DEZVOLTAREA UNEI TEHNOLOGII DE VALORIFICARE A RIZOMILOR DE MISCANTHUS ÎN VEDEREA EFICIENTIZĂRII

ÎNFIINŢĂRII ACESTEI CULTURI ENERGETICE

 

Cod proiect: PN 09-15.02.01

 

Denumirea programului NUCLEU/acronim:

Dezvoltarea cercetărilor privind sistemele, tehnologiile de mecanizare, informatizare, automatizare, management şi echipamente tehnice competitive pentru agricultură şi industrie alimentară/STIMM

 

Denumirea obiectivului:

2 Dezvoltarea de concepte, tehnologii şi sisteme energetice alternative, inclusiv promovarea culturilor de plante energetice şi a altor resurse regenerabile.

 

Obiectivul proiectului:

Obiectivul principal al proiectului îl constituie dezvoltarea unei tehnologii de valorificare a rizomilor de Miscanthus în vederea promovării culturilor de plante energetice prin realizarea unui echipament tehnic specializat pentru recoltarea acestora.

 

Fazele de execuţie ale proiectului:

Faza 1/2009: Studiu tehnologic şi elaborarea tehnologiei privind valorificarea rizomilor de Miscanthus

Faza 2/2009: Elaborarea documentaţiei de execuţie ME de echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus în vederea promovării culturilor de plante energetice

Faza 1/2010: Realizarea ME echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus

Faza 1/2011: Experimentarea tehnologiei şi echipamentului tehnic propus

Faza 2/2011: Evaluare rezultate. Demonstrarea privind utilitatea şi funcţionalitatea tehnologiei şi ME. Diseminarea pe scara larga a rezultatelor

 

 

Rezultatele estimate:

1. studiu tehnologic

2. tehnologie privind valorificarea rizomilor de Miscanthus

3. documentaţie de execuţie ME de echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus

4. ME echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus

5. raport de experimentare a tehnologiei şi a echipamentului tehnic

6. raport de demonstrare privind utilitatea şi funcţionalitatea tehnologiei şi ME

7. articole, poster, fişă tehnică, pliant, CD-ROM, pagină web

 

Rezumatul proiectului

Unul din efectele dezvoltării tehnologice a întregii societăţi umane, din ultimul secol, este creşterea tot mai pronunţată a consumurilor de energie, dar şi dependenţa tot mai accentuată a omenirii, de consumul combustibililor fosili, în special produse petroliere, gaze naturale şi cărbuni. Aceste surse de energie clasice reprezintă un foarte mare factor de risc datorită emisiilor poluante din timpul arderii, cât şi datorită epuizării lor.

Costurile de achiziţie a combustibililor convenţionali sunt din ce în ce mai mari şi sunt dependente de factori mai puţin previzibili. La acest context se adaugă şi perspectiva din ce în ce mai clară a epuizării rezervelor de combustibili fosili, perspectivă care a determinat orientarea politicilor publice spre finanţarea cercetărilor, care au drept obiectiv identificarea de noi surse de energie. Peste toată această situaţie tronează problema încălzirii globale, consecinţă printre altele, a utilizării intensive, vreme de peste un secol a combustibililor fosili. Efectul de seră şi încălzirea globală sunt deja realităţi aproape unanim acceptate.

Utilizarea de resurse regenerabile obţinute prin cultivarea de plante energetice care înlocuiesc combustibilii fosili reprezintă una din soluţiile reducerii consecinţelor acestui pericol global.

