FABbiogas VÝROBU BIOPLYNU V POTRAVINÁŘSKÉM A NÁPOJOVÉM PRŮMYSLU Arthur Wellinger, Jan JareŠ, EVROPSKÁ BIOPLYNOVÁ ASOCIACE Gunther Pesta, Atres
www.fabbiogas.eu
FABbiogas VÝROBU BIOPLYNU V POTRAVINÁŘSKÉM A NÁPOJOVÉM PRŮMYSLU
Výhradní odpovědnost za obsah této publikace nesou autoři. Tato publikace nevyjadřuje nutně názor Evropské unie. EASME ani Evropská unie neodpovídají za možné důsledky plynoucí z použití informací zde obsažených.
Obsah Předmluva
3
1. Současný stav a potenciál bioplynu v Evropě
4
2. Řešení 3. Nejslibnější odvětví potravinářského a nápojového (PN) průmyslu pro výrobu bioplynu
6 9
4. Výkon stávajících a potenciálních stanic pro využití odpadu z PN průmyslu
10
5. Základní evaluační kritéria
12
6. Příležitosti a výzvy
14
7. Nejlepší postupy
16
Brusel, únor 2015 Autoři: Arthur Wellinger a Jan Jareš, Evropská bioplynová asociace, Gunther Pesta, Atres Fotografie: Arthur Wellinger, Triple E&M, Švýcarsko (není-li uvedeno jinak), iStockphoto (obal) Rozvržení: Susanne Auer, Rakousko
Autoři děkují za příspěvky poskytnuté následujícími partnery:
Předmluva
T
ato příručka je určena každému, kdo se zajímá o výrobu bioplynu z odpadu potravinářského a nápojového průmyslu (PN průmysl). Zajímavá je zejména pro osoby z PN průmyslu, společnosti zpracovávající odpad, provozovatele bioplynových stanic a zákonodárce. Byla vytvořena v rámci projektu FABbiogas Evropské unie. Partneři projektu z 6 zemí pracují na tomto projektu s cílem prosadit odpad z PN průmyslu jako nový a obnovitelný zdroj pro výrobu bioplynu (www.fabbiogas.eu). Evropský PN průmysl je druhým největším výrobním sektorem v EU 27, s tržním podílem 12,2 % co do přidané hodnoty. Tento sektor generuje obrat ve výši 917 bilionů liber (14,5 % celkového obratu výroby) a zaměstnává 4,5 milionů pracovníků (Evropská komise, 2009). Objem odpadu vyprodukovaného ve výrobním sektoru (PN průmysl) je 5 % celkové produkce (EUROSTAT 2006). Organický odpad z výrobních procesů obsahuje široce nevyužitý potenciál pro výrobu elektřiny. Anaerobní digesce poskytuje slibnou alternativu standardního procesu řízení odpadů. Mnoho příkladů dobré praxe
ukazuje, že zavedením bioplynové technologie do PN průmyslu je možné dosáhnout podstatných ekonomických i ekologických úspor. Základním cílem této příručky je zvýšit informovanost o tomto tématu a představit vysoký potenciál odpadu z PN průmyslu jako zdroje obnovitelné energie v Evropě. Následující stránky poskytují informace o stavu výroby bioplynu v Evropě, potenciálu bioplynu z odpadu PN průmyslu, technických řešeních a výzvách spojených s realizací bioplynových projektů a příkladech nejlepší praxe týkajících se výroby bioplynu z odpadu PN průmyslu. Budete-li potřebovat další informace, můžete kontaktovat naše národní kontaktní místa FABbiogas, které Vám zdarma poskytnou poradenské služby ohledně výroby bioplynu z odpadu PN průmyslu: www.fabbiogas.eu/en/ advisory-services.
Wolfgang Gabauer Project coordinator
4 | 1. Současný stav a potenciál bioplynu v Evropě
1. Současný stav a potenciál SUMMARY REPORT
bioplynu v Evropě 1. Introduction
V
bohužel došlo v důsledku zvýšených Členským státům Evropské unie se tedy březnu 2007 přijalo 27 členských SUMMARY This was written in thenaframe of the IEE provozních nákladů bioplynové sta-project FABbio doporučuje, aby ke snížení odpaduREPORT a report států Evropské unie závazný cíl nice. Následující o envivedlejších produktů z potravinářského dosáhnout do roku 2020 dvaceti by the Intelligent Energy změny Europe.zákona The aim of this report is to ronmentální výkonnosti vedly ke snížeprůmyslu investovaly také do nových procent obnovitelné energie z celkové biogas market in six partner countries (Austria, Czech Repu ní tarifů výkupních cen a následnému technologií na výrobu obnovitelné spotřebované energie. Společně se zá1. Introduction Italy, Poland), to vcompare the potential of renewable energy s poklesu počtu nových bioplynových energie. vazkem zvýšit energetickou účinnost o the food and beverage industry (FAB), including the identifica stanic. 20 % a snížit emisi skleníkových plynů na výrobu This reportZávody was written in thebioplynu frame of se thepovaIEE project FABbiogas, which is supported o 20 % do roku 2020 vydláždili evropbiogas from organic waste, rostoucích and the untapped Jako kompenzace nákladů potential of o žují za jeden z nejlepších způsobů by the Intelligent Energy Europe. The aim ofjak this report is to give an overview of the ští političtí lídři cestu udržitelnější buna suroviny byly v roce 2008 v Rakoussnížit organickou hmotu potravinářindustries of food and beverages and to specify non-technolog biogas market in six partner countries (Austria, Czech Republic, France, Germany, doucnosti energie pro Evropskou unii. ku uděleny dotace na substráty. Novela ského odpadu a zároveň vyrobit obnodevelopment and use of renewable energy potential in eac Tyto cíle zohledňují faktory jako odlišItaly, Poland), to energii, comparekterou the potential renewablezákona energy osources wastev from zelenéfrom elektřině roce 2012 vitelnou lze ve of většině total land area and population of partner countries are present ná východiska, potenciál obnovitelné měla zajistit zlepšení rámcových případů využít pro vlastní účely. V předthe food and beverage industry (FAB), including the identification of the production of podenergie a ekonomická výkonnost každé mínek. Veškeré tyto pobídky však byly chozím projektu Inteligentní energie potential biogas from organic waste, and the untapped ofTable1. organic waste in various Total area and population of partner countries [1 země. Podíl obnovitelné energie na celpříliš malé na to, aby bylo možné zahápro Evropu zdůrazňovala většina part2 Country industries of food and beverages and to specify non-technological barriers that hinder Area (km ) kové energetické spotřebě v roce 2010 jit nové výstavby. nerských zemí situaci v zemědělském a sjednané cíle pro rok 2020 ukazuje development and usebrožura of renewable potential in each partner country. The sektoru. Tato se věnujeenergy odpadu 83,855 obrázek 1 u daných šesti partnerských z area potravinářského a nápojového prů- are presented inAustria total land and population of partner countries table 1. zemí. myslu. Bioplyn je považován za jednu z klíčových technologií jak pro dosažení cílů členských států Evropské unie v oblasti obnovitelné energie v roce 2020, tak pro splnění jejich povinností na základě evropské legislativy o odpadech. Evropská směrnice 99/31/ES , o skládkách odpadů, stanovuje povinné cíle třífázové redukce biologicky rozložitelného odpadu odváženého na skládky. V porovnání s výchozí situací v roce 1995 vyžaduje redukci ve výši 25 % do roku 2006, 50 % do roku 2009 a 65 % do roku 2016. Je nutné snížit množství všech druhů odpadů odváženého na skládky.
