MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
DIPLOMOVÁ PRÁCE
BRNO 2011
Bc. TOMÁŠ SVOBODA
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Návrh databáze zpracovatelů organické hmoty s podporou geoinformačních technologií Diplomová práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Rudolf Rybář, CSc.
Vypracoval: Bc. Tomáš Svoboda
Brno 2011
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Návrh databáze zpracovatelů organické hmoty s podporou geoinformačních technologií vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne………………………………………… podpis diplomanta…………………………
PODĚKOVÁNÍ Touto cestou bych rád poděkoval zejména vedoucímu své diplomové práce, doc. Ing. Rudolfovi Rybářovi, CSc., za odborné vedení, cenné připomínky a metodickou pomoc poskytovanou v průběhu zpracování této práce. Upřímné poděkování patří i Bc. Tomášovi Mičolovi, ze společnosti agriKomp Bohemia, s.r.o. za poskytnutí dat nezbytných pro vypracování této práce.
ABSTRAKT Z názvu práce – Návrh databáze zpracovatelů organické hmoty s podporou geoinformačních technologií vyplývá i její hlavní cíl, kterým bylo vytvořit databázi zařízení pro zpracování biologicky rozloţitelné hmoty anaerobní fermentací. Databáze byla vytvořena jako GIS aplikace v programu ArcGIS 10.0 společnosti ESRI. Tímto programem byly vytvořeny grafické výstupy v podobě mapy bioplynových stanic nacházejících se na území České republiky. Bioplynové stanice byly doplněny provozními informacemi, na jejichţ základě lze provádět analýzy konkrétních poţadavků. Jednu z moţných analýz představuje analýza potenciálu výroby bioplynu z energeticky významných sloţek biomasy, kde je zapotřebí znát její reálný potenciál podle regionů a skutečného zastoupení produkčních ploch. Vzhledem k mnoţství potřebných informací pro co nejpřesnější analýzu, které svým rozsahem překračují cíl této práce, byla zpracována pro jednu vybranou bioplynovou stanici. Jako příklad byl zpracován potenciál odpadní hmoty v podobě produkce vybraných druhů BRKO v Jihomoravském kraji. Klíčová slova: geografický informační systém, biomasa, bioplynová stanice ABSTRACT The goals of this thesis – Design for a database of organic matter processors with support for geoinformatics technologies – are apparent from its title. The main target was to create a database of biodegradable matter processing plants which use anaerobic fermentation. The database was built in the form of a GIS application within the ESRI ArcGIS 10.0 geoinformatics system. Using this program, graphical output was compiled in the form of a map of biogas processing plants in the Czech Republic area. The plant information was enriched with operational data, which can be used for querying and analysis of custom requirements. An example would be analysis of biogas production potential from energetically significant biomass constituents, which requires knowledge of real potential by region and by constitution of production areas. Since the data required for a precise analysis is not readily available and the amount required for capture is out of scope of this thesis, processing was done for a single biogas plant as a template. As an example, waste matter potential in the form of production ofselected types of BRKO in the Jihomoravský region was carried out. Key words: geographic information system, biomass, biogas plant
OBSAH 1
ÚVOD ....................................................................................................................... 9
2
CÍL PRÁCE ........................................................................................................... 10
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED ...................................................................................... 11 3.1
Biomasa jako zdroj energie .............................................................................. 11
3.2
Definice biomasy .............................................................................................. 12
3.2.1
Definice podle evropské směrnice ............................................................. 12
3.2.2
Ekologická definice biomasy..................................................................... 12
3.3
Základní podmínky vzniku biomasy ................................................................ 12
3.4
Rozdělení biomasy ........................................................................................... 13
3.5
Moţnosti vyuţití biomasy ................................................................................ 15
3.6
Energetický potenciál biomasy ......................................................................... 17
3.6.1
Energetické vyuţití biomasy v České republice v období 2004 - 2009 .... 18
3.6.2
Indikativní cíl České republiky ve výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů energie ....................................................................................................... 19
3.6.3
Vývoj podílu jednotlivých druhů obnovitelných zdrojů na výrobě tzv. „zelené elektřiny“ v posledních 5 letech ................................................... 21
3.6.4
Výsledky České republiky při výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů energie ....................................................................................................... 22
3.7
Souhrn právních předpisů energetiky obnovitelných zdrojů energie .............. 23
3.8
Akční plán pro biomasu .................................................................................... 25
3.9
Bioodpad – bioplyn – energie ........................................................................... 26
3.9.1
Biochemická přeměna biomasy – anaerobní fermentace .......................... 26
3.9.1.1 Bioplyn .................................................................................................. 27 3.9.1.2 Zbytek hmoty po fermentaci ................................................................. 27 3.9.2
Zdroje biomasy pro anaerobní digesci....................................................... 27
3.9.3
Vyuţití bioplynu jako produktu anaerobní fermentace ............................. 28
3.9.3.1 Kogenerace ............................................................................................ 29 3.9.4
Vyuţití zbytku hmoty po fermentaci ......................................................... 29
3.9.5
Zařízení na výrobu bioplynu...................................................................... 30
3.10 Geografický informační systém ........................................................................ 30 3.10.1 Definice pojmu geografický informační systém ....................................... 31 3.10.2 Nejdůleţitější mezníky vývoje .................................................................. 31
3.10.3 Struktura aplikace geografického informačního systému ......................... 32 3.10.4 Funkční elementy geografického informačního systémů .......................... 34 3.10.5 Oblasti aplikace geografických informačních systémů ............................. 35 3.10.5.1 Aplikace geografických informačních systémů v oblasti odpadového hospodářství .......................................................................................... 35 3.10.6 Budoucnost geografických informačních systémů .................................... 36 4
5
MATERIÁL A METODIKA PRÁCE ................................................................. 37 4.1
Pouţitý software ............................................................................................... 37
4.2
Zdroje dat .......................................................................................................... 37
4.3
Mapa bioplynových stanic ................................................................................ 38
VÝSLEDKY PRÁCE ............................................................................................ 42 5.1
Zadávání atributů geoobjektům (bioplynovým stanicím)................................. 42
5.2
Zadávání hypertextových odkazů (hyperlinků) geoobjektům (bioplynovým stanicím) ........................................................................................................... 45
5.3
Zobrazování výstupů mapového projektu ........................................................ 46
5.4
Analýza materiálových toků vybraného bioplynového zařízení ...................... 48
5.4.1
Bioplynová stanice Mikulčice ................................................................... 52
5.5
Analýza potenciálu vybraných sloţek biomasy pro anaerobní fermentaci ...... 53
5.6
Potenciál výroby bioplynu v České republice .................................................. 55
5.7
Teoretický potenciál energeticky významných sloţek biomasy ...................... 55
5.7.1
Kukuřičná siláţ .......................................................................................... 56
5.7.2
Kejda prasat ............................................................................................... 56
5.7.3
Biologicky rozloţitelné komunální odpady ............................................... 57
5.8
Prostorová analýza vybraných druhů biologicky rozloţitelných komunálních odpadů v Jihomoravském kraji. ........................................................................ 59
5.8.1
Mapová projekce dat ................................................................................. 59
6
DISKUZE ............................................................................................................... 62
7
ZÁVĚR ................................................................................................................... 64
8
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY ................................................................. 66
9
SEZNAM OBRÁZKŮ ........................................................................................... 70
10 SEZNAM TABULEK ........................................................................................... 70 11 SEZNAM ZKRATEK ........................................................................................... 71 12 SEZNAM PŘÍLOH ............................................................................................... 74
1
ÚVOD
Biomasa je definována jako hmota organického původu. Z energetického hlediska ji lze povaţovat
za
akumulované
sluneční
záření.
Významnou
vlastností
je
její
nevyčerpatelnost (obnovitelnost) oproti fosilním zdrojům. Česká republika patří mezi země s vysokým potenciálem vyuţitelné biomasy, která je povaţována v současnosti za nejvýznamnější OZE. Hlavní předností biomasy je, ţe její podstatnou část tvoří nejrůznější odpady (zemědělství, lesnictví, biologicky rozloţitelný komunální odpad apod.), v praxi nazývaná jako biomasa odpadní. Druhou, neméně významnou skupinu, vyuţívanou pro získávání energie, tvoří biomasa záměrně pěstovaná k tomuto účelu. Biomasa jako jeden z obnovitelných zdrojů energie v sobě skrývá značný energetický potenciál, který nabízí řadu moţností vyuţití. Způsoby vyuţívání biomasy k získání energie jsou do značné míry podmíněny jejími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Z principiálního hlediska lze rozlišit způsoby získávání energie z biomasy termochemickou přeměnou (spalováním, zplyňováním aj.), biochemickou přeměnou (alkoholové, metanové kvašení) a fyzikální a chemickou přeměnou (štípání, drcení, peletování aj.). Evropská unie poţaduje, aby v roce 2015 činil podíl na spotřebě energie z obnovitelných zdrojů aţ 15 %. Jedním z opatření pro dosaţení tohoto cíle je zpracování biomasy technologií anaerobní fermentace pro její přeměnu na uţitnou energii v bioplynových stanicích, čemuţ je věnována převáţná část práce. Hlavním produktem anaerobní fermentace je bioplyn, který lze vyuţít jako alternativní zdroj energie. Nakládání s biomasou vybraným způsobem, tedy anaerobně, bylo řešeno za podpory geografických informačních systémů (GISů), coţ jsou informační systémy pracující s prostorovými daty. Geografický informační systém byl po dlouhou dobu vnímán jako samostatná, nezávislá aplikace. V současnosti je vyvíjena snaha o propojení GISů s ostatními informačními systémy (tzv. OpenGIS). GISy nacházejí postupně svá uplatnění v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. Perspektivní oblast pro nasazení GISů představuje také odpadové hospodářství, kde je moţné vyuţít tento systém k plánování tras svozu odpadů, pro analýzu systému sběru a vyuţití jednotlivých komodit odpadů, dále k monitorování či analýzám zdrojů, modelování jejich znečištění aj. Praktická vyuţitelnost GISů v dané oblasti je opravdu široká. 9
2
CÍL PRÁCE
Hlavním cílem této práce, jak jiţ vyplývá ze zadání, bylo vytvořit databázi zpracovatelů organické hmoty s podporou geoinformačních technologií. Práce je zaměřena na oblast zpracování biologicky rozloţitelné hmoty anaerobní technologií v zařízeních k tomu určených, v bioplynových stanicích. Na základě vytvořené databáze v geografickém informačním systému vznikl mapový projekt bioplynových stanic v České republice, který konečnému uţivateli poskytuje informace o jednotlivých zařízeních a umoţňuje provádět analýzy a grafické výstupy v závislosti na dostupných informacích a vybraných poţadavcích. Jeden z cílů práce je také analýza potenciálu vybraných sloţek biomasy.
10
3
LITERÁRNÍ PŘEHLED
3.1 Biomasa jako zdroj energie Po slunečním záření byla biomasa jediným dostupným zdrojem energie na Zemi po miliardy let. Opomeneme-li potraviny, vyuţívá lidstvo biomasu jako zdroj energie od dob, kdy se člověk naučil rozdělávat a udrţovat oheň, coţ představuje desítky tisíc let. Účinnost vyuţití dopadajícího slunečního záření rostlinami můţe teoreticky dosáhnout aţ 25 %. V zemědělské praxi se však pohybuje v rozmezí 0,1 - 2,5 %, krátkodobě i přes 5 %. Pro energetické účely jsou vhodné rostliny na horní hranici uvedeného rozsahu, patří k nim zejména tzv. C4 rostliny - kukuřice, čirok, tropické trávy. Historie ostatních obnovitelných zdrojů energie (OZE) je ve srovnání s biomasou relativně krátká, energii vody a větru vyuţívá lidstvo pouze několik tisíc let. Zcela zanedbatelná je potom historie tzv. konvenčních zdrojů, která sahá stovky let do minulosti u uhlí a jen desítky let u jaderné energie. Do 19. století byla biomasa dominantním zdrojem energie, ve 20. století pak začaly převaţovat fosilní zdroje. Podíl biomasy je v současnosti vyšší neţ podíl ostatních obnovitelných zdrojů a jaderné energie, stává se tak nejperspektivnějším z obnovitelných zdrojů pro výrobu tepla a elektřiny. (Bechník, 2009) Biomasu lze z energetického hlediska povaţovat za akumulované sluneční záření. Odhadem asi 30 % produkce biomasy je pouţíváno jako potraviny a krmiva a 20 % je produkce lesů. Biomasa je v současnosti nejvýznamnější obnovitelný zdroj energie. Vyuţití tohoto OZE je technicky dobře zvládnuto, nevyskytují se problémy s nestabilitou dodávek, jako je tomu např. u energie větrné, sluneční, či vodní. Hlavní předností biomasy jako energetického zdroje je, ţe její podstatná část představuje nejrůznější odpady (zemědělství, lesnictví, biologicky rozloţitelný komunální odpad apod.). (Nehasilová, 2010)
11
3.2 Definice biomasy 3.2.1
Definice podle evropské směrnice
Evropská směrnice definuje biomasu jako biologicky rozloţitelnou část výrobků, odpadů a zbytků ze zemědělství (včetně rostlinných a ţivočišných látek), lesnictví a souvisejících průmyslových odvětví, a rovněţ biologicky rozloţitelnou část odpadu průmyslového a komunálního. (Občanské sdruţení Biomasa 2010, 2009) 3.2.2
Ekologická definice biomasy
Ekologickou definicí biomasy rozumíme celkovou hmotu jedinců určitého druhu, skupiny druhů nebo všech druhů společenstva na určité ploše. U rostlin se vyjadřuje v hmotnosti sušiny, u ţivočichů také v čerstvé hmotnosti (v joulech, dříve v kaloriích, obsahu uhlíku atp.). U půdních a vodních organismů můţe být vztaţena také k celkovému objemu (dm3, cm3, m3). U rostlin je rozlišována biomasa podzemní nebo nadzemní, biomasa ţivá nebo mrtvá (stařina). (Cenková, 2009)
3.3
Základní podmínky vzniku biomasy
Základním stavebním kamenem rostlinné biomasy jsou organické látky. Z těchto látek se za pomocí fotosyntézy vytváří organická sloučenina glukóza (CH2O)6, která je základním stavebním prvkem rostlinné biomasy a energetickým zdrojem ţivočichů. Proto všechny organické sloučeniny obsaţené ve všech organismech byly vytvořeny ze sloučenin, které byly kdysi primárními produkty fotosyntézy. Během fotosyntézy (Obr. 1) vzniká z oxidu uhličitého a vody za účasti enzymů, chlorofylu a světelné energie velké mnoţství organických látek. Při fotochemických reakcích se redukuje oxid uhličitý na cukry a voda se oxiduje za vzniku molekulového kyslíku. I kdyţ je mechanizmus fotosyntézy sloţitější, je moţné tuto biochemickou reakci schematicky znázornit následovně: oxid uhličitý + voda + energie → cukr + voda + kyslík 6 CO2 + 12 H2O + světelná energie → (CH2O)6 + 6 H2O + 6 O2 Fotosyntéza je reakcí endotermickou - energii spotřebovává.