Una dintre sursele regenerabile care asigură biomasa necesară generării bioenergiei, larg răspândita în ultimele decenii în ţările UE este cultura de Miscanthus, care prin valorificare asigură o serie de avantaje economice, dar mai ales asupra mediului. Aceasta poate fi folosită pentru producerea energiei electrice şi/sau termice atât în termocentralele mari (30 MW +), care folosesc mii de tone de biomasă anual, cât şi în sisteme mici casnice care folosesc câteva tone, în timpul lunilor de iarnă. Prin utilizarea Miscanthus-ului în procesul de ardere, emisiile de dioxid de carbon sunt reduse, iar cele de metan degajate din depozite sunt eliminate. Creşterea rapidă, conţinutul scăzut în minerale şi producţia ridicată de biomasă fac ca Miscanthus-ul fie o planta energetică valoroasă. Emisia de CO2 rezultată în urma arderii este egală cu cantitatea de CO2 folosită de plantă în timpul vegetaţiei şi astfel procesul este neutru în ce priveşte emisia gazelor de seră. Din cauza caracterului de perenitate, Miscanthus-ul nu intră în asolament, ci se cultivă extensiv pe anumite soluri mai puţin indicate pentru alte culturi, unde rămâne 15-20 ani. Cultura perenă prezintă avantajul se reduc cheltuielile de pregătire a terenului şi de plantare. Miscanthus-ul are o capacitate ridicată de valorificare a fertilităţii solului precum şi o capacitate foarte bună de reciclare a unor importante cantităţi de îngrăşăminte prin rizomi. Rizomii maturi depozitează mai multe îngrăşăminte decât au nevoie plantele, astfel după două cicluri vegetative sunt necesare doar cantităţi mici de îngrăşăminte pentru a fi aplicate adiţional.

Ideea principală a proiectului este de a obţine rizomi viabili, sănătoşi, fără vătămari mecanice, cu lungimi ce pot varia între 10 şi 15 cm şi greutatea de 40-60 g, având cel puţin 3-4 muguri viabili. Datorită îmbunătăţirii procesului de extracţie şi selecţie a rizomilor prin noua tehnologie, se urmăreşte creşterea procentului de plante răsărite la peste 80 %. Rizomii pot fi depozitaţi în camere frigorifice (<4°C) aproape un an sau (pentru perioade mai scurte) pot fi depozitaţi în grǎmezi acoperite cu sol umed. Strategia optimă este replantarea rizomilor cât mai curând după recoltare, pentru a minimiza problemele legate de stocare.

În urma abordării proiectului se va elabora o tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus în vederea promovării culturilor de plante energetice şi se va realiza un echipament pentru recoltarea rizomilor în vederea înfiinţării noilor culturi.

Rezultatele proiectului vor putea fi valorificate prin implementarea tehnologiei la nivelul fermelor agricole şi intreprinzătorilor privaţi care cultivă planta Miscanthus.

 

STADIUL DE REALIZARE

Rezultatele realizate sunt:

- Studiu tehnologic privind planta energetică Miscanthus şi tehnologie privind valorificarea rizomilor de Miscanthus;

- Documentaţie de execuţie ME de echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus;

- Raport de experimentare tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus;

- Raport de experimentare echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus.

- Raport de evaluare a rezultatelor în vederea implementării tehnologiei la fermieri şi întreprinzători particulari cât şi introducerea în fabricaţie la agenţii economici producători interesaţi a echipamentului nou realiz

- Raport de demonstrare privind utilitatea şi funcţionalitatea tehnologiei de valorificare a rizomilor de Miscanthus

- Materiale de informare (comunicări, articole, poster, fişă tehnică, pliant, CD-ROM, pagină web.) pentru diseminarea pe scară largă a rezultatelor obţinute

 

 

 

PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE VALORIFICARE A RIZOMILOR DE MISCANTHUS

Miscanthus-ul este o plantă ierboasă perenă care se înmulţeşte doar pe cale vegetativă, prin divizarea rizomilor.

Rizomii de culoare brună au forme neregulate, cu protuberanţe şi chiar ramificaţii pronunţate, grosimea lor variind între 7 si 12 mm.

Pentru plantare în câmp se folosesc rizomi tineri (cel mult de trei ani), sănătoşi, fără zbârcituri sau vătămări mecanice, cu lungimea de 10...15 cm şi greutatea de 40...60 g, având cel puţin 2...3 muguri viabili.

Tehnologia de mecanizare pentru valorificarea rizomilor de Miscanthus asigură ca totalitatea maşinilor şi echipamentelor tehnice agricole componente să fie corelate între ele din punct de vedere tehnic, economic şi organizatoric, în vederea obţinerii unor producţii agricole maxime la costuri minime.

