MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ FAKULTA REGIONÁLNÍHO ROZVOJE A MEZINÁRODNÍCH STUDIÍ
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2014
ONDŘEJ SÍVEK
Mendelova univerzita v Brně Fakulta regionálního rozvoje a mezinárodních studií
Produkce bioplynu a dostupnost technologií v mezinárodním měřítku Bakalářská práce
Vedoucí bakalářské práce
Vypracoval:
Ing. Jiří Schneider, Ph.D.
Ondřej Sívek Brno 2014
Čestné prohlášení
Prohlašuji, že jsem práci: Produkce bioplynu a dostupnost technologií v mezinárodním měřítku vypracoval/a samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom/a, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše.
V Brně dne:
…………………………………………………….. podpis
Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat vedoucímu práce Ing. Jiřímu Schneiderovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady, věcné připomínky a vstřícnost při konzultacích během zpracovávání mé bakalářské práce.
Abstrakt V současnosti je velký důraz kladen na otázky získávání energií. Energie je pro lidi celého světa nepostradatelnou složkou života a většina činností se bez ní neobejde. Jak roste počet obyvatel planety, zvyšují se i energetické nároky a je nutné hledat nové dosažitelné zdroje. S tím souvisí také otázka vyčerpávání neobnovitelných zdrojů, v případě energií především fosilních paliv. Ty nejen, že jsou čím dál méně dostupné a jejich získávání nákladnější, ale jejich spotřeba znatelně poškozuje životní prostředí. Jedno z řešení nabízí obnovitelné zdroje energie, nejčastěji sluneční, větrná, vodní a energie z biomasy. Právě poslední jmenovaná je předmětem této bakalářské práce, konkrétně její využití pro výrobu bioplynu. Jedná se o technologii založenou na přírodním procesu fermentace za použití biomasy jako suroviny a za vzniku plynu bohatého na metan. Právě díky biomase jakožto hlavní surovině je tato technologie téměř globálně využitelná a může přinést řešení energetických otázek jak zemím rozvojovým, tak vyspělým. Klíčová slova: bioplyn, biomasa, obnovitelné zdroje energie, udržitelnost, životní prostředí.
Abstract Currently the great emphasis is placed on how to obtain the energy. Energy is an essential component of life of people around the world and most activities can hardly be carried out without it. As the world population grows, the energy demands are also increasing, and it is vital to seek available sources. Linked to this is the question of depletion of non-renewable sources, in case of energy especially the fossil fuels. They not only are increasingly less available and the obtaining more expensive, but the consumption also harms the environment. One possible solution is offered by the renewable sources of energy, mostly solar, wind, hydro and biomass. The last mentioned is the subject of this thesis, namely its use for the production of biogas. This technology is based on the natural fermentation process using biomass as raw material and producing a gas rich in methane. Thanks to biomass as an input, this technology is close to globally applicable and can bring solutions to energy issues in both developing and developed countries.
Key words: biogas, biomass, renewable sources of energy, sustainability, environment.
Obsah Úvod .................................................................................................................................... 9 1.
Metodika a cíle práce .............................................................................................. 11
2.
Energetika obecně................................................................................................... 12 2.1
Obnovitelné zdroje energie................................................................................. 15
2.1.1
Solární elektrárny ............................................................................................ 16
2.1.2
Větrné elektrárny ............................................................................................ 18
2.1.3
Vodní elektrárny.............................................................................................. 19
2.1.4
Geotermální energie ....................................................................................... 20
2.1.5
Biomasa jako zdroj energie ............................................................................. 21
3.
Bioplyn – popis technologie .................................................................................... 23 3.1
Vlastnosti bioplynu.............................................................................................. 23
3.2
Vznik bioplynu ..................................................................................................... 26
3.3
Výroba bioplynu .................................................................................................. 26
3.3.1
Skládkový bioplyn............................................................................................ 27
3.3.2
Čistírny odpadních vod.................................................................................... 28
3.3.3
Zemědělské bioplynové stanice ...................................................................... 29
3.4
Využití bioplynu ................................................................................................... 32
3.4.1
Kogenerace, trigenerace ................................................................................. 32
3.4.2
Čištění na kvalitu ZP, využití v dopravě ........................................................... 34
4.
Stav využívání v České republice ............................................................................. 36 4.1
Přehled o energetice České republiky................................................................. 36
4.2
Využívání bioplynu v České republice ................................................................. 38
4.2.1
Podpora rozvoje bioplynu ............................................................................... 40
4.2.2
Kritika bioplynu ............................................................................................... 42
5.
Stav využívání v jiných zemích ................................................................................ 44 5.1
Švédsko ............................................................................................................... 45
7
5.2
Rakousko ............................................................................................................. 46
5.3
Rozvojové státy ................................................................................................... 48
5.3.1
Čína.................................................................................................................. 48
5.3.2
Indie................................................................................................................. 49
5.3.3
Afrika ............................................................................................................... 49
6.
Návrhy na zlepšení využívání technologie bioplynu ............................................... 51 6.1
Suroviny pro výrobu bioplynu ............................................................................. 51
6.2
Efektivita využívání .............................................................................................. 51
6.3
Příležitosti pro budování nových bioplynových stanic ........................................ 51
6.4
Rozměr bioplynových stanic ............................................................................... 52
6.5
Finální produkt .................................................................................................... 52
6.6 Projekt integrovaného systému řízení rozvoje obnovitelných zdrojů na regionální úrovni ..................................................................................................................... 52 7.
Závěr ........................................................................................................................ 53
8.
Summary ................................................................................................................. 56
9.
Zdroje ...................................................................................................................... 59 9.1
Tištěné zdroje ...................................................................................................... 59
9.2
Elektronické zdroje .............................................................................................. 61
10.
Seznam příloh.......................................................................................................... 65
11.
Přílohy ..................................................................................................................... 66
8
Úvod Z hlediska soudobého poznání o vesmíru jsou všechny objekty složeny z hmoty a energie a energie je potřebná k vyvolání změn ve hmotě, ať už se jedná o její přesun, změnu tvaru, struktury nebo vlastností. Tím se vysvětluje, proč je energetika jedním z klíčových odvětví globálního hospodářství. Je tomu tak především proto, že v dnešním světě je energie ve všech svých formách prakticky nepostradatelná pro výkon všech aktivit. Energetické nároky světové populace dlouhodobě rostou téměř exponenciálně, a to především v rozvojových a nově industrializovaných zemích, kde vzniká nová střední třída. Většina výroby energie se dnes opírá o využívání neobnovitelných zdrojů, především ropy, černého a hnědého uhlí a zemního plynu, tzv. fosilních paliv. Jejich využívání nejen, že výrazně poškozuje životní prostředí, ale jejich zásoby se nebezpečně tenčí. Je dnes úkolem států snažit se o snižování spotřeby energie, zefektivnění využívání především neobnovitelných energetických zdrojů a diversifikaci zdrojové základny využíváním obnovitelných zdrojů. Zásoby fosilních paliv budou v relativně krátké době vyčerpány a je proto nutné hledat náhradu. Právě obnovitelné zdroje, využívané lidmi i v době dlouho před objevením fosilních paliv, se snaží využívat prakticky nevyčerpatelných zdrojů, jako je energie slunce, vzdušné a vodní proudění, teplo vycházející ze zemského jádra nebo biologické procesy. Právě na posledním zmiňovaném je založena výroba bioplynu, hořlavé plynné sloučeniny využitelné pro výrobu energie. Chemická reakce, při níž bioplyn vzniká, se nazývá metanová, nebo také anaerobní fermentace. Jak tyto názvy napovídají, jedná se o vznik plynu bohatého na metan v prostředí s absencí vzduchu. Zdrojovou surovinou je biomasa, tedy biologický materiál různého původu, což je surovina hojně dostupná na většině míst světa. Fakt, že bioplyn lze získávat prakticky i z nevyužitého odpadu (biologicky rozložitelného), činí z této technologie vhodný nástroj udržitelného rozvoje, který je navíc aplikovatelný v jakémkoli prostředí. Výroba bioplynu lze snadno přidružit k mnoha stávajícím průmyslovým zařízením zpracovávajícím biologický materiál, což může mimo jiné vylepšit ekonomiku jinak málo rentabilních odvětví. Produkce bioplynu se v současnosti realizuje v mnoha státech světa včetně České republiky, přičemž způsob získávání a využívání je do jisté míry determinován specifiky prostředí daného státu.
9
Tato bakalářská práce se zabývá popisem současných trendů v energetice s důrazem na popis dostupných technologií pro výrobu energie z obnovitelných zdroj. Podrobně je pak popsána technologie výroby bioplynu z hlediska materiálního a ekonomického a zařízení pro výrobu určená. Jako případová studie bude zkoumán způsob a rozměr využívání technologie výroby bioplynu v prostředí České republiky, pro srovnání budou uvedeny také příklady ze Švédska a Rakouska. Uvedu také příklady využívání v rozvojových státech světa, které se s nedostatečnou zásobou energie často potýkají, a kde je obtížné realizovat dostatečnou investici pro vybudování vysokokapacitních zařízení na produkci energie. Toto prostředí vyžaduje zcela odlišný přístup než rozvinuté státy, nicméně na rozdíl od některých jiných, specificky limitovaných, technologií, bioplyn nabízí řešení, i v tomto případě. Finálním výstupem práce bude soubor návrhů opatření na zefektivnění využívání bioplynu na základě poznatků získaných ze studia a vyhodnocení tematické literatury.