12
Legenda 1…světlo 2…chlorofyl 3…minerální látky 4…voda (H2O) 5…oxid uhličitý (CO2) 6…kyslík (O2) Obr. 1 Schematické znázornění fotosyntézy (Pastorek „a kol.“, 2004)
3.4 Rozdělení biomasy Zjednodušeně lze biomasu rozdělit do tří základních skupin:
zemědělskou biomasu - fytomasu pěstovanou na zemědělské půdě,
lesní biomasu – dendromasu,
zbytkovou biomasu - vedlejší produkty zemědělského a zpracovatelského průmyslu.
Zemědělská biomasa Zemědělskou biomasu (dle vyhlášky č. 482/2005 Sb. - Skupina 1 a 2) tvoří:
cíleně pěstovaná biomasa,
biomasa obilovin, olejnin a přadných rostlin,
trvalé travní porosty,
rychle rostoucí dřeviny pěstované na zemědělské půdě,
rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údrţby krajiny.
Zemědělská biomasa je bezesporu nejkomplexnější sloţkou potenciálu biomasy ČR. Vyuţití fytomasy pěstované na zemědělské půdě splňuje podmínky vyplývající z restrukturalizace našeho zemědělství, a to substituci potravinářských komodit alternativními technickými nebo energetickými plodinami. Další efekty produkce alternativních plodin spočívají v zajištění energetické soběstačnosti venkovského prostoru, zvýšení atraktivnosti obcí a regionální spotřebě vyprodukovaných finančních
13
zdrojů. Je ale nutné vyřešit relativně náročnou logistiku s návazností na tradiční zemědělskou výrobu, velké mnoţství a rozmanitost zpracovatelských technologií. Pro přeměnu na energii lze vyuţít ať uţ část vedlejších zemědělských produktů jako jsou sláma olejnin, obilovin, atd., kterých je díky sniţování stavu skotu dostatek nebo nespotřebovanou část sena z údrţby luk a pastvin. Jednou z dalších moţností je produkce tzv. energetických plodin, kterými mohou být ozimé a jarní plodiny pěstované k nepotravinářským účelům (obiloviny, kukuřice, olejniny a přadné rostliny) a také rychle rostoucí dřeviny pěstované na zemědělské půdě (vrba, topol, akát). Z hlediska ekonomického jsou také vhodné cíleně pěstované energetické plodiny jednoleté (hořčice, světlice, laskavec, konopí seté) nebo víceleté (topinambur, křídlatka, šťovík) a energetické trávy (ozdobnice, rákos, chrastice, psineček). Lesní biomasa Lesní biomasu (dle vyhlášky č. 482/2005 Sb. - Skupina 3) tvoří:
palivové dřevo,
zbytky z hospodaření v lesích.
Jako palivo lze vyuţít zbytkovou dendromasu z lesnictví a dřevařského průmyslu (zbytková dřevní hmota z těţby dřeva, probírek, prořezávek, odřezky a zbytky z dřevozpracujícího průmyslu, palivové dřevo). Je nutno zohlednit vysoké manipulační a dopravní nároky a lokální dostupnost zdroje. Trh s lesními biopalivy u nás existuje, není však zdaleka ustálený. České lesy jsou historicky z větší části hospodářsky vyuţívány. Základním principem je trvale udrţitelné hospodaření a ochrana přírody a ţivotního prostředí. Současným i budoucím cílem lesnických odborníků je vystihnout „bezpečný“ potenciál energetické lesní biomasy. Současné kalkulace potenciálu lesní biomasy vychází z důvodů ekologických, ale i ekonomických, pouze z hodnot mýtních těţeb a za předpokladu ponechání 20 % lesní biomasy na těţené ploše. Z kalkulací potenciálu lesní biomasy jsou vyloučeny lesy ochranné a některé lesy v kategorii lesů hospodářských, kde porosty rostou na nevhodných a zejména chudých stanovištích. Vyuţití těţebních zbytků by se mělo soustředit převáţně na hospodářské lesy (podle zákona o lesích č. 289/1995 Sb., ve znění pozdějších předpisů). Za určitých podmínek je
14
moţné vyuţít i některých lesů zvláštního určení produkující dřevní hmotu (tj. některé lesy vojenské, lázeňské, vodohospodářské), ale při zabezpečení jejich prioritní funkce. Odpadní (zbytková) biomasa Zbytkovou biomasu (dle vyhlášky č. 482/2005 Sb. - Skupina 4 a 5) tvoří vedlejší produkty a zbytky z:
papírenského průmyslu,
potravinářského průmyslu,
průmyslu zpracování dřeva,
ţivočišného průmyslu,
ostatního průmyslu,
biologicky rozloţitelný odpad,
lihovarnické výpalky.
Zbytková biomasa představuje široký rozsah druhů biomasy vznikající sekundárně při zpracování primárních zdrojů rostlinné či ţivočišné biomasy. Nejvíce zbytkové biomasy pochází z průmyslu na výrobu papíru a buničiny, z dřevovýroby, ze zpracování masa a ostatního potravinářského průmyslu a z třídění komunálního odpadu. Samostatnou poloţkou je zbytková biomasa z ţivočišné zemědělské výroby exkrementy chovaných zvířat. Samostatnou část tvoří čistírenské kaly a kaly ze specifických výrob, pokud jsou kategorizovány jako biomasa. Reziduální biomasa zemědělské výroby i zpracovatelského průmyslu tvoří jednu podstatnou část potenciálu energetické biomasy (jedná se především o slámu a zbytky ze specifických výrob). (AGRIWATT, 2009)
3.5 Moţnosti vyuţití biomasy Způsob, jak vyuţít biomasu je do značné míry dán jejími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Významným parametrem je pak obsah sušiny. Hranice mezi tzv. suchými a mokrými procesy získávání energie je přibliţně 50 % obsahu sušiny v hmotě. (Fuksa, 2009) Stručný přehled moţností zpracování biomasy k energetickým účelům je uveden v (Tab. 1).
15
Tab. 1 Zpracování biomasy k energetickým účelům (tým ENVIROS, 2009) Chemické procesy - suché Druh biomasy Energetické technické plodiny Rostl. zbytky ze zemědělské prvovýroby a po údrţbě krajiny Odpady z ţivočiš. výroby Kaly z ČOV Komunální organické odpady Organické odpady z potravin. výroby Odpady z dřevař. provozů Lesní odpad Získané produkty
Chem. procesy - mokré Alkoholové Metanové kvašení kvašení (fermentace)
Přímé spalování
Fyz.-chem. Zpracování1
Zplyňování
Pyrolýza
***
***
*
*
***
*
**
**
**
*
*
*
***
*
*
*
***
***
**
**
***
***
** (oleje)
***
***
**
**
***
**
** Pevné palivo, dehtový olej, plyn
Teplo vázané na nosič
Olej, metylester (bionafta)
**
Hořlavý plyn
Etanol, metanol
Metan (bioplyn)
Legenda (dle aplikace technologie v praxi) * technicky zvládnutelná technologie, avšak v praxi zatím nepoužívaná ** vhodné jen pro určité technicko-ekonomické podmínky *** často používaná technologie 1
Fyzikální a chemická přeměna biomasy (mechanicky – štípání, drcení, lisování, peletování; chemicky – esterifikace surových olejů) Výběr nejvhodnější technologie závisí především na její dostupnosti, ceně, spolehlivosti, efektivitě, vlivu na ţivotní prostředí a dalších kritériích. (tým ENVIROS, 2006) Biomasu lze zpracovávat také za účelem získání odpadního tepla, a to zejména v procesech:
kompostování
aerobní čištění odpadních vod
anaerobní fermentace pevných organických odpadů. (Mastný, 2009)
16
Konverze (přeměna) biomasy na uţitnou energii (Obr. 2) se dá shrnout do tří základních kroků:
ZDROJE
VÝSLEDNÉ VYUŢITÍ
KONVERZE
Obr. 2 Konverze biomasy na užitnou energii (LEMISPED CB, 2008)
3.6 Energetický potenciál biomasy Česká republika patří dle různých analýz mezi země s poměrně vysokým potenciálem biomasy (Tab. 2). Současný podíl v energetické bilanci – v roce 2009 měla pouze biomasa (včetně bioplynu, BRKO a biopaliv) cca 5,17% podíl na spotřebě PEZ. Tento má navíc rostoucí tendenci. V posledních cca patnácti letech byla zpracována řada studií a analýz, zpracovaných různými domácími i zahraničními autory, s cílem vyhodnotit potenciál biomasy v ČR. Závěry těchto studií se značně liší, mnohdy protiřečí účelu, pro který byly zpracovány a vzhledem k tomu, ţe jsou zaloţeny na různých metodických přístupech a jejich výstupy jsou různě strukturovány, výsledky jsou vzájemně srovnatelné jen
17
velmi obtíţně. Jednoznačným závěrem těchto analýz ale je, ţe ČR patří mezi země s relativně vysokým potenciálem biomasy jako OZE. Podle údajů sdruţení CZ BIOM se dostupný potenciál biomasy a bioplynu pohybuje ve výši asi 134 PJ ročně, coţ představuje asi 7,54 % současné spotřeby PEZ v ČR. Významný podíl na celkovém potenciálu biomasy nesou energetické rostliny a plodiny. (tým ENVIROS, 2006) Tab. 2 Dostupný potenciál využití biomasy v ČR (sdruţení CZ BIOM) Druh biomasy Dřevo, dřevní odpad Sláma obilnin a olejnin Energetické rostliny Bioplyn Celkem 3.6.1
Energie celkem % PJ 24 33,1 11,7 15,7 47,1 63 16,3 21,8 100 133,6
z toho teplo PJ 25,2 11,9 47,7 15,6 100,4
a elektřina GWh1) 427 224 945 535 2 231
Energetické vyuţití biomasy v České republice v období 2004 - 2009
Podíl biomasy na spotřebě PEZ (Tab. 3) zaznamenává rostoucí tendenci. Celkový nárůst oproti roku 2004 představoval v roce 2009 rozdíl 2,68 %. Za rostoucí tendenci zodpovídá především pevná biomasa vyuţívaná v domácnostech. S ohledem na dostupný energetický potenciál biomasy a bioplynu stanoveného dle sdruţení CZ BIOM, má Česká republika ještě rezervu, cca 2,5 %.
1)
GWh není jednotkou SI. Jednotka výkonu podle soustavy SI je joule za sekundu. Součinem výkonu a času získáme uvedenou jednotku uţívanou v praxi. 1 GWh = (1.109 W) × (3 600 s) = 3,6.1012 J. 18
Tab. 3 Celková energie z obnovitelných zdrojů energie (BIOMASA) v GJ – časová řada 2004 – 2009 (statistiky MPO) Druh biomasy
2004
Biomasa (mimo 22 594 784 domácnosti) Biomasa (domácnosti) 36 755 715 Bioplyn 2 102 447 Biologicky rozloţitelná 2 505 266 část TKO Biologicky rozloţitelná 730 743 část PRO a ATP Kapalná biopaliva 1 313 014 Celkem 66 001 969
Druh biomasy
2007
Biomasa (mimo 27 999 268 domácnosti) Biomasa (domácnosti) 46 606 334 Bioplyn 3 188 631 Biologicky rozloţitelná 2 459 362 část TKO Biologicky rozloţitelná 1 101 228 část PRO a ATP Kapalná biopaliva 1 371 950 Celkem 82 726 773
3.6.2
Obnovitelná energie GJ, podíl na PEZ % Podíl na Podíl na Podíl na 2005 2006 PEZ PEZ PEZ 1,17
24 040 367
1,94
25 529 896
1,34
1,01 0,11
37 078 678 2 335 388
1,26 0,12
40 138 138 2 655 572
2,11 0,14
0,13
2 346 380
0,12
2 241 348
0,12
n/a
1 022 403
0,05
941 509
0,02
0,07 2,49
117 570 66 940 786
0,01 3,5
798 606 72 305 069
0,04 3,77
Obnovitelná energie GJ, podíl na PEZ % Podíl na Podíl na Podíl na 2008 2009 PEZ PEZ PEZ 1,47
29 253 354
1,55
31 912 168
1,8
2,44 0,17
44 165 424 3 762 370
2,34 0,2
43 488 936 5 444 215
2,45 0,31
0,13
2 402 866
0,13
2 229 590
0,13
0,03
1 100 224
0,03
1 128 047
0,06
0,07 4,31
4 636 139 85 320 377
0,25 4,5
7 385 661 91 588 617
0,42 5,17
Indikativní cíl České republiky ve výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů energie
Indikativní cíle podílu OZE pro jednotlivé členské státy vychází ze směrnice 2001/77/EC o podpoře elektřiny z OZE na vnitřním trhu s elektřinou EU. Jsou definovány jako procentuální podíly výroby elektřiny na hrubé domácí spotřebě elektřiny v jednotlivém členském státě. Směrnice současně definuje celkový cíl pro Evropské společenství ve výši 22,1 %. Směrnice zavazuje členské státy přijmout opatření a programy podpory vedoucí ke zvyšování výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Jaké konkrétní formy opatření budou pouţity je na rozhodnutí jednotlivých států, musí ale být v souladu s pravidly pro vnitřní trh s elektrickou energií a úměrné indikativním cílům, aby vedly k jejich splnění v roce 2010. 19
Česká republika se v přístupové smlouvě (Akt o přistoupení v příloze č. II, kapitole 12, A bod 8a) zavázala ke splnění indikativního cíle ve výši 8% podílu výroby elektřiny z OZE na hrubé domácí spotřebě v ČR v roce 2010. Indikativní cíl pro Českou republiku je ve srovnání s EU hluboko pod průměrem. Indikativní cíl je součástí zákona č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie ve znění pozdějších předpisům, kterým byla uvedená směrnice implementována do českého práva. (MPO, 2010)
Obr. 3 Indikativní cíle podílu elektřiny z OZE v roce 2010 a stav jejich plnění (Eurostat) V porovnání s ostatními státy (Obr. 3), zejména se státy s podobnými klimatickými podmínkami, je zřejmé, ţe ze strany EU zvítězila spíše ochota rozšiřovat, neţ snaha vnutit České republice cíl, který by odpovídal našim reálným moţnostem. Indikativní cíl pro rok 2010 je zařazen mezi nejniţší v rámci EU. Směrnice 2001/77/EC byla nahrazena novou směrnicí 2009/28/EC, která zahrnuje podporu výroby elektřiny i podporu výroby tepla. Směrnice téţ rozděluje celoevropský závazek 20% podílu OZE na hrubé konečné spotřebě energie v roce 2020 mezi jednotlivé státy EU. Ve srovnání s předchozí směrnicí jsou cíle pro jednotlivé státy závazné. Zástupcům České republiky se podařilo vyjednat velmi nízký cíl, 13 %. Za Českou republikou jsou dle (Obr. 4) jen dva státy s niţšími závaznými cíli. (Bechník, 2010)
20
Obr. 4 Závazné cíle podílu energie z OZE v roce 2020 a stav jejich plnění (Eurostat) 3.6.3
Vývoj podílu jednotlivých druhů obnovitelných zdrojů na výrobě tzv. „zelené elektřiny“ v posledních 5 letech
Následující graf představuje podíl jednotlivých druhů OZE na výrobě tzv. „zelené elektrické energie“ v období roku 2005 - 2009. Z grafu na (Obr. 5) je zřejmý sniţující se podíl vodních elektráren na výrobě „zelené elektřiny“ převáţně ve prospěch biomasy, bioplynu a větrných elektráren. Také výroba elektřiny z fotovoltaiky zaznamenala v uplynulých dvou letech významný rozvoj, díky výhodným výkupním cenám nastavených Energetickým regulačním úřadem.
