The water footprint: a tool goverments, companies and investors. The National Watersymposium, 19. 4. 2011. [oline] p. 5. [cit. 2013-08-12] dostupné z
76. Hoekstra, A. Y., Chapagain, A., Aldaya, M., Makonnen, M. (2009): Water footprint manual: State of the Art 2009. Water Footprint Network, Nizozemí. [oline] p. 131. [cit. 2013-08-12] dostupné z
77. Hromádko, J., Hromádko, J., Miler, P., Hönig, V., Cindr, M. (2010): Technologie výroby biopaliv druhé generace. Chemické listy. 104. 784-790. 78. Hromádko, J., Hromádko, J., Miler, P., Hönig, V., Štěrba, P. (2011): Využití bioethanolu jako paliva ve spalovacích motorech. Chemické listy. 105. 122-128 79. Hughes, S., Partzsch, L., Gaskell, J. (2007): The Development of Biofuels Within the Context of the Global Water Crisis. Sustainable Development Law & Energy. 7 (3). 5777. 80. Charles, Ch. (2012): Should We be concerned about competition between food and fuel? International Institute for Sustainable Development. [oline] p. 8. [cit. 2013-0812] dostupné z
81. Křen, J. (2013): Pěstování obilnin a výběr odrůd. Metodické listy č. 6. [oline] 2 s. [cit. 2013-08-12] dostupné z
87
82. Mekonnen, M. (2010): A global and high-resolution assessment of the green,blue and grey water footprint of weat. Hydrology and Earth System Sciences. 14. 1259-1276. 83. Mekonnen, M. M., Hoekstra, A. Y. (2011): National footprint accounts: The green, blue and grey water footprint of production and consumption. UNESCO-IHE Institute for Water - Education report research series. 48. [oline] p. 94. [cit. 2013-08-12] dostupné z 84. Mekonnen, M., Hoekstra, A. (2011a): The green, blue and grey water footprint of crops and derived srop products. Hydrology and Earth System Sciences Discussions. 8. 763-809. 85. Mitchell, D. (2008): A Note on Rising Food Prices. Policy Research Working Paper. 4682. [oline] p. 21. [cit. 2013-08-12] dostupné z 86. Moraes, M., Ringler, C., Cai, X. (2011): Policies and instruments affecting water use for bioenergy production. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 5 (4). 431-444. 87. Msangi, S., Susler, T., Rosegrant, M., Valmonte-Santos, R. (2007): Global Scenarios for Biofuels: Impactions For Food Security And Use. Report of the conference, 9. 6. 2007. [oline] p. 20. [cit. 2013-08-12] dostupné z < http://www.gtap.agecon.purdue.edu> 88. Muller, A. (2009): Sustainable Agriculture and the Production of Biomass for Energy Use. Climatic Change. 94 (3-4). 319-331. 89. Müller, A., Schmidhuber, J., Hoogeveen, J., Steduto, P. (2007): Some insights in the effect of growing bio-enegy demand on global security and natural resourcces. Food and Agriculture Organistaion of the United Nations, Rome, Italy. [oline] p. 19. [cit. 2013-08-12] dostupné z 90. Ortega, E., Cavalett, O., Pereira, C., Agostinho, F., Storfer, J. (2011): Are biofuels renewable energy sources? Laboratory of Ecological Engieering, Food Engieering School,
UNICAMP.
[oline]
p.
7.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
91. Pehnelt, G., Vietze, Ch. (2012): Uncertain about the GHG Emissions Saving of Rapeseed Biodiesel. Jena Economic Research Papers. 39. 1-34. 92. Pretel, J. (2012): Pravděpodobný vývoj klimatu ČR. Ekologie hospodárnost. ProEnergy magazín. 6 (2). 56-59.
88
93. Pretel, J. a kol. (2011): Zpřesnění dosavadních odhadů klimatické změny v sektorech vodního hospodářství, zemědělství a lesnictví a návrhy adaptačních opatření. Český hydrometeorologický ústav. Projekt VaV-SP/1a6/108/07. p. 67. 94. Renault, D. (2002): Value of virtual water in food: Principles and virtues. Food and Agriculture Organistaion of the United Nations, Rome, Italy. [oline] p. 25. [cit. 201308-12] dostupné z 95. Righelato, R., Spracklen, V. (2007): Carbon Mitigation by Biofuels or by Saving and Restoring Forests? Science. 317 (5840). p. 902. 96. Rosegrant, M. (1997): Water Resources in the Twenty-First Century: Challenges and Implications for Action. Food, Agriculture, and the Environment Discussion Papper. 20. p. 32 97. Rutz, D., Janssen, R. (2008): Biofuel Technology Handbook.WIP Renewable Energies, München,
Germany.
