Stikstofvlakke vir optimale produksie van soetrietsorghum vir die bio-etanol-industrie

WIKUS SNIJMAN, LNR-INSTITUUT VIR GRAANGEWASSE

Gesien in die lig van die onlangse verwikkelinge tussen die regering en die brandstofindustrie, blyk daar ‘n toekoms te wees vir biobrandstof in Suid-Afrika. Die Landbounavorsingsraad: Instituut vir Graangewasse (LNR-IGG) is alreeds vanaf 2004 besig met navorsing oor geskikte soetrietsorghums vir bio-etanol-doeleindes.

In 2009 het die instituut deel geword van ‘n Europese Unie befondsde program. Die konsortium bestaan uit Duitsland, Italië, Frankryk, Brasilië, Suid-Afrika, Meksiko en Indië. Die hoofdoel van die program is om die voordele van soetrietsorghum (Sorghum bicolor L. [Moench]) te ontwikkel tot ‘n potensiële energiegewas, deur:

• die ontwikkeling van eerste en tweede generasie bio-etanolproduksie uit soetrietsorghum in matige en semi-ariede gebiede deur genetiese manipulasie; en
• die verbetering van produksie- en oespraktyke vir optimal opbrengste.

Programaktiwiteite

Die program sal ‘n multidissiplinêre matriks en ‘n inter-dimensionele werksprogram skep deur die:

• teling van soetrietsorghum-genotipes wat aangepas is by gematigde klimaatstreke, droogte geteisterde gebiede en marginale gronde;
• verbetering van die kennisbasis aangaande die verband tussen suikerakkumulasie, plantfenologie, bly-groen-eienskappe en droogteweerstandbiedendheid;
• kennisname van agronomiese faktore vir die optimalisering van opbrengs asook aanbevole produksie- en oestegnieke;
• verskaffing van ‘n multikriterium (sosiaal, ekonomies en omgewing) volhoubare evalueringsmeganisme vir die resulterende kommoditeitskettings;
• bevordering van die wisselwerking tussen navorsers en alle ander rolspelers;
• identifisering en monitering van etiese aspekte en risiko’s wat kan voortvloei uit etanolproduksie deur soetrietsorghum en om riglyne voor te stel vir beleidmakers.

Volgens die Biobrandstof Industriële Strategie (2007) van Suid-Afrika se Departement van Minerale en Energiesake, het daar die afgelope tyd ‘n fokusverandering plaasgevind wat meebring dat 2% biobrandstof in die bestaande fossielbrandstof gemeng gaan word en dit is gelykstaande aan 400 miljoen liter per jaar. Aanvanklik was die teiken wat in die witskrif gestel is, 4,5%, maar dit is nou verlaag na 2%.

Die nuwe strategie is daarop gemik om die produsente in agtergeblewe landelike gebiede te bevoordeel en hulle in te skakel by die biobrandstof-inisiatief. Suikerriet, suikerbeet, sonneblom, kanola en sojabone tel onder die gewasse wat ondersoek gaan word vir die produksie van biobrandstof.

Die 2% kan bereik word sonder dat die voedselsekuriteitsbeginsel aangetas word. Nuwe en addisionele areas word deur die strategie geteiken en dit stel voor dat die basiese voedselgewasse uitgesluit word in die aanvanklike produksiestadiums. Daarvoor sal 1,4% bewerkbare grond benodig word en tans in Suid-Afrika, is 14% van die bewerkbare grond in die tuislande onderproduktief.

In die verslag van die SA Biobrandstof Taakgroep van die Internasionale Energie-agentskap (IEA): Vorderingsverslag Nr 39, wat deur die Universiteit van Stellenbosch se Departement van Mikrobiologie vrygestel is, word daar ook melding gemaak van die teiken vir 2008 - 2013, wat ‘n 2% (400 miljoen liter per jaar) vermenging van biobrandstof in die bestaande fossielbrandstofbedryf sal meebring. Die taakgroep se verslag noem ook dat beleggings in biobrandstof tot op hede baie min was. Daar is nou potensiaal om die landelike ekonomie te ontwikkel en daardeur die tweede ekonomie te stimuleer, soos deur die Accelerated and Shared Growth Initiative of South Africa (ASGI-SA) in die vooruitsig gestel is.

By die onlangse Graan SA Kongres, het mnr Phillip Bouwer, van Mabele Fuels, die Sorghumwerkgroep ingelig dat daar in 2014 bio-etanol van graansorghum geproduseer gaan word. ‘n Vermenging van 2% bio-etanol in die bestaande fossielbrandstof gaan deur een van die brandstofmaatskappye in Suid-Afrika geïmplementeer word.

Aangesien baie min inligting in verband met soetrietsorghum onder Suid-Afrikaanse toestande beskikbaar is, is ‘n proef deur die LNR uitgevoer. Die doel van die proef is om die optimale stikstofvlakke by soetrietsorghum vir die produksie van bio-etanol te ondersoek.

Materiaal en metodes

Twee proewe is in die afgelope produksieseisoen aangeplant om die optimale stikstofvlakke by soetrietsorghum vir bio-etanol-doeleindes te ondersoek. Drie genotipes, naamlik SS 120, SS 27 en BMR, is buite Potchefstroom (Wilgeboom) geplant en drie genotipes, naamlik SS 120, SS 27 en PX 174, is by Vaalharts geplant.