21
70 60 50
[%]
Podíl jednotlivých druhů obnovitelných zdrojů na výrobě "zelené elektřiny" v letech 2005 2009
80
40
30 20 10 0
2005
2006
2007
2008
2009
Vodní elektrárny
75,95
72,49
61,24
54,26
52,19
Biomasa celkem
17,88
20,78
28,37
31,37
30
Bioplyn celkem
5,13
5
6,31
7,15
9,48
Tuhé komunální odpady (BRKO)
0,34
0,32
0,35
0,31
0,23
Větrné elektrárny
0,68
1,4
3,67
6,56
6,19
Fotovoltaické sytémy (licencované)
0,01
0,02
0,06
0,35
1,91
Obr. 5 Podíl jednotlivých druhů obnovitelných zdrojů energie na výrobě tzv. „zelené elektrické energie“ v období 2005 – 2009 (statistky MPO) 3.6.4
Výsledky České republiky při výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů energie
V roce 2009 představovala výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů v období od ledna do srpna 3 207 GWh, coţ odpovídalo cca 7,2 % hrubé spotřeby elektřiny v České republice v uvedeném období (Tab. 4). Celkově za rok 2009 dosáhla elektřina z OZE podílu 6,8 % na hrubé spotřebě elektřiny. V roce 2010 se od ledna do srpna výroba elektřiny z OZE zvýšila na 3 973 GWh, tj. o 23,9 %. Největší podíl na tomto přírůstku nesou fotovoltaické elektrárny (365 GWh, téměř polovina uvedeného přírůstku, přesněji 11,4 %), z ostatních OZE se výrazněji zvýšila výroba elektřiny ve vodních elektrárnách (180 GWh, 5,6 %) a v bioplynových stanicích (133 GWh, 4,2 %). Koncem roku 2010 se výroba energie z OZE zvýšila na 4 435 GWh, tím se Česká republika dostala na hodnotu 8,51 % podílu energie z OZE na hrubé spotřebě a závazku 8 % dosáhla. Hodnota 8,51 % ale není konečná, neboť nejsou známy konečné hodnoty energií za úplný rok 2010. (Bechník, 2010) 22
Tab. 4 Vývoj podílu elektřiny z OZE v ČR (ERU)
čistá tuzemská spotřeba elektřiny hrubá tuzemská spotřeba elektřiny výroba elektřiny z OZE podíl OZE na čisté spotřebě podíl OZE na hrubé spotřebě
I…VIII 2009
Období I…XII I…VIII 2009 2010
I…IX 2010
GWh
37 371
57 112
38 971
43 541
GWh
44 803
68 606
46 643
52 130
GWh
3 207
4 661
3 973
4 435
%
8,58
8,2
10,19
10,19
%
7,16
6,8
8,52
8,51
jednotka
3.7 Souhrn právních předpisů energetiky obnovitelných zdrojů energie Směrnice 2009/28/ES o podpoře vyuţívání energie z obnovitelných zdrojů Směrnice stanovuje společný rámec pro podporu energie z obnovitelných zdrojů. Stanovuje závazné národní cíle, pokud se jedná o celkový podíl energie z obnovitelných zdrojů na hrubé konečné spotřebě energie a podíl energie z obnovitelných zdrojů v dopravě. Směrnice dále stanovuje pravidla týkající se statistických převodů mezi členskými státy, společných projektů členských států a členských států třetích zemí, záruk původu, správních postupů, informování a vzdělávání a přístupu energie z obnovitelných zdrojů k distribuční soustavě. Stanovuje taktéţ kritéria udrţitelnosti pro biopaliva a biokapaliny. Národní akční plán České republiky pro energii z obnovitelných zdrojů Národní akční plán stanovuje národní cíle členských států pro podíly energie z obnovitelných zdrojů v dopravě a při výrobě elektřiny, vytápění a chlazení v roce 2020.
23
Zákon o hospodaření energií (zákon č. 406/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů) Účelem tohoto zákona je zvýšit energetickou účinnost při výrobě, přenosu, přepravě, distribuci, rozvodu, spotřebě energie a uskladňování plynu včetně souvisejících činností. K tomu zákon stanovuje povinnosti fyzických a právnických osob při nakládání s energií, při provádění energetických auditů a dále pravidla pro tvorbu Státní energetické koncepce, územních energetických koncepcí a Národního programu hospodárného nakládání s energií a vyuţívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů. Zákon zároveň stanovuje povinnosti při kombinované výrobě elektřiny a tepla, při štítkování spotřebičů a povinnosti stavebníků a vlastníků budov při hospodaření s energií, povinnosti organizačních sloţek státu, krajů, obcí, příspěvkových organizací, osob provozujících budovy pro účely školství, zdravotnictví, kultury, obchodu, sportu, ubytovacích a stravovacích sluţeb, zákaznických středisek odvětví
vodního
hospodářství, energetiky, dopravy a telekomunikací a veřejné správy. Zákon o podpoře vyuţívání obnovitelných zdrojů energie (zákon č. 180/2005 Sb. ve znění pozdějších předpisů) Cílem zákona je podpora vyuţití obnovitelných zdrojů energie (energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu). Účelem je také trvalé zvyšování podílu obnovitelných zdrojů na spotřebě primárních energetických zdrojů, šetrné vyuţívání přírodních zdrojů a naplnění indikativního cíle podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny v České republice ve výši 8 % k roku 2010. Podpora se vztahuje na výrobu elektrické energie z obnovitelných zdrojů vyrobenou v zařízeních na území České republiky vyuţívajících obnovitelné zdroje a je stanovena odlišně podle druhu obnovitelného zdroje, velikosti instalovaného výkonu výrobny i např. podle parametrů biomasy. Podpora se vztahuje i na výrobu elektrické energie z důlního plynu z uzavřených dolů. Zákon upravuje práva a povinnosti subjektů na trhu s elektrickou energií z obnovitelných zdrojů, podmínky podpory, výkupu a evidence výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, stanovuje výše cen za elektřinu z obnovitelných zdrojů samostatně pro jednotlivé druhy obnovitelných zdrojů a zelených bonusů, způsob 24
pravidelného vyhodnocování podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny za minulý kalendářní rok a propočet očekávaných dopadů podpory na celkovou cenu elektrické energie pro koncové zákazníky v nadcházejícím kalendářním roce. Dále zákon stanovuje provádění kontrol prostřednictvím Státní energetické inspekce a výši jednotlivých pokut za správní delikty. (MPO, 2010)
3.8 Akční plán pro biomasu Akční plán se zabývá energetickým vyuţitím biomasy, ale zohledňuje také ostatní způsoby vyuţití biomasy a to tak, ţe potenciál energetického vyuţití biomasy je stanovován aţ na základě vyhodnocení stávajícího vyuţití biomasy a jeho trendů. Cílem je usměrnit a upravit stávající opatření tak, aby se v průběhu tří let 2009 - 2011 zefektivnily přístupy k vyuţívání biomasy a v absolutní hodnotě zvýšilo její vyuţití, čemuţ by měla pomoci realizace opatření navrhovaných v rámci AP. Hlavním podnětem návrhu aktivit v rámci realizace Akčního plánu pro biomasu je skutečnost, ţe rozvoj obnovitelných zdrojů energie stále nezaznamenal reálný rozvoj a udrţitelné vyuţívání biomasy pro výrobu elektřiny a tepla z OZE neroste ţádoucím a poţadovaným tempem, zatímco potřeba energie se zvyšuje a s ní i ochota k investicím do obnovitelných zdrojů energie
a do udrţitelných zemědělských činností
a energetických systémů. Tato skutečnost je obzvláště zřetelná v oblasti energetického vyuţívání biomasy a bioplynu, v níţ je současně ukryt největší a relativně rychle mobilizovatelný potenciál stabilních dodávek energie z OZE. Navrhovaná opatření v rámci realizace AP by měly zajistit efektivní přístupy k vyuţívání biomasy a v absolutní hodnotě zvýšit její vyuţití. Společným cílem by měla být snaha o dosaţení maximálního energetického efektu při vyuţívání biomasy a optimalizaci nákladů na získání této energie a identifikace aktuálních zábran brzdících rozvoji tohoto odvětví. Navrţená opatření vyplývají z dvouleté spolupráce zainteresovaných organizací a odborných pracovišť při přípravě Akčního plánu pro biomasu a několika připomínkových řízení a veřejných projednávání. Reagují přímo i nepřímo na aktuální stav a zábrany a navrhují zlepšení, která mají za cíl zefektivnit a posílit rozvoj vyuţívání OZE biomasy v podmínkách ČR a okrajově se dotýkají i dalších oborů, např. ekologického zemědělství, recyklace ţivin, potravinové a ţivočišné výroby a dalších relevantních témat ve vztahu k vyuţívání biomasy a zemědělské činnosti obecně. 25
Vzhledem k tomu, ţe biomasa tvoří v současné době přibliţně polovinu obnovitelné energie vyuţívané v EU, představuje AP významnou sloţku z hlediska naplňování cílů vyuţívání obnovitelných zdrojů energie a stanoví opatření ke zvýšení rozvoje energie z lesní biomasy, odpadů a zemědělských plodin vytvořením trţně orientovaných pobídek zaměřených na její vyuţití a odstranění překáţek rozvoje trhu. Dalším důvodem zpracování Akčního plánu pro biomasu je systematické sjednocení názoru na budoucí vyuţívání omezeného mnoţství biomasy v ČR. A to s ohledem na vzájemnou koordinaci rozdílných strategií a plánů v jednotlivých sektorech, zejména v sektoru kapalných biopaliv, energetického vyuţívání biomasy spalováním a v dalších sektorech vyuţívání biomasy, při zohlednění potravinové bezpečnosti a principů udrţitelného rozvoje. Akční plán je připraven jako podklad pro rozhodování v krátkém časovém období a současně si pro toto období stanovuje úkoly slouţící k nalezení řešení zásadních problémů pro další vývoj v oblasti vyuţívání biomasy:
jakým směrem se má ČR ubírat ve vyuţívání biomasy
jak má být koncipován rozvoj fytoenergetiky v rámci podpůrných programů Ministerstva zemědělství. (CZ Biom, 2009)
3.9 Bioodpad – bioplyn – energie V současné době nastává velký rozvoj produkce a vyuţívání bioplynu na celém světě, a to především pro kogenerační výrobu elektrického proudu a tepla, a tento způsob získávání obnovitelné energie je povaţován za aktivní ochranu klimatu a za technologii trvale udrţitelného ţivota na naší planetě. 3.9.1
Biochemická přeměna biomasy – anaerobní fermentace
Anaerobní fermentace (anaerobní digesce, anaerobní stabilizace či anaerobní vyhnívání) je řízený proces rozkladu organických látek, které zahrnují biologicky rozloţitelné sloţky komunálního odpadu, sloţky zvířecích exkrementů, organické kaly z čistíren odpadních vod a jiné vhodné biomasy bez přístupu vzduchu, jehoţ koncovými produkty jsou bioplyn a nerozloţený zbytek, tzv. digestát. Anaerobní rozklad organických látek probíhá v několika fázích. V první fázi, hydrolýze, jsou rozkládány cukry, tuky a bílkoviny na nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě pomocí hydrolytických enzymů produkovaných fermentačními bakteriemi. 26
V další fázi, acidogenezi, vznikají zejména organické kyseliny, popř. alkoholy. V třetí etapě, tzv. acetogenezi, probíhá oxidace organických kyselin a alkoholů na vodík, oxid uhličitý a kyselinu octovou. Nejvýznamnější je poslední fáze metanogeneze, ve které acetotrofní metanující bakterie rozkládají kyselinu octovou na metan a oxid uhličitý a hydrotrofní metanogenní bakterie produkují metan z vodíku a oxidu uhličitého. V popsaném fermentačním řetězci se fermentační produkt mikroorganismů z předcházející fáze stává substrátem pro mikroorganismy v následující fázi. Optimální ţivotní podmínky pro jednotlivé skupiny mikroorganismů v daných fázích (pH, nutrienty, teplota, toxické látky) jsou značně odlišné a odlišná je i jejich generační doba. Nejnáročnější mikroorganizmy představuje skupina metanogenních organizmů. (Váňa, 2009) 3.9.1.1 Bioplyn Bioplyn je směs plynů tvořená z 50 – 80 % hořlavým metanem, z 20 – 40 % oxidem uhličitým. Zbylé 1 – 3 % tvoří další plyny jako je dusík, sirovodík a vzácné plyny. Výhřevnost bioplynu závisí na obsahu metanu, pohybuje se obvykle mezi 20 - 24 MJ/m3. 3.9.1.2 Zbytek hmoty po fermentaci Odstředěním zbytku hmoty po fermentaci, digestátu, lze získat tuhou sloţku (separát) a tekutou sloţku (fugát). Oproti původní biomase má digestát výrazně lepší vlastnosti a představuje výborné hnojivo. Jsou v něm zachovány hlavní ţiviny a humusotvorné komponenty. Výhodou je, ţe neobsahuje patogenní zárodky a semena plevelů. (tým ENVIROS, 2006) 3.9.2
Zdroje biomasy pro anaerobní digesci
Pro výrobu bioplynu lze pouţít odpady z ţivočišné i rostlinné výroby, jakoţto zbytkové biomasy vznikající v zemědělství. Největší objem vyuţití představuje kejda (tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat promísené s vodou), případně i slamnatý hnůj. Dále se jedná o zbytky z rostlinné výroby, pro které není další uplatnění, případně o cíleně pěstovanou nepotravinářskou produkci (zelená biomasa). Při vyuţití zelené biomasy pro výrobu bioplynu jsou vhodné rostliny duţnaté, špatně vysychající, 27
s vyšším obsahem dusíku. Jsou to především víceleté pícniny, kukuřice, řepka a slunečnice, z vytrvalých energetických rostlin je potom moţno vyuţít např. Muţák prorostlý (Silphium perfoliatum). Zajímavé moţnosti nabízí travní fytomasa z dotačně udrţované zatravněné půdy, která musí být pravidelně zatravňována. (tým ENVIROS, 2006) Významný zdroj zbytkové biomasy představuje komunální sféra. Biologický odpad tvoří cca 40% podíl komunálního odpadu. Důleţitým zdrojem biomasy jsou také odpady z údrţby zeleně a kaly z čistíren odpadních vod bez vlastního kalového hospodářství. Pro anaerobní fermentaci lze vyuţít i odpadů vznikajících v průmyslu, zejména potravinářském. Nezanedbatelný zdroj odpadní biomasy tvoří kuchyňské odpady ze stravovacích zařízení, včetně kuchyňských lapolů a pouţitých fritovacích olejů. (Muţík & Slejška, 2003) Biomasa pro výrobu bioplynu je vhodná jak čerstvá, tak i siláţovaná nebo senáţovaná, případně i sušená. Zelenou rostlinnou biomasu je vhodné míchat se zvířecími fekáliemi (hnojem, kejdou) a s dalšími biologicky rozloţitelnými odpady (odpady z jídelen, separovaný domovní odpad, tukové odpady apod.) pro zlepšení procesu fermentace a zvýšení výtěţnosti bioplynu. (tým ENVIROS, 2006) 3.9.3
Vyuţití bioplynu jako produktu anaerobní fermentace
Existují čtyři základní způsoby, kterými je moţné energeticky zuţitkovat bioplyn. Tyto způsoby demonstruje následující obrázek.
