Міскантус гігантський (Miscanthus × giganteus) — це стерильний гібрид міскантусу китайського () та . Це трава з бамбукоподібними стеблами, яка може виростати до 4 метрів заввишки протягом одного сезону (починаючи з третього року). Як і , Arundo donax та , його також називають слоновою травою.
Багаторічна природа міскантусу гігантського, його здатність рости на малопродуктивних землях, його водопродуктивність, неінвазивність, низька потреба у добривах, значне поглинання вуглецю, висока врожайність викликали значний інтерес серед дослідників, причому деякі з них стверджують, що він має «ідеальні» властивості енергетичної культури. Деякі стверджують, що він може поглинати негативні викиди, зокрема очищати воду та покращувати ґрунт. Однак існують практичні й економічні проблеми, пов'язані з його використанням в наявній інфраструктурі спалювання на основі викопного палива. та інші методи модернізації палива розглядають як контрзаходи для вирішення цієї проблеми.
Області використання Міскантус гігантський в основному використовується як сировина для твердого біопалива. Його можна спалювати безпосередньо або переробляти далі на гранули чи брикети. Його також можна використовувати як сировину для рідкого біопалива або біогазу.
Як варіант, міскантус також можна використовувати як будівельний матеріал та як ізоляцію. Матеріали, що виробляються з міскантусу, включають деревоволокнисті плити, композитні плити з міскантусу/деревостружкової плити та блоки. Його можна використовувати як сировину для целюлози та волокон, а також для лиття виробів, таких як екологічно чисті одноразові тарілки, чашки, картонні коробки тощо. Целюлозу можна далі переробляти на метилцелюлозу та використовувати як харчову добавку, а також у її можна використовувати у багатьох промислових застосуваннях. Волокно міскантусу є сировиною для армування біокомпозитних або синтетичних матеріалів. У сільському господарстві солому міскантусу використовують для мульчування ґрунту, щоб зберегти вологу ґрунту, пригнітити ріст бур'янів та запобігти ерозії. Крім того, високе співвідношення вуглецю до азоту в міскантусі робить його несприятливим для багатьох мікробів, створюючи чисту підстилку для птиці, великої рогатої худоби, свиней, коней та домашніх тварин. Міскантус, який використовують як підстилку для коней, можна поєднувати з виготовленням органічних добрив. Міскантус можна використовувати також як джерело клітковини в кормах для домашніх тварин.
Життєвий цикл
Розмноження Міскантус гігантський розмножується шляхом розрізання кореневищ (його підземних стебел) на дрібні шматочки, а потім пересаджування цих шматочків у землю на глибину 10 см. Один гектар кореневищ міскантусу, розрізаних на шматки, можна використовувати для засадження 10–30 га нових полів міскантусу (коефіцієнт множення 10–30). Розмноження кореневищами є трудомістким способом посадки нових культур, але відбувається лише один раз протягом життя культури. Доступні альтернативні методи розмноження або розробляються такі як вузлове розмноження. Для розмноження насінням прогнозується зменшення витрат вдвічі.
Догляд Рослина практично не потребує гербіцидів і, то лише на початку перших двох вегетаційних сезонів. Надалі густий полог і мульча, утворена мертвим листям, ефективно пригнічують ріст бур'янів. Завдяки високій ефективності використання азоту міскантусом, внесення добрив зазвичай також не є необхідним. Натомість мульчувальна поліетиленова плівка сприяє швидшому та інтенсивнішому росту як Miscanthus × giganteus, так і різних гібридів, вирощених із насіння: збільшується кількість стебел на рослину, що ефективно скорочує фазу становлення культури з трьох років до двох. Причина, ймовірно, полягає в тому, що ця плівка утримує вологу у верхньому шарі ґрунту та підвищує його температуру.
Врожайність
Міскантус надзвичайно ефективно перетворює сонячну радіацію на біомасу, а його ефективність використання води є однією з найвищих серед усіх культур. Він має вдвічі вищу ефективність використання води, ніж його аналог — кукурудза C4, вдвічі вищу ефективність, ніж енергетична культура C3 — верба (Salix viminalis), і в чотири рази вищу ефективність, ніж пшениця C3. Типовий зимовий урожай у Великій Британії становить 11–14 тонн з 1 га (1,1–1,4 кг/м²) виробляють енергії на рік. Це вигідно відрізняється від кукурудзи (98 ГДж/га), ріпаку (25 ГДж/га) та пшениці/цукрового буряка (7–15 ГДж/га). У США було підтверджено, що M. × giganteus дає вдвічі більше врожаю, ніж просо Panicum virgatum.