10
1. Metodika a cíle práce Jako výchozí kontext pro tuto bakalářskou práci jsou uvedeny základní souvislosti o stavu světové energetiky a dále popsány jednotlivé obnovitelné zdroje energie, jejichž popis slouží jako srovnání s blíže zkoumanou technologií výroby a využití bioplynu. Ta je komplexně představena zároveň se svým uplatněním v socioekonomické sféře České republiky. Srovnání poskytuje popis stavu využívání stejné technologie ve Švédsku, Rakousku a v rozvojovém světě obecně. Výstupem je série doporučení pro zlepšení využívání této technologie. Práce je zpracována rešeršní formou, je tedy přednesen ucelený obraz současného stavu problematiky na základě dostupných informačních zdrojů, jež reflektuje návrhová část v závěru práce. Cílem této bakalářské práce je:
Představit technologie výroby bioplynu v kontextu s dalšími způsoby výroby energie
Přednést ucelené vysvětlení technologie výroby bioplynu a její využití v socioekonomické sféře
Zmapovat a zhodnotit úroveň a rozměr využívání této technologie v socioekonomické sféře České republiky
Zmapovat a zhodnotit úroveň a rozměr využívání této technologie v socioekonomické sféře vybraných států Evropské unie (Švédsko, Rakousko) a rozvojových států (vybrané příklady)
Navrhnout opatření pro zlepšení úrovně využívání bioplynové technologie v České republice
Zhodnotit stav dostupné literatury k danému tématu
11
2. Energetika obecně Energetikou se z vědeckého hlediska rozumí odnož vědy zabývající se vlastnostmi energie a způsoby, jakými je distribuována ve fyzikálních, chemických a biologických procesech. (Oxford dictionaries 2014) Je to také sektor průmyslu, který zahrnuje společnosti zabývající se hledáním a produkcí, kultivací, marketingem, skladováním a transportem energií a energetických surovin. Patří sem také společnosti nabízející související technologie a služby. (MSCI, 2014) Drábová, Pačes a kol. (2014) navíc dodávají následující tezi o přístupu k energetice jakožto strategickému sektoru národního hospodářství: „Energetika je obor, jehož projekty jsou investičně náročné, většina energetických zdrojů a systémů má životnost řadu desetiletí a projekty i jejich ekonomická návratnost jsou dlouhodobé. Vzhledem k tomu, že na stabilitě dodávek energie je velmi silně závislá nejen bezpečnost společnosti, ale i sociální klima, je potřeba provádět změny v této oblasti opatrně a spíše konzervativním než radikálním způsobem. V energetice se tak projevuje značná setrvačnost a potřeba stability nejen v nastavení technologických podmínek a ekonomického či právního prostředí. Na druhé straně by však energetika měla být otevřená i poměrně rychlým reakcím na případné změny v podmínkách. Ty mohou být dány technologickým pokrokem u některých zdrojů, nálezem nových surovinových zdrojů nebo změnou mezinárodní situace.“ V kontextu energetiky se nejčastěji mluví o dvou veličinách, energii a výkonu. Energii lze obecně popsat jako práci, kterou je třeba vykonat k dosažení změny stavu. Jednotkou práce v soustavě SI (Système International) je 1 joule [J]. Původně se energie uvažovala pouze jako energie mechanická, pozdější pokusy ukázaly, že lze použít stejnou interpretaci u energie tepelné i elektrické. Výkonem se myslí práce vykonaná za jednotku času, v soustavě SI za 1 sekundu. Jednotkou je watt [W]. Vztah mezi wattem a joulem je následující: W = J/s. Vykonat práci 1 joule za 1 sekundu tedy znamená pracovat s výkonem 1 watt. Lze použít i obrácenou interpretaci, a to sice J = W · s. Odtud se joule někdy nazývá „wattsekunda“. V praxi se využívá spíše násobená jednotka, watthodina [Wh], přepočet je následující: 1 Wh = 3600 J = 3,6 kJ. (Drábová, Pačes a kol., 2014)
12
Energie je základ industriální společnosti. Jak světová populace roste a vyvíjí, rostou i její nároky na spotřebu energie.(Goswami, Kreith. 2007) Historický vývoj spotřeby energie popisuje Da Rosa (2009) pomocí obrázků 1 a 2 a zmiňuje, že lidstvo využívalo obnovitelné zdroje, jako je vítr, voda, a slunce, mnohem dříve než zdroje neobnovitelné.
Obrázek 1: Velmi hrubý odhad vývoje spotřeby energie na osobu. Zdroj: Da Rosa, Aldo Vieira. Fundamentals of renewable energy processes. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press, c2009, xix, 844 s. ISBN 978-0-12-374639-9.
Obrázek 2: Procentuální přírůstek spotřeby energie v průběhu minulého tisíciletí. Zdroj: Da Rosa, Aldo Vieira. Fundamentals of renewable energy processes. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press, c2009, xix, 844 s. ISBN 978-0-12-374639-9.
Ovšem právě éra fosilních paliv přinesla rapidní nárůst spotřeby energií. To se odráží na stavu světových zásob energetických surovin, především fosilních paliv, které se rapidně snižují. Hrozící energetická krize volá po řešení ve formě diversifikace zdrojů energie, především formou využívání technologií na získávání energie z obnovitelných zdrojů. (Goswami, Kreith, 2007) Drábová (2014) poukazuje na fakt, že například 95% světových zásob ropy vlastní národní státy. Ty se na trhu chovají racionálně, obchodují tedy s tím, kdo nabídne nejvíc. Dlouho to sice znamenalo Západ, v současnosti však roste poptávka především 13
v nově industrializovaných zemích v čele s Čínou, kde se viditelně zvyšuje životní úroveň a tři miliardy lidí nyní aspirují na podobný životní styl, jaký má občan České republiky. Zásadní vliv, jaký má tato změna uvádí Drábová (2014) na příkladu trhu s automobily: „V USA mají 842 aut na tisíc obyvatel, v EU 430, v Číně 36 a v Indii 13. Jen díky tomuto nízkému počtu aut je čínská spotřeba ropy pouze druhá na světě.“ Seigel, Hodge a Nelder (2008) používají pro označení napjatého stavu v globální energetice výraz peak energy a označují ho za možného původce nejzávažnější krize, které lidstvo čelilo nebo bude čelit, neboť civilizace bez dostačujících dodávek energie spěje k chaosu. Své tvrzení opírají o fakt, že veškerá aktivita je na energii závislá a většina lidí na energetickou krizi není připravena, neboť považuje za samozřejmost, že je vždy k dispozici dostatek energie na pokrytí každé nové spotřeby. Termín peak energy, volně přeložitelný jako energetický vrchol, autoři dále dělí na vrcholy jednotlivých neobnovitelných zdrojů energie, tedy ropy, zemního plynu, uhlí a uranu. U jednotlivých energetických surovin předpokládají vrchol v okamžiku, kdy stávající zásoby přestanou umožňovat další nárůst ve využívání dané suroviny, a začne pokles, viz obrázek č. 3.
Obrázek 3: Vrchol využívání fosilních paliv. Zdroj: SIEGEL, Jeffrey, Nick HODGE a Chris NELDER. Investing in renewable energy: making money on green chip stocks. Hoboken, N.J.: John Wiley, c2008, x, 257 p. ISBN 04-701-5268-0.
14
Existuje více odhadů s různou mírou optimismu, jak se bude těžba a využívání fosilních paliv vyvíjet, nicméně je potřeba zahrnout také environmentální aspekt a v případě fosilních paliv především uvolňování emisí sloučenin uhlíku do atmosféry. Jestliže asi 300 gigatun sloučenin uhlíku uvolněného do atmosféry do roku 2007 je příčinou obav z klimatických změn, jaký vliv by mělo více než trojnásobné množství k roku 2030? Částečné řešení nabízí energie jaderná, která nemá natolik velkou uhlíkovou stopu, nicméně problematické je získávání suroviny. V současnosti se využívá především uran, jehož naleziště se nachází na území několika málo států. Alternativní způsob získávání je například z mořské vody nebo některých fosfátů, avšak tyto zdánlivě nevyčerpatelné zdroje se potýkají s extrémně nízkou koncentrací uranu a tedy nejistou efektivitou procesu získávání. Další nevýhodou jaderné energetiky je ekologická zátěž způsobená uskladňováním vyhořelého paliva a v neposlední řadě možnost zneužití celé technologie pro výrobu jaderných zbraní. (Goswami, Kreith, 2007)
2.1
Obnovitelné zdroje energie Protivahou výše jmenovaných jsou zdroje obnovitelné. Drábová, Pačes a
kol.(2014) přímo uvádí: „Obnovitelnými zdroji jsou v podmínkách ČR sluneční, vodní, geotermální a větrá energie a energie vzniklá zpracováním biomasy včetně biologicky rozložitelných odpadů“. Podíl jednotlivých zdrojů energie na celkové produkci světa popisuje následující obrázek 4.
15
Obrázek 4: Podíl jednotlivých zdrojů na celkové světové produkci energie v roce 2010. Zdroj: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Key World Energy Statistics. 2012. [cit. 2014-05-23]. V následujících podkapitolách budou popsány jednotlivé obnovitelné zdroje energie. 2.1.1
Solární elektrárny
Siegel, Hodge a Nelder(2008) staví do popředí solární energii s argumentem, že je přímo či nepřímo původcem vzniku všech ostatních zdrojů energie. Vítr je způsoben nerovnoměrným ohříváním planety, déšť pro vodní energetiku vzniká díky vypařování vody z povrchu a růst biomasy je závislý na příjmu energie. Odtud není daleko k vysvětlení původu fosilních paliv. Jediný zdroj energie odlišného původu jsou slapové jevy, tedy příliv a odliv, které vznikají působením gravitace Slunce a Měsíce. Sluneční záření se skládá z více různých druhů záření, přičemž nejčastěji se využívá viditelné spektrum záření (fotovoltaické elektrárny, viz příloha 1). Existují však i technologie využívající tepelnou složku záření, například u solárních tepelných elektráren (viz příloha 2), pracujících na bázi koncentrace záření do jednoho bodu pomocí zrcadel a následné výroby elektrické energie pomocí parní turbíny. Výhodou fotovoltaické elektrárny je malý význam úspor z rozsahu, jde tedy snadno decentralizovat a vedle rozsáhlých solárních parků najdou uplatnění i samostatné panely na střechách rodinných domů. Navíc se výrobní náklady a účinnost daří postupně posouvat směrem k lepších hodnotám. Nevýhodou je pak silná závislost na klimatických podmínkách, což nahrává budování solárních elektráren v regionech 16
jako je Středomoří, Sahara nebo Střední východ. Nestálá frekvence výroby představuje zásadní problém především proto, že v současnosti lidstvo nedisponuje vyhovující technologií na hromadné ukládání energie, kdy nejvíce energie může být vyrobeno v době nízké spotřeby a naopak.(Drábová, Pačes a kol., 2014)
17
2.1.2
Větrné elektrárny
Jak uvádí Česká společnost pro větrnou energii (2013), větrná elektrárna se skládá z rotoru (většinou třílistého), strojovny, stožáru a základu. Fungování je založeno na rotačním pohybu rotoru, který pohání generátor a vyrobená energie je odvedena přes stožár do energetické sítě. Kromě rychlosti větru je výkon větrné elektrárny závislý především na průměru rotoru, jak ukazuje obrázek 6.