Obr. 6 Způsoby energetického zužitkování bioplynu (IEA Bioenergy) 28
Nejjednodušší způsob vyuţití bioplynu je jeho přímé spálení pro výrobu tepla. Účelnějším vyuţitím je výroba elektrické energie v kombinaci s teplem, tzv. kogenerace. Vhodným a u nás nedoceněným způsobem vyuţití bioplynu je jeho vyuţití pro výrobu pohonných hmot pro motorová vozidla. Toto vyuţití vyţaduje vyčištění bioplynu na 98% metan, tzv. biometan, a jeho stlačení na 20 MPa (200 atmosfér). 3.9.3.1 Kogenerace Kogenerace je nejčastějším způsobem vyuţití bioplynu na území České republiky. Uvádí se celková účinnost přeměny energie obsaţené v bioplynu 85 % (35 % elektrická a 50 % tepelná).Výroba elektrické energie z bioplynu v kogeneraci s teplem je v České republice podporována podle zákona č. 180/2005 Sb., ve znění pozdějších předpisů garantovanými výkupními cenami a zelenými bonusy pro výkup elektrické energie. Bioplyn je spalován v pístovém spalovacím motoru, který roztáčí generátor elektrické energie. Olej motoru a výfukové plyny jsou ochlazovány a získané teplo můţe být dále vyuţito například k vytápění rodinných domků nebo průmyslových provozů. (Novotný, 2009) 3.9.4
Vyuţití zbytku hmoty po fermentaci
Zbytek hmoty po fermentaci (digestát) má oproti původní biomase výrazně lepší vlastnosti, které závisí především na druhu zpracovávaných materiálů, méně pak na technologickém procesu. Nejjednodušší způsob vyuţití substrátu s vysokým hnojivým účinkem je přímá aplikace na zemědělskou půdu, která musí probíhat v souladu s poţadavky uvedenými v zákoně č. 156/1998 Sb., o hnojivech, ve znění pozdějších předpisů a ve znění vyhlášek č. 474/2000 Sb., č.401/2004 Sb. a č. 209/2005 Sb. Ve srovnání s přímou aplikací surového materiálu (např. prasečí kejdy) má anaerobně zfermentovaný substrát řadu výhod:
substrát je biologicky stabilizovaný a homogenizovaný,
zvýšení vyuţitelnosti ţivin a sníţení jejich vybavitelnosti,
sníţení obsahu patogenů a semen plevelů,
sníţení zápachu,
pokles emisí skleníkových plynů. 29
Další moţností je následná separace tuhé frakce ze substrátu lisováním (kalolis), sedimentací či odstřeďováním (odstředivka), za účelem jejího následného zhodnocení. Tuhá frakce s vysokým obsahem organické hmoty se smí kompostovat, za účelem získání kvalitního statkového hnojiva, nebo dalším dosušováním a lisováním do podoby briket či pelet s přídavným materiálem (dřevní štěpka, sláma) přeměnit na biopalivo. Zbylá tekutá frakce s vyšším obsahem ţivin (dusíku, fosforu a síry) můţe být také aplikována na pole jako hnojivo. (Muţík & Slejška, 2003) 3.9.5
Zařízení na výrobu bioplynu
Pro zařízení na výrobu bioplynu se nejčastěji uţívá název bioplynová stanice. Obecně lze rozdělit BPS podle zpracovávaného substrátu na:
zemědělské (statková hnojiva a zemědělská biomasa),
čistírenské (kaly z ČOV),
ostatní – zpracovávající bioodpady a vedlejší ţivočišné produkty (VŢP) podle nařízení EP a Rady (ES) č. 1774/2002, případně zpracovávající biosloţku mechanicky vytříděnou ze směsného komunálního odpadu.
(Váňa, 2009)
3.10 Geografický informační systém Pojem geografický informační systém (z angl. Geographical Information System, zkráceně GIS) je pouţíván pro označení počítačových systémů zaměřených na zpracování geodat, prezentovaných především v podobě různých map. Výhodou GIS v porovnání s analogovými mapami je, ţe důsledně oddělují obě funkce map, tj. ukládání geodat a jejich prezentaci a přidávají ještě další moţnosti, jako například prostorové analýzy geodat. Stejná geodeta mohou být snadno aktualizována, analyzována a prezentována různými způsoby a tímto je moţno uspokojit celou řadu poţadavků uţivatelů při mnohem menší potřebě kompromisů.
30
3.10.1 Definice pojmu geografický informační systém Pojem GIS zavedl v roce 1963 kanaďan R. F. Tomlinsen a označil tak nové technologie pracující s daty a podávajícími informaci o terénu pomocí výpočetní techniky. Definovat pojem GIS je v současné době téměř nemoţné díky dynamickému rozvoji, kterým tato technologie prochází. Jedna z nejčastějších definic tohoto pojmu zní následovně: „Geografický informační systém je organizovaný souhrn počítačové techniky, programového vybavení, geografických dat a zaměstnanců navržený tak, aby mohl efektivně získávat, ukládat, analyzovat, přenášet a zobrazovat všechny druhy geograficky vztažených informací“. GIS představuje jakýsi komplexní informační systém zaznamenávající údaje o daném objektu i jeho poloze a dokáţe s těmito informacemi efektivně pracovat. (Pechanec, 2006) 3.10.2 Nejdůleţitější mezníky vývoje Počítačové GIS se začaly pouţívat v 60. letech, přičemţ jejich manuální vzory se objevily jiţ o sto let dříve. Geografické informační systémy se u nás poprvé v hojné míře objevují na počátku 90. let, kdy nastala potřeba vybavit oddělení ţivotního prostředí všech okresních úřadů geografickými informačními systémy, konkrétně pak programovým vybavením ARC/INFO. Od této doby se u nás tato geoinformační technologie neustále rozšiřuje, stala se nepostradatelnou součástí nejednoho úřadu veřejné zprávy (a nejen tam), kde si jiţ neumí bez geografických informačních systémů svou práci představit. Obecné povědomí o geografických informačních systémech a moţnostech jejich vyuţití jiţ existuje, přesto se vyskytují velké nedostatky v oblasti tvorby aplikací těchto geoinformačních systémů. GIS však stále není vnímán jako plnohodnotná investice, kterou by bylo nezbytné plánovat, zdůvodňovat, řídit a udrţovat. (Rapant, 2005) Historii GIS je moţné rozdělit do pěti fází: První fáze, nazývaná téţ pionýrská, trvá v období od 60. let přibliţně do roku 1975. V tomto období je znát mimořádný vliv jednotlivých průkopnických osobností a institucí, zvláště pak univerzit na dosaţené výsledky, důraz je kladen na digitální kartografii.
31
V druhé fázi, přibliţně od roku 1973 do počátku 80. let, dochází ke sjednocení pokusů a činností agenturami a institucemi na lokální úrovni. V třetí fázi, od roku 1982 do konce 80. let, dominuje komercionalizace problematiky běţně dostupné softwarové systémy pro GIS (ESRI, Intergraph, …), první systémy zaloţené na CAD (systémy před tím měly minimální grafické moţnosti). Ve čtvrté fázi (90. léta) převaţuje přístup uţivatelský, soutěţ mezi prodejci (producenty), začínající pokusy o standardizaci, resp. budování otevřených systémů. Důraz je kladen na uţivatelské chápání GIS a jeho pouţití. Současnost se zaměřuje na vývoj objektově orientovaných systémů, masivní propojení s databázemi, vzdálený přístup přes Internet/Intranet nebo mobilní GIS. Technologie GIS je výsledkem paralelního
vývoje
v mnoha oblastech,
ale i nezávislých výsledků některých disciplín. V 50. a 60. letech ovlivnily vznik GIS tři hlavní geograficky orientované oblasti:
Geografické kreslící (zobrazovací) systémy a rozvoj metod zobrazování tohoto typu údajů.
Analyticky orientované systémy (nástroje prostorových analýz).
Systémy pro statistické (databázové) zpracování údajů.
Následný rozvoj GIS pak ovlivňovaly zejména tyto procesy:
Iniciativa prodejců softwarových produktů.
Pokrok v teorii strukturování a analýz údajů, zvláště na univerzitách.
Zavádění GIS do činnosti státní správy, soukromých společností.
(Tuček, 1999) 3.10.3 Struktura aplikace geografického informačního systému Jak vyplývá z výše uvedené definice, lze v rámci aplikace geografického informačního systému vyčlenit sedm základních sloţek (Obr. 7):
Technické prostředky (tzv. Hardware) – počítače, počítačové sítě, vstupní a výstupní zařízení (geodetické přístroje, GPS – pozemní i kosmický segment, digitizéry, plottery, scannery, …).
32
Programové
prostředky (tzv.
Software)
–
vlastní
SW
pro práci
s geografickými daty, tzv. geodaty, je často postaven modulárně. Základem tohoto systému je jádro, obsahující standardní funkce pro práci s geodaty, a programové nadstavby (moduly) pro specializované práce (zpracování fotogrammetrických snímků a snímků dálkového průzkumu Země, síťové, prostorové a statistické analýzy, 3D zobrazování, tvorba kartografických výstupů,…).
Geodata – nejdůleţitější část GIS (aţ 90 % finančních nákladů na provoz GIS tvoří prostředky na získávání a obnovu dat).
Postupy zpracování geodat, zaměřené na získání potřebných geoinformací.
Obsluha – programátoři, specialisté GIS (analytici).
Uţivatelé.
Organizační kontext.
Pro správnou funkci GIS je nutné tyto komponenty dobře vyváţit. Při podcenění některé z nich můţe ve výsledku způsobit značné finanční ztráty, případně i opuštění projektu. Určující sloţkou by měl být organizační kontext, definující mimo jiné i rozhraní mezi aplikací GIS a jejím vnějším prostředím, organizací a tím definuje, jaké poţadavky bude mít organizace na GIS. Na druhé straně také definuje, jaké podmínky musí organizace GIS zajistit, aby mohl tyto poţadavky uspokojovat. Této problematice by měla být věnována náleţitá pozornost, protoţe ač jsou všechny výše uvedené sloţky pro úspěšnou aplikaci GIS podstatné a ţádná z nich nesmí být podceněna, natoţ opomenuta, tak tato sloţka má výsadní postavení. Bez ujasnění si organizačního kontextu není moţno odpovědně přistoupit ke specifikaci zbývajících šesti sloţek.
33
Obr. 7 Struktura aplikace GIS (Rapant, 2005) 3.10.4 Funkční elementy geografického informačního systému
Vstup dat.
Zpracování a uchování dat.
Vykonávání analýz a syntéz s vyuţitím prostorových vztahů – jádro GIS, tedy to co nejvíce odlišuje GIS a jiné IS.
Prezentace výsledků (výstupy grafické – mapy, negrafické – zprávy, souhrnné tabulky).
Interakce s uţivatelem (desktop GIS, Web GIS).
Podle způsobu vyuţívání se liší i přístupy ke GIS jako systému – soustředí se hlavně na konkrétní funkční element.
Kartografický způsob – CAM (Computer Aided Mapping), CAC (Computer Aided Cartography) systémy – kladen důraz na prezentaci dat.