У багатьох місцях Європи плантації міскантусу виробляють більше чистої енергії, ніж будь-яка конкуруюча енергетична культура, завдяки високій врожайності та низьким вимогам до енергії для управління фермерським господарством. Основними конкурентами за врожайністю є верба та тополя, які вирощуються на плантаціях (SRC) або (SRF). У північних частинах Європи верба та тополя наближаються, а іноді й перевищують зимову врожайність міскантусу в тому ж місці. У світовому масштабі, за оцінками ФАО, врожайність коливається від сухої маси на рік. Сосна сибірська має найнижчу врожайність (0,4–2 т/га), тоді як евкаліпт в Аргентині, Бразилії, Чилі та Уругваї, а також тополя у Франції/Італії мають найвищу — 7,8–12,2 т/га для евкаліпта та 2,7–8,4 т/га для тополі. МГЕЗК оцінює, що світова врожайність плантаційних лісів (до втрат від лісозаготівлі) коливається від 0,4 до 25 тонн, причому більшість плантацій виробляють від 5 до 15 тонн. Однак природні ліси мають нижчу врожайність — від 0,1 до 9,3 сухих тонн з гектара на рік, причому більшість природних лісів виробляють від 1 до 4 тонн. Середня врожайність природних лісів у помірному кліматі становить від 1,5 до 2 сухих тонн з гектара на рік до втрат, пов'язаних з лісозаготівлею.
Пік урожайності міскантусу досягається наприкінці літа, але збір зазвичай відкладається до зими або початку весни. Урожайність приблизно на третину нижча в цей час через опадання листя, але якість згоряння вища (завдяки меншій кількості вологи та хлору в біомасі). Затримка збору врожаю також дозволяє азоту повернутися в кореневище для використання рослиною в наступному вегетаційному періоді.
У Європі пікова (осіння) врожайність сухої маси становила приблизно 10–40 т/га на рік залежно від місця розташування, із середнім піковим врожайністю сухої маси 22 т. Окремі випробування показують пікову врожайність 17 т (Данія), 17–30 т (Німеччина та Австрія), 25 т (Нідерланди), 39 т (Португалія) та 42–49 т (Франція). Окремі випробування також показують затримку (зимова/весняна) врожайності 10 т (Данія), 11–17 т (Велика Британія), 14 т (Іспанія), 10–20 т (Німеччина), 16–17 т (Нідерланди), 22 т (Австрія), 20–25 т (Італія), 26–30 т (Португалія) і 30 т (Франція). Інше випробування показало затримку врожайності 15 т у Німеччині. Дослідники оцінили середню затримку збору врожаю як у 10 т для Великої Британії, , так і від 10,5 до 15 т для Великої Британії.
Як видно, найвища врожайність спостерігається в південній Європі; загалом 25–30 тонн за умов богарного зрошення (якщо збір врожаю відкладається до зими/весни). При зрошенні окремі випробування в Португалії дали 36 т, в Італії — 34–38 т, а в Греції — 38–44 т. Випробування в Іллінойсі, США, дали 25–37 т/га. Як і в Європі, врожайність зростає з просуванням на південь.
Щодо біомаси загалом, очікується, що врожайність буде вищою в тропічному кліматі, ніж у помірному. Однак, щодо Miscanthus × giganteus, зокрема, дослідники розходяться в думках щодо потенціалу врожайності. Оскільки фактичних польових випробувань у тропіках поки що не проведено, можливі лише оцінки, засновані на теорії. Дехто стверджує, що рослина добре переносить спеку, і що потенціал врожайності становить від 60 до 100 сухих тонн з гектара на рік. Інші стверджують, що стійкість до спеки низька, і тому прогнозують низьку врожайність. Існує згода, що інші генотипи міскантусу мають високу стійкість до спеки, наприклад, Miscanthus Sinensis. Інші види слонової трави, які явно пристосовані до високих температур (різні варіанти непарної трави), як було показано, дають до 80 тонн з гектара,, а комерційні розробники непарної трави рекламують врожайність приблизно 100 сухих тонн з гектара на рік за умови достатньої кількості дощів або зрошення (100 мм на місяць).
