Odpadní rostlinná biomasa jako zdroj energie

Při čtení čtvrtého čísla časopisu Energie 21 mne zaujala zmínka o anglickém ekonomovi Williamu Jevonsovi, který se v 60. letech 19. století domníval, že zásoby uhlí již brzy dojdou. Z dnešního pohledu vypadá tato obava absurdně, až komicky. Vždyť i přes rostoucí spotřebu vydrželo lidstvu uhlí dalších stopadesát let a stále není zcela vytěženo!

Pokud se ale někdo panu Jevonsovi opravdu zasměje, bude mít tento smích poněkud hořkou příchuť, zkaženou skutečností, že i my pokládáme za pravdu spoustu tvrzení, při jejichž interpretaci se naši následovníci budou usmívat pod vousy. Alespoň v oblasti energetiky jsem o tom přesvědčen.

Pro nás je tvrzení pana Jevonse důkazem, že diskuze o spotřebě energie, zdrojích a jejich udržitelnosti není zdaleka novinkou. Jedná se spíše o diskusní evergreen. Problematika energie je řešena dlouhodobě na všech úrovních, města a obce nevyjímaje.

Aspekty energetického využívání

           Využívání surovin rostlinného původu pro energetické účely je rozšířeno ve většině vyspělých států. Díky tlaku způsobenému legislativou a výhodami spojenými s možnostmi získání finanční podpory státu nebo prostředků z EU se rozvíjí i v České republice. Jednou z alternativ, jak zhodnotit suroviny a předejít tak vzniku odpadu, je jejich využití v energetice.

           Využití rostlinné biomasy v oblasti energetiky jako pevných biopaliv má nesporné výhody, zejména ve vztahu k životnímu prostředí. Vedle hlavní funkce tohoto způsobu využívání, již zmíněnému předcházení vzniku odpadů, lze tímto způsobem alternativně nahradit část energie vyráběné ze standardně používaných paliv. Z pohledu energetické bilance je to způsob jak předejít energetickým výdajům spojeným s následnou likvidací potencionálního odpadu a způsob jak naopak energii získat.

Na druhé straně je důležité si uvědomit, že rostlinnou biomasu využívanou k energetickým účelům je nutné před vlastním využitím upravit. Suroviny rostlinného původu využívané jako biopaliva nelze ve větší míře používat v surovém stavu. Tyto suroviny nelze dlouhodobě skladovat pro vysoký obsah vody. Místa získávání surovin se většinou neshodují s místy zpracování ani s místy využívání, což má za následek nutnost přepravy. V surovém stavu mají suroviny nevhodné manipulační a dopravní vlastnosti, protože jsou značně nehomogenní, nestejnoměrné z hlediska velikosti částic a mají nízkou energetickou hustotu. Z těchto důvodů je produkce bioenergetických surovin náročná na organizaci v časové rovině i v prostorovém uspořádání řetězců od zdroje na místo spotřeby.

Používané technologie výroby

Ze surovin na bázi rostlinné biomasy lze produkovat biopaliva všech standardně používaných druhů (štěpka, brikety, pelety, u bylinných materiálů i balíky nebo řezanka). V komunální sféře je nejčastěji využívaným způsobem produkce dřevní štěpky ze zbytků vzniklých při údržbě zeleně. Tento způsob není náročný z hlediska potřebné mechanizace a lze jej aplikovat i při jiných alternativách využívání rostlinných zbytků (například příprava suroviny pro kompostování).

Při produkci štěpky lze materiál zpracovat přímo na pozemku pomocí mobilních štěpkovačů, případně drtičů. Zpracovaný materiál je dopravován na místo skladování nebo následného využití. Při zpracování odpadních rostlinných surovin z komunální sféry je tento způsob nejčastěji využívaný.

Další alternativou zpracování je odvoz materiálu a následné štěpkování pomocí stacionárního štěpkovače nebo drtiče na jednom místě. Tento postup lze doplnit o dosýchání materiálu při venkovním nebo vnitřním dočasném skladování.

Výroba biopaliv není zadarmo

Celý proces výroby paliva z odpadní suroviny je nutné chápat jako soustavu operací, tedy energetických a finančních vstupů, reprezentovaných jednak přímou spotřebou energie (PHM, spotřeba el. energie, tepla) a jednak nepřímými energetickými vstupy následně reprezentovanými vkládanými finančními prostředky. Energie vkládaná do procesu představuje náklady, takže část nákladů na vyprodukovanou energii roste s cenou energie spotřebované. Cena vkládané energie je zpravidla vyšší, než cena energie vyprodukované. Výsledná energetická bilance tedy ovlivňuje výši celkových nákladů.