În figura 1, este prezentată următoarea tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus.

 

 

Fig. 1. Tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus

Echipamente tehnice utilizate în cadrul tehnologiei

Maşina MCP 2 (fig. 2) este folosită pentru tocarea resturilor vegetale rămase după recoltarea culturilor de Miscanthus în vederea pregătirii terenului pentru efectuarea recoltării rizomilor în condiţii corespunzătoare.

            Maşina MCP 2 este de tipul purtată pe ridicătorul hidraulic al tractorului de 80 CP fiind acţionată mecanic de la priza de putere a tractorului prin transmisie cardanică.

 

Fig. 2. Maşina de tocat resturi vegetale MCP 2

 

Maşina de tocat resturi vegetale MCP 2 se compune din următoarele părţi principale:

- Transmisie cardanică cu apărătoare: 1 buc.

- Dispozitiv de cuplare: 1 buc.

- Multiplicator de turaţie: 1 buc.

- Cadrul asamblat: 1 buc.

- Rotor cu cuţite: 1 buc.

- Roată de sprijin: 2 buc.

            Transmisia cardanică se compune dintr-un arbore cardanic format din 2 semi-arbori telescopici cu nodurile cardanice, un cuplaj de siguranţă cu bile şi arcuri, un taler şi o apărătoare de protecţie.

            Dispozitivul de cuplare asigură cuplarea maşinii pe mecanismul de suspendare în trei puncte al tractorului.

            Multiplicatorul special de turaţie este de tipul cu roţi dinţate conice. Momentul de torsiune se transmite de la arborele prizei de putere prin arborele cardanic la rotorul cu cuţite articulate al maşinii.

            Cadrul asamblat este format dintr-o construcţie sudată de profile U, L şi tablă constituind scheletul maşinii şi totodată o capotă de protecţie. În partea laterală cadrul are 2 picioare de sprijin rabatabile, care în timpul lucrului sunt aşezate pe partea superioară a platformei cadrului.

            Rotorul cu cuţite este de tip disc din tablă ambutisată şi sudată, având 4 bolţuri pentru fixarea articulată a suporţilor cuţitelor. Cuţitele se fixează prin şuruburi pe suporţi. Rotorul se roteşte în plan orizontal fiind antrenat de către arborele de ieşire al multiplicatorului de turaţie. Cuţitele cu vârf îndoit au capătul activ cu tăişul vertical pentru tăierea materialului căzut paralel cu solul şi pentru tocarea resturilor vegetale rămase pe sol după recoltarea culturilor agricole.

 

            Echipamentul tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus ERR (fig. 3), se utilizează, pe teren şes şi cu panta până la 6°, pe toate tipurile de sol, în cadrul tehnologiei de valorificare a rizomilor de Miscanthus.

            Echipamentul ERR este de tip purtat şi lucrează în agregat cu tractoarele de 70...80 CP pe roţi prevăzute cu mecanisme de suspendare în trei puncte de categoria 2 conform ISO 730.

            Acesta execută operaţia de dislocare a rizomilor de Miscanthus din masa de sol şi separarea acestora de pământ. Procesul de dislocare constă în afânarea adâncă a solului fără întoarcerea brazdei, distrugerea legăturilor dintre sol şi rizomi şi împingerea acestora către grătarele oscilante, care prin cernere separă rizomii de impurităţi şi pământ şi îi lasă pe sol în brazdă, urmând a fi adunaţi şi încărcaţi în mijloace de transport.

 

Fig. 3. Echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus ERR

 

            Echipamentul tehnic ERR este o construcţie robustă şi are în componentă următoarele subansambluri principale:

- Cadru: 1 buc.

- Separator cu excentric: 1 buc.

- Brăzdar de dislocat: 1 buc.

- Roată stânga: 1 buc.

- Roată dreapta: 1 buc.

- Suport motor hidraulic: 1 buc.

- Motor hidraulic: 1 buc.

- Tub flexibil cu supapă: 2 buc.