Obrázek 5: Vyjádření závislosti výkonu větrné elektrárny na průměru rotoru. Zdroj: Velikost větrné elektrárny a její vývoj. Česká společnost pro větrnou energii [online]. 2013 [cit. 2014-05-22]. Dostupné z: http://www.csve.cz/clanky/velikostvetrne-elektrarny-a-jeji-vyvoj/110 Větrné elektrárny se vyznačují podobnými specifiky jako solární, tedy snadnou decentralizací, stále probíhajícím vývojem postupně posunujícím hodnoty efektivity a především závislostí na počasí. Větrné turbíny pracují nejefektivněji v oblastech se stálým větrným prouděním, což může být například pobřeží. Na severu Evropy je běžné stavět větrné parky nejen na pobřeží, ale také v moři.(viz příloha 3) U větrných elektráren platí taktéž, že neschopnost skladovat energii značně limituje jejich využití. (Drábová, Nečas a kol., 2014) Hossain a Mahmud (2014) dodávají, že výhodou větrných parků na moři je také menší viditelnost (pozemní větrné turbíny jsou často předmětem odporu místních obyvatel) a vyšší efektivita. Naproti tomu je zde komplikovaná jak doprava energie od zařízení na pevninu, tak také údržba.
18
2.1.3
Vodní elektrárny
Vodní elektrárny jsou v současnosti nejhojněji využívaným obnovitelným zdrojem energie. K principu fungování přečerpávacích vodních elektráren Drábová, Pačes a kol.(2014) uvádí: „…využívají přeměnu potenciální energie umožněné spádem vody pomocí vodní turbíny na elektřinu“, „Přečerpávací vodní elektrárny jsou v současnosti jedinou efektivní, v masivním měřítku využitelnou možností skladování energie.“ „…při přebytku elektřiny v síti se voda přečerpává z dolní nádrže do horní. V případě nedostatku zdrojů elektřiny a vysoké spotřeby se využívá voda z horní nádrže pro produkci elektřiny.“
Obrázek 6: Schéma principu fungování vodní elektrárny na řece. Zdroj: Global energy
guide.
BBC
News
[online].
2005
[cit.
2014-05-23].
Dostupné
z:
http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/06/global_energy/html/hydrowind.stm Alokace a efektivita vodních elektráren je velmi silně závislá na přírodních podmínkách území, přesněji řečeno na georeliéfu a vodních zdrojích. Dobře využitelné jsou řeky s rychlým spádem, většinou v hornatých oblastech. Proto na hydroenergetiku sází především státy jako Švýcarsko, Rakousko a státy Skandinávie. (Drábová, Pačes a kol., 2014) Nespornou výhodou vodních elektráren je nulové znečištění ovzduší (DA ROSA, 2009),
nicméně, zvláště u velkých vodních elektráren na řekách, kdy se buduje přehrada
na horním toku, dochází k zaplavení rozsáhlé, zpravidla ekologicky významné oblasti. (Drábová, Pačes a kol., 2014) Schéma fungování vodní elektrárny představuje obrázek 6, fotografii v současnosti největší vodní elektrárny světa, elektrárny Tři soutěsky v Číně, pak příloha 4.
19
2.1.4
Geotermální energie
Geotermální energetika využívá teplo zemského jádra, které stoupá nahoru skrze zemský povrch. To se děje po celém světě, nicméně, na většině míst je tento jev natolik slabý, že není možné jej ekonomicky využívat, rozvoj této technologie je tedy opět silně limitován geograficky. V současnosti využívají geotermální energii země jako Itálie, Filipíny, Indonésie, Keňa, nový Zéland, Island a Spojené státy (především Aljaška, Havajské ostrovy, Kalifornie), tedy země zasahující různou měrou do tektonicky více aktivních oblastí. Právě Island je průkopníkem této technologie, přičemž získává z geotermálních vrtů 54% celkové zásoby energie a až 87% domácností je tímto způsobem zásobováno teplem. (Goswami, Kreith, 2007.)
Obrázek 7: Podíl jednotlivých zemí na celkovém instalovaném výkon geotermálních elektráren roku 2010. Zdroj: Geothermal energy. Eni scuola [online]. 2012
[cit.
2014-05-23].
Dostupné
z:
http://www.eniscuola.net/en/energy/contenuti/geothermal/graphs-and-tables/ Obrázek 7 jasně dokládá, že největší podíl na využití geotermální energie mají státy nacházející se v tektonicky aktivních oblastech. Drábová, Pačes a kol. (2014) popisují fungování technologie jako umělý vrt, kterým se dostává stoupající pára blíže povrchu Země, kde je využita k pohánění turbíny a tvorbě elektrické energie. Neúspěšný vrt je také největším rizikem celé této technologie. Siegel, Hodge a Nelder (2008) dodávají, že se jedná o jeden z nejlevnějších způsobů získávání energie (pouze asi 0,05 USD na kWh), a navíc geotermální elektrárny produkují až padesátkrát méně emisí, než fosilní paliva. Moderní elektrárny, které používají stoupající páru k ohřevu jiné tekutiny, která následně pohání turbínu, 20
dokonce neprodukují emise žádné. Jedná se tedy o asi nejekologičtější způsob výroby energie. Schéma fungování geotermální energie viz obrázek 8. Je zde patrné, že mediátorem celého procesu je horká voda ve formě páry, která pohání turbínu a následně je vháněna zpět do zemské kůry. Fotografie geotermální elektrárny je obsažena v příloze 5.
Obrázek 8: Schéma fungování geotermální elektrárny. Zdroj: Geothermal energy. Eni
scuola
[online].
2012
[cit.
2014-05-23].
Dostupné
z:
http://www.eniscuola.net/en/energy/contenuti/geothermal/graphs-and-tables/ 2.1.5
Biomasa jako zdroj energie
„Biomasa je hmota organického původu, která se nabízí jako palivo nebo surovina. Charakteristické pro biomasu je, že pochází z čerstvě či nedávno žijících organismů. Tato definice jasně vylučuje fosilní paliva, která pochází rovněž z rostlin (uhlí) nebo z živočichů (ropa a plyn), ale svoji současnou podobu získaly v průběhu procesu trvajícího milióny let.“ (Drábová, Pačes a kol. 2014) Nutno připomenout, že biomasu lze používat k výrobě energie více než jedním způsobem. Malaťák a Vaculík (2008) uvádí, že spotřeba biomasy (v převážné většině se jedná o dřevo) na výrobu energie se v posledních dekádách zvyšuje, a to jak v rozvinutých zemích, tak i v rozvojových, kde až čtyři pětiny dřeva jsou vytěženy za účelem spálení. Spalování biomasy může do jisté míry nahradit spalování fosilních 21
paliv a je šetrnější z hlediska uvolněných emisí, nicméně, přináší zásadní environmentální rizika, jako například odlesňování. Malaťák a Vaculík (2008) se zabývají výhradně energií ze spalování tuhé biomasy, přičemž biomasu rozděluje na:
Dřevní
Bylinnou
Ovocnou
Směsi a příměsi
Ve zpracování se používá postup redukce velikosti částic (klasické štípání/řezání dřevěných kusů za účelem zmenšení), peletování a briketování. Dalším dnes hojně využívaným postupem je výroba kapalných biopaliv z biomasy, které se využívají v dopravě. V České republice je nejvíce podporovaná produkce bionafty a bioetanolu. Bionafta se vyrábí především z řepky olejné chemickým procesem zvaným transesterifikace. Bioetanol je produktem alkoholového kvašení a u nás se nejčastěji vyrábí z obilovin a cukrové řepy. V obou případech se jedná o kapalná biopaliva, která je možné přimíchávat do konvenčních paliv. (ENVITON s.r.o., 2013) Vedle spalování a výroby kapalných biopaliv lze biomasu využívat také k produkci energie zplyňováním či pyrolýzou. V rámci těchto procesů je pevná biomasa přeměněna do formy plynu, oleje a pevného zbytku. (Drábová, Pačes a kol. 2014) Právě zplyňování vede k výrobě bioplynu, která bude podrobně popsána v následující kapitole.
22
3. Bioplyn – popis technologie Žákovec (2012) uvádí následující definici bioplynu: „Bioplyn je plyn, který vzniká biologickým rozkladem organických látek v anaerobních podmínkách. Tento proces se nazývá metanová fermentace, anaerobní digesce, biometanizace nebo biogasifikace. Dle technického předpisu TPG 902 02 „Jakost a zkoušení plynných paliv s vysokým obsahem metanu“ termínem bioplyn je označován surový plyn produkovaný anaerobní fermentací různými druhy bioplynových stanic a čistíren odpadních vod (ČOV). Za bioplyn není nepovažován skládkový plyn, který může obsahovat širokou škálu škodlivých a jedovatých plynů. Bioplyn je obnovitelný zdroj energie.“ Některé termíny vyžadují další vysvětlení: anaerobní biometanizace znamená, že celý proces probíhá za nepřístupu vzduchu, mediátorem jsou anaerobní mikroorganismy a vzniká mimo jiné plyn s vysokým obsahem metanu. Přítomné mikroorganismy se dělí do několika skupin a produkt jedné skupiny vytváří substrát pro další. (Brandejsová, Přibyla, 2009) Co se obsahu plynů týče, Žákovec (2012) uvádí předpokládaný obsah 60-70% metanu (CH4) a 30-40% oxidu uhličitého (CO2). Tyto dva majoritní plyny by měly dohromady tvořit téměř 100% obsah bioplynu. Tabašek (2007) dodává, že v praxi není takto čistý bioplyn příliš obvyklý a většinou obsahuje stopové množství dalších plynů, jako jsou vodík (H2), kyslík (O2), dusík (N), argon (Ar), sulfan (H2S), čpavek (NH3)atd. Tyto minoritní příměsi se na výhřevnosti bioplynu téměř neprojevují, jejich eliminace je tedy důležitá spíše z hlediska jejich případného negativního dopadu na zařízení, např.
3.1
Vlastnosti bioplynu Vlastnost, která nás z ekonomického hlediska u bioplynu nejvíce zajímá, je
výhřevnost. Ta je ovlivněna především obsahem metanu ve vzorku bioplynu, přičemž různé technologické procesy vytváří různě kvalitní bioplyn, viz tabulka 1.