Modelová linka na produkci dřevní štěpky z odpadního dřeva

Pro ilustraci vlastností procesu produkce pevného biopaliva na bázi rostlinné biomasy byla sestavena modelová linka na výrobu štěpky ze zbytkových surovin vzniklých při údržbě dřevin. Na této lince byla ověřena funkčnost v provozních podmínkách. Dále byla měřením stanovena spotřeba energie, výkonnost a jednotkové náklady na jednotlivé operace i celou linku. V průběhu měření byly sledovány základní vlastnosti zpracovávaných surovin.

Modelová linka je složena z následujících zařízení:

1- Bubnový štěpkovač TOMAHAWK 380 + ZETOR 7711

2- Nákladní automobil LIAZ s velkoobjemovou nástavbou (doprava 10 km)
3- Experimentální dosoušecí zařízení s roštovou podlahou a přetlakovým provzdušňováním

V průběhu zpracování suroviny se mění její vlastnosti. Jednotlivé operace jsou charakteristické spotřebou energie a jednotkovými náklady, které se promítají do konečné ceny výstupního produktu.

Naměřené a vypočtené parametry jednotlivých operací jsou uvedeny v tabulce. Měrná spotřebovaná energie a jednotkové náklady jsou přepočteny na výstupní vlhkost - 15 %. Výkonnost štěpkovače se pohybuje v rozmezí 3 až 3,5 t/h.

Měrná spotřebovaná energie, jednotkové náklady, vlhkost a výhřevnost v průběhu výroby dřevní štěpky

* vlhkost stanovena podle ČSN 44 1377

** výhřevnost stanovena podle ČSN ISO 1928

Zdroj: VÚZT

Z tabulky je patrné, že reálná cena dřevní štěpky při výstupní vlhkosti 15 % je pro danou modelovou situaci na úrovni nad 700 Kč/t. V ceně je započtena doprava na vzdálenost 10 km, související manipulace a dosoušení, náklady spojené s provozem všech použitých zařízení a mzdové náklady na obsluhu.

Závěr

Odpadní, zbytkové i cíleně pěstované suroviny na bázi rostlinné biomasy lze využívat jako zdroj surovin při výrobě biopaliv. Zároveň je třeba mít na zřeteli některá omezení, která jsou s tímto způsobem využívání odpadních surovin spjata:

-                               Velikost zdrojů vhodných surovin je omezenáBiopaliva vyprodukovaná z komunálních odpadů je nutné pokládat za zdroj s omezenou kapacitou a tudíž je většinou využíván jako zdroj doplňkový.

-                               Využívání pro energetické účely je pouze jedna z alternativ jak se surovinou naložitJiná alternativa použití surovin je například jako součást zakládky kompostu.

-                               Suroviny lze využívat pouze v takovém rozsahu aby nedošlo k rozporu s platnou legislativou

Zásadní význam má zejména legislativa z oboru odpadového hospodářství, tzn. Zákon o odpadech a související předpisy, správné zařazení odpadů podle katalogu odpadů atd.

Využívání biopaliv z komunálních odpadů je vhodný způsob, jak využít zbytkové rostlinné suroviny a předejít tak vzniku odpadu. To platí zejména v případech, kdy je používáno zařízení, které spalování biopaliv umožňuje, přímo v obci, která je producentem těchto surovin.

Využívání odpadních surovin jako biopaliv je nutné vnímat nejen z hlediska energetického a ekonomického, ale rovněž z hlediska environmentálního. Výroba biopaliv je alternativa zhodnocení surovin, která částečně nahrazuje energii z neobnovitelných zdrojů a zmírňuje zátěž životního prostředí.

Epilog

Co konkrétně bude připadat absurdní a komické na našich diskusích o zdrojích energie našim následovníkům, o tom se neodvažuji spekulovat. Tuším ale, co by připadalo absurdní našim současníkům. Konkrétně mám na mysli část lidské populace, která nemá na výběr, jestli bude ke svícení používat elektřinu z fotovoltaiky, nebo z uhelné elektrárny, protože jednoduše žádnou elektřinu nemá. Těmto lidem odpadá i problém, jaký je podíl bioložky v palivu, které čepují do automobilu, protože žádný nemají a mnohdy je netrápí ani problém s ohřevem vody, protože na celý den jí mají tak málo, že jim vystačí stěží k tomu, aby přežili.

Domnívám se, že tuto skutečnost bychom měli mít na paměti při diskuzích ve vědeckých kuloárech, v politických debatách, na obecním zastupitelstvu i nad pěnivým mokem v restauračním zařízení.

V příspěvku jsou využity výsledky získané v rámci řešení výzkumného záměru MZE 0002703102 „Výzkum efektivního využití technologických systémů pro setrvalé hospodaření a využívání přírodních zdrojů ve specifických podmínkách českého zemědělství“.

Ing. Jiří Souček

Článek je uveřejněn v čísle 12/11 časopisu Komunální technika