Databázový (evidenční) – LIS (Land Information System), MIS (Munincipal Information System), AM/FM (Automated Mapping/Facilities Management) klade důraz na zpracování a uchování dat. 34
Analytický (modelování) – důraz na analytické prostředky, vyuţíván především hydrology, meteorology, biology, geomorfology, geology, aj.
(Břehovský & Jedlička, 2005) 3.10.5 Oblasti aplikace geografických informačních systémů Geografické informační systémy nalézají postupně uplatnění v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. Jedná se především o tyto oblasti: maloobchod, inţenýrské sítě, ţivotní prostředí, veřejná správa, péče o zdraví obyvatelstva, doprava, aplikace ve finanční sféře, telekomunikace, správa zdrojů, územní plánování, správa daní, záchranné sluţby, archeologie, vojenství, svoz komunálního odpadu, geomarketing, socioekonomické analýzy, volnočasové aktivity. 3.10.5.1 Aplikace geografických informačních systémů v oblasti odpadového hospodářství Svoz komunálního odpadu Představuje poměrně perspektivní oblast, kde lze efektivně vyuţít geografických informačních systémů. GIS je moţné vyuţít ať uţ při shromaţďování potřebných podkladových dat, nebo pro záznam aktuálně získaných dat např. o mnoţství svezeného komunálního odpadu atd., plánování tras svozu odpadů a jejich sledování a vyhodnocování pomoci GPS. Nakládání s odpady a jednotlivými sloţkami odpadů V této oblasti je moţné systém aplikovat pro analýzu systému sběru a vyuţití jednotlivých komodit odpadů a jejich optimalizaci, tj. mapování mnoţství a sloţení jednotlivých komodit, vyhledání nejbliţší sběrné nádoby na komunální či tříděný odpad a sběrného střediska k poţadovanému místu, dále k monitorování skládek a jiných zařízení na třídění, vyuţívání nebo odstraňování odpadů.
35
Šíření znečištění Zde nalézá GIS velmi široké uplatnění, jedná se o analýzy zdrojů a modelování jejich znečištění. 3.10.6 Budoucnost geografických informačních systémů Geografický informační systém byl a v některých případech stále je chápán jako samostatná, nezávislá aplikace. V současnosti je nezbytné aplikaci GIS pojímat v širším kontextu globálního informačního sytému organizace, integrujícího různé účelové informační systémy. K integraci informačních systémů dnes dochází převáţně na úrovni společných databází, prostřednictvím kterých jsou data předávána mezi různými informačními systémy. V odborné veřejnosti se v současné době diskutuje i o obecnějších trendech pronikaní GIS přímo do tradičních IS, kdy GIS jiţ nepředstavuje samostatný specializovaný informační systém, ale stává se z praktického hlediska součástí jakéhokoliv informačního sytému na bázi moderních informačních technologií. Nástroje pro práci s geodaty se dnes objevují v databázových systémech. Průkopníkem v tomto směru je firma Oracle, ale i řada dalších. Z dosavadního vývoje můţeme očekávat, ţe práce s geodaty dostane brzy nový rozměr a zaznamená nárůst intenzity vyuţívání. (Rapant, 2005)
36
4
MATERIÁL A METODIKA PRÁCE
4.1 Pouţitý software Pro zpracování získaných dat byl pouţit Geografický informační systém ArcGIS 10.0 společnosti ESRI. Software ArcGIS 10.0 je tvořen třemi vzájemně propojenými aplikacemi: ArcMap – slouţí pro všechny mapově orientované úlohy, včetně kartografie, prostorových analýz a editace dat. Je to aplikace, která poskytuje kompletní soubor funkcí pro tvorbu mapového výstupu. Aplikace ArcMap poskytuje dva různé pohledy na mapu a to: zobrazení geografických dat, práce s datovými vrstvami, změna symboliky, analýza a kompilace datové sady GIS a zobrazení výkresu mapy – tvorba výsledných mapových kompozic (práce nejen s geografickými daty, ale i s dalšími mapovými prvky jako jsou legenda, měřítko, značka severu aj.). ArcCatalog – pomáhá organizovat a spravovat geodata, jako jsou např. mapové šablony, datové sady, modely, metadata a sluţby. Obsahuje nástroje pro prohlíţení a vyhledávání geografických informací, zaznamenávání, prohlíţení a správu metadat, definování, export a import schémat a návrhů geodatabáze. ArcToolbox – funkčně nezbytná aplikace, která obsahuje kompletní sadu funkcí pro zpracování prostorových dat včetně nástrojů pro správu a konverzi dat, vektorové i rastrové analýzy a statistické analýzy.
4.2 Zdroje dat Podkladovými materiály pro vytvoření databáze zpracovatelů organické hmoty s vyuţitím anaerobní technologie byly digitální vektorové geografické databáze (mapy) pro území České republiky, zpracované v měřítku 1:500 000 – tzv. ArcČR 500 verze 2.0a od společnosti ARCDATA Praha s.r.o. Výchozím souřadnicovým systémem ArcČR 500 je systém S-JTSK. Údaje o geografické poloze jednotlivých provozoven (BPS) a jejich vybraných informací (název, typ, adresa, kraj, kapacita, elektrický výkon, tepelný výkon, vstupní suroviny, stav, provozovatel, dodavatel, IČO, kontakt a internetový odkaz) byly získávány 37
především z internetových portálů: atlas zařízení vyuţívající obnovitelné zdroje energie - calla.cz, webový portál o zpracování bioodpadů BIODIS - bioodpady.ecomanag.cz, dále pak z databáze CZ BIOM – mapa bioplynových stanic a soupisu BPS Jihomoravského kraje k 1.12.2010 (KÚ). Geografická poloha jednotlivých zařízení (BPS) byla zjištěna na mapovém portálu mapy.cz, v souřadnicím WGS-84.
4.3 Mapa bioplynových stanic Na základě vytvořené databáze zpracovatelů organické hmoy v tabulkovém procesoru Microsoft Excel a podkladové mapy ČR byly vytvořeny 2 vrstvy bioplynových stanic. Mapová vrstva bioplynových stanic v provozu a vrstva bioplynových stanic ve fázi přípravy (ty, které byly v době získávání dat v jakékoli fázi přípravy). Vrstvy bioplynových stanic byly vytvořeny bodovou metodou, kdy kaţdé bioplynové stanici byl přiřazen bod na mapě o odpovídající souřadnici a barvě, příslušící do jedné ze dvou vrstev BPS. Souřadnice získané mapovým portálem mapy.cz (WGS-84) musely být převedeny do jednotnéhou souřadnicového sytému podkladové vrstvy, tedy S-JTSK. Souřadnicová data jednotlivých bioplynových stanic (pro obojí skupiny: provoz, příprava), obsaţená v tabulkové databázi, se pomocí ArcCatalogu načetly a přes nástroj create feature class from xy tabel vytvořily tzv. bodový shapefile dle našich zvolených parametrů. Důleţitým parametrem zde byl výběr X a Y souřadnic a volba souřadnicového systému daného bodového shapefilu.
38
Obr. 8 Vytvoření bodové vrsty (shapefilu) bioplynových stanic v aplikaci ArcCatalog 39
V příslušném adresáři aplikaci ArcCatalog byly vytvořeny bodové vrstvy – XY provoz (značící bioplynové stanice v provozu) a XY příprava (značící bioplynové stanice ve fázi přípravy) s příponou (*.shp). Jejich vykreslení do mapovém projektu aplikace ArcMap bylo uskutečněno transformací ze zdrojového adresáře aplikace ArcCatalog do nabídky vrstev aplikace ArcMap (Table of Contents), případně do prostředí vykreslování geografických dat (Data View).
Obr. 9 Vykreslení mapových (bodových) vrstev bioplynových stanic Mapový podklad ArcČR 500 (verze 2.0a) tvoří databázi souborů v podobě vrstev (shapefilů), vycházejících ze základního administrativního členění ČR podle oblastí, krajů, okresů, obcí s rozšířenou působností aj., tvořících její strukturu. V mapovém projektu byl vybrán jako podkladový materiál plošný (polygonový) shapefile – kraje (jednotlivé územně samosprávné jednotky České republiky) s údaji (atributy) o ploše, obvodu, počtu obyvatel a dalšími údaji vycházející z příslušné databáze ArcČR 500. Vrstva (shapefile) kraje byla načtena pomocí nástroje Add Data (přidat data) umístěného v nabídce panely nástrojů. Tímto postupem byl vytvořen mapový podklad obsahující Českou republiku, rozdělenou podle územních jednotek (krajů) s vyznačením všech zaţízení (provoz, příprava) na zpracování organického materiálu anaerobní technologií. Vytvořený mapový projekt je základem pro další operace (analýzy dat, grafické výstupy či výsledné mapy konkrétního poţadavku), které jsou podrobněji rozebrány v následující kapitole. 40
Obr. 10 Vykreslení mapové podkladové vrstvy (shapefilu) – kraje pomcí nástroje Add Data (přidat data)
________________________ Poznámka: V mapovém projektu jsou pouţívány jednotky mimo soustavu SI. Je to z důvodu jejich tradičního uţívání v běţném praktickém ţivotě a vhodnější vypovídací schopnosti. Konkrétně se jedná o jednotky hmotnosti: tuna (t), 1 t = 1.103 kg, času: rok, 1 rok = 3,15569.107 s, den, 1 den = 86 400 s, a jejich kombinací vyjadřující kapacitu zařízení (t/den, t/rok). 41
5
VÝSLEDKY PRÁCE
Hlavním cílem této práce je vytvořit databázi zpracovatelů organické hmoty se zaměřením na anaerobní technologii, tedy bioplynové stanice. Pomocí
geografického informačního systému
bioplynové
stanice
zaznačit
do mapového podkladu a potřebné informace o jednotlivých provozech, na základě dat obsaţených v atributových tabulkách zobrazit, případně vytvářet analýzy a grafické výstupy v podobě grafů či výsledných map konkrétních poţadavků.
5.1 Zadávání atributů geoobjektům (bioplynovým stanicím) Vytvořením mapového podkladu bioplynových zařízení, vyuţívajících organickou hmotu z bodového shapefilu, se automaticky vytvoří také databázový soubor (*.dbf), který obsahuje atributovou tabulku. Bez dalších dat uvedených v atributové tabulce, by slouţil mapový poklad pouze k zobrazovaní jednotlvých zařízení. Editace atributů příslušné vrstvy (bioplynové stanice v provozu, ve fázi přípravy) byla provedena v atributové tabulce (Table Of Contents → Open Atrribute Table → Table) ze získaných dat o provozech bioplynových stanic.
Obr. 11 Vyvolání atributové tabulky v aplikaci ArcMap 42
Údaje geoobjektům (BPS) přiřazujeme pomocí nabídky Table Options (v atributové tabulce) přidáním sloupce Add Field (kaţdému geoobjektu přísluší jeden řádek), ve kterém se volí název pole a typ atributu.
Obr. 12 Přidání datového sloupce v atributové tabulce Zadávání atributů probíhá v reţimu editace dané vrstvy (Editor → Start Editing).
Obr. 13 Editace atributů ve vybrané vrstvě.
43
Pro bioplynové stanice byly vytvořeny následující atributy: FID – pořadové číslo prvku (automaticky vytváří ArcMap) Shape* - typ vrstvy – bodová (automaticky vytváří ArcMap) ID – identifikační číslo prvku (automaticky vytváří ArcMap) Bioplynová – název bioplynové stanice souřadnice – Y souřadnice umístění BPS dle S-JTSK souřadni 1 – X souřadnice umístění BPS dle S-JTSK Typ – rozdělení BPS podle druhu zpracovávaného substrátu (suroviny/odpadů) Adresa – informace o umístění bioplynové stanice Kraj – název kraje, ve kterém se bioplynová stanice nachází Výkon kWel – celkový instalovaný elektrický výkon (kW) Výkon kWt – celkový instalovaný tepelný výkon (kW) Kapacita – maximální mnoţství zpracovávaných vstupních surovin za časové období (kg.den-1 , t.den-1, kg.rok-1, t.rok-1) Vstup sur – druh zpracovávaných vstupních surovin/odpadů v daném zařízení Stav – udává, zda je dané zařízení (BPS) v provozu, případně ve fázi přípravy Provozovat – název provozovatele bioplynové stanice IČO – identifikační číslo provozovatele zařízení Kontakt – telefonní číslo, případně e-mail na provozovatele Dodavatel – dodavatel zařízení bioplynové stanice Odkaz – webový odkaz na informace o bioplynové stanici
Obr. 14 Ukázka části obsahu atributové tabulky vrstvy „Bioplynové stanice v provozu“ 44
5.2 Zadávání hypertextových odkazů (hyperlinků) geoobjektům (bioplynovým stanicím) Údaje, které nelze zapsat do atributové tabulky, se propojí s geoobjekty pomocí nástroje Hyperlink (hypertextový odkaz). Jedná se o dodatečné informace, v uţivatelské praxi geoinformačních technologií často vyuţívané, které nelze kvůli své povaze zadat do atributové tabulky (obrázky, textové soubory, grafy aj.). Nástroj Hyperlink umoţňuje rovněţ propojení na webové odkazy. V mapovém projektu byly zařazeny propojení pomocí Hyperlinku s následujícími informacemi: Vyuţitá technologie bioplynového zařízení. Fotografie, (dle dispozice). Webový odkaz na jednotlivé provozy. Přidání propojení datového souboru/webového odkazu bylo provedeno pomocí nástroje Identify (Identifikovat prvky) a v jeho nabídce vybraném Add Hyperlink (přidat hypertextový odkaz) se zadáním konkrétního souboru/odkazu a jeho uloţení.
Obr. 15 Přidání propojení pomocí funkce Add Hyperlink dané BPS 45
5.3 Zobrazování výstupů mapového projektu Výsledné zobrazení mapového projektu bioplynových stanic v České republice si volí kaţdý uţivatel podle jeho konkrétních poţadavků. Výstupy proto mohou mít různou grafickou podobu: Editací symboliky vrstev (Symbol Selector), štítkováním prvků atributové tabulky (Label Features) dosáhneme následujícího výstupu:
Obr. 16 Ukázka mapového prostředí bioplynových stanic Výsledná mapa bioplynových stanic je uvedena v Příloze č. 1. Vyvolání údajů v atributové tabulce k jednotlivým geoobjektům se dosáhne pomocí nástroje Identify (Identifikovat prvek) nebo HTML Popup (Rozbalit nabídku prvku) a to kliknutím na příslušný prvek vrstvy (BPS, kraj), jak ukazuje následující obrázek.