23
Zdroj Čistírna odpadních vod Stabilizace kalů Agroindustriální odpady Skládky
Obsah CH4 (obj. %) 50-85 60-70 55-75 35-55
Tabulka 1: Obsah metanu v bioplynu z různých technologických procesů. Zdroj: vlastní návrh podle ŽÁKOVEC, Jan. Biometan: hospodárné užití obnovitelných zdrojů energie. Praha: GAS, c2012, 100 s. ISBN 978-80-7328-276-9. Švec a kol. (2010) uvádí následující schéma energeticky využitelných plynů s podobných složením:
Zemní plyn – vznik anaerobním rozkladem biomasy v dávných dobách. Obsahuje až 98% metanu.
Důlní plyn – Vznik obdobný jako u zemního plynu, výbušný se vzduchem, příčinou důlních havárií.
Kalový plyn – vzniká anaerobním rozkladem organických usazenin ve vodním prostředí. Typický vznik v biologickém stupni čištění v čistírnách odpadních vod.
Skládkový plyn – vzniká na skládkách komunálního odpadu, které běžně obsahují 20 – 60 % organických materiálů. Vzhledem k jeho samovolnému unikání z tělesa skládky je důrazně doporučeno jeho jímání a energetické využití nebo aspoň spálení bezpečnostním hořákem
Bioplyn – obecně lze tento název použít pro všechny popsané plynné směsi, neboť princip vzniku je velmi podobný. Specificky se bioplynem myslí plynná směs vznikající anaerobní fermentací vlhkých organických látek v umělých technických zařízeních
Zápalná teplota bioplynu je určena stejnou hodnotou jako u metanu, tj. 650750°C. Bioplyn je těžší než vzduch a vytváří pro člověka smrtelné prostředí v reaktorových nádobách, prohloubeninách skládek apod. Po separaci obou hlavních složen bioplynu klesá oxid uhličitý dolů. (Žákovec, 2012) Tabašek (2007) uvádí, že rozdíl ve složení a tedy i kvalitě reaktorového bioplynu z fermentoru a skládkového bioplynu je dál hlavně tím rozdílem, že skládka na rozdíl od fermentoru není uzavřené anaerobní prostředí (pouze částečně pod povrchem skládky), 24
a proto zde vzniklý bioplyn je méně kvalitní a obsahuje více příměsí, zatímco reaktorový vzniká téměř čistý. Navíc, výrobní proces je zde pomalejší, neboť fermentor představuje prostředí speciálně uzpůsobené k co nejefektivnější methanogenezi.
25
3.2
Vznik bioplynu Podle Brandejsové a Přibyla (2009) vzniká bioplyn ve 4 fázích:
Hydrolýza – anaerobní bakterie přeměňují makromolekulární organické látky (bílkoviny, uhlovodíky, tuk, celulózu) pomocí enzymu na nízkomolekulární sloučeniny
Acidogeneze – (neboli okyselení (Tabašek, 2007)) – acidofilní bakterie provádějí rozklad na organické kyseliny, alkohol, oxid uhličitý, kyslík, sirovodík a čpavek
Acetogeneze – (neboli tvorba kyseliny octové (Tabašek, 2007)) – probíhá štěpení substrátu až na vodík, oxid uhličitý a kyselinu octovou
Methanogeneze – dochází ke konečné tvorbě methanu z látek, jako jsou methanol a různé organické kyseliny
Nutno dodat, že jednotlivé skupiny mikroorganismů jsou závislé na specifickém prostředí a jednotlivé fáze probíhají jedna po druhé. Při kontinuální výrobě probíhají současně, viz kapitola Zemědělské bioplynové stanice.
3.3
Výroba bioplynu Výhodou bioplynu je možnost získávat ho z více zdrojů. Jako hlavní zdroje uvádí
Tabašek (2007):
Biomasa rostlinného původu (záměrně pěstovaná, odpady)
Zemědělská výroba
Skládky odpadů
Čistírny odpadních vod
Průmyslová a jiná činnost (lesnická činnost, potravinářský průmysl atd.)
Žákovec (2012) pak využívá podrobnější schéma, viz příloha 5. Samotná výroba se odehrává v bioplynové stanici, která může být koncipovaná různými způsoby podle toho, v jakém prostředí se využívá a co je jejím vstupním materiálem. Následující kapitoly popisují typy bioplynových stanic nejběžnějších v podmínkách České republiky. 26
3.3.1
Skládkový bioplyn
Produkci bioplynu na skládkách pak popisuje následovně: „Ekonomicky a také ekologicky výhodně je bioplyn (v daném případě LFG) získávat ze skládek komunálních odpadů. Komunální odpady se značným podílem organických látek jsou sváženy na skládky, kde jsou odpady ukládány a zejména hutněny. Organické podíly postupně podléhají rozkladu a anaerobním procesům. V prostředí s malým podílem kyslíku se samovolně množí bakterie produkující skládkový plyn. LFG je jímán pomocí řady odběrných sond a sběrným potrubím se svádí nejčastěji do čerpací stanice a dále do strojovny vybavené nejčastěji kogenerační jednotkou se spalovacími motory.“ (Tabašek, 2007)
Obrázek 9: Schéma produkční technologie bioplynu na skládce komunálních odpadů. Zdroj: Gas solutions. MWM [online]. 2014 [cit. 2014-05-15]. Dostupné z: http://www.mwm.net/en/competencies/gas-solutions/ Obrázek 9 zobrazuje produkci a využití skládkového bioplynu ve čtyřech fázích. První fáze je získání bioplynu z nahromaděného komunálního odpadu, ve druhé fázi se plyn zpracovává na patřičnou kvalitu a je zde umístěno zařízení pro nouzové spálení plynu v případě, že jej není možné ekonomicky využít. Třetí fáze znamená kombinovanou výrobu tepla a elektřiny, tzv. kogeneraci. Finální fází je dodání vyrobené energie do rozvodné sítě. (MWM, 2014) Hraniční objem pro ekonomickou rentabilitu využití skládkového plynu je stanoven přibližně na úložnou kapacitu 200 tis. tun TKO. (Tabašek, 2007)
27
Jak uvádí MWM (2014), obsah metanu, plynu klíčového pro energetické využité bioplynu v mase komunálního odpadu postupně klesá, tudíž i produkce bioplynu není po celou dobu existence skládky konstantní. Nicméně, zařízení pro jímání a využívání skládkového plynu je předpokládaným komponentem každé skládky komunálního odpadu minimálně do fáze spálení v nouzovém hořáku, neboť metan, unikající ze skládky samovolně, má až 25x silnější dopad na tvorbu skleníkového efektu než oxid uhličitý. Pouze na bezúčelné spalování se taky některé skládky omezují. (Tabašek, 2007) 3.3.2
Čistírny odpadních vod
V posledních desetiletích se rozvíjí technologie výroby bioplynu anaerobní digescí odpadních vod, čímž se kromě získání energie ve formě bioplynu dá docílit také stabilizace a redukce množství čistírenského kalu. (S. Luostarinen *, S. Luste, M. Sillanpää, 2009) Jak uvádí Sinicropi (2012), organický odpad obsažený v odpadní vodě obsahuje až 10x více energie, než kolik vyžaduje na zpracování, a některé čistírny odpadních vod jsou pomocí technologie využití bioplynu pokrýt veškeré své energetické nároky. Jeníček (2005) se zabývá přímo průmyslovými odpadními vodami a proces výroby bioplynu nezkoumá jako samostatný, ale jako činnost přidruženou k samotnému čištění vody. K vlastnostem odpadních vod coby suroviny pro výrobu bioplynu uvádí následující: „Charakteristickým rysem průmyslových odpadních vod je vysoká koncentrace organického znečištění a často vyšší teplota, což jsou dva parametry, které velmi zvýhodňují použití anaerobní technologie pro čištění takových vod.“ Dále porovnává aerobní a anaerobní způsoby čištění průmyslových odpadních vod a dochází k závěru, že anaerobní čištění přináší právě výhodu ve formě přímého získávání bioplynu (až 90% energie uložené v organickém znečištění průmyslových odpadních vod), zatímco při aerobním procesu k tvorbě bioplynu nedochází a musí následovat proces anaerobní stabilizace biomasy získané z aerobního čištění, viz obrázek 9.
28
Obrázek 9: Možnosti transformace organického znečištění odpadních vod na bioplyn. Zdroj: JENÍČEK, Pavel: Produkce bioplynu z průmyslových odpadních vod. Biom.cz [online].
2005-09-05
[cit.
2014-05-19].
Dostupné
z
WWW:
http://biom.cz/cz/odborne-clanky/produkce-bioplynu-z-prumyslovych-odpadnich-vod ISSN: 1801-2655. Zatímco anaerobní metoda umožňuje získání až 80% energie ve formě bioplynu, aerobní metoda pouze asi 40%. Přesto má tato metoda své využití, a to při zpracovávání odpadní vody s nízkým obsahem organického znečištění, jako je tomu například u vody splaškové. Anaerobní metodu je možné častěji vidět u čistíren průmyslových odpadních vod, a to především v oblasti potravinářského průmyslu. Postupně se technologie anaerobního čištění dostává i do „obtížnějších“ odvětví, jako je průmysl farmaceutický, chemický a petrochemický. (Jeníček, 2005) 3.3.3
Zemědělské bioplynové stanice
Jedná se o nejhojněji zastoupený typ bioplynové stanice v České republice. (Nazeleno.cz, 2008). Zároveň je to typ, který se u nás začal využívat až v posledních letech, na rozdíl od skládkových a čistírenských bioplynových stanic. (Sequens, 2009) Suroviny jsou zde statková hnojiva (kejda, hnůj), odpad z rostlinné výroby a energetické plodiny (například kukuřice). Původním záměrem bylo používat odpad z rostlinné výroby, statková hnojiva (kejda, hnůj) jako vstupní surovinu, která bude zdarma. Současný přístup zahrnuje taktéž využívání cíleně pěstované biomasy, jejíž pěstování se promítne do ekonomiky provozu. (Ministerstvo životního prostředí, 2009) Více o cíleně pěstované biomase viz kapitola Kritika bioplynu. Fotografii zemědělské bioplynové stanice obsahuje příloha 7.