Česká republika
Table1. Total area and population of partner countries [1,2,3,4,5,6]
Country
Area (km2)
Rakousko
Czech Republic Population
78,866
V České republice jsou hlavními trendy
640,679 83,855 v produkci 8,414,638 obnovitelné energie svážeFrance VAustria letech 2002 až 2007 ní bioplynu z komunálních skládek a
vzrostl instalovaný elektrický výkon v aerobní čištění v čističkách odpadních 78,866 10,513,209 357,021 Rakousku z Czech 15 MWRepublic el na 80 MWel, k čevod. Výstavbě bioplynových stanic v Germany muž došlo v důsledku implementace České republice dominují zařízení pro právního zákona o environmentální odpad a speciální ener640,679zemědělský 66,616,416 301,338 výkonnosti (tarify výkupních cen). V RaItalyPlánuje se výstavba France getické plodiny. kousku je přibližně 350 závodů na vý563 bioplynových stanic, kterých je robu bioplynu, včetně cca 64 závodů 357,021 na 312,679 80,585,700 momentálně 303. Ne všechny však byly Poland Germany výrobu bioplynu z odpadu, které zprauvedeny do provozu. Ze zprávy České covávají vedlejší produkty živočišného republiky vyplývá, že v současné době 301,338disponuje 59,685,227 původu. Původním nejběžněji používíce než 20 bioplynovými Italy vaným substrátem stanicemi, které jako substrát využíbyly rmut a malé rozložitelný komunální 312,679vají biologicky 38,186,860 Polandmnožství organicRakousko odpad a organický průmyslový odpad. kého odpadu. V Dvanáct stanic využívá průmyslového Česká roce 2011 však přeodpadu vyprodukovaného pivovary, 1 republika vládaly substráty výrobci potravinových a rostlinných zemědělské, jako Francie produktů a výrobci krmiv pro zvířata. kukuřice nebo travDynamický vývoj na trhu s bioplynem Německo ní siláž (57 %), rmut je pravděpodobně výsledkem příznia hnůj (19 %) a jiné vé kupní ceny elektrické energie ze Itálie substráty jako zemědělských bioplynových stanic a bioodpad a potraPolsko investiční podpory ze strukturálních vinářský odpad fondů EU, zejména z operačních pro(24 %) [e-kontrola, gramů Životní prostředí a Podnikání a Podíl obnovitelné energie (v % celkové hrubé energetické spotřeby) 2011]. K nárůstu inovace a programu Rozvoje venkova, cen energetických a je zároveň hlavní prioritou programu Obrázek 1: Podíl obnovitelné energie na celkové energetické plodin v roce 2007 ECO energie pod záštitou Ministerstva spotřebě v partnerských zemích
Dir 2009/28/EC; http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32009L0028&from=EN http://ec.europa.eu/environment/waste/landfill_index.htm 3 http://www.biogasin.org/ 4 http://www.e-control.at/portal/page/portal/medienbibliothek 5 http://www.fabbiogas.eu/en/download 1 2
biogas market in six partner countries (Austria, Czech Republic, France, Germany,
Italy, Poland), to compare the potential of renewab
Italy, Poland), to compare the potential of renewable energy sources from waste from
the food and beverage industry (FAB), including th 1. Současný stav a potenciál bioplynu v Evropě | 5
the food and beverage industry (FAB), including the identification of the production of
biogas from organic waste, and the untapped po
biogas from organic waste, and the untapped potential of organic waste in various
industries of food and beverages and to specify no
industries of food and beverages and to specify non-technological barriers that hinder development and use of renewable energy potential in each partner country. The total land area and population of partner countries are presented in table 1. Table1. Total area and population of partner countries [1,2,3,4,5,6]
Country
Area (km2)
Population
development and use of renewable energy pote
total land area and population of partner countries
Table1. Total area and population of partn
Country
s instalovaným elektrickým výkonem díky čemuž produkce elektrické energie průmyslu a obchodu. Pobídky však byly 83,855 8,414,638 3.352 MW, které dodávaly elektřinu vzrostla z 1.453 GWh na 2.534 GWh. kvůli omezeným finančním možnostem Austria přibližně 6.5 milionů domácností v obv roce 2013 přerušeny a pozitivní vývoj Počet bioplynových stanic, které poAustria GWh. Německý trh je se tak postupně zastavil. 78,866 jemu cca 23.000 10,513,209 užívají produkty z PN průmyslu, je ještě Czech Republic však od začátku roku 2012 v hlubokém nižší. Celkem 79 bioplynových stanic SUMMARY REPORT propadu, což nutí německý bioplynový zpracovává odpad z PNRepublic průmyslu (5 m Francie Czech 640,679průmysl zaměřit 66,616,416 svou obchodní stratetun z průmyslu a 1 m tunu z jatek) s VFrance roce 2012 měla Francie SUMMARY REPORT gii na cizí země převážně v Evropě, ale instalovaným výkonem 60 MWel. Regio90 zemědělských a 106 průmyslových zároveň i v Kanadě a Číně. K poklesu donální distribuce ukazuje, že stanice se 1. Introduction 357,021 80,585,700 stanic. Padesát osm z nich bylo zalošlo především kvůli připravované novenachází zejména vFrance severních regionech, Germany ženo na potravinářském a nápojovém le zákona o obnovitelných energiích (v kde se průmysl soustředí. Pouze 10 This report was written in the frame of the IEE project FABbiogas, which is supported 1. Introduction průmyslu. Přesné lokace jsou společně účinnosti od dubna 2014), která snížila stanic se nachází na jihu Itálie, včetně 301,338 59,685,227 by the Intelligent Energy Europe. The aaim of this report is to give an overview of the s instalovanýmItaly elektrickým výkonem kompenzační sazby na bioplyn zpřísSicílie (0) a Sardinie (1). Asi 60 % společThis report was written in the frame of uvedeny the IEE project FABbiogas, which is supported Germany některých těchto stanic (kW) nila zákonné podmínky. Vedle snížebiogas market in six partner countries (Austria, Czech Republic, France, Germany, ností zpracovávajících odpad z PN průby the Intelligent Energy Europe. Thestránkách aim of312,679 this report istarifů to give an overview of the na interaktivních webových 38,186,860 ných výkupních cen již německé myslu kombinuje digesci živočišného Italy, Poland), to compare the potential of renewable energy sources from waste from a . V rocein2011 představila francouzská biogas market six Poland partner countries (Austria, Czech Republic, závody nesmí France, využívat Germany, obsah kukuřice zemědělského odpadu. the foodvětší and než beverage industry (FAB), including the production of vláda několik nových iniciativ na pod60 %. Provozovatelé jsou dále the identification ofItaly Italy, Poland), to