Obr. 17 Klik na geoobjekt
46
Obr. 18 Vyvolání a zobrazení údajů z atributové tabulky nástrojem Identify
Obr. 19 Vyvolání a zobrazení údajů z atributové tabulky nástrojem HTML Popup
Vyvolání dodatečných informací (datové soubory, webové odkazy), přiřazených k jednotlivým geoobjektům pomocí Hyperlinku, bylo dosaţeno kliknutím stejnojmenného nástroje na prvek vrstvy (BPS).
47
Obr. 20 Vyvolání a zobrazení odkazů přiřazených objektu nástrojem Add Hyperlink
5.4 Analýza materiálových toků vybraného bioplynového zařízení Zvoleným bioplynovým zařízením byla zemědělská bioplynová stanice Mikulčice provozovatele ZP Mikulčice, a.s. ZP Mikulčice a.s. Obchodní jméno:
ZP Mikulčice a.s.
Sídlo:
Mikulčice 164, okres Hodonín, PSČ 696 19
Právní forma:
akciová společnost
Identifikační číslo:
25 57 33 06
Den vzniku:
27. srpna 1999
Počet zaměstnanců: 70 Předmět podnikání:
zemědělství, včetně prodeje nezpracovaných zemědělských výrobků za účelem zpracování nebo dalšího prodeje,
pronájem nemovitostí, bytových a nebytových prostor,
koupě zboţí za účelem jeho dalšího prodeje a prodej,
silniční motorová doprava nákladní,
silniční motorová doprava osobní, 48
výroba ovocných a zeleninových šťáv, nápojů, dření, protlaků (pyré), slazených a neslazených v rozsahu ţivnosti volné,
pronájem a půjčování movitých věcí,
provádění staveb, jejich změn a odstraňování,
zámečnictví,
truhlářství,
výroba nápojů,
nakládání s odpady (vyjma nebezpečných),
činnost technických poradců, vedení účetnictví, vedení daňové evidence,
poskytování sluţeb pro hospodaření v lesích a pro myslivost,
výkon práva myslivosti,
ZP Mikulčice, a.s. obhospodařuje dle evidence v LPIS 1535,13 ha 2) půdy. Velký podíl půdy představují sady 187 ha (převáţně jabloně, dále broskvoně, višně, švestky a meruňky) dále vinice 30 ha a zelenina 170 ha (převáţně rajčata a papriky). Ţivočišná výroba je zaměřena na chov skotu v počtu asi 230 ks (200 ks dojnic, 30 ks na výkrm). (Ministerstvo spravedlnosti ČR, 2011) Mapa
pozemků,
které
firma
ZP
Mikulčice
obhospodařuje,
je
uvedena
na následujícím obrázku.
ha není jednotkou SI. Jednotka plošného obsahu podle soustavy SI je metr čtvereční (m2). Převedením na SI jednotku dostaneme přepočtový vztah: 1 ha = 1.104 m2 . 2)
49
ZP Mikulčice, a.s.
Obr. 21 Mapa obhospodařovaných pozemků firmou ZP Mikulčice, a.s. Plochy pozemků a jejich označení vychází z referenčního registru půdy, tzv. LPIS. Kaţdý
pozemek, zvaný jako farmářský blok, představuje souvislou plochu zemědělské půdy s jednou
kulturou,
obhospodařovanou
jedním
uţivatelem,
v jednom
reţimu
obhospodařování. K základní jednotce farmářskému bloku se evidují údaje vázané k půdě. Údaje farmářského bloku obsahují informace jako: národní kód, uţivatel, výměra, kultura, účinnost od, reţim EZ, nadmořská výška, střední sklonitost aj. 50
Základním cílem LPIS je tedy umoţnit farmářům získávat v krátkém čase z LPIS kvalitní a srozumitelné údaje o jimi uţívaných blocích. LPIS je v podstatě geografický informační systém. (LPIS, 2004) Následující obrázek ukazuje prostředí veřejného registru půdy se zaměřením na oblast vyuţívání zemědělské půdy firmou ZP Mikulčice, a.s.
Obr. 22 Ukázka prostředí veřejného registru půdy tzv. LPIS LPIS nabízí uţivateli moţnost stáhnout si poţadované katastrální území se všemi vyuţitelnými údaji o jednotlivých půdních blocích a jejich zobrazení v jiném geografickém informačním systému, např. ArcView. Výsledný mapový projekt můţe mít podobu uvedenou v Příloze č. 2. V areálu firmy ZP Mikulčice, a.s. byla koncem roku 2009 zkolaudována bioplynová stanice zemědělského typu, zpracovávající výhradně vlastní zemědělské komodity – kukuřičná siláţ, chlévský hnůj, vepřová kejda, znehodnocené obilí atd. Výstupem je vyrobená elektřina, odpadní teplo a fugát jako nízkokoncentrované hnojivo (NPK). (Ministerstvo spravedlnosti ČR, 2011)
51
5.4.1
Bioplynová stanice Mikulčice
Výkon: 500 kW Start: 08/2009
Obr. 23 Bioplynová stanice Mikulčice Název projektu:
BPS Mikulčice
Základní údaje:
Provozovatel: ZP Mikulčice a.s., Mikulčice 164, 696 19 Mikulčice IČO: 255 733 06 Zahájení zemních prací: září 2008 Dosaţení plného výkonu: srpen 2009 Kolaudace: 2.6.2009 Celkový instalovaný elektrický výkon: 2 x 250 kW Celkový instalovaný tepelný výkon: 2 x 232 kW
Instalovaná technologie:
2 x 250 kW KJ H.J.Schnell 1 x fermentor 20/6 – 1 885 m3 1 x dofermentor 22/6 – 2 280 m3 1 x koncový sklad 24/6 – 2 713 m3
Vstupní suroviny:
hovězí kejda, hovězí hnůj, kukuřičná siláţ, obilí (zrno), čirok, čerstvá tráva Současný stav: provoz na uvedený výkon
(agriKomp Bohemia, 2010)
52
Tab. 5 Přehled materiálových toků vstupních surovin za kalendářní rok. Toky vstupních surovin v BPS Mikulčice měsíce
leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
obilí (zrno) [Mg3)]
kukuřičná siláţ [Mg]
Čirok, řízky [Mg]
hovězí hnůj [Mg]
hovězí kejda [m3]
15 9
192,7 151 58
703,7 664,6 789,1 507,7 414,4 74,4
75 410 465 501 752 751 591 530 586 526 405 421
6013
9,5 37 30 31 7
celkem/rok
138,5
271,2 465
226,5 519,3
16,5 99 355 749 789,5 839 615 667,3 865,4 1116,4 459,1 68
1682,8
3900
6639,2
109 172,4 207,5 56
čerstvá tráva [Mg]
45 225,4 128,1 121 187 217,6 109,5
1033,6
Čirok = 3 153,9 Mg Řízky = 745,8 Mg Bioplynová stanice zpracovává přibliţně 6 800 Mg rostlinné a 12 700 Mg ţivočišné hmoty. Rostlinná hmota je produkována na zemědělské půdě, která se nachází v obalové zóně ve vzdálenosti 3 km od areálu ZP Mikulčice, a.s., uvnitř kterého je umístěno i vlastní bioplynové zařízení. Výkaly hospodářských zvířat jsou dávkovány z jímky umístěné v blízkosti bioplynové stanice. Zobrazení obalové zóny obhospodařované zemědělské půdy je uvedeno v Příloze č. 3.
5.5 Analýza potenciálu vybraných sloţek biomasy pro anaerobní fermentaci Velký potenciál pro produkci bioplynu skýtají biologicky rozloţitelné odpady (nazývány téţ bioodpady či zbytková biomasa). Mezi hlavní producenty bioodpadů patří:
zemědělství - exkrementy hospodářských zvířat, zbytky rostlin,
Mg (megagram) je označení pro jednotku hmotnosti v soustavě SI. 1 Mg = 1.103 kg = 1.106 g. 3)
53
průmysl - potravinářský, ţivočišný, papírenský,
domácnosti - kuchyňský odpad, odpady ze zahrad.
Podstatná část těchto odpadů se v České republice ţádným způsobem energeticky nevyuţívá a často končí na skládkách. Odhad celkového mnoţství organického materiálu vhodného pro zpracování anaerobní fermentací ze zemědělství, komunální sféry a průmyslu uvádí (Tab. 6), kde teoretický potenciál odpovídá celkovému mnoţství produkované biomasy, dostupný potenciál technickému potenciálu, který je moţno vyuţít v současnosti dostupnými technickými prostředky a ekonomický potenciál je ta část dostupného potenciálu, kterou je moţno za současných podmínek (ekonomické, legislativní apod.) ekonomicky vyuţít. Ekonomický potenciál se pohybuje podle druhu zdroje biomasy v rozmezí asi 18 - 33 % dostupného potenciálu. Poloţka ţivočišný odpad v (Tab. 6) představuje exkrementy hospodářských zvířat, jejichţ mnoţství bylo odhadnuto z počtu chovaných zvířat v ČR, poloţka fytomasa odpovídá odpadní či cíleně pěstované fytomase, kterou představují povinně sklízené trvalé travní porosty a pěstované zemědělské plodiny s vysokým obsahem dusíkatých látek a třetí poloţka BRKO + BRPO odpovídá biologicky rozloţitelnému komunálnímu odpadu (BRKO) a biologicky rozloţitelnému průmyslovému odpadu (BRPO). (Muţík & Slejška, 2003) Tab. 6 Přehled potenciálu využití biomasy anaerobní fermentací v ČR Potenciál vyuţití biomasy
Teoretický potenciál Dostupný potenciál Ekonomický potenciál
Materiál [1.106 kg] Bioplyn [m3] Energie [1.1015 J] Materiál [1.106 kg] Bioplyn [m3] Energie [1.1015 J] Materiál [1.106 kg] Bioplyn [m3] Energie [1.1015 J]
Ţivočišný odpad
Fytomasa
BRKO + BRPO
Celkem
30 000 780 000 17 10 000 260 000 5,7 2 100 61 000 1,3
6 000 450 000 10 3 000 225 000 5 1 000 75 000 1,7
2 806 280 600 6 1 403 140 300 3 250 25 000 0,6
38 806 1 510 600 33 14 403 625 300 14 4 350 187 000 4
54
5.6 Potenciál výroby bioplynu v České republice Nejvyšší potenciál produkce bioplynu je u zpracování zemědělských obnovitelných surovin, tj. zvířecích fekálií a rostlinné biomasy. Do budoucna je očekáván rozvoj těchto typů bioplynových stanic i díky legislativnímu opatření (zákon č. 180/2006 Sb., ve znění pozdějších předpisů, o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů). Významný potenciál výroby bioplynu tvoří také bioplynové stanice zpracovávající biologicky rozloţitelné odpady. Rozvoj těchto zařízení bude ovlivněn separovaným sběrem BRO, konkurencí provozně levnějších zařízení, tzv. kompostáren, a nařízením vlády č. 197/2003 Sb., ve znění pozdějších předpisů, o Plánu odpadového hospodářství České republiky, jehoţ cílem je sníţení podílu organických sloţek ve hmotě ukládané do skládek. Dostupný potenciál producentů bioplynu uvádí následující tabulka. Tab. 7 Roční potenciál výroby a energetického využití bioplynu v ČR (Váňa, 2009) Poloţka
Jednotka
ČOV komunální
ČOV průmyslové
BPS zemědělské
BPS odpady
Skládky
Celkem
Dostupný potenciál Produkce bioplynu Produkce el. energie Produkce tepelné energie Počet zařízení
6
3
1.10 . m
69
7
485
140
69
780
GWh
89
7
753
218
100
1167
[1.1012 J]
870
110
2900
847
94
4821
ks
110
27
365
125
60
687
5.7 Teoretický potenciál energeticky významných sloţek biomasy Dostupná mnoţství energeticky významných sloţek biomasy potřebná k výpočtu byla převzata z veřejné databáze ČSÚ, Statistické ročenky České republiky 2010 a Informačního systému v odpadovém hospodářství (ISOH). Údaje o výtěţnosti bioplynu a obsahu metanu jednotlivých sloţek biomasy byly vyčteny z tabulky materiálových vlastností biologicky rozloţitelných substrátů příručky Průvodce výrobou a vyuţitím bioplynu (CZ BIOM). Výhřevnosti bioplynů o určitém procentu metanu byly odečteny z grafu výhřevnosti bioplynu v závislosti na koncentraci metanu uvedeném v publikaci VÚZT. 55
Následující výpočty ukazují teoretický energetický potenciál vybraných sloţek biomasy. Teoretický potenciál představuje vyčíslení energie, které je moţné získat anaerobní přeměnou dostupného mnoţství biomasy v bioplyn (meziprodukt) a jeho dokonalým spálením. 5.7.1
Kukuřičná siláţ
Obhospodařovaná zemědělská půda v České republice k roku 2009 činí 3 545 840 ha. Z toho nevyuţívaná orná půda tvoří 28 513 ha. Pokud by se tato půda vyuţila pro pěstování kukuřice na siláţ, která by se následně zpracovala anaerobní technologií, dosáhlo by se potenciálu: Kukuřičná siláţ – hektarový výnos v ČR – 38,15 Mg/ha Potenciál hmoty = 28 513 Mg × 38,15 Mg/ha = 1 087 770,95 Mg Výtěţnost bioplynu z kukuřice m3 /Mg substrátu – 190 m3/Mg substrátu Potenciál bioplynu = 1 087 770,95 Mg × 190 m3/Mg substrátu = 206 676 480,5 m3 obsah metanu 50 – 55 % (52,5) => výhřevnost bioplynu 19,5 MJ/m3 energetický potenciál = 206 676 480,5 m3 · 19,5 MJ/m3 = 4,030 191 37 .1015J 5.7.2
Kejda prasat
Tekuté výkaly hospodářských zvířat (prasat) představují při jejich vyuţití v BPS potenciál ve výši: Přepočet produkce kejdy na mnoţství prasat podle jejich hmotnostní kategorie bylo provedeno dle učebního textu Kejda a kejdové hospodářství doc. Šprysla. mnoţství k 1.4.2010 – 1 909 232 ks prasat Rozdělení podle hmotnostní kategorie
Počet kusů (ks)
selata do 19 kg ţ. hm
563 614 ks
mladá prasata 20 – 49 kg ţ. hm. prasata na výkrm 50 – 79 kg ţ. hm. 80 – 109 kg ţ. hm.