[oline]
p.
18.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
98. Sáňka, M., Materna, J. (2004): Indikátory kvality zemědělských a lesních půd ČR. Edice PLANETA. 12 (11). 1-84 99. Shiklomanov, I. A. a kol. (1998): World Water Resorces: A New Appraisal and Assessment for the 21st Century. UNESCO, Paris, France. [oline] p. 40. [cit. 2013-0812] dostupné z 100.
Sims, R., Mabee, W., sanddler, J., Taylor, M. (2010): An overview of second
generation biofuel technologies. Biosources Technology. 101. 1570-1580. 101.
Skládanka, J. (2006): Multimediální učební texty pícninářství. Ústav výživy
zvířat a pícninářství MZLU v Brně, projekt FRVŠ č. 666/F4/d. [oline] 1 s. [cit. 2013-0812] dostupné z 102.
Stone, K., Hunt, P., Cantrell, K., Ro, K. (2009): The potential impacts of biomass
feedstock production on water resource availability. Bioresource Technology. 101 (6). 2014-2025 103.
The National Academy of Science (2007): Water Implications of Biofuels
Production in the United States. National Academies Press. [oline] p. 4. [cit. 2013-0812] dostupné z
89
104.
Timilsina,G., Shrestha, A. (2011): How much hope should we have for
biofuels? Energy. 36 (4). 2055-2069. 105.
U. S. Department of Energy (2013): Bioenergy Creates Green Jobs. U. S.
Department of Energy, Energy Efficiency & Reneable Enargy. DOE 02/2013. [oline] p. 2. [cit. 2013-08-12] dostupné z 106.
UNIDO (2013): UNIDO´s Biofuels Strategy: Sustainable Industrial Conversion
and Productive Uses of Biofuels. United Nations Industrial Development Organistion. [oline] p. 18. [cit. 2013-08-12] dostupné z 107.
AGROKOP (2013): Doporučené výsevky polních plodin. AGROKOP HB s. r. o.
[oline] [cit. 2013-08-12] dostupné z < http://www.agrokop.com> 108.
BIOPA (2013): Technologie BIOPA - biodiesel. Pracovníci Katedry fyzikální
chemie Chemicko-technologické fakulty Univerzity Pardubice. [oline] 1 s. [cit. 201308-12] dostupné z 109.
Dvořáková, I. (2006): Dokumentace podle § 6 odst. 2 zákona č. 100/2001 Sb.,
o posuzování vlivů na životní prostředí, v platném znění: Výroba FAME v areálu průmyslové chemie Lovosice. Chrudim. [oline] 91 s. [cit. 2013-08-12] dostupné z 110.
Ekolist (2013): Europoslanci doporučují omezit požívání biopaliv v dopravě.
Ekolist. [oline] [cit. 2013-07-12] dostupné z < http://ekolist.cz/> 111.
Eminger, S. (2005): Oznámení dle zákona č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů
na životní prostředí, v platném znění: Obilný lihovar na výrobu bioethanolu. Hradec Králové. [oline] 140 s. [cit. 2013-08-12] dostupné z 112.
FAO (2013): Example of the use of CROPWAT 8.0. Food and Agriculture
Organistaion of the United Nations, Rome, Italy. [oline] p. 75 [cit. 2013-08-12] dostupné z 113.
Chapagain, A. (2013): Water Footprint Assesment - Acounting. Global Water
Footprint Standard Training Course 28-30. 5. 2013, Amsterodam. [oline] p. 39 [cit. 2013-07-12] dostupné z < http://www.waterfootprint.org/> 114.
Landová, L., (2011): Výpočet vodní stopy pšenice, kukuřice, cukrové řepy a
rajčat v České republice. Diplomová práce. Fakulta humanitních studií UK v Praze. Praha, 81 s.
90
115.
Mišelnický, L. (2010): Motory na alternativní paliva. Bakalářská práce. Fakluta
strojního inženýrství ústav automobilního a dopravního inženýrství Vysoké učení technické v Brně. 41 s. 116.