29
Zemědělská bioplynová stanice má obvykle tyto části (Český plynárenský svaz, 2013):
Systém dávkování vstupních surovin;
Fermentační reaktor, větší počet reaktorů je uspořádán sériově nebo paralelně;
Koncový sklad digestátu;
Zařízení pro akumulaci bioplynu;
Rozvody bioplynu;
Fléra; (bezpečnostní hořák)
Systém úpravy bioplynu pro energetické využití (sušení, chlazení, odsíření, apod.);
Systémy energetického využití bioplynu (kogenerační jednotka, kotel);
Systémy měření, regulace a HMI;
Obrázek 10: schéma zemědělské bioplynové stanice. Zdroj: Bioplynové stanice. Power-energo: partner ve výkonu [online]. 2011 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.power-energo.cz/produkty/bioplynove-stanice.html Na obrázku 10 je třeba si povšimnout, že zobrazuje oba hlavní typy fermentorů, přičemž v praxi je využit vždy jen jeden. Výrobní proces je zde zakončen kogenerací, chybí zde zachycení procesu čištění bioplynu na kvalitu zemního plynu.
30
Organická hmota, zůstatek po procesu výroby bioplynu, se nazývá digestát. Jedná se o různou měrou rozložený substrát původně dodaný do procesu methanogeneze. Další výhodou bioplynové technologie je vedlejší produkt ve formě kvalitního hnojiva z digestátu. Za zmínku zde stojí, že proces methanogeneze substrát coby hnojivo zkvalitní a jeho hnojící účinky jsou oproti běžnému hnojivo z organického odpadu zemědělské výroby lepší. To je jednou z výhod bioplynu oproti kapalným biopalivům, stejně jako možnost výroby z odpadů z výroby, díky čemuž nemusí nutně docházet k záboru půdy na úkor potravinové produkce.(Lampinen a kol., 2004) Z dosavadních poznatků plyne, že ekonomika vybudování bioplynové stanice a následný provoz ve všech typech zařízení je závislý na následujících faktorech:
Náklady na získáváních vstupních surovin
Výtěžnost zpracovávaného materiálu
Specifika a životnost používané technologie
Zvolený typ využití a náklady na jeho dosažení
Tržní cena produktu/zdroje který je bioplynem nahrazen
Dosažitelná podpora
Příkladový rozbor ekonomiky bioplynové stanice obsahuje příloha 8.
31
3.4
Využití bioplynu Na obrázku 11 lze využití rozdělit do dvou základních skupin, přičemž první se
týká přímého využití produktu, a to nejčastěji přímo v místě výroby. Postupy se nabízí tři: spálení v bojleru, v kogenerační a v trigenerační jednotce. Ostatní tři postupy zahrnují distribuci kvalitního produktu buďto skrze plynárenské sítě, nebo pomocí palivových článků a tlakových nádob. Od předchozích využití se liší především tím, že je zde potřebné provést další zušlechtění na kvalitu zemního plynu. Základní rozdělení způsobů využití bioplynu: Bioplyn Odsíření I
Odsíření /
\
Bojler Kogenerace Trigenerace I
Teplo
I
I
Elektřina
Elektřina
Teplo
Teplo Chlad
Úprava plynu
Úprava plynu
Úprava plynu
I
I
I
Zušlechtění I Palivový článek I Elektřina Teplo
Zušlechtění Stlačení I
I
Tlaková Oderizace nádoba I I Stlačení I
Palivo
Sítě ZP
Tabulka 11: Základní způsoby zpracování a využití bioplynu. Zdroj: ŽÁKOVEC, Jan. Biometan: hospodárné užití obnovitelných zdrojů energie. Praha: GAS, c2012, 100 s. ISBN 978-80-7328-276-9. 3.4.1
Kogenerace, trigenerace
Kogenerací (CHP, combined heat and power) se rozumí souběžné vyrábění elektrické energie a tepla v kogenerační jednotce. Ta je nejčastěji tvořena generátorem na výrobu elektřiny poháněným spalovacím motorem, popřípadě parní turbínou (v případě bioplynových stanic motorem na bioplyn). Oproti běžné elektrárně, ve které je teplo vzniklé během procesu výroby elektřiny bezúčelně vypouštěno do okolí, u 32
kogenerační jednotky je využito k vytápění, čímž se šetří palivo a celý proces je ekonomičtější. (ČEZ Energo, 2014) Jak dokládá obrázek 12, využívání kogenerace není v evropské energetice novinkou, naopak, tento proces je běžně využívaný a vůbec ne vázaný pouze na bioplyn (viz obrázek 13).
Graf 12: Podíl kogenerace na celkové produkci elektřiny u států EU. Zdroj: What is cogeneration?. COGEN Europe: The European Association for the Promotion of Cogeneration
[online].
2014
[cit.
2014-05-21].
Dostupné
z:
http://www.cogeneurope.eu/what-is-cogeneration_19.html
Graf 13: Mix paliv využívaný pro kogenerace v EU. Zdroj: What is cogeneration?. COGEN Europe: The European Association for the Promotion of Cogeneration
[online].
2014
[cit.
2014-05-21].
Dostupné
z:
http://www.cogeneurope.eu/what-is-cogeneration_19.html Při trigeneraci je navíc kromě elektřiny a tepla vyráběn ještě chlad, například ve formě chladného vzduchu. Teplo z kogenerační jednotky se vhání do absorpčního tělesa kde působí jako pohon a pomocí chladící věže dochází k tvorbě chladu, viz. obrázek 14. Pro výrobu chladu se nespotřebovává téměř žádná elektřina, ale teplo. To je jedna z klíčových výhod trigenerace oproti konvenčním chladničkám, které pracují na 33
elektřinu a navíc uvolňují freony, plyny poškozující ozonovou vrstvu Země. V neposlední řadě je ekonomika trigenerace rozhodně příznivější, a to díky využívání odpadního tepla. Existuje ještě tzv. quadgenerace, kterou se myslí integrování získávání uhlíku z procesu spalování suroviny. Benefity této technologie jsou především omezení emisí uhlíku téměř na nulu a získání maxima produktů z celého procesu. (Clarke Energy, 2014) Fungování trigenerace vysvětluje obrázek 14: Obrázek 14: Schéma trigenerace. Zdroj:
Trigenerace.
[online].
2010
GB
[cit.
Consulting 2014-05-20].
Dostupné
z:
http://www.gbconsulting.cz/trigenerace.h tml Tato
kombinovaná
výroba
elektřiny, tepla a případně chladu může být velmi účelná právě pro časté bioplynu,
producenty podniky,
kde
najde
zemědělské teplo
využití
například v sušírnách obilí, popřípadě slepičárnách. Chlad může být využit zase v případě chladících zařízení na jatkách. Běžné je využívání tepla pomocí kogenerace v zimních měsících, kdy je potřeba hospodářské budovy vytápět. V létě pak někteří producenti pro teplo nemají využití a vypouští ho tedy volně do ovzduší. Řešením může být použití pro výrobu chladu. 3.4.2
Čištění na kvalitu ZP, využití v dopravě
Český plynárenský svaz (2013) udává rozdílnou definici pro bioplyn a biometan. Bioplyn popisuje jako „surový plyn produkovaný anaerobní digescí různými druhy bioplynových stanic a čistíren odpadních vod (ČOV)“, zatímco biometan jako „upravený bioplyn vhodný pro vtláčení do plynárenských sítí“. Žákovec (2012) dodává, že za upravený biometan lze považovat bioplyn, který je metanem tvořen alespoň z 95%. Toho se docílí několika stupni zpracování, resp. čištění. Během něj je potřeba surový bioplyn zbavit především vody, CO2, H2S, kyslíku, dusíku, 34
vyšších uhlovodíků atd. To je pouze základní zpracování bioplynu pro použití např. v kogenerační jednotce. Pro vtlačení do plynárenské sítě a tedy smíchání se zemním plynem musí být bioplyn vyčištěn od dalších příměsí, a to zejména zbytků CO 2, čpavku, vodíku, vzduchu atd. Po dokončení čistících procesů je možné bioplyn vtláčet do plynárenské sítě pomocí vtláčecí stanice (připojovacího místa). Bioplyn v kvalitě zemního plynu se automaticky nabízí jako palivo pro silniční dopravní prostředky. Jak uvádí The Linde Group (2012), bioplyn upravený na 97% obsah metanu je nejekologičtější dostupné palivo pro automobilovou dopravu. I přesto se však rozvoj využívání bioplynu v dopravě potýká s překážkami, jako je například zanedbaná podpora ze strany nestátních aktérů. Lampinen a kol. (2004) uvádí, že i přesto, že je bioplyn dlouhodobě známá technologie, většina studií a forem podpory jeho využití v dopravě přehlíží a věnují pozornost kapalným biopalivům, např. ethanolu. Přitom bioplyn z organického odpadu produkuje nejméně skleníkových plynů a navíc běžná tekutá biopaliva znamenají jen minimální snížení produkovaných emisí v porovnání s běžnými druhy paliv. Rozdíl v produkovaných emisích v případě bioplynu a běžných ropných paliv zachycuje následující tabulka 2.
Tabulka 2: Rozdíl v množství produkovaných emisí u bioplynu a běžných ropných paliv. Zdroj: LAMPINEN,, Ari, Pälvi PÖYHÖNEN a Kari HÄNNINEN. Traffic fuel potential of waste based biogas in industrial countries – the case of finland. World Renewable Energy Congress VIII (WREC 2004). 2004. ENVITON s.r.o. (2013) se připojuje k myšlence využívání bioplynu v dopravě a krom již zmíněné lepší ekologické bilance argumentuje také lepší ekonomikou, viz příloha 9.