430 192 ks 721 018 ks
Produkce kejdy Celkem kejdy (kg za den) (kg/ks a den) 563 614 ks × 3 kg/ks = 3 kg/ks a den 1 690 842 kg za den 430 192 ks × 4,1 kg/ks = 4,1 kg/ks a den 1 763 787,2 kg za den 8,5 kg/ks a den
56
721 018 ks × 8,5 kg/ks = 6 128 653 kg za den
110 a více kg ţ. hm. Prasata chovná ţiv.hm. 50 kg a více
194 408 ks 3 412 ks
Kanci
18,5 kg/ks a den
Prasnice celkem
132 799 ks
Prasnice zapuštěné
93 592 ks
24 kg/ks a den
Prasnice nezapuštěné
39 207 ks
14 kg/ks a den
Prasničky celkem
58 197 ks
9,5 kg/ks a den
3 412 ks × 18,5 kg/ks = 63 122 kg za den 93 592 ks × 24 kg/ks = 2 246 208 kg za den 39 207 ks × 14 kg/ks = 548 898 kg za den 58 197 ks × 9,5 kg/ks = 552 871,5 kg za den
kejda prasat celkem – 12 994,381 7 Mg za den Výtěţnost bioplynu z kejdy m3 /Mg substrátu – 30 m3/Mg substrátu Potenciál bioplynu = 12 994,381 7 Mg × 30 m3/Mg substrátu = 389 831,451 m3 obsah metanu 60 – 70 % (65) => výhřevnost bioplynu 23 MJ/m3 energetický potenciál = 389 831,451 m3 × 23 MJ/m3 = 8,966 123 .1012J za den 5.7.3
Biologicky rozloţitelné komunální odpady
Dle Plánu odpadového hospodářství České republiky jsou BRKO specifikovány odpady uvedené v následující tabulce. Tab. 8 Druhy odpadů podle Katalogu odpadů tvořící BRKO (POH ČR, 2003) Katalogové číslo odpadu 20 01 01 20 01 08 20 01 10 20 01 11 20 01 25 20 01 38 20 02 01 20 03 01 20 03 02 20 03 07
Název druhu Papír a/nebo lepenka Biologicky rozloţitelný odpad z kuchyní a stravoven Oděvy Textilní materiály Jedlý olej a tuk Dřevo neuvedené pod číslem 20 01 37 Biologicky rozloţitelný odpad Směsný komunální odpad Odpad z trţišť Objemný odpad
57
Podíl biologicky rozloţitelné sloţky (% hm.) 100 100 75 75 100 100 100 52 75 30
Zpracováním odpadů s určitým podílem biologicky rozloţitelné sloţky lze dosáhnout potenciálu: Odpady katalogového čísla 20 01 08 - biologicky rozloţitelný odpad z kuchyní a stravoven Produkce v roce 2009 (A 00) – 18 861 Mg Výtěţnost bioplynu z odpadu m3 /Mg odpadu – 120 m3/Mg odpadu Potenciál bioplynu = 18 861 Mg × 120 m3/Mg odpadu = 2 263 320 m3 obsah metanu 45 – 61 % (53) => výhřevnost bioplynu 18 MJ/m3 energetický potenciál = 2 263 320 m3 × 18 MJ/m3 = 40,739 76 .1012J Odpady katalogového čísla 20 03 01 – směsný komunální odpad Produkce v roce 2009 (A 00) – 3 236 161,202 895 Mg Podíl biologicky rozloţitelné sloţky v SKO – 52 % (hmotnostních) Potenciál hmoty = 0,52 × 3 236 161,202 895 Mg = 1 682 803,825 Mg Výtěţnost bioplynu z odpadu m3 /Mg odpadu – 80 – 120 (100) m3/Mg odpadu Potenciál bioplynu = 1 682 803,825 Mg × 100 m3/Mg odpadu = 168 280 382,5 m3 obsah metanu 58 – 65 % (61,5) => výhřevnost bioplynu 22,5 MJ/m3 energetický potenciál = 168 280 382,5 m3 · 22,5 MJ/m3 = 3,786 308 606 .1015J Odpady katalogového čísla 20 02 01 – biologický rozloţitelný odpad Produkce v roce 2009 (A 00) – 198 080,583 156 Mg Výtěţnost bioplynu z odpadu m3 /Mg odpadu – 150 - 200 (175) m3/Mg odpadu Potenciál bioplynu = 198 080,583 156 Mg × 175 m3/Mg odpadu = 34 664 102,04 m3 obsah metanu 55 – 65 % (60) => výhřevnost bioplynu 22 MJ/m3 energetický potenciál = 34 664 102,04 m3 × 22 MJ/m3 = 762,610 244 9 .1012J
58
5.8 Prostorová analýza vybraných druhů biologicky rozloţitelných komunálních odpadů v Jihomoravském kraji. V zájmu dosaţení
cíle
sníţit maximální mnoţství
biologicky rozloţitelných
komunálních odpadů ukládaných na skládky tak, aby podíl této sloţky činil v roce 2010 nejvíc 75 % hmotnostních, v roce 2013 nejvíce 50 % hmotnostních a výhledově v roce 2020 nejvíce 35 % hmotnostních z celkového mnoţství BRKO vzniklého v roce 1995 zní jeden z bodů opatření – upřednostňovat kompostování a anaerobní rozklad rozloţitelných odpadů kromě odpadů materiálově vyuţitelných, s vyuţitím výsledného produktu zejména v zemědělství, při rekultivacích, úpravách zeleně; odpady, které nelze takto vyuţít, upravovat na palivo nebo energeticky vyuţívat. (POH ČR, 2003) Následující grafické výstupy prezentují rozloţení produkce biologicky rozloţitelné hmoty vybraných druhů odpadů podle katalogového čísla, specifikovaných v POH ČR jako BRKO na území Jihomoravského kraje. Údaje o produkci jednotlivých druhů odpadů byly získány z databáze informačního systému odpadového hospodářství (ISOH) Ministerstva ţivotního prostředí. Produkce odpadů byla zjišťována pro jednotlivé obce s rozšířenou působností (ORP) v Jihomoravském kraji k roku 2009. 5.8.1
Mapová projekce dat
Získaná data byla vloţena do atributové tabulky polygonové vrstvy orp (obce s rozšířenou působností) a následně vykreslena pomocí nástroje (Quantities – graduated colors), který barevně rozliší prvky polygonové vrstvy (v našem případě jednotlivé ORP) podle zvoleného kritéria (produkce odpadů). Postup zobrazení mapové vrstvy odpadů podle produkce ukazuje následující obrázek.
59
Obr. 24 Cesta k zobrazení nabídky nástroje Quantities – graduated colors
Výběr kritérií třídy Počet tříd dělení Název třídy Rozmezí třídy
Obr. 25 Nástroj Quantities – graduated colors a jeho možnosti 60
Obr. 26 Zobrazení vrstvy produkce odpadů v Jihomoravském kraji Stejným
způsobem
byly
vytvořeny
mapy
produkce
odpadů
příslušných
katalogových čísel v ORP na území Jihomoravského kraje, jak ukazují Přílohy č. 4, 5, 6, 7, 8. Prostředí GIS nabízí také moţnost připojení grafu či tabulky, viz. Příloha č. 9.
61
6
DISKUZE
Hlavní náplní praktické části diplomové práce bylo vytvořit databázi zpracovatelů organické hmoty na bázi GIS aplikace. Jednalo se o zpracování biomasy anerobní fermentací v bioplynových stanicích. Na základě získaných údajů (platných k lednu 2011) o jednotlivých provozech a dostupného geografického informačního systému ArcGIS 10.0 společnosti ESRI, byl vytvořen mapový projekt bioplynových stanic na území České republiky. Bioplynové stanice byly zpracovány do podoby dvou polygonových vrstev - bioplynové stanice provozované a připravované. Informace o jejich goegrafické poloze a provozu jim byly přiřazeny atributovými tabulkami a hypertextovými odkazy. Díky těmto informacím lze provádět analýzy a grafické výstupy konkrétních poţadavků. Mapový projekt bioplynových stanic nabízí moţnost vyuţití v podobě webové aplikace, která by slouţila např. jako informační nástroj pro širokou veřejnost se zájmem o problematiku nakládání s biomasou v příslušných oblastech České republiky, nebo podkladový materiál pro další rozvíjení vytvořené databáze za účelem tvorby sloţitejších analýz zájmovými skupinami. Navazující částí na vytvořenou mapu bioplynových stanic byla detailnější analýza zemědělské bioplynové stanice Mikulčice, nacházející se v Jihomoravském kraji. Analýza byla zaměřena na materiálové toky vstupních surovin do procesu anerobní fermentace BPSky z hlediska spotřeby a druhu v jednotlivých měsících za kalendářní rok. Součástí byla také analýza obhospodařovaných pozemků firmou ZP Mikulčice, a.s., která je provozovatelem zařízení a z jejíchţ pozemků je zajišťován provoz bioplynové stanice. Údaje o uţívané zemědělské půdě tzn. výměra, označení, nadmořská výška aj. vychází z referenčního registru půdy tzv. „Českého LPISu“. Český LPIS je v podstatě geografický informační systém, který je schopen uţivateli poskytnout
data
o
jednotlivých
pozemcích
konkrétních
katastrálních
území
a transformovat je do jeho uţívaného geografického informačního systému, případně propojit s jinými geografickými daty a provádět analýzy. V případě bioplynové stanice Mikulčice byla provedena analýza v podobě obalové zóny obhospodařovaného území firmou ZP Mikulčice, a.s., ze kterého je hmota BPSkou vyuţívána. Jelikoţ se daná bioplynová stanice nachází v areálu firmy, byla stanovena obalová zóna ve vzdálenosti 3 km od BPSky. 62
Česká republika představuje určitý potenciál biomasy vhodné k vyuţití v bioplynových stanicích, jak uvádí (Tab. 6). V současnosti zůstává velké mnoţství dostupné biomasy nevyuţito. Stanovení potenciálu vybrané sloţky biomasy vhodné pro anaerobní fermentaci bylo závěrečným úkolem výsledků. Pro vyčíslení energie, kterou lze získat anaerobní přeměnou dostupného mnoţství biomasy v České republice na bioplyn, a jeho dokonalým spálením, byly vybrány energeticky významné sloţky biomasy jako kukuřičná siláţ, kejda prasat a vybrané druhy odpadů tvořící BRKO. Kukuřičná siláţ, představující cíleně pěstovanou zemědělskou fytomasu, a její teoretický potenciál, byl spočítán pro nevyuţívanou zemědělskou ornou půdu na území ČR, vyčíslenou podle údajů ČSÚ, na 28 513 ha, s průměrnou výnosností kukuřičné siláţe na hektar, výtěţností bioplynu na tunu siláţe a výhřevností vyrobeného bioplynu. Výsledná hodnota je však velmi orientační, spíše názorná, protoţe není přesně dána výnosnost pro jednotlivé zemědělské půdy podle BPEJ a také plocha, která by se dala maximálně vyuţít pro pěstování plodiny (zajištění potravinové bezpečnosti, trvale udrţitelného rozvoje aj.). Kejda prasat, řadící se k odpadní biomase, a její potenciál byl vypočten z produkce exkrementů prasat za den podle kategorií (hmotnosti) v počtu kusů 1 909 232 na celém území ČR (k 1.4.2010). Výsledný potenciál však odpovídá hodnotě, kdy veškerá produkce exkrementů zvířat půjde do bioplynových stanic, nepočítá však s tím, ţe kejda představuje významné organické hnojivo, bez kterého by docházelo k úbytku ţivin v půdě, zejména dusíku. Významný potenciál také představují biologicky rozloţitelné odpady. Zpracováním odpadů vybraných druhů podle katalogových čísel s určitým podílem biologicky rozloţitelné sloţky, tvořící podle POH České republiky tzv. BRKO, lze dosáhnout vypočteného potenciálu, který však neuvaţuje v praxi vyuţívanou levnější variantu zpracování v podobě kompostování. GISy nabízí opravdu široké spektrum vyuţití, proto i v oblasti stanovování potenciálu nachází svá uplatnění. V závěrečné části práce byla vytvořena prostorová analýza vybraných druhů BRKO. Mapové
výstupy
prezentují
rozloţení
produkce
vybraných
druhů
odpadů
v Jihomoravském kraji podle ORP. Tato GIS aplikace můţe slouţit pro výběr lokality k vybudování nové bioplynové stanice, případně se z ní můţe vycházet při dalším rozvíjení projektu. 63
7
ZÁVĚR
Diplomová práce je zaměřena na oblast zpracování organické hmoty anaerobní fermentací v bioplynových stanicích formou GIS aplikace. Na základě získaných údajů o jednotlivých provozech bioplynových stanic byla sestavena databáze v geografickém informačním systému ArcGIS 10.0 od společnosti ESRI. Databáze obsahuje provozní a geografické informace o jednotlivých zařízeních (BPS) nacházejících se na území České republiky. Geografický informační systém byl v rámci této práce vyuţit k tvorbě grafických výstupů – mapa bioplynových stanic, kde jsou pomocí bodů zakresleny provozované bioplynové stanice a rovněţ bioplynové stanice připravované, na jejichţ základě lze provádět různorodé analýzy konkrétních poţadavků. Jedna z moţných analýz, která byla i záměrem mé práce, představuje analýzu potenciálu vybraných sloţek biomasy vhodné k anaerobní fermentaci. Hlavní myšlenkou zpracování tohoto projektu bylo poukázat na problematiku optimalizace rozmístění BPS na území ČR ve vztahu ke skutečnému potenciálu biomasy. Rovněţ také pomocí GISů získané informace vyuţít v oblasti dotační politiky (obnovitelných zdrojů) bodování BPS ve vztahu k minimalizaci jejich provozních nákladů (transportní vzdálenosti). V praxi to znamená, ţe odpadní (zbytkovou) nebo cíleně pěstovanou (zemědělskou) biomasu, vhodnou pro přeměnu anaerobní fermentací, není energeticky ani ekonomicky výhodné vozit na velké vzdálenosti, proto by měla být energeticky zpracována co nejblíţe u místa svého vzniku, aby energetická bilance udávající poměr získané energie k energii vloţené byl co nejvyšší. Metodika práce uvádí pouţitý geografický informační systém, zdroje získaných dat a jejich transformaci v základní mapovou vrstvu bioplynových stanic a její zobrazení. Vlastní práce podrobněji rozebírá po jednotlivých krocích vytvoření tohoto mapového projektu od zadávání atributů, hypertextových odkazů jednotlivým geoobjektům aţ po konečné grafické výstupy konkrétních poţadavků uţivatele. Z vytvořeného mapového projektu bioplynových stanic, byla vybrána zemědělská bioplynová stanice Mikulčice, pro kterou byla zpracována analýza materiálových toků vstupních surovin ve vztahu k území, ze kterého jsou suroviny bioplynovou stanicí vyuţívány. Ukázkou zde bylo i vyuţití geoinformačních technologií pro oblast evidence zemědělské půdy a její vyuţití v podobě veřejného registru půdy tzv. ,,Český LPIS“.