compare the potential of renewable energy sources from waste from poru vybudování pevného zázemí biogas pro 1 from organic waste, and the povinni používat nejméně 60 untapped procent potential of organic waste in various the foodbioplyn and beverage industry (FAB), including identification of the production of ve Francii. To spočívalo ve zvý- the tepla Polsko vyrobeného v CHP na zvýšení industries of food and beverages and to specify non-technological barriers that hinder biogas from the untapped of organic waste in various šené organic podpořewaste, výrobyand bioplynu z komu- potential V současné době je v Polcelkové účinnosti. Důsledkem toho se Poland development and usebarriers of renewable energy potential each 39 partner The nálního, a zemědělského industries of foodprůmyslového and beverages and to specify non-technological that uhinder sku v in provozu stanic.country. Podle Rady mipočet nových stanic snížil cca 1.300 v odpadu a ve využívání bioplynu při total výlandroce area andnapopulation of2012. partner countries nistrů are presented 1. že do roku v Polsku in se table očekává, 350 v roce Hlavními development and use of renewable energy potential in2011 each partner country. The robě elektřiny a tepla a distribuci napříč 2020 bude postaveno 2.500 bioplynosubstráty proinbioplynové total land area and population of partner countries are presented table 1. stanice dosud sítí zemního plynu. Z tiskové zprávy miTable1. Total area and population of partner countries vých stanic[1,2,3,4,5,6] s celkovým výkonem 980 byly energetické plodiny se 49 % a hnůj 2 nistra pro průmysl a energetiku plyne, MW)el. Country a zemědělský odArea (km Population se 43 %.[1,2,3,4,5,6] Průmyslový Table1. Total area and population of partner countries že se do roku 2020 zvýší podpora na 2 pouze 1 % (hmotnostní V roce 2011 zpracovalo těchto 39 Country Area (kmpad ) se rovnal Population bioplyn ve Francii na celkových 500 miprocento) celkových vstupních zdrojů83,855 bioplynových 8,414,638 stanic 469.000 tun výlionů euro ročně. Cíle Francie jsou ambiAustria (DBFZ 2012). Počet bioplynových stanic chozí suroviny. Více než polovina, tj. 83,855 8,414,638 ciózní. Do rokuAustria 2020 by se 270 milionů využívajících odpad však neustále ros277.800 tun, představovala živočišný kubických metrů biometanu mělo diste v důsledku toho, že nová legislativa78,866 10,513,209 odpad; 123.200 tun byly energetické Czech Republic tribuovat prostřednictvím sítě zemního 78,866 nesnížila tarify 10,513,209 výkupních cen pro odplodiny a pouze 68.000 tun byl odpad z Czech plynu. Do roku 2020Republic by výroba elektřiny padové společnosti. V současné době potravinářského průmyslu. V roce 2013 z bioplynu měla být čtyřnásobně vyšší a využívá cca 300 bioplynových stanic640,679 se však tento66,616,416 poměr začal měnit. Vel640,679zčásti odpad 66,616,416 výroba tepla z bioplynu sedmkrát vyšší. France z PN průmyslu. Přibližně mi rychle začala růst spotřeba odpadu France 120 velkých stanic funguje pouze na vyprodukovaného zemědělskými a po357,021 základě odpadu. travinářskými80,585,700 společnostmi, přičemž Německo 357,021 80,585,700 Germany se zároveň paralelně snižoval podíl žiGermany Německo je lídrem na vočišného hnoje a energetických plotrhu s bioplynovou technologií a je také Itálie 301,338 59,685,227 301,338 59,685,227 din. Výsledkem toho bylo, že v první největším výrobcem bioplynu v Evropě V Italy roce 2012 bylo v Itálii Italy polovině roku 2013 zpracovalo oněch (obrázek 10). Více než polovina evroppostaveno 855 stanic spojených se ze39 zemědělských bioplynových stanic ského bioplynu pochází z Německa. 38,186,860 činností v celkovém objemu312,679 312,679mědělskou38,186,860 Poland 750.000 tun substrátu. Devatenáct z Díky štědrýmPoland dotacím se obnovitelná 720 MWel. Průměrný instalovaný výkon nich zpracovalo 369.000 tun odpadu energie stala ekonomicky atraktivní bioplynových stanic je menší než 1 z potravinářského průmyslu. Pět z depro zemědělce, producenty elektřiny 1 MW. Většina z nich funguje při 1výkonu vatenácti bioplynových stanic používá a místní úřady. Expanzi bioplynových 999 KWel, představující limit původně výhradně odpad z potravinářského a stanic podpořila zejména novela závysokého tarifu výkupních cen. V roce nápojového průmyslu. Mezi tyto stanikona o obnovitelných energiích v roce 2012 se vygenerovalo 4.620 GWhel, tj. ce patří tři největší bioplynové stanice v 2004 a opětovné nastartování v roce o cca 35 % více než v roce 2011. Tento Polsku. 2009. V roce 2011 se v Německu prorozdíl lze přičítat bioplynovým stanicím vozovalo 7.515 bioplynových stanic zpracovávajícím pokryvné meziplodiny,
6 7
EBA Biogas Report 2014 www.atee.fr/biogaz/carte-des-installations-biogaz-en-france
Area (k
83,85
78,86
640,6
357,0
301,3
312,6
6 | 2. Řešení
2. Řešení
A
naerobní mikrobiální přeměna organické hmoty na zdroj obnovitelné energie, tzv. bioplyn, je osvědčeným procesem využívajícím nejmodernější technologie. Nové techniky a technologie nabízejí možnost zpracovávat bílý a pevný organický odpad pomocí anaerobní digesce (AD), a stejně tak kapaliny.
Pevný průmyslový odpad Pevný odpad vyprodukovaný potravinářským a nápojovým průmyslem se často zpracovává jako substrát kombinovaný s jiným průmyslovým nebo zemědělským odpadem. K tomu zpravidla dochází ve stanici zemědělského typu, tj. reaktor s neustálým mícháním (CSTR). Tyto vyhnívací komory popisuje mnoho publikací. Jedná se o nejčastěji používanou metodu zpracování odpadu z PN průmyslu. Někdy se používají specifické vysokorychlostní systémy. Je to spolehlivý a levný způsob zpracování
odpadu z PN průmyslu. Zbývající frakce organického materiálu po digesci lze zároveň použít jako hnojivo na polích.
Průmyslové odpadní vody Rozředěný odpad z PN průmyslu se někdy zpracovává společně s kaly z čističek odpadních vod (WWTP, viz kapitola 7). Nevýhodou toho je, že přeprava tekutého průmyslového odpadu je z ekonomických důvodů omezena a energie není dostupná pro energii v rámci průmyslových procesů. Přímé využití AD, jakožto způsob lokálního čištění odpadních vod pocházejících z PN průmyslu, se rapidně zvýšilo do té míry, že je dnes po celém světě v provozu více než 3.000 prodejci dodávaných systémů. Více než 30 průmyslových odvětví, včetně zpracovatelů nápojů, chemikálií, potravin, masa, mléka, celulózy a papíru a farmaceutiky, produkuje odpadní vody, které lze čistit pomocí AD.