Die vier kultivars is uit ‘n poel van 22 kultivars geneem wat tans deur die LNR ondersoek word. By Vaalharts is PX 174 geplant en weens ‘n tekort aan saad, is dit vervang met BMR by die Wilgeboomproef in Potchefstroom.

Hierdie twee lokaliteite is gekies om die proef in verskillende klimaatstreke uit te voer waar die effek van verskillende stikstofvlakke op die produksie van biomassa, planthoogte, stingeldeursnee, brix (suikergehalte in stroop) en stroopproduksie getoets is. Die proef is onder droëlandtoestande uitgevoer.

Statistiese proewe is in November 2011 aangeplant. Vyf stikstofvlakke is gebruik, naamlik 0, 30, 60, 90 en 120 kg/ha. Die rye is 60 cm uitmekaar geplant met ‘n plantestand van 207 500. Onkruidbeheer is chemies gedoen en Gramoxone en Sorgomil is toegedien. Insekbeheer, veral om stronkboorder te beheer, is gedoen deur Bulldock toe te dien.

Die proef is in April geoes nadat die saad fisiologies ryp was. ‘n Verteenwoordigende monster is geneem waarvan die biomassa, planthoogte, stingel deursnee, brix en stroopproduksie gemeet is. ‘n Drie-roller hidroliese pers is gebruik om die stroop uit die stingels te pers.

Resultate

Aangesien dit die eerste jaar van ‘n driejaar-proef is, kan data as gevolg van die kenmerkende seisoenale variasie in Suid-Afrika, misleidend wees en kan dit dus nie op hierdie stadium as ‘n maatstaf van die reaksie van soetrietsorghum op stikstofbemesting gegee word nie.

Dit sal egter ‘n goeie aanduiding gee van die potensiaal van soetrietsorghum vir die produksie van etanol. Wetenskaplik gefundeerde resultate sal teen die einde van 2014 beskikbaar wees.

Die beste biomassaproduksie van 67,79 ton/ha by 60 kg/ha stikstoftoediening by Vaalharts, is deur SS 120 gelewer en by Wilgeboom is 68,21 ton/ha gelewer deur BMR; ook by 60 kg/ha stikstoftoediening.

Wat in hierdie stadium nie verklaar kan word nie, is dat die 120 kg/ha stikstoftoedienings nie die beste biomassaproduksie gelewer het nie. Dit mag die gevolg wees van die verskillende kultivars se verskillende reaksies op droogteperiodes in sensitiewe groeistadiums. Die hoë biomassawaardes dui op die waardevolle bydrae wat soetrietsorghum tot die dierevoedingsindustrie kan lewer.

Die PX 174 kultivar het die beste planthoogte (1,617 m by 60 kg/ha) gelewer by Vaalharts en by Wilgeboom is 1,416 m by BMR gemeet teen 60 kg/ha. Oneweredige reënvalverspreiding het die optimal groei van die kultivars benadeel. Soetrietsorghum is bekend daarvoor dat die plante selfs hoogtes van 3 m kan bereik onder optimale toestande. Dit sal dan ook die biomassaproduksie verhoog.

Die optimale brix-lesing vir die produksie van etanol vir brandstofdoeleindes is ongeveer 15%. Heelwat hoër persentasies word deur die proef getoon, soos by Vaalharts (26,92%). ‘n Ekonomiese byvoordeel van soetrietsorghum is dat die suikers verdun kan word; dit is voordelig omdat dubbeld die benodigde hoeveelheid suikers per eenheid geproduseer word. Die groot variasie in die brix-lesings by al die kultivars mag dui op die reaksie van die verskillende kultivars op die verskillende stikstofvlakke. ‘n Groot probleem met stronkboorderinfestasie is egter die afgelope groeiseisoen ervaar en dit lei tot ‘n afname in die suikergehalte van die stroop.

Stroopproduksie by beide die lokaliteite toon in hierdie stadium ook nie ‘n duidelike patroon nie. Omdat dit die eerste jaar van die proef is, kan daar nie gefundeerde redes vir die variasies gegee word nie. Die meeste stroop is by Wilgeboom deur BMR (9,32 ton/ha) geproduseer teen ‘n 60 kg/ha stikstoftoedieningspeil en 7,64 ton/ha stroop is deur SS 27 by Vaalharts teen ‘n 120 kg/ha stikstofpeil gelewer.

Gevolgtrekking

Alhoewel dit uit die resultate blyk dat 60 kg/ha die beste resultate gelewer het, is daar in hierdie stadium geen duidelike patroon uit die resultate sigbaar nie. Soetrietsorghum is egter ‘n baie geskikte gewas vir bio-etanolproduksie, want die suikerinhoud van die stroop is hoog. Sommige kultivars se brix is selfs hoër as dié van suikerriet. Die stroop/suiker kan dadelik gefermenteer word, wat dit goedkoper maak as ‘n styselgewas waarvan die stysel eers omgeskakel moet word na suiker alvorens fermentasie kan plaasvind.

Die proef sal oor die volgende twee produksieseisoene herhaal word en die finale resultate, gemeet oor drie jaar, sal ‘n duidelike aandui ding gee van die optimale stikstoftoedienings by soetrietsorghum om te voldoen aan die industrie se vereistes.