64
Celá práce je tvořena v duchu energetického vyuţití biomasy. Podstatná část biomasy, vhodná pro anaerobní zpracování v bioplynových stanicích, je tvořena nejrůznějšími odpady, mající značný energetický potenciál. V rámci stanovení potenciálu odpadní hmoty byla pro oblast Jihomoravského kraje zpracována prostorová analýza rozloţení produkce vybraných druhů biologicky rozloţitelných odpadů tvořících podle POH České republiky tzv. BRKO. Mapové projekty bioplynových stanic, prostorového rozloţení produkce vybraných druhů biologicky rozloţitelných odpadů, mohou slouţit samostatně, např. zvědavým uţivatelům, nebo jako pokladové materiály při budování nových provozů, ale také se mohou vzájemně prolínat a dále rozvíjet a dávat tak podněty pro vytváření nových sloţitějších analýz konkrétních poţadavků.
65
8
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY
PASTOREK, J., KÁRA, J., JEVIČ, P., 2004: Biomasa – obnovitelný zdroj energie. Praha: FCC Public. 288 s. ISBN 80-86534-06-5. PECHANEC, Vilém, 2006: Nástroje podpory v GIS. 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci. 104 s. ISBN 80-244-1553-4. RAPANT, Petr, 2005: Geoinformační technologie. 1. vyd. Olomouc: Institut geoinformatiky, VŠB – TU Ostrava. 96 s. TUČEK, Ján, 1999: Geografické informační systémy: principy a praxe. 1. vyd. Praha: Computer Press. 424 s. ISBN 80-7226-091-X. INTERNETOVÉ ZDROJE AgriKomp Bohemia, 2010: CZ 10 Mikulčice (okr. HO). online [cit. 2011-02-12]. Dostupné z:
AGRIWATT, 2009: Biomasa. online [cit. 2010-12-23]. Dostupné z: < http://www.agriwatt.cz/biomasa/> Akční plán pro biomasu pro ČR na období 2009-2011. online [cit. 2011-02-15]. Dostupné z: ATLAS ZAŘÍZENÍ VYUŢÍVAJÍCÍCH OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE, 2008: Bioplynové zdroje. online. Dostupné z: AUTORSKÝ TÝM ENVIROS, 2006: Moderní způsoby využití biomasy. online [cit. 2010-12-03]. Dostupné z: AUTORSKÝ KOLEKTIV ENVIROS, 2009: Příručka: Obnovitelné zdroje energie. online [cit. 2010-12-15]. Dostupné z: < http://www.businessinfo.cz/files/2005/061106_oborova-prirucka-oze.pdf > BECHNÍK, Bronislav, 2009: Historie a perspektivy OZE – biomasa I. online [cit. 201012-20]. Dostupné z:
oze-biomasa-i>
66
BECHNÍK, Bronislav, 2010: Obnovitelné zdroje: cíl 8 % v roce 2010 bude splněn. online [cit. 2011-01-23]. Dostupné z: BIODIS, 2010: Seznam bioplynových stanic. Webový portál online dostupný z: BIOM CZ, 2009: Mapa - bioplyn, bioplynová stanice, bioplynové elektrárny. online. Dostupné z: < http://biom.cz/cz/produkty-a-sluzby/bioplynove-stanice> FUKSA, Pavel, 2009: Netradiční využití biomasy v praxi. online [cit. 2010-12-27]. Dostupné z: < http://biom.cz/cz/odborne-clanky/netradicni-vyuziti-biomasy-v-praxi > MPO, 2010: Právní předpisy v eko energetice. online [cit. 2011-01-06]. Dostupné z: BŘEHOVSKÝ, M., JEDLIČKA, K., 2005: Úvod do geografických informačních systémů. online [cit. 2011-02-14]. Dostupné z: CENKOVÁ, Ivana, 2009: Aktualizovaný slovník ekologických pojmů. online [cit. 201012-21]. Dostupné z: LPIS, 2004: LPIS - Veřejný registr půdy. online [cit. 2011-03-18]. Dostupné z: ČÚZK. Databáze online dostupná z: ERU. Databáze online dostupná z: Informační systém EIA: Záměry na území ČR. Databáze online. Dostupné z: < http://tomcat.cenia.cz/eia/view.jsp> LEMISPED CB, 2008: Co je biomasa?. online [cit. 2010-01-03]. Dostupné z: MAPS.GOOGLE.CZ. Mapový portál online dostupný z < http://maps.google.cz/ > MAPY.CZ. Mapový portál online dostupný z: MASTNÝ,
2009:
Biomasa.
online
[cit.
2011-01-03].
Dostupné
67
z:
MINISTERSTVO SPRAVEDLNOSTI, 2011: Obchodní rejstřík a sbírka listin. online [cit. 2011-02-20]. Dostupné z: MINISTERSTVO ŢIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ: Informační systém odpadového hospodářství. Databáze online dostupná z: MPO, 2010: Energetika a suroviny. online [cit. 2011-01-06]. Dostupné z: MPO, 2010: Zpráva o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů za rok 2009. online [cit. 2011-01-21]. Dostupné z: MUŢÍK, O., SLEŠKA, A., 2003: Možnosti využití anaerobní fermentace pro zpracování zbytkové biomasy. online [cit. 2010-12-28]. Dostupné z: MINISTERSTVO ŢIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ, 2003: Plán odpadového hospodářství České
republiky.
online
[cit.
2010-11-25].
Dostupné
z:
NEHASILOVÁ, Dana, 2010: Potenciál biomasy v České republice. online [cit. 201012-25]. Dostupné z: NOVOTNÝ, Petr, 2009: Historie a perspektivy OZE – bioplyn. online [cit. 2011-01-03]. Dostupné
z:
bioplyn> Občanské sdružení Biomasa 2010, 2009. online [cit. 2010-12-21]. Dostupné z: ŠPRYSL, 2001: Kejda a kejdové hospodářství. online [cit. 2011-02-18]. Dostupné z: VEŘEJNÁ DATABÁZE ČSÚ, 2011: Zemědělství – hospodářská zvířata. online 2011-02-19]. Dostupné z: 68
[cit.
VÝZKUMNÝ ÚSTAV ZEMĚDĚLSKÉ TECHNIKY, 2007: Výroba a využití bioplynu v zemědělství. online [cit. 2011-03-15]. Dostupné z:
69
9
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 Schematické znázornění fotosyntézy .................................................................. 13 Obr. 2 Konverze biomasy na uţitnou energii ................................................................ 17 Obr. 3 Indikativní cíle podílu elektřiny z OZE v roce 2010 a stav jejich plnění ........... 20 Obr. 4 Závazné cíle podílu energie z OZE v roce 2020 a stav jejich plnění ................. 21 Obr. 5 Podíl jednotlivých druhů obnovitelných zdrojů energie na výrobě tzv. „zelené elektrické energie“ v období 2005 - 2009 ........................................................... 22 Obr. 6 Způsoby energetického zuţitkování bioplynu .................................................... 28 Obr. 7 Struktura aplikace GIS ........................................................................................ 34 Obr. 8 Vytvoření bodové vrsty (shapefilu) bioplynových stanic v aplikaci ArcCatalog ............................................................................................................................. 39 Obr. 9 Vykreslení mapových (bodových) vrstev bioplynových stanic .......................... 40 Obr. 10 Vykreslení mapové podkladové vrstvy (shapefilu) – kraje pomcí nástroje Add Data .................................................................................................................. 41 Obr. 11 Vyvolání atributové tabulky v aplikaci ArcMap .............................................. 42 Obr. 12 Přidání datového sloupce v atributové tabulce ................................................. 43 Obr. 13 Editace atributů ve vybrané vrstvě. .................................................................. 43 Obr. 14 Ukázka části obsahu atributové tabulky vrstvy „Bioplynové stanice v provozu“ .......................................................................................................................... 44 Obr. 15 Přidání propojení pomocí funkce Add Hyperlink dané BPS ............................ 45 Obr. 16 Ukázka mapového prostředí bioplynových stanic ............................................ 46 Obr. 17 Klik na geoobjekt .............................................................................................. 46 Obr. 18 Vyvolání a zobrazení údajů z atributové tabulky nástrojem Identify ............... 47 Obr. 19 Vyvolání a zobrazení údajů z atributové tabulky nástrojem HTML Popup ..... 47 Obr. 20 Vyvolání a zobrazení odkazů přiřazených objektu nástrojem Add Hyperlink . 48 Obr. 21 Mapa obhospodařovaných pozemků firmou ZP Mikulčice, a.s. ...................... 50 Obr. 22 Ukázka prostředí veřejného registru půdy tzv. LPIS ........................................ 51 Obr. 23 Bioplynová stanice Mikulčice .......................................................................... 52 Obr. 24 Cesta k zobrazení nabídky nástroje Quantities – graduated colors ................. 60 Obr. 25 Nástroj Quantities – graduated colors a jeho moţnosti ................................... 60 Obr. 26 Zobrazení vrstvy produkce odpadů v Jihomoravském kraji ............................. 61
70
10 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Zpracování biomasy k energetickým účelům ..................................................... 16 Tab. 2 Dostupný potenciál vyuţití biomasy v ČR ......................................................... 18 Tab. 3 Celková energie z obnovitelných zdrojů energie (BIOMASA) v GJ – časová řada 2004 - 2009 .......................................................................................................... 19 Tab. 4 Vývoj podílu elektřiny z OZE v ČR ................................................................... 23 Tab. 5 Přehled materiálových toků vstupních surovin za kalendářní rok. ..................... 53 Tab. 6 Přehled potenciálu vyuţití biomasy anaerobní fermentací v ČR ........................ 54 Tab. 7 Roční potenciál výroby a energetického vyuţití bioplynu v ČR ........................ 55 Tab. 8 Druhy odpadů podle Katalogu odpadů tvořící BRKO ........................................ 57
71
11 SEZNAM ZKRATEK AP ............ Akční plán ATP .......... Alternativní paliva BPS .......... Bioplynová stanice BRKO ...... Biologicky rozloţitelný komunální odpad CAD ......... Computer Aided Design (Počítačem podporované navrhování) ČOV ......... Čistírna odpadních vod ČR ............ Česká republika ČSÚ .......... Český statistický úřad EP ............. Evropský parlament ERU ......... Energetický regulační úřad ES ............. Evropské společenství EU ............ Evropská unie EZ............. Ekologické zemědělství GIS ........... Geografický informační systém GPS .......... Global Positioning System (Globální polohovací systém) HW ........... Hardware IS .............. Informační systém KJ ............. Kogenerační jednotka LPIS ......... Land Parcel Identification System (Systém evidence zemědělské půdy) MPO ......... Ministerstvo průmyslu a obchodu OZE .......... Obnovitelný zdroj energie PEZ .......... Primární energetický zdroj PJ .............. Petajoule PRO .......... Průmyslové odpady S-JTSK ..... Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální SW ........... Software TKO ......... Tuhý komunální odpad VÚZT ....... Výzkumný ústav zemědělské techniky VŢP .......... Vedlejší ţivočišný produkt WGS-84 ... World Geodetic Systém (Světový geodetický systém)
72
PŘÍLOHY
12 SEZNAM PŘÍLOH Příloha č. 1: Mapa bioplynových stanic ...................................................................... 75 Příloha č. 2: Půdní bloky evidované v LPIS podle KÚ ................................................ 75 Příloha č. 3: Obalová zóna obhospodařované půdy ZP Mikulčice, a.s. ....................... 75 Příloha č. 4: Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 01 08 – biologicky rozloţitelný odpad z kuchyní a stravoven v ORP na území Jihomoravského kraje ..... 75 Příloha č. 5: Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 01 25 – jedlý olej a tuk v ORP na území Jihomoravského kraje .......................................................................... 75 Příloha č. 6: Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 02 01 – BRO v ORP na území Jihomoravského kraje .......................................................................................... 75 Příloha č. 7: Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 03 01 (BRKO) v ORP na území Jihomoravského kraje ...................................................................................... 75 Příloha č. 8: Rozloţení produkce odpadů katalogových čísel 20 01 08, 20 01 25, 20 02 01, 20 03 01 (BRKO) v ORP na území Jihomoravského kraje ...................................... 75 Příloha č. 9: Grafické vyjádření produkce odpadů katalogových čísel 20 01 08, 20 01 25, 20 02 01, 20 03 01 (BRKO) v ORP na území Jihomoravského kraje ...................... 75
Mapa bioplynových stanic
Příloha č. 1
Půdní bloky evidované v LPIS podle KÚ
Příloha č. 2
Obalová zóna obhospodařované půdy ZP Mikulčice, a.s.
Příloha č. 3
Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 01 08 – biologicky rozloţitelný odpad z kuchyní a stravoven v ORP na území Jihomoravského kraje
Příloha č. 4
Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 01 25 – jedlý olej a tuk v ORP na území Jihomoravského kraje
Příloha č. 5
Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 02 01 – BRO v ORP na území Jihomoravského kraje
Příloha č. 6
Rozloţení produkce odpadů katalogového čísla 20 03 01 (BRKO) v ORP na území Jihomoravského kraje
Příloha č. 7
Rozloţení produkce odpadů katalogových čísel 20 01 08, 20 01 25, 20 02 01, 20 03 01 (BRKO) v ORP na území Jihomoravského kraje
Příloha č. 8
Grafické vyjádření produkce odpadů katalogových čísel 20 01 08, 20 01 25, 20 02 01, 20 03 01 (BRKO) v ORP na území Jihomoravského kraje
Příloha č. 9