Munoz, G., Grieser J. (2006): CLIMWAT 2.0 for CROPWAT.
Food and
Agriculture Organistaion of the United Nations, Rome, Italy. [oline] p. 75 [cit. 201308-12] dostupné z 117.
Plášilová, D. (2009): Pitná voda jako mocensko-politický nástroj. Diplomová
práce. Katedra mezinárodních vztahů a evropských studií Masarykova univerzita. 63 s. 118.
Požárová, I. (2007): Alternativní zdroje energie-biopaliva. Bakalářská práce.
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická. 47 s. 119.
Snozová, L. (2007): Oznámení dle zákona č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů
na životní prostředí, v platném znění: Výroba MEŘO (methylesteru řepkového oleje), SLOVMLÝN,
spol.
s r.
o.
[oline]
77
s.
[cit.
2013-08-12]
dostupné
z
Zdroje dat 120.
Tab. 1: Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin v letech 2001 až 2012. Český
statistický úřad. [cit. 2013-08-12] dostupné z 121.
Domácí produkce, dovoz, vývoz, změna zásob a hrubá spotřeba bio-ethanolu v
ČR roce 2012 po měsících. Ministerstvo průmyslu a obchodu. [cit. 2013-08-12] dostupné z 122.
Domácí produkce, dovoz, vývoz, změna zásob a hrubá spotřeba Bioethanolu v
ČR v letech 2007 až 2011. Ministerstvo průmyslu a obchodu. [cit. 2013-08-12] dostupné z 123.
Domácí produkce, dovoz, vývoz, změna zásob a hrubá spotřeba FAME v ČR v
letech 1992 až 2011. Ministerstvo průmyslu a obchodu. [cit. 2013-08-12] dostupné z 124.
Domácí produkce, dovoz, vývoz, změna zásob a hrubá spotřeba FAME v ČR v
roce 2012 po měsících. Ministerstvo průmyslu a obchodu. [cit. 2013-08-12] dostupné z
91
125.
Erostat: Supply, transformation, consumption - renewables (biofuels) - annual
data. [cit. 2013-08-12] dostupné z 126.
EU-27: Annual Biofuels Report, červen 2011. European biofuels technology
platform. [cit. 2013-08-12] dostupné z 127.
European Biodiesel Board - statistics. European Biodiesel Board. [cit. 2013-08-
12] dostupné z 128.
Podklady pro zpracování Zprávy zemědělství ČR za rok 2012 Výzkumný ústav
zemědělské techniky, březen 2013. Čj. 9179/2013-MZE-17253 129.
Pravettoni R., UNEP/GRID-Arendal. United Nations Environment Programme.
[cit. 2013-08-12] dostupné z 130.
Statistická ročenka České republiky 2010. Český statistický úřad. [cit. 2013-08-
12] dostupné z 131.
Statistická ročenka České republiky 2012. Český statistický úřad. [cit. 2013-08-
12] dostupné z 132.
U. S. Energy Information Administration. [cit. 2013-08-12] dostupné z
133.
Územní srážky - Česká republika, 2010 a 2012. Český hydrometeorologický
úřad.[cit. 2013-08-12] dostupné z < http://www.chmi.cz/> 134.
Vývoj ploch a sklizní zemědělských plodin vletech 2001 - 2012. Český
statistický úřad. [cit. 2013-08-12] dostupné z 135.
World Bank Group: diagram, agriculture. [cit. 2013-08-12] dostupné z
Emailová komunikace 136.
Jandásek, J.: PLP, a. s. [cit. 2013-06-24]. < [email protected]>. Emailová
komunikace. 137.
Jareš, I:Primarga, a. s. [cit. 2013-05-13]. . Emailová
komunikace. 138.
Jevič,
P.:
Výzkumný ústav
zemědělské
techniky.
[cit.
2013-06-27].
. Emailová komunikace.
92
139.
Reiss,
J.:
Svaz
chemického
průmyslu
ČR.
[cit.
2013-06-24].
<[email protected]>. Emailová komunikace. 140.
Trapl, K.: Ministerstvo zemědělství. [cit. 2013-06-27]. .
Emailová komunikace. 141.
Trapl, K.: Ministerstvo zemědělství. [cit. 2013-04-22]. .
Emailová komunikace. 142.
Vytrhlík, J.: PREOL, a. s. [cit. 2013-05-14]. <[email protected]>. Emailová
komunikace.
93