35
4. Stav využívání v České republice 4.1
Přehled o energetice České republiky Klíčovou roli ve výrobě energie v České republice mají tepelné elektrárny, které
se na celkové produkci podílí více než 57%. Jsou alokovány především v blízkosti oblastí s těžbou uhlí (hlavně hnědého) a v blízkosti vodních toků (doprava). Jaderné elektrárny Dukovany a Temelín se na celkové produkci podílí 33%. Z obnovitelných zdrojů Česká republika dlouhodobě využívá vodní elektrárny, které se nachází na řece Vltavě (Lipno, Kamýk, Slapy, Orlík, Vrané). Na produkci elektrické energie se podílí 3,63%. (Www.czech.cz, 2011) Tyto informace zpřesňuje Drábová, Pačes a kol. (2014) a uvádí, že ještě roku 2000 se tepelné elektrárny podílely na produkci asi 70% a v současnosti je to zhruba 50%. Je to způsobeno hlavně rozvojem české jaderné energetiky, ale i obnovitelnými zdroji. Kde se uhelné spalovací zdroje stále drží, je teplárenství, nicméně v posledních letech začínají docházet tuzemské zásoby uhlí, nebo se nacházejí pod povrchem zastavěných nebo chráněných oblastí. Do budoucna se počítá s nahrazením velké části spalovacích elektráren průběžně dostavovanými a inovovanými jadernými elektrárnami. Podrobněji vývoj včetně obnovitelných zdrojů popisuje obrázek 15. Je zde nutné podotknout, že nezobrazuje podíl bioplynu ani ostatních technologií založených na využití biomasy na produkci energie, pravděpodobně kvůli jejich téměř zanedbatelnému podílu na národní energetické produkci.
36
Graf 15: Vývoj výroby elektřiny v České republice podle odvětví. Zdroj: ENERGETICKÝ REGULAČNÍ ÚŘAD. ROČNÍ ZPRÁVA O PROVOZU ES ČR 2012. Oddělení statistik ERÚ, Praha, 2013. Graf 16 vyjadřující vývoj využívání obnovitelných zdrojů v energetice podle odvětví nám ukazuje, jak se projevovali jednotlivé trendy a politické nástroje na podporu jejich rozvoje. Zde už bioplyn figuruje a lze vidět, že jeho zastoupení v posledních letech roste. Nejvýraznější růst je však vidět u fotovoltaiky, která byla posledních letech mohutně dotována a stala se také předmětem silné kritiky.
Graf 16: Vývoj výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů v České republice podle odvětví. Zdroj: ENERGETICKÝ REGULAČNÍ ÚŘAD. ROČNÍ ZPRÁVA O PROVOZU ES ČR 2012. Oddělení statistik ERÚ, Praha, 2013.
37
Co se vodních zdrojů týče, ty jsou v České republice využity prakticky úplně a jejich podíl, který dnes tvoří zhruba 3%, se již nejspíš zvyšovat nebude. Klíčová je zde schopnost vykrývat špičky ve spotřebě energie pomocí přečerpávacích elektráren. Podle Drábové, Pačesa a kol. (2014) nemá Česká republika vhodné podmínky pro rozsáhlý rozvoj solární a větrné energie. Zatímco větrné energetice brání nízká intenzita a hlavně nepravidelnost vzdušného proudění a také alokace většiny vhodných míst se silným prouděním v chráněných přírodních oblastech, pro solární energetiku má prostředí České republiky málo slunečního svitu a masová výroba energie z fotovoltaiky je neekonomická. Autoři rovněž kritizují nedávné neuvážené dotace na solární energetiku a přiklání
se spíše k rozvoji decentralizovaných
malých zdrojů
v domácnostech. V oblasti biomasy jsou autoři spíše pro rozvoj decentralizovaných zdrojů využívajících lokální suroviny a důrazně upozorňují na to, že výroba energie z biomasy, a to jak elektrická, tepelná, tak pohonné hmoty pro dopravu by za žádných okolností neměly ohrozit potravinovou bezpečnost.
4.2
Využívání bioplynu v České republice Česká bioplynová asociace (2014) eviduje k 1.1.2014 500 bioplynových stanic a
uvádí následující čísla v tabulce 3 týkající se české produkce a spotřeby bioplynu.
Zde je patrné, že i přes celkovou stagnaci české energetiky se podíl obnovitelných zdrojů zvyšuje, přičemž podíl bioplynu roste rychleji než celého segmentu obnovitelných zdrojů.
Ze srovnání se zemním plynem lze vyvodit, že je bioplyn považován za nejpravděpodobnější substitut, navíc díky možnosti využívat pro obě suroviny stejná,
38
nebo podobná zařízení, viz kapitola o vtláčení bioplynu do plynárenských sítí a využití v dopravě. Z tabulky 5 jasně vyplývá, že vyšší podíl bioplynu na spotřebě než na výrobě (viz srovnání s tabulkou 3) je dán přebytkem v české energetice a z toho plynoucím exportem české energie do zahraničí.
Tabulky 3, 4 a 5: Podíl bioplynu na výrobě a spotřebě elektřiny v České republice. Zdroj: Statistiky výroby bioplynu. Česká bioplynová asociace [online]. 2014 [cit. 201405-23]. Dostupné z: http://www.czba.cz/aktuality/statistiky-vyroby-bioplynu-za-rok2013.html
Obrázek 17: Rozložení bioplynových stanic v krajích České republiky. Zdroj: Mapa bioplynových stanic. Česká bioplynová asociace [online]. 2014 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.czba.cz/aktuality/statistiky-vyroby-bioplynu-za-rok-2013.html Obrázek 17 ukazuje prostorové rozložení bioplynových stanic v krajích České republiky. Je patrné, že více stanic je alokováno v krajích s méně hornatým reliéfem. Zde je také alokováno více zemědělské činnosti. Detailně popisuje meziroční změnu ve výrobě elektřiny tabulka 6. Zásadní je údaj o meziroční procentuální změně u jednotlivých zdrojů, kde se bioplyn projevil nejvyšším nárůstem. Nutno dodat, že za rapidním nárůstem nemusí být pouze výstavba nových bioplynových stanic (v roce 2012 jich bylo 481, European Biogas Association, 2012), ale také odklon od prosté výroby tepla a příklon ke kogeneraci. 39
Pokles zaznamenaly fotovoltaické elektrárny, pravděpodobně kvůli změnám v programech podpory. Stejně tak spalovny biomasy jsou na ústupu, neboť je sporná jejich ekologická šetrnost a udržitelnost.
Tabulka 6: Meziroční změna ve výrobě elektřiny z různých obnovitelných zdrojů energie. Zdroj: Statistiky - obnovitelné zdroje. Energetický regulační úřad [online]. 2012 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://energostat.cz/obnovitelne-zdroje.html
4.2.1
Podpora rozvoje bioplynu
Jak uvádí Ministerstvo zemědělství (2013), současný Akční plán pro biomasu v ČR na období 2012 – 2020 nabízí více druhů podpory pro rozvoj bioplynu, přičemž jsou cíleny na různé segmenty výrobního procesu. Například dotační tituly pod hlavičkou Ministerstev zemědělství, Ministerstva průmyslu a obchodu a Ministerstva životního prostředí mají charakter jednorázové investiční podpory, dále podpory podle zákona č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie, jsou zaměřeny na podporu provozování zařízení a jejich výše je vázána na výši produkce. Pak je tu podpora prvovýrobcům biomasy, která se odvíjí od rozlohy oseté plochy a ne od druhu a výnosu produkce. Tato podpora může být užitečná prvovýrobcům, kteří nevlastní zařízení pro výrobu energie z biomasy, ale pouze prodávají vstupní surovinu.
40
Jak uvádí Švec (2010), v podmínkách České republiky je výhodnější produkovat bioplyn pro vlastní využití. Výkupný ceny energie z obnovitelných zdrojů vyhlašuje každoročně Energetický regulační úřad a toto Cenové rozhodnutí má platnost vyhlášky. Identifikoval lze několik rámcových způsobů podpory. Například do nepřímé podpory se řadí zákon č. 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší, který ukládá povinnost osobám podílejícím se na prodeji ropných pohonných hmot přidávat do směsi biosložku, čímž je nepřímo podpořen trh s kapalnými biopalivy. Zákon č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie pak vymezuje podporu přímo pro produkci tepla a elektřiny z biomasy. Je aktualizovanou formou zákona o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie č. 180 z roku 2005 Sb. (Ministerstvo zemědělství, 2013) Z krátké doby uplynulé mezi vydáním obou zákonů je patrné, že nastavování podpory zdrojům energie je citlivá problematika vyžadující opatrná rozhodnutí a v některých případech i přehodnocení. V tomto případě se změny podpory týkaly mimo jiné i fotovoltaických elektráren budovaných na orné půdě. K podpoře využívání bioplynu do roku 2011 Žákovec (2012) uvádí: „ V České republice je prozatím podporováno pouze využití bioplynu pro kombinovanou výrobu elektrické a tepelné energie v kogeneračních jednotkách, čímž jsou jakákoliv jiná využití bioplynu značně znevýhodněna. Navíc u využití bioplynu v kogeneraci vzniká problém s využitím produkovaného tepla. V mnoha případech není většina této energie vůbec využita.“ Program podpory produkce biomasy poskytuje podporu zemědělské produkci v globále a jsou zde zahrnuty i systémy podpory pro zemědělskou produkci ve znevýhodněných podmínkách. Poslední skupinu tvoří Investiční podpory pro (ne)zemědělské podnikatele, obce, kam spadají jednorázové investiční dotace určené na výstavbu nových, popřípadě úpravu a renovaci stávajících výrobních kapacit pro energetické i jiné účely, ale také opatření sloužící ochraně životního prostředí. (Ministerstvo zemědělství, 2013) Schvalováním žádostí o dotaci na výstavbu bioplynových stanic v rámci opatření III.1.2 Podpora zakládání podniků a jejich rozvoje se zabývá Státní zemědělský intervenční fond.