            Cadrul este o construcţie sudată din ţevi de secţiune pătrată şi rotundă. Partea anterioară a cadrului sudat este o construcţie sudată, din ţeavă de secţiune pătrată, pe care sunt prevăzute cele trei puncte de cuplare la mecanismul de suspendare în trei puncte al tractorului.

Separatorul cu excentric este destinat pentru curăţirea de pământ prin scuturare şi transport a rizomilor de Miscanthus dislocaţi spre spatele maşinii. Acesta are în componenţă un suport pe care sunt prevăzute nişte muchii tăietoare pe direcţia de înaintare care fac un unghi de 0,56 rad (33°) cu verticala, două grătare oscilante care preiau masa de pământ dislocată împreună cu rizomii şi un mecanism oscilant cu excentric care realizează un efect vibrator optim astfel încât să se desprindă de rizomi şi să cadă pe sol printre vergelele grătarului.

Acţionarea separatorului cu excentri se face cu ajutorul unui motor hidraulic acţionat de la instalaţia hidraulică a tractorului.

Principalele caracteristici tehnice ale motorului hidraulic sunt următoarele:

- Turaţia maximă: rot/min                                                                                                190

- Moment maxim: Nm                                                                                                    700

- Puterea maximă: kW                                                                                                    9

- Versiunea de montaj:

                                                - I: 1,25 inch;

                                                - N: con 1:8 SAE J501

                                                - M: 1-20 UNEF

Brăzdarul de dislocat este plasat frontal, în formă de „U“ cu o lăţime de 120 cm, fiind fixat prin şuruburi pe cele două plăci suport ale cadrului, iar la partea inferioară are prevăzut găuri speciale pentru fixare cu şuruburi cu cap îngropat de suportul separatorului cu excentric. Brăzdarul de dislocat este conceput cu o muchie tăietoare care taie solul în plan perpendicular pe direcţia de înaintare, cu un unghi de 0,19 rad (11°) faţă de orizontală şi cu un ridicător din vergele înclinat sub un unghi de 0,38 rad (22°) pentru deplasarea pămâmntului cu rizomi spre spatele maşinii. Părţile laterale ale brăzdarului de dislocat împiedică căderea rizomilor în afara rândurilor pentru a nu fi călcaţi de roţile tractorului la următoarea trecere.

Roţile stânga / dreapta sunt destinate pentru reglarea adâncimii de lucru. Acestea sunt montate cu şuruburi pe bara anterioară a cadrului, simetric faţă de axa tractorului. Roţile sunt cu obadă iar pentru evitarea încărcării cu sol, acestea sunt prevăzute cu discuri laterale ambutisate şi sudate pe obadă şi butuc. Roţile sunt prevăzute cu rulmenţi şi se rotesc pe axele sudate pe suporţii metalici din ţeavă de secţiune dreptunghiulară. Reglarea poziţiei roţilor se face prin intermediul unei manivele cu şurub, care reglează continuu poziţia roţilor faţă de planul tăişului brăzdarului de dislocat.

 

Operaţii executate după recoltarea rizomilor de Miscanthus

După recoltare, rizomii sunt spălaţi de pământ în căzi speciale (fig. 4), după care se efectuează calibrarea.

 

 

Fig. 4. Spălarea rizomilor de Miscanthus după recoltare în căzi speciale

 

Calibrarea rizomilor se face cu foarfeca (fig. 5) rezultând astfel, mai multe plante viguroase.

 

 

Fig. 5. Calibrarea manuală a rizomilor de Miscanthus

 

În figura 5 se prezintă realizarea unei calibrări corecte (fragmentele de rizomi au cel puţin 2...3 muguri viabili iar rizomii neviabili au fost identificaţi şi îndepărtaţi).

Pentru a menţine viabilitatea rizomilor pe o perioadă cât mai îndelungată aceştia se umectează prin stropire cu apă.

În vederea stocării sunt ambalaţi în pungi de plastic, închise ermetic pentru a se evita pierderea umidităţii, rizomii între 10 şi 20 de grame şi cu cel puţin 2...3 muguri viabili (fig. 6).