Většina organických sloučenin v odpadních vodách se rozpustí a je tedy snadno rozložitelná. V závislosti na charakteru těchto sloučenin se míra rozložení pohybuje mezi 80 % a 95 %. Průměrné koncentrace odpadních vod jsou zpravidla nízké, od > 20.000 mg/l COD do 1.000 mg/l. Původně se průmyslové odpadní vody čistily oxidem uhličitým. Tento proces vyžadoval vysokou spotřebu energie. Energetický výdej při AD je nízký a zároveň se při něm jakožto energetický zdroj vytvoří bioplyn. Zatímco aerobní systémy jsou vhodné pro čištění odpadních vod s nízkou koncentrací, anaerobní systémy jsou vhodné pro ty s vysokou koncentrací. Základní pravidlem je více než 2´000 mg/l AD. Pokud zpracovaný tekutý odpad nelze použít jako hnojivo, využívá se i aerobního čištění v souladu se standardy pro vypouštění tekutého odpadu. Anaerobní bakterie rostou pomalu, k jejich dvojnásobnému zvětšení dochází nejdříve za dva dny. Vzhledem k rychlému rozkladu odpadních vod z PN průmyslu a velkému objemu těchto vod, jež se mají vyčistit, je doba retence kapaliny ve vyhnívací komoře krátká, což s sebou nese riziko toho, že se bakterie vymyjí. Vymytí bakterií lze zabránit pomocí speciálních procesů, díky nimž je doba retence kapaliny nezávislá na mikrobiálním růstu. Včasným řešením byla recyklace kalů. Tzv. kontaktní proces se skládá ze zcela smíšeného reaktoru, který se neustálé promíchává (CSTR), a usazovací nádrže (obrázek 3A). Vymytá biomasa z CSTR si v usazovací nádrži sedne nebo se aktivně vysráží a zpětně cirkuluje do reaktoru.
Obrázek 2: Vertikální ocelové nádrže pro digesci smíšeného odpadu ze zemědělství a průmyslu v Dánsku
Anaerobní kontaktní systémy jsou neobyčejně výkonné tam, kde odpadní vody obsahují vyšší obsah netěkavých látek. Tento proces lze najít u odpadních vod z nápojového průmyslu (např. ovocné šťávy atd.; obrázek 4).
2. Řešení |
Později byly pro potřeby retence aktivní buněčné masy vyvinuty přípojné růstové systémy. Dnes se používají dva základní typy reaktoru: anaerobní filtry (reaktory s pevným ložem; obrázek 3B a 5) a reaktory s fluidním ložem (obrázek 3C). Oba dva využívají toho, že mikrobiální organismy mají tendenci zachytávat se na povrchu. V prvním případě se mikroby částečně přichytí k pevné porézní a inertní pomocné matici např. z kamene, pěnového skla, plastového tělesa nebo neglazovaného porcelánu. Nejčastěji se používají různé formy plastu. V těchto případech se bakterie zachytí na povrchu a zároveň je zadrží filtrová tělesa tvořící dutiny. Díky své odolnosti proti rázovému zatížení a zábranám jsou anaerobní filtry vhodné pro čištění jak odpadní vody s vysokou koncentrací, tak odpadní vody zředěné. Ve fluidních ložích rostou bakterie na zavěšeném materiálu lože odděleně od velmi jemného písku nebo jiného inertního materiálu (<500 µ). Obvykle se používá písek křemenný. Jedním z typů reaktoru, vyvinutým z anaerobních filtrů a reaktorů s fluidním ložem, je reaktor UASB (obrázek 3D) [Hofenk a kol., 19848, Sayed a kol. 19939]. Přitékající odpad je veden ode dna a prochází kalovým mrakem biologicky zformovaných granulí. Jedná se o nejrozšířenější systém čištění průmyslových odpadních vod, pro-
(A)
Gas
(B) Effluent
Influent
Effluent
Influent
(C)
(D)
Gas
Gas Effluent
Effluent
Influent
A: Kontaktní reaktor B: Anaerobní filtr C: Fluidní lože D: UASB
Influent
Obrázek 3: Přítok Odtok
tože ho jeho původce, Gaza Lettinga, nepatentoval, čímž umožnil, aby se používal i v rozvíjejících se zemích. Většina poskytovatelů zařízení a strojírenských společností tento design nabízí. Poté, co plyn opustí reaktor, usadí se částice zpět v kalovém mraku. Díky vyvolané pasivní cirkulaci není nutné reaktor ak-
tivně promíchávat. Technologie UASB se stále vyvíjí. Před několika lety představili Zoutberg a de Been (1997)10 nový typ reaktoru UASB, tzv. reaktor EGSB. Jednalo se o dvoufázový systém s vnitřní recyklací, vyvinutý pro vysoké rychlosti kapaliny a plynu.
Obrázek 4: Digesce rostlinného odpadu v kontaktním reaktoru: Gastro Star, Švýcarsko (Forster AG)
Hofenk, G.; Lips, S.J.J.; Rijkens, B.A. and Voetberg, J.W. 1984. Final report EC contract No. ESE-E-R-040-NL. Sayed, S.K.I.,H. Van der Spoel and G.J.P. Truijen (1993): A complete treatment of slaughterhouse wastewater combined with sludge stabilization using two-stage high rate UASB process, Water Science and Technology 10 www.iwaponline.com/wst/03510/0183/035100183.pdf 8 9
7
8 | 2. Řešení
Granulovaná biomasa/přívod bioplynu Odrazná deska Zpětně usazená granulovaná biomasa Odkaliště
Mrak granulovaného kalu Lože granulované biomasy
přítok Obrázek 5: Anaerobní filtr na zpracování pivovarních odpadních vod: Lupo, Švýcarsko
Reaktor s vnitřní cirkulací je vertikální nádrží s poměrem výšky ku šířce 2:1 až 10:1 (obrázek 7). Odpadní voda se do reaktoru načerpá za pomocí efektivního rozvodného systému a smíchá se s granulovanou anaerobní biomasou. Ve spodní části reaktoru se většina organických sloučenin přemění na metan a oxid uhličitý. Bioplyn se vytvoří ve spodním fázovém separátoru. Tím dochází k vzedmutí plynu, který vodu vytlačuje vzhůru přes stoupací vedení do tekutého/plynového separátoru na vrcholu reaktoru. Bioplyn opustí reaktor skrze tento separátor a voda se vrátí na dno systému. Proto tedy „vnitřní cirkulace“. Bioplyn vytvořený ve druhém horním prostoru se shromažďuje v horním fázovém separátoru a tekutý odpad opouští reaktor vrchem. Jednou ze starých znovuvzkříšených technologií je membránový reaktor, který zadržuje pevné částice a posílá je zpět do vyhnívací komory, zatímco rozpuštěná a převážně rozložená kapalina
přítok
přítok
Obrázek 6: Základní návrh UASB (Veolia)
protéká póry membrány. Systém si získal opětovný zájem, neboť se díky vylepšeným keramickým membránám stal robustnějším. Membrána je často propojena s kvasnou kádí.