41
4.2.2
Kritika bioplynu
Bioplynová technologie je stejně jako další obnovitelné zdroje energie problematickou tematikou v prostředí české veřejnosti. Kritika se většinou týká produkce biomasy na účelem energetického využití, tzv. cíleně pěstované biomasy, na úkor potravinové produkce. Dále je často diskutovaný systém podpory obnovitelných zdrojů energie obecně, a v neposlední řadě i zápach bioplynových stanic v obydlených oblastech. Názor společnosti je možné sledovat také ze zpravodajských deníků a zájmových webů, z nichž pochází i některé z následujících faktů. Jak upozorňuje Hobby.cz(2012), v České republice se v současnosti snižuje diverzita pěstovaných plodin a na vzestupu jsou právě energetické plodiny, především pak kukuřice. Během minulého století byla kukuřice spíše doplňkovou plodinou, v posledních letech však osevní plochy narůstají. Vzhledem k technickému využití plodiny jsou využívány odrůdy, které snesou vyšší množství pesticidů a herbicidů, které po použití zůstávají v půdě. Zároveň se zvyšující se homogenizací skladby plodin se zhoršují životní podmínky polní a lesní zvěře, která v monokulturách obtížněji hledá úkryt a potravu. V neposlední řadě dochází ke znehodnocování půdy erozí v důsledku pěstování již zmíněné kukuřice, která je ve smyslu ochrany půdy jednou z nejméně vhodných plodin. Petr Havel (2014) v deníku Česká pozice s tímto argumentem v zásadě souhlasí, avšak připomíná, že riziko půdní eroze způsobené pěstováním kukuřice lze eliminovat dodržováním správného osevního postupu a případný tlak na změnu by měl být směřován právě sem. Navíc dodává, že v budoucnu bude pravděpodobně stanovena podmínka zpracovávat odpad z živočišné zemědělské produkce a biologicky rozložitelný komunální odpad, čímž by se z bioplynových stanic stal významný ekologizační element. Dodává také, že při správně nastavených podmínkách má bioplyn potenciál podporovat například produkci zeleniny, ovoce, sladkovodních ryb nebo řezaných květin, což jsou obory u nás na ústupu. K výdajům na podporu obnovitelných zdrojů energie Drábová, Pačes a kol. (2014) uvádí, že pouze za rok 2013 činily státní dotace na obnovitelné zdroje energie 44 miliard Kč, tj. 4400 Kč na osobu. Tyto peníze stát získá skrze zvýšení ceny energie, zdražením zboží a zmrazením mzdového nárůstu. Autoři zastávají názor, že tento postup může kromě domácností poznamenat hlavně průmysl. 42
Proti tomu Havel (2014) argumentuje povinností členských států Evropské unie snižovat objev ukládání odpadu. Tuto povinnost Česká republika neplní a hrozí jí za to nemalé sankce. Rozumná podpora bioplynu, který by mohl k řešení situace s odpady prospět, by přišla na menší částku než sankce. Sequens (2009) uvádí jako běžný zdroj kritiky a nesouhlasu se stavbou zápach v okolí bioplynové stanice, speciálně v případě zemědělského typu, u kterého je obvyklá výstavba i v relativní blízkosti lidských obydlí. Jako řešení uvádí dodržení provozní kázně, která při dodržování stanovených časových intervalů potřebných pro jednotlivé procesy zajistí znatelné omezení zápachu. Kritice okolí se dá také předejít vhodným umístěním stanice, a to tak, aby vítr nezanášel zápach do obydlených oblastí. Při návrhu na vydání územního rozhodnutí je vhodné požádat stavební úřad o vyhlášení ochranného pásma podle § 83 stavebního zákona, které by zamezilo zastavění blízkého okolí bioplynové stanice.
43
5. Stav využívání v jiných zemích Využívání bioplynu je především ve státech Evropské unie na vzestupu, a to hlavně díky snaze o ozelenění sektoru energetiky a dosahování lepších ekologických standardů ekonomické činnosti. Například Německo sleduje ještě jiný cíl, a to nahrazení veškeré produkce energie ze svých jaderných elektráren obnovitelnými zdroji. Je to reakce na havárii, jež se udála v japonské Fukušimě. (The guardian, 2013) Tento přístup hodnotí experti jako problematický, neboť již v minulosti rozsáhlé kapacity na výrobu větrné energie na východě země způsobovaly přetížení sítě a následné výpadky. (European Dialogue, 2011) Obrázek 18 dokládá konkrétní počty bioplynových stanic ve státech Evropské unie.
Obrázek 18: Počet bioplynových stanic ve státech Evropské unie v roce 2012. Zdroj: Biogas production statistics for Europe. EBA - European Biogas Assoociation [online]. 2012 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://european-biogas.eu/2013/12/20/ebapresents-latest-biogas-production-statistics-europe-growth-continuous/ V následujících kapitolách budou popsány specifika využívání bioplynu ve dvou zemích Evropské unie, ve Švédsku, které je v ekologicky šetrných technologiích 44
považováno za průkopníka, a Rakousko, České republice o něco bližší přírodními podmínkami.
5.1
Švédsko Počátky využívání bioplynové technologie ve Švédsku se datují zhruba do 60.let
20.století, přičemž prvotním záměrem tehdy bylo pouze zredukovat množství odpadu z čističek odpadních vod. Avšak ropná krize 70.let vedla k rozvoji využívání bioplynu jakožto užitkové energie. První bioplynové stanice vznikaly v rámci potravinářských závodů, jako jsou cukrovary, mlýny apod. Později v 80. letech došlo k budování bioplynových stanic na některých farmách a také v rámci skládek komunálního odpadu. ( Swedish Gas Association, 2011) V roce 2009 dosahovala celá produkce z 230 výrobních zařízení 1,4 TWh, přičemž celková míra využití oproti minulým létům vzrostla. Až 49% bylo využito na teplo, 36% bylo zpracováno na kvalitu zemního plynu, 5%využito na výrobu elektřiny a pouze 10% bezúčelně spáleno. Využití na teplo je často zastupováno vytápěním budov přímo vlastněných výrobcem bioplynu. Za rok 2009 se na výrobě nejvíce podílely čistírny odpadních vod (44% a 605 GWh), 25% pochází ze skládek (225 GWh), 22% z kodigestačních zařízení a 8% z průmyslových závodů. Zemědělské bioplynové stanice se podílí pouze 1% na celkové produkci. Vzhledem ke geografické poloze je pro Švédsko přijatelnější orientace na výrobu bioplynu z odpadů, než kapalných biopaliv z cíleně pěstovaných plodin. Navíc výroba bioplynu zajišťuje využití pro odpad ze dvou zásadních odvětví švédské ekonomiky: dřevozpracujícího průmyslu a rybolovu. (Žákovec, 2012) Oproti roku 2008 nedošlo k zásadnímu nárůstu produkce, nicméně změnilo se složení producentů, kdy snížení produkce ze skládek nahrazuje zvýšení produkce z farem a kodigestačních zařízení.( Swedish Gas Association, 2011) Jak dále Swedish Gas Association, (2011) uvádí, zásadní oblast využívání bioplynu je především jeho zpracování na kvalitu zemního plynu, přičemž většina se ho využívá v dopravě. Část se ho vhání do sítě plynovodů a využívá stejným způsobem, jako zemní plyn. O vývoji využití bioplynu v dopravě blíže vypovídá obrázek 19. Podle Žákovce (2012) lze Švédsko považovat za zemi s nejbohatšími zkušenostmi v oblasti využití biomethanu. Navíc zde platí přísnější požadavky na jeho kvalitu (minimálně 96-98% obsahu methanu), a neexistuje zde, na rozdíl od podpory výroby 45
elektrické energie, jednotný systém podpory. Ten si nastavují jednotlivé regiony a obce sami, většinou formou podpory komunální, například místní autobusové, dopravy z hlediska ekologie a ekonomiky. Raritou je provoz prvního motorového vlaku na bioplyn na světě, který obsluhuje od roku 2006 trať mezi městy Linköping a Västervik. Jedná se o přebudovaný původně dieselový vlak, který splňoval emisní normu Euro 1. Nyní pro přestupu na bioplyn je v kategorii Euro 5. Přestavba byla také levnější varianta v porovnání s elektrifikací tratě, která by jinak byla z důvodu snížení emisí nutná. (Žákovec, 2012)
Graf 19: Vývoj využívání zemního plynu a bioplynu v dopravě ve Švédsku. Zdroj: DAHLGREN, Stefan. Biogas. State of the art - Sweden. Švédsko, 2013. Případová studie.
5.2
Rakousko Rakousko má mnohaletou tradici v produkci bioplynu ze skládek, odpadních vod
a
průmyslového
odpadu
a
v
současnosti
má
v provozu
více
než
400
stanic.(Biogaspartner, 2014) V roce 2006 vydalo rakouské ministerstvo životního prostředí akční plán zaměřený na podporu bioplynu, a to především s využitím v dopravě. 5 bodový program deklaroval za cíl zvýšení podílu biometanu v dopravě nad 20% a udržení nulové daně 46
na bioplyn. První rakouská bioplynová stanice upravující bioplyn na biometan byla spuštěna v roce 2005 v Puckingu v areále stávající samozásobitelské bioplynové stanice soukromého zemědělce. Toto konkrétní zařízení, zásobované odpadem z chovu zhruba 9000 nosných slepic, 1500 kuřat a 50 chovných prasat, je schopno dodávat do plynovodní sítě asi 6 m3 biometanu, což vydá ročně až za 400 000 kWh energie, dost na pokrytí spotřeby 40 bytových jednotek. (Žákovec, 2010)
Obrázek 20: Současné a budoucí využívání bioplynu podle akčního plánu pro biomasu. Zdroj: AMON, Thomas. FORUM BIOGAS. Encouraging Biogas Market Growth in Austria. Forum biogas, 2007. [cit. 2014-05-23]. Jak ukazuje obrázek 20, Rakousko v dlouhodobém horizontu sází právě na využití v dopravě, zatímco produkce elektřiny a tepla by měla růst minimálně. Nejdůležitější systémy podpory pro bioplynové hospodářství jsou tyto:
Fixní výkupní ceny elektřiny podle rakouského zákona o zelené energetice
Federální granty od agentury Environmentální asistence
Nulová daň na biometan
Fixní výkupní ceny elektřiny jsou v současnosti nejméně atraktivní podporou, proto je taky většina vyprodukovaného bioplynu využita na vytápění nebo v dopravě. V surovinách
převládají
energetické
plodiny,
(Biogaspartner, 2014) 47
čistírenské
kaly
a
bioodpad,
5.3
Rozvojové státy Většina spotřebované energie v rozvojových zemích pochází z biomasy, a to ze
spalování palivového dřeva nebo trusu. Dalším zásadním faktem je, že především v nejméně rozvinutých státech (LDCs) největší část spotřeby připadá na domácnosti, nikoli na průmysl, jako je tomu v rozvinutých zemích. (Li, a kol., 2005) Využívání dřeva jako zdroje energie má jak společenské, tak environmentální negativa. Sběrem dřeva se v rozvojových zemích zabývají především ženy a děti, což jim ubírá čas, který lze věnovat vzdělání a zaměstnání. (Gautam a kol., 2009) Bajgain a kol. (2005) zmiňuje problém odlesňování, což může mít vliv na změnu klimatu erozi půdy. Výsledkem využívání bioplynu namísto spalování biomasy může být celkový ekonomický růst zároveň v mezích ekologické udržitelnosti. Využívání bioplynu se ukázalo být efektivní strategií v řešení problému získávání energií v rozvojových zemích. Především v rurálních oblastech mohou domácnosti využíváním existujících substrátů, jako je odpad z rostlinné a živočišné výroby, dosahovat energetické soběstačnosti.( Bajgain a kol. 2005) Případy individuálního využívání bioplynu v domácnostech jsou známy ze zemí, jako je Indie, Čína, Thajsko apod. Domácnosti tu jako suroviny obvykle využívají odpad z chovů, tedy hnůj, přičemž hnůj od dvou až čtyř krav, případně pěti až deseti prasat, vyrobí dostatek bioplynu pro vaření a někdy i svícení. I při každodenní obsluze, kterou malé domácí bioplynové stanice vyžadují, ušetří rodiny v průměru až 3 hodiny času, které by jinak věnovaly sběru palivového dřeva. Pozitiva jsou i zdravotní, neboť bioplyn hoří čistým plamenem (viz příloha 10), na rozdíl od dřeva, kdy zplodiny z hoření jsou častým původcem dýchacích a očních onemocnění, která si vyžádají 1,6 milionů obětí ročně. (Ashden, 2010) 5.3.1
Čína
První bioplynové stanice vznikaly koncem 19. století v pobřežních oblastem jižní Číny. Později, roku 1920 vytvořil Luo Guorui inovované zařízení s objemem 8 metrů kubických a založil společnost Santou Guorui Biogas Lamp Company. Roku 1935 vydal knihu Guorui Biogas Digestion Rochester Practical Lecture Notes, která byla první monografií o bioplynu v historii.