Fig. 6. Ambalarea în pungi de plastic a rizomilor de Miscanthus

 

Pentru a menţine rata de succes a emergenţei rizomilor de Miscanthus, în vederea unei plantări ulterioare, aceştia sunt depozitaţi într-un container termostatat la o temperatură constantă de 4°C (fig. 7).

 

 

Fig. 7. Depozitarea rizomilor de Miscanthus la o temperatură de 4°C

 

Principalele caracteristici tehnice ale echipamentului de recoltat rizomi de Miscanthus ERR sunt următoarele:

- Tipul echipamentului………………………………….........................................purtat

- Lăţimea de lucru, m…………………………………..............................................1,2

- Adâncimea de lucru, cm………………………………….................................max. 25

- Modul de acţionare a transportorului de separare          ...............................hidraulic

- Garda la sol, mm………………………………….................................................350

- Dimensiuni de gabarit, mm

            - Lăţime……………………………….........................................................2090

            - Lungime………………………………......................................................1590

            - Înălţime……………………………….......................................................1395

- Masa, kg…………………………………...............................................................495

 

 

DISEMINAREA REZULTATELOR

 

            Materiale de informare realizate pe parcursul desfăşurării proiectului:

 

a. Articole publicate

1. Marin Eugen, Sorica Cristian, Valorificarea potenţialului energetic al plantei Miscanthus, Revista Mecanizarea Agriculturii nr.7-8/2009, pag. 19…26, Editura New Agris Bucureşti, ISSN 1011-7296

2. Sorică Cristian, Voicu Emil, Manea Dragoş, Tehnologie pentru promovarea în România a plantei energetice Miscanthus ca sursă regenerabilă în scopul creşterii competitivităţii şi securităţii energetice, Revista INMATEH Nr. 29 (2009-III), pag. 19…26, Editura INMA, ISSN 1583-1019

3. Sorică Cristian, Voicu Emil, Manea Dragoş, Promovarea în România a plantei energetice Miscanthus, ca sursa regenerabila, in scopul creşterii competitivităţii şi securităţii energetice, Revista Mecanizarea Agriculturii nr.1-2/2010, pag. 24…28

4. Marin Eugen, Sorică Cristian, Manea Dragoş Echipamente tehnice pentru cultivarea plantelor de Miscanthus, Revista Mecanizarea Agriculturii nr.9-11/2010, pag. 15…26, Editura New Agris Bucureşti, ISSN 1011-7296

5. Marin Eugen, Pirnă Ion, Sorica Cristian, Nicolescu Constantin, Echipament tehnic de recoltare a rizomilor de Miscanthus, Revista Hervex 2010, pag. 309...313, Editura ICHP, ISSN 1454-8003

 

b. Comunicări

1. Sorică Cristian, Voicu Emil, Manea Dragoş, Karl Schweighofer, Tehnologie pentru promovarea în România a plantei energetice Miscanthus ca sursă regenerabilă în scopul creşterii competitivităţii şi securităţii energetice, Simpozionul „Creativitate şi inovare în domeniul tehnicilor şi tehnologiilor de mecanizare-automatizare a proceselor” organizat de INMA Bucureşti în data de 6 noiembrie 2009 (fig. 8).

 

INMATEH III 2009 178

Fig. 8. Aspect din timpul comunicării lucrării ştiinţifice la simpozionul organizat de INMA Bucureşti în data de 6 noiembrie 2009

 

2. C. Sorică, I. Pirnă, E. Voicu, Tehnologie de mecanizare a culturii de Miscanthus utilizată ca sursă regenerabilă de energie în România, Al III-lea Congres Naţional al Cercetătorilor şi Inventatorilor din România, cu participare internaţională, organizat de Centrul de Cercetare pentru Materiale Macromoleculare şi Membrane în data de 09.10.2010.

 

c. Participări la târguri şi expoziţii

1. Participare cu poster, fişă tehnică, pliant şi produs fizic, în perioada 13…15 mai 2010, la workshop-ul “CONTRIBUŢII ALE CERCETĂRII ŞTIINŢIFICE LA DEZVOLTAREA DURABILĂ A AGRICULTURII ROMÂNEŞTI” organizat de USAMV Bucureşti la Sala Sporturilor din complexul AGRONOMIA (fig. 9).