➜
Liquid recycling
➜
Upper Separator
➜
Lower Separator
Bez ohledu na design této vysokorychlostní vyhnívací komory se jedná o mnohem efektivnější řešení než tradiční CSTR.
Obrázek 7: Čištění mlékárenských odpadních vod v EGSB s vnitřní cirkulací, Emmi, Švýcarsko
3. Nejslibnější odvětví potravinářského a nápojového (PN) průmyslu pro výrobu bioplynu | 9
3. Nejslibnější odvětví potravinářského a nápojového průmyslu pro výrobu bioplynu
P
rimárním zájmem daného průmyslového odvětví, pokud jde o čištění odpadních vod a vedlejší produkty, je snížit náklady na vyčištění a likvidaci. Výroba obnovitelné energie je až druhotným výstupem, ale přidává na dobrém produktovém marketingu. Nejslibnějšími odvětvími pro implementaci AD zařízení jsou tedy ty, které splňují několik z následujících bodí: • velký objem odpadu • snadno rozložitelné substráty • vysoký obsah organické hmoty (např. COD > 2.000 mg/litr) • permanentní dostupnost substrátu po celý rok • pravidelná potřeba energie pro vlastní účely • vysoká potřeba energie při výrobě potravin nebo krmiva Tabulka č. 1 uvádí několik průmyslových odvětví, která úspěšně provozují systémy AD.
Tabulka č. 1. Průmyslová odvětví úspěšně provozující systémy AD Pivovary
Bramborárny
Konzervárny
Celulóza a papír
Továrny na výrobu cereálních výrobků a oleje
Kafilérie
Kávové a čajové produkty
Produkce zelí
Mlékárny
Jatka
Lihovary
Nealkoholické nápoje a ovocné šťávy
Rybářství
Výroba škrobu
Průmysl vláken
Rafinerie cukru
Mražené potraviny
Vydělávání kůží
Byliny a koření
Výroba vína
Farmaceutický průmysl
Obrázek 8: Průmyslový návrh vyhnívací komory na odpad s plynovým balónem, nádrží pro předběžnou acidifikaci a vyhnívací komorou (zprava do leva), fotka BDI
Obrázek 9: Vzájemné působení jednotlivých článků při zpracovávání krmné směsi a spotřebě potravin (Zdroj: Atres)
10 | 4. Výkon stávajících a potenciálních stanic pro využití odpadu z PN průmyslu
4. Výkon stávajících a potenciálních stanic pro využití odpadu z PN průmyslu
T
Počet bioplynových stanic
Rakousko Česká republika Francie Německo Itálie Polsko
Obrázek 10: Počet bioplynových stanic v partnerských zemích (2010/2011)
počet bioplynových stanic využívajících odpad z průmyslu PN odpadové toky
Odpadový tok (mil. t/rok)
U všech šesti partnerských zemí však převážnou část odpadu produkují domácnosti a průmysl, které jsou pro bioplynové stanice ideálními substráty. Organický průmyslový odpad se stále více a více používá jako společný substrát v zemědělských bioplynových stanicích a nahrazuje tak nákladnou kukuřičnou siláž. Zpomalil se pouze růst nových stanic v průmyslových oblastech v důsledku koncentrace průmyslu a zavírání menších továren kvůli bioplynovým stanicím.
celkový počet stávajících zemědělských a průmyslových bioplynových stanic počet stávajících bioplynových stanic využívajících odpad z PN průmyslu
počet bioplynových stanic využívajících odpad z průmyslu PN
rh s bioplynem ve všech partnerských zemích roste pomalu, ale roste (obrázek 10), a to i navzdory často nepříznivým podmínkám. Z nedávného průzkumu provedeného v rámci projektu EU BiogasIn11 vyplynulo, že pro rozvoj bioplynového trhu představuje překážku proces udělování povolení. Hlavním důvodem neefektivního udělování povolení je pravděpodobně neznalost a nekompetence lidí odpovědných za administrativu. K nestabilnímu trhu a tím i vyššímu riziku pro investice přispívají změny v legislativě a nestabilní bioplynové politiky států. I v zemích s příznivou státní politikou jako Německo nebo Rakousko se státní podpora za posledních 18 měsíců snížila. To mělo dopad na rozvoj trhu.
Rakousko Česká republika Francie Německo Itálie Polsko
Obrázek 11: Porovnání odpadových toků a počtu bioplynových stanic využívajících odpad z průmyslu PN
11
http://www.biogasin.org/files/pdf/WP3/D31_IWES_WIP_EBA_EN_2010-12-20.pdf
4. Výkon stávajících a potenciálních stanic pro využití odpadu z PN průmyslu | 11
Pozitivní trend Poté, co Evropský parlament zreviduje směrnici o obnovitelné energii (rozhodnutí bude vyneseno v květnu 2015), by se mělo snížit využívání energetických plodin (1. generace) ve prospěch odpadových toků. To otevře dveře odpadu z PN průmyslu a povede k nižším recyklačním nákladům nebo dokonce k čisté kompenzaci za odpad. Tento nový trend již přijal nový německý zákon o náhradě elektřiny z bioplynu. Potenciál pro nové stanice je ve většině partnerských zemí stále značný, jak je možné vidět na obrázku 11, který porovnává odpadové toky s počtem stávajících bioplynových stanic. V daných šesti partnerských zemích je celkem 9.154 zemědělských a průmyslových bioplynových stanic. Méně než 3 % z nich (257) však využívá jako substrát12 odpad z potravinářského a nápojového průmyslu. Odpad z PN průmyslu využívá ve Francii pro výrobu bioplynu většina stanic (58 z celkových 80). Nejmenší počet bioplynových stanic, které využívají odpad z PN průmyslu, má Polsko (19 z celkových 39). Potenciální produkce metanu z organického odpadu je však v Polsku ohromující (183 mil. M3/rok). Trend směrem k většímu upotřebení odpadu z PN průmyslu odráží nejnovější údaje. Zatímco v roce 2011 zpracovávalo 19 závodů 277.800 tun rmutu, 123.200 tun energetických plodin a pouze 68.000 tun odpadu z potravinářského průmyslu, minulý rok se tato čísla rychle změnila. Již v první polovině roku 2013 zpracovaly země-
12
EBA 2014; Member country
Obrázek 12: Přehled stanic zpracovávajících odpad z PN průmyslu v partnerských zemích (poblíž se nacházející stanice spadají pod jednu tečku)
dělské bioplynové stanice 369.000 tun odpadu z potravinářského průmyslu. Největší odpadové toky lze najít v Německu a ve Francii, a to zejména z PN průmyslu. Je však nutné zdůraznit, že PN průmysl udělal podstatný pokrok při zavádění AD, jakožto levné, energeticky
účinné a udržitelné metody čištění odpadních vod. Přehled partnerských zemí FABbiogas poukazuje na velmi velký počet bioplynových stanic zpracovávajících odpad z PN průmyslu nebo odpadní vody.