Загалом, очікування врожайності для нижчі, ніж для орних земель у тому ж географічному районі. Малопродуктивні землі — це землі з проблемами, що обмежують ріст, наприклад, низька ємність для зберігання води та поживних речовин, висока засоленість, токсичні елементи, погана текстура, невелика глибина ґрунту, поганий дренаж, низька родючість або крутий рельєф. Залежно від визначення терміна, у світі існує від 1,1 до 6,7 млрд га малопродуктивних земель. Для порівняння, Європа складається приблизно з 1 млрд га (10 млн км²), а Азія — з 4,5 млрд га (45 млн км²). За даними IRENA (Міжнародного агентства з відновлюваної енергії), 1,5 млн га землі наразі використовується для виробництва продуктів харчування у світі, тоді як «[...] близько 1,4 млрд га додаткової землі є придатними, однак не використовуються на сьогоднішній день і тому можуть бути виділені для постачання біоенергії в майбутньому». МГЕЗК оцінює, що у світі існує від 0,32 до 1,4 млрд га малопродуктивних земель, придатних для біоенергетики. Проект ЄС MAGIC оцінює, що в Європейському Союзі існує 45 млн га (449 901 км²; що за розміром можна порівняти зі Швецією) малопродуктивних земель, придатних для плантацій Miscanthus × giganteus, з трьома класами очікуваної врожайності (висока: 30–40 т/га/рік, середня: 20–30 т/га/рік та низька: 0–20 т/га/рік).
Міскантус × гігантський має помірну або високу стійкість до спеки, посухи, повеней, засолення (нижче 100 мМ ) та низькі температури ґрунту (до −3,4 °C або 25 °F). Така стійкість дозволяє створювати відносно високоврожайні поля міскантусу на малопродуктивних землях, наприклад, у прибережних районах, вологих середовищах існування, луках, покинутих місцях подрібнення, лісових узліссях, берегах річок, передгір'ях та гірських схилах. 99% засолених, малопродуктивних земель Європи можна використовувати для плантацій M. × giganteus, з очікуваною максимальною втратою врожайності лише 11%. Оскільки солоність до 200 мМ не впливає на коріння та кореневища, поглинання вуглецю продовжується без змін. Дослідники виявили втрату врожайності на 36% на малопродуктивній ділянці, обмеженій низькими температурами (Москва), порівняно з максимальною врожайністю на орних землях у Центральній Європі. Вони також виявили втрату врожайності на 21% на малопродуктивній ділянці, обмеженій посухою (Туреччина), порівняно з максимальною врожайністю на орних ґрунтах у Центральній Європі.
Дослідники прогнозують середню врожайність міскантусу на малопродуктивних землях у Китаї 14,6 т сухого газу з 1 га на рік, що на 12,6% нижче від очікуваної середньої врожайності на орних землях. Вони підрахували, що міскантус на малопродуктивних землях у Китаї може виробляти 31,7 EJ (екзаджоулів) енергії щорічно, що еквівалентно 39% споживання вугілля країною у 2019 році. Окреме випробування в Ірландії показало середню затримку врожайності 9 т/га на рік на ділянці, що потерпає від низьких температур, перезволоження взимку та пересушеного, потрісканого ґрунту влітку. Дослідники повідомили про врожайність від 17 до 31 т на різних ґрунтах у США (Кентуккі, Іллінойс, Небраска, Нью-Джерсі, Вірджинія та Північна Кароліна) та порівняли її зі спеціальним випробуванням із злегка удобреними 3-річними посівами міскантусу на еродованих глинистих ґрунтах, поширених на Середньому Заході (глинистий ґрунт — це шар глини під верхнім шаром ґрунту, що робить ґрунт непридатним для вирощування зернових культур). Посіви міскантусу забезпечували врожайність 20–24 т/га на рік (за умови відкладеного збирання врожаю). Автори дійшли висновку, що «[…] еродовані глинисті ґрунти можуть не мати негативного впливу на приживлення або врожайність міскантусу».