 

 

Fig. 9. Aspecte de la standul de prezentare INMA cu ocazia participării la workshop-ul organizat de USAMV Bucureşti

 

2. Participare cu poster, fişă tehnică şi pliant cu „Tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus”, în perioada 9…12 iunie 2010, la Salonul Regional al Cercetării şi Târgul EXPOAGROUTIL 2010 – Constanţa organizat de ANCS împreună cu Camera de Comerţ, Industrie, Navigaţie şi Agricultură Constanţa la Complexul Perla - Teatrul de vară Mamaia (fig. 10).

 

 

 

Picture 101 Picture 102

Fig. 10. Aspecte de la standul de prezentare INMA cu ocazia participării la Salonul Regional al Cercetării şi Târgul EXPOAGROUTIL 2010 Constanţa

 

3. Participare cu poster, fişă tehnică şi pliant cu „Tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus”, în perioada 26…30 august 2010, la Salonul Regional al Cercetării şi Târgul AGRALIMEX 2010 – Alexandria, organizat de ANCS împreună cu Camera de Comerţ, Industrie şi Agricultură Teleorman în Parcul „Pădurea Vedea" (fig. 11).

 

 DSC_0001

Fig. 11. Aspecte de la standul de prezentare INMA cu ocazia participării la Salonul Regional al Cercetării şi Târgul AGRALIMEX 2010 – Alexandria

 

4. Participare cu poster, fişă tehnică şi pliant cu „Tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus”, în perioada 6 - 9 octombrie 2010, în Pavilioanele 13 şi 14 din Complexul Expoziţional ROMEXPO, la SALONUL CERCETARII – 2010 şi INVENTIKA - 2010 (cea de-a XIV-a ediţie a Salonului Internaţional de Invenţii, Cercetare Ştiinţifica şi Tehnologii Noi) organizat de Autoritatea Naţională pentru Cercetare Ştiinţifică, în cadrul târgului Tehnic Internaţional Bucureşti, TIB – 2010 (fig. 12).

 

   

Fig. 12. Aspecte de la standul de prezentare INMA cu ocazia participării la Salonul Cercetării Bucureşti şi INVENTIKA - 2010

 

5. Participare cu poster, fişă tehnică şi pliant cu „Tehnologie de valorificare a rizomilor de Miscanthus”, în perioada 17-19 octombrie 2010, la Salonul regional al cercetării Călimăneşti, ediţia a III-a, organizat de ANCS şi Camera de Comerţ şi Industrie Vâlcea, în cadrul manifestării HERVEX– ediţia a XII-a, expoziţie internaţională în domeniul hidraulică, pneumatică (fig. 13).

 

Fig. 13. Aspecte de la standul de prezentare INMA cu ocazia participării la Salonul regional al cercetării Călimăneşti 2010

 

6. Participarea cu cererea de brevet de invenţie nr. A-00554 / 17.07.2009 “Echipament tehnic pentru recoltat rizomi de Miscanthus” în perioada 22-26 noiembrie 2010, la TÂRGUL Internaţional “INVENT-INVEST SIR-20” Iaşi(fig. 14).

 

Image0002 DSC_0007

Fig. 14. Diploma şi Medalia INVENT-INVEST obţinută cu ocazia participării la TÂRGUL Internaţional “INVENT-INVEST SIR-20” Iaşi 2010

 

d. Editarea unui CD ROM

- fişă produs; fişă tehnologie; pliant; poster; film

e. Crearea unei pagini web

În pagina web sunt prezentate date de recunoaştere, obiective, rezultate obţinute, prezentarea tehnologiei şi echipamentului tehnic realizat în cadrul proiectului şi modul de diseminare a rezultatelor obţinute în urma realizării proiectului.

f. Notificarea unei cereri de brevet

A fost înregistrată la OSIM cererea de brevet de invenţie cu nr. A00554 / 17.07.2009, “ECHIPAMENT TEHNIC PENTRU RECOLTAT RIZOMI DE MISCANTHUS”, autori: Sorică Cristian, Marin Eugen, Cojocaru Iosif, Manea Dragoş