12 | 5. Základní evaluační kritéria
5. Základní evaluační kritéria
A
D dnes nabízí řešení pro široké spektrum substrátů. Při AD je možné využít v podstatě jakýkoliv tekutý nebo pevný organický odpad, např. z potravinářského a zemědělského průmyslu, jako syrovátka, odpad z jatek, odpadní voda atd. Technologii AD stanice a zpracování určuje typ a charakteristika substrátu. Ne každá AD stanice je vhodná pro každý substrát. Realizace a provoz AD stanice tedy začínají tím, že se určí daný substrát. Substráty se svými chemickými a fyzickými charakteristikami velmi liší. Fyzické složení substrátu ve velké míře určuje typ systému a předběžné procesy (manipulace, rozbalení, odstranění nechtěných součástí jako plast nebo kov, drcení atd.). Chemické složení substrátu určuje množství a kvalitu
bioplynu a dobu zdržení. Chemické a fyzické charakteristiky ovlivňují hospodárnost Ad stanice. Jakožto zdroj obnovitelné energie pomáhá bioplyn snížit spotřebu fosilních energetických nosičů a emise CO2. V elektrárnách na kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie se bioplyn využívá nejvíce pro výrobu elektřiny a tepla. U parních lodí může bioplyn nahradit zemní plyn. Nové příležitosti přinášejí do průmyslových aplikací absorpční chladiče využívající přebytečného tepla. Volba správného způsobu a technologie zužitkování bioplynu je součástí studie proveditelnosti a je pro rentabilitu AD zařízení rozhodující.
Příprava projektu
Realizace projektu
www.fabbiogas-calculator.eu
Účel a důležité otázky
Předběžná proveditelnost
Množství biomasy, výhřevnost, výkon, usazení, využití energie na základě publikovaných hodnot
Rozhodnutí
Rozhodnutí o tom, zda projekt dále rozpracovat nebo ukončit
Předběžný plán
Podrobné množství biomasy, hodnoty výhřevnosti, výkonnostní hodnoty, usazení a spotřebovaná energie na základě laboratorních nebo skutečných hodnot
Příprava místa
Rozvržení komponent, plány potrubního vedení, návrh ovládacího systému, plán rozvodů atd.
Příprava zadávací dokumentace
Podrobný plán financování, specifikace, předběžná kvalifikace komponent a zadání dokumentů
Politické rozhodnutí
Rozhodnutí o podrobném finančním balíčku a postupech a konečném spuštění
Výstavba a dohled
Výstavba stanice a dohled
Uvedení do provozu a zahájení
Testování všech výkonnostních specifikací, uzavření smluv, uvedení do provozu, školení zaměstnanců a spuštění
Provoz a údržba
Nepřetržitý provoz a údržba stanice, nepřetržité obstarávání náhradních dílů a zásob
Obrázek 13: Procesní schéma s odlišnými plánovacími postupy
13
Významným chybám je možné se vyhnout pečlivou přípravou návrhu stanice. Jako výchozí bod byla v rámci FABbiogas vytvořena online kalkulace13, která umožňuje hrubý odhad vyrobeného plynu a velikosti zařízení. Údaje pro kalkulaci předložili provozovatelé bioplynových stanic. Výstup online kalkulace představuje základní energetický potenciál AD stanice. Pro vypracování podrobného plánu se však doporučuje provést detailní analýzu odpadového substrátu. Na základě této analýzy se pak zvolí typ systému a odpovídající předběžné a následné zpracovatelské postupy. Jinými slovy, plán AD stanice se musí soustředit na specifické místo. Je nutné
Fáze a krok
Proveditelnost
Kalkulátor FABbiogas
5. Základní evaluační kritéria | 13
věnovat důslednou pozornost studiím proveditelnosti na základě potvrzených skutečností a údajů. Čím důslednější budete na začátku, tím úspěšnější a výnosnější Váš podnik bude.
Národní kontaktní místa základní podpory Vedle kalkulace FABbiogas byla pro informaci zřízena národní kontaktní místa, která Vám zdarma poskytnou poradenské služby14. Poskytnou Vám
také informace, příp. adresy a kontakty na odborníky (viz tabulka č. 2). Pokud hrubý odhad projektu na daném místě vykazuje pozitivní výsledek, doporučuje se dodržet několikafázové postupy uvedené v procesním schématu (obrázek 13).
Tabulka č. 2: Seznam národních kontaktních míst Země
Název organizace
Odborník na bioplyn / kontakt
Rakousko
ECOPLUS Niederösterreichs Wirtschaftsagentur GmbH
ZEDERBAUER Martina Niederösterreichring 2, Haus A, 3100 St. Pölten Tel.: +4327429000-19676 E-mail:
[email protected]
Česká republika PK ČR Potravinářská komora České republiky
VACEK Tomáš Počernická 96 108 03 – Praha Tel.: +420296411181 E-mail:
[email protected]
Francie
ANIA Association Nationale des Industries Alimentaires
GORGA Françoise 21, rue Leblanc, 75015 Paris Tel.: +33153838617 E-mail:
[email protected]
Německo
Cluster Ernährung REITMEIER Simon Kompetenzzentrum für Ernährung Hofer Str. 20, 95326 Kulmbach Tel.: +49 9221 407 82 52 E-mail:
[email protected]
Itálie
FEDERALIMENTARE Federazione Italiana dell’ Industria alimentare Associazione
Notarfonso Maurizio Viale Pasteur 10 00144 – Rome Tel.: +39065903347 E-mail:
[email protected]
Polsko
Technická univerzita LodzDepartment Řízení biologických procesů
KRZYSTEK Liliana Ulica Zeromskiego 116 90 924 Lodz Tel.: +48426313737 E-mail:
[email protected]
14
http://www.fabbiogas.eu/en/advisory-services/
14 | 6. Příležitosti a výzvy
6. Příležitosti a výzvy Příležitosti Pevný odpad
Nejrozšířenější jsou AD stanice v následujících průmyslových odvětvích:
PN továren produkujících významné množství pevného odpadu není mnoho. Nejčastějšími z nich jsou jatka a kafilerie, rostlinná výroba (čerstvá, konzervovaná nebo mražená) a produkce bylin a koření. Na trhu existuje několik speciálních zařízení umožňujících vysoké zatížení (tj. množství přidaných organických látek na den a m3 objemu kvasné kádě), ale pevný nebo polopevný odpad se v takovém případě často pro účely digesce dodává do zemědělských závodů (obrázek 8 a 14). Odpadní vody PN průmysl nejčastěji produkuje odpadní vody s vysokou koncentrací, s chemickou spotřebou kyslíku (COD) v rozsahu 2.000 až 100.000 g COD/m3 nebo odpovídajícími hodnotami biologické spotřeby kyslíku (BOD). Dle hrubého základního pravidla platí, že BOD v odpadních vodách PN průmyslu obvykle představuje polovinu COD. Vzhledem k tomu, že anaerobním bakteriím se daří ve vysokých koncentracích organických látek, považuje se za nejnižší hodnotu 2.000 g COD/m3 (kapitola 3).
− Mlékárny: Mlékárenský odpad je často vysoce zředěný, ale obsahuje hodně tuku a bílkovin, s BOD 0,05 až 1 kg/m3, což ho pro výrobu bioplynu dělá zajímavým. Digesce syrovátky je skvělou alternativou v případě, že s ní nelze krmit prasata. Pro AD je zajímavý i permeát po odstranění laktózy. − Cukrovarské podniky: Cukrovarské továrny využívající cukrovou řepu produkují významné množství odpadních vod bohatých na cukr, s COD 0,5 až 3 kg/m3 vody. Výběr systému digesce se odvíjí od skutečnosti, že sběr řepy je omezen na podzim a zimu. Více než půl roku tedy AD stanice musí přežít bez přidaného substrátu. − Pivovary: Pivovary produkují odpadní vody, které se perfektně hodí pro AD. Největší pivovarské společnosti na světě využívají AD v místě produkce. Hodnoty BOD se pohybují mezi 0,4 až 3,3 kg/m3. − Rostlinná produkce: Tato produkce zahrnuje odpadní vody z loupání a bělení rostlin. Vykazované hodnoty se pohybují od 20 do 50 kg COD/ m3. − Ovocné výrobky: Tato kategorie zahrnuje produkci ovocných šťáv, vodu použitou při praní ovoce, vodu použitou při čištění, továrny na výrobu octa, sušené ovoce nebo přírodní aromatické byliny a koření. Hodnoty COD se výrazně liší (od 20 do 50 kg COD/m3). − Výroba škrobu (brambory): Množství prací vody je obrovské a koncentrace je tedy omezená. I přesto se jedná o 10 kg/m3.
Figure 14: Digestion of expired food from distributors and rendering waste (Bösch Brothers, Switzerland)
15
www.iea-biogas.net/files/datenredaktion/download
Výzvy Příprava substrátu Předtím, než se pevný substrát do AD stanice přidá, je většinou nutné ho mechanicky nebo chemicky ošetřit pomocí dodatečného technického zařízení, jako je drtička, mixér, sterilizátor atd. Systémy předběžné úpravy musí být substrátu přizpůsobeny. Nečistoty je nutné odstranit mechanicky. V biologickém odpadu lze najít sklo, kameny, dřevo, plastové elektronické součásti (baterie), kosti atd. Důsledná předběžná úprava nejenže zvětšuje povrch substrátu na podporu mikrobiálního rozkladu, ale zároveň zabraňuje, aby se potrubí neucpalo a neutvářely se v něm usazeniny a povlak. Dále může být nutné provést sterilizaci, homogenizaci, separaci pevných/ tekutých látek nebo úpravu pH-. Aby se zabránilo nepříjemnému pachu surových substrátů, mělo by se s veškerými substráty manipulovat uvnitř stanice a extrahovaný vzduch by měly vyčistit biologické filtry. Bochmann a Montgomery (2014)15 uvádějí několik předběžných kroků u organických materiálů, které by se vedle anaerobní hnilobnosti měly vzít v úvahu. Tabulka č. 3 uvádí příklad některých materiálů. V případě pochybností nebo chybějících informací se musí vypracovat dodatečná analýza a doporučuje se provést test digesce. To zajistí, aby byl substrát pro AD vyhovující a neměl na daný proces nepříznivý vliv, např. nadměrným obsahem těžkých kovů nebo inhibitorů, jako jsou detergenty a dezinfekční prostředky. Inhibitory často způsobují rychlý rozpad procesu, následovaný časově náročným restartovacím procesem a doprovázený nedostatečnou produkcí bioplynu. S procesními závadami se pojí finanční ztráty, se kterými provozovatelé většinou dopředu nepočítají.
6. Příležitosti a výzvy |
Tabulka č. 3: Vyhodnocení vedlejších organických produktů pro využití v anaerobní digesci
Materiál
Skvělé
Prošlé potraviny
Dobré +
Slabé
Poznámky Nutné nákladné vybalování
Těsto, cukrářský odpad
+
Nutné zkapalnění (rozpuštění)
Syrovátka
+
Není potřeba předběžná úprava
Zbytky z konzerv a mražené potraviny
+
Nutné nákladné vybalování
Zbytky z produkce ovocných šťáv
+
Doporučeno nasekat
Úprava vyváženosti živin Pro mikroorganismy je nutné zajistit vyvážený příjem živin prostřednictvím vhodné denní náplně substrátu. Obsah makroprvků, jako je uhlík, dusík a fosfor, určuje kvantitu a kvalitu vyprodukovaného bioplynu a růst mikroorganismů. Problémem může být zejména vysoký obsah amoniaku, který se vytváří při rozkládání živin. To platí pro veškerá jatka a kafilerie. V těchto výjimečných případech se musí amoniak odstranit, ale lze ho opětovně získat ve formě síranu amonného, který je cenným hnojivem. Pro růst a metabolismus mikroorganismů, resp. produkci bioplynu, jsou zásadní stopové prvky. Metanogeny závisí především na stopových kovech, jako je kobalt, nikl, zinek, mangan, molybden, selen, wolfram a bor. Vliv pH Velkou výzvou je udržet stabilní pH v reaktoru na tvorbu metanu. Hodnoty pH nižší než 7 nebo vyšší než 8,5 mohou mít negativní dopad na mikrobiální systém. Výsledkem toho jsou procesní po-
ruchy a nestabilita. V nejhorším případě je vážně ohrožena metanogeneze. Úprava pH pomocí chemikálií je zejména u čističek odpadních vod někdy spojena s dodatečnými provozními náklady. V případě nekontrolované acidifikace digesce a metanogeneze může být nutné předčištění. Měla by se proto pořídit akumulační nádrž nebo dvoufázová vyhnívací komora. Inhibitory a toxické látky Jak již bylo uvedeno výše, inhibitory a toxické látky mohou negativně ovlivnit vyhnívací proces. Za inhibitory se považuje např. amoniak, sulfid, tenzidy nebo fenolický derivát. Je-li to možné, měla by být přijata dodatečná preventivní opatření tak, aby se zajistila vhodnost vedlejších produktů pro účely AD. Jednou z možností ke snížení nadměrného nálože může být specifický výběr a směsice substrátů. Například při průmyslovém výrobním procesu by se měl vždy deklarovat druh a složení detergentů a dezinfekčních přípravků. Malá změna čisticích pří-
pravků může radikálně změnit biologickou rozložitelnost odpadních vod. Absolutní kyseliny nebo základy jsou mikrobiálně neškodné. Nadměrné použití kyseliny fosforečné může vyvolat proces eliminace fosforu předtím, než se tekutý odpad vypustí. Kyselina sírová zvyšuje produkci siřičitých látek a H2S při anaerobních podmínkách. Roztoky tenzidů mohou mít negativní dopad na stabilitu procesu. Před vyprojektováním a zprovozněním bioplynové stanice by se tedy měl odehrát živý dialog mezi projektantem AD stanice, výrobci detergentů a technickým managementem daného odvětví.
15
16 | 7. Nejlepší postupy
Lihovarnický odpad St. Laurent de Cognac Franci
7. Nejlepší postupy
Bioplynová stanice
Odpad z jatek St. Martin Horní Rakousy Bioplynová stanice Grossfurtner Tato bioplynová stanice ve vesnici St. Martin je přímo integrovaná do největších jatek v Rakousku. Společnost Großfurtner porazí ročně 550.000 prasat a 50.000 kusů dobytka. Je to první bioplynová stanice na světě, která jako substrát pro výrobu bioplynu používá výhradně odpad z jatek. Pro výrobu 3,6 milionů kWh elektřiny a 3,6 milionů tepla za rok se všehovšudy využije 10.000 tun krve, vnitřností, střev a materiálu na separaci mazu. Cílem projektu bylo zlepšit ekonomickou a ekologickou výkonnost těchto jatek. Největšími náklady této společnosti jsou energetické náklady (zemní plyn, elektřina) a náklady na likvidaci odpadu z jatek.
Tím, že Großfurtner používá jako substrát pro výrobu bioplynu odpad z jatek, snižuje náklady na likvidaci a díky obnovitelným energiím může pokrýt cca 33 % spotřeby elektřiny a 75 % spotřeby tepla.
Bioplynová stanice v St. Laurent de Cognac byla vybudována v roce 1970 s cílem valorizovat lihovarnický odpad z produkce koňaku. Přibližně 300.000 t/a vinných výpalků se použije na produkci 20.000 MWh bioplynu. Vinné výpalky jsou mechanickou kompresí par zkoncentrovány a dojde k vysrážení kyseliny vinné společně s uhličitanem vápenatým. Vinné výpalky jdou pak do 4 vyhnívacích komor se spodní cirkulací, které jsou nepřetržitě promíchávány. Doba retence je 3-4 týdny. Digestát (1.200-1.500 tun suché hmoty/a), mixovaný s odpadem z půdní rostlinné hmoty, se dekantuje a použije se jako zemědělský kompost. H2S se vyeliminuje a plyn se dehydratuje kondenzací na výměníku. Většinu škodlivin odstraní mobilní nádrž obsahující aktivovaný uhlík. Plyn se poté stlačí a valorizuje pomocí čtyř mikroturbín, každá s instalovaným elektrickým výkonem 200 kW. Vyrobená elektřina se prodá a tepelná energie se použije pro vlastní účely.
Technologie ve zkratce • Výroba bioplynu: 5.000 m3/den
Technologie ve zkratce
• Obsah metanu: 67 % - 69 %
• Výroba bioplynu: 20.000 MWh (přeměněno na 13.500 MWh/a tepelné energie + 3.300 MWh/a elektrické energie)
• Instalovaný výkon: 525 kWel, 525 kWth • Vyhnívací komory: 1x600 m3, 2x1.000 m3 • Substrát/rok: 2.000 m3 krve, 1.000 t vnitřností, 3.000 t střev, 4.000 t materiálu na separaci mazu • Vložený odpad/substrát: 170-230 t/týden • Předčištění: nepřetržitá pasterizace • Provozní doba: 8.400 h/rok
• Instalovaný výkon: až 20.000 m3/ den kapacity produkce bioplynu • Typ a objem vyhnívací komory (m3): nepřetržitě promíchávaná, se spodní recirkulací, 17.500 m3 • Typ použitého odpadu: zbytky koňaku • Množství odpadu/surovin použitých jako substrát: 300.000 t/a
7. Nejlepší postupy | 17
Odpadní kaly a průmyslový odpad Radeberg v Sasku Německo Fermentační závod Závod v Radebergu demonstruje, že kombinovaná fermentace kalů, organického odpadu domácností a průmyslového organického odpadu v anaerobní čističce odpadních kalů má synergistické účinky. Jako součást rozšíření této čističky bylo vedle aerobní biologické purifikace zavedeno kompletní čištění kalů. Ve dvou anaerobních vyhnívacích komorách se ročně vyčistí 41.000 tun odpadního kalu a 15.000 tun organického odpadu.
Stanice disponuje samostatnými linkami na zpracování různých odpadních frakcí kalů, tekutého biologického odpadu (např. průmyslové tuky) a pevného biologického odpadu. Stanice se tedy může přizpůsobit často se měnící dostupnosti biologického odpadu. Dvě kvasné kádě, každá o objemu 2.300 m3, lze řídit samostatně. Předčištění organického odpadu zahrnuje mokré zpracování pomocí mlýnu, magnetického separátoru, drtiče a bubnové třídiče. Mechanicky vyčištěný odpad pak podléhá jednohodinové hydrolyzaci a hygienizaci při 70°C. Stanice produkuje okolo 40 m3 bioplynu na tunu vstupního materiálu, který zásobuje dva plynové motory, každý s instalovaným elektrickým výkonem 360 kW. Vyrobená elektřina pokrývá více než celkovou spotřebu stanice. Nadbytečná elektřina se tedy odvádí do veřejné sítě. Vyrobené teplo
pokrývá spotřebu čističky odpadu, servisní budovy a nedaleké školy. Odvodněný digestát se používá jako sekundární palivo v externí spalovací stanici. Pokud se bio odpad zpracovává samostatně, může se digestát použít jako hnojivo. S vyšší hodnotou vstupních tuků se výroba bioplynu zdvojnásobí a obsah metanu ve vyrobeném bioplynu se zvýší na 65 %. Technologie ve zkratce • Instalovaný elektrický výkon CHP: 2x380 kW • Instalovaný tepelný výkon CHP: 2,550 kW • Instalovaný tepelný výkon ohřívače: 335 kW • Výroba bioplynu: 40 m3/t vstupního materiálu (směs) • Zásoby plynu: 780 m3, dvojitá membrána
18 | 7. Nejlepší postupy
Technologie ve zkratce • Výroba bioplynu: 7.920.000 m3 za rok: 7.920.000 • Instalovaný výkon: 1.998 kWel • Instalovaný tepelný výkon: 2.128 kWth • Objem vyhnívací komory (hrubý/ čistý): 6.551 m3/6.176 m3 • Substráty: 40.200 t/rok rozpuštěné odpadní vody 3.700 t/rok bramborového odpadu 1.000 t/rok cereální odpad
Větrný Jeníkov Česká republika
• Vyrobená elektřina za rok: hrubá: 6-6,4 GWh čistá: 5,7-5,9 GWh • Vyrobené teplo za rok:
Bioplynová stanice ZEVAR Bioplynová stanice ZEVAR ve Větrném Jeníkově v České republice demonstruje dobře zvládnuté zavedení technologie do potravinářského a nápojového průmyslu vyrábějícího alkohol. Do provozu byla uvedena v listopadu 2011. Stanice zpracovává lihovarnický odpad a zlepšuje efektivitu procesů výroby
alkoholu. Hlavní vstupní materiál se skládá z tekutého lihovarnického odpadu doplněného o odpad ze zpracovaných brambor a jiné druhy účelově vypěstované biomasy, pro což byla stanice taktéž vybudována. Vyrobená elektřina a teplo se plně využívají jako procesní elektřina nebo teplo.
hrubá hodnota: 6-6,5 GWh čistá: 6-6,5 GWh Finanční informace Rok realizace: 2011 Investiční náklady: 70 milionů Kč
www.fabbiogas.eu