48
Od vzestupu komunismu je rozvoj domácích bioplynových stanic předmětem centrálních rozvojových plánů. Roku 2003 probíhá Národní plán pro konstrukci bioplynových stanic v okrajových oblastech s cílem vybudovat do roku 2010 50 milionů domácích zařízení. V současnosti je jich přibližně 25 milionů. V současnosti nejtypičtější
model
bioplynové
stanice
nejen
v Číně,
ale
i
jiných
částech
rozvojového světa, se nazývá „the China Dome“ a popisuje ho následující obrázek 21
(Nordic Folkecenter , 2012) a příloha 11.
Obrázek 21: Schéma bioplynové stanice typu „the China Dome“. Zdroj: Microbiogas for Developing Countries. Nordic Folkecenter [online]. 2012 [cit. 2014-05-23]. Dostupné
z:
http://www.folkecenter.net/gb/rd/biogas/biogas/microbiogas-for-
developingcountries/
5.3.2
Indie
V Indii je situace obdobná jako v Číně, bioplyn se poprvé objevil již v polovině 19.století, několikrát se dočkal vládou řízeného rozvoje a několikrát byl pozapomenut. V současnosti je opět podporován, a to hlavně mikropůjčkami. Denně je zde instalováno až 2 miliony zařízení, někdy i s objemem do 1 metru krychlového. Taková zařízení pak nachází uplatnění ve městech. (Nordic Folkecenter , 2012) 5.3.3
Afrika
Afrika začala především v posledních letech pociťovat rostoucí nedostatek energie. Dřevo a uhlí je těžší získat a lidé, především ženy a děti, tráví čím dál více času sběrem. Problémem je zde i již zmíněné zvýšené riziko onemocnění vinou kouře ze
49
spalování dřeva a zvířecího trusu, špatná sanitace pak vede k onemocněním ze znečištěné vody. Všechny tyto problémy má bioplyn šanci zlepšit. Nicméně, rozvoji této technologie se příliš nedaří, a to především kvůli neznalosti základních principů. Většina zařízení je instalována v Tanzánii, Keni a Etiopii, ostatní země jich mají asi několik stovek. Přesný počet bioplynových stanic v Africe není znám. V současnosti několik států nově iniciuje vládní programy na podporu využívání bioplynu. Libye je jediný stát Afriky, kde úspěšně funguje bioplynová stanice v poušti. (Nordic Folkecenter , 2012)
50
6. Návrhy na zlepšení využívání technologie bioplynu 6.1
Suroviny pro výrobu bioplynu Ukazuje se, že v České republice většinu produkce bioplynu zastávají zemědělské
bioplynové stanice využívající buďto odpad z rostlinné a živočišné výroby, nebo cíleně pěstované plodiny. Zatímco odpad je prakticky bezplatně získaná surovina, cíleně pěstované plodiny za svoji větší výtěžnost platí náklady na vypěstování a co je více důležité, záborem půdy. Právě zábor orné půdy kvůli pěstování energetických plodin je hlavním argumentem proti energii z biomasy obecně. Proto by bylo vhodné tento trend omezovat, a to skrze podporu výroby bioplynu ze zemědělských a průmyslových odpadů.
6.2
Efektivita využívání Podpora bioplynu by měla být přísněji podmíněna efektivním využíváním.
Odebrání bioplynu ze substrátu a jeho klidně i bezúčelné spálení je sice ekologičtější než jeho samovolné unikání do atmosféry, současná podpora však nevyžaduje příliš vysoké procentuální využití vyprodukovaného tepla a to vede některé zemědělce k bezúčelnému spálení bezpečnostním hořákem. Běžný je případ, kdy provozovatel bioplynové stanice využívá vyprodukované teplo pouze v zimních měsících, a to na vytápění hospodářských budov. V létě pak nemá pro teplo využití a nechává ho unikat do ovzduší. Řešení přináší trigenerace, kde je teplo spotřebováno na výrobu chladu.
6.3
Příležitosti pro budování nových bioplynových stanic Na skládkách komunálního odpadu je zařízení na jímání bioplynu primárně v roli
ekologického opatření, než nástrojem tvorby zisku. Navíc, vzhledem k velkému zájmu v budoucnu komunální odpad energeticky využívat ve spalovnách, popřípadě pyrolýzou, nevidím budoucnost v podpoře skládkových bioplynových stanic. Naopak čistírny odpadních vod poskytují poměrně rozsáhlé působiště pro další kvantitativní i kvalitativní rozvoj. Kapacity pro využívání bioplynu může nabídnout také průmysl, a to hlavně potravinářský, Typickým příkladem jsou závody zpracovávající produkty živočišné výroby, např. jatka. Zároveň mohou profitovat skomírající tuzemské chovy a další slabé obory, například pěstování zeleniny, ovoce a chov sladkovodních ryb. 51
Rozměr bioplynových stanic
6.4
V rámci plánování podpory do budoucna je také potřeba uvažovat o rozměru, jaký by měly nové bioplynové stanice mít. Jsou sice snadno decentralizovatelné a nejmenší fermentory může využívat i běžná domácnost, je však vhodné zvažovat úspory z rozsahu. Těch by mohlo být docíleno intenzifikací produkce surovin pro bioplynovou stanici v jejím okolí. V praxi může jít o motivační programy pro rozvoj vhodných druhů podnikání, například jatek, chovů, mlékáren apod. v blízkosti podniku provozujícího bioplynovou stanici, tedy zpravidla zemědělského podniku. Tento koncept navíc přispívá snaze o rozvoj regionu a především venkova.
Finální produkt
6.5
Pokud jde o produkt, praktičtější do budoucna se zdá využívání v dopravě než pro kogeneraci, případně trigeneraci. Ty mohou sloužit lokálním účelům, například pokrytí energetických nároků výrobce bioplynu, ale vzhledem k současnému poměrně malému významu stávajících bioplynových stanic v energetické produkční základně České republiky bych s touto technologií nepočítal do budoucna jakožto strategickým zdrojem. Naopak v dopravě je zdá být konkurenceschopnost bioplynu mnohem vyšší, především v porovnání s kapalnými biopalivy, které mají poměrně špatnou reputaci jednak kvůli ekologickým, tak ekonomickým souvislostem. S rozvojem bioplynu v dopravě bych doporučil začít v sektoru veřejné dopravy.
6.6 Projekt integrovaného systému řízení rozvoje obnovitelných zdrojů na regionální úrovni Projektem do budoucna by mohlo být vytváření sítí alternativních zdrojů energie na úrovni krajů, přičemž by zde docházelo ke koordinovanému rozvoji použitelných technologií pro výrobu energie za účelem vykrývání nedostatků jednoho zdroje zdrojem jiným.
52
7. Závěr Zpracování této bakalářské práce přineslo širší, ale zároveň také obecnější pochopení významu energie. Je to esenciální složka života každého člověka a fungování všech států. Právě zajištění dostatku energie je jedním ze strategických cílů států a to především v dnešní době, kdy se napjatě očekává hrozící energetická krize. Oproti hmotě vykazuje energie téměř opačné vlastnosti. Je technologicky snadné měnit jeden druh energie v jiný, přičemž nejčastěji využívaná je energie kinetická, tepelná a elektrická. Je také poměrně nenáročné energii přesouvat, a to především elektrickou, zatímco přesun hmoty je často velmi nákladný. Na druhou stranu energii je na rozdíl od hmoty velmi obtížné současnou technologií skladovat, což představuje jednu z největších slabin současné energetiky. S čím se také energetika potýká, je závislost na neobnovitelných zdrojích, předně na fosilních palivech. Je dnes už prakticky jisté, že k jejich vyčerpání dojde v blízké budoucnosti a je nutné hledat adekvátní náhrady. Dnes běžně využívané obnovitelné zdroje energie jsou charakteristické svými limitujícími faktory, přičemž kromě nedokonalé technologie je řeč hlavně o přírodních podmínkách. Pro solární energetiku je nutný intenzivní sluneční svit, větrná zase vyžaduje silné a především pravidelné vzdušné proudění. Asi nejspecifičtější je energie geotermální, která je využitelná jen regionech se zvýšenou tektonickou aktivitou. Bioplyn ovšem nabízí alternativu na přírodních podmínkách závislou mnohem méně, neboť jediným důležitým vstupem je biomasa. Využití lze tedy rozšířit na celý svět. Zároveň není postup výroby surového bioplynu technologicky náročný, a celé zařízení nemusí být velké ani drahé, je tedy možné tuto technologii doporučit i pro rozvojový svět. Navíc, v porovnání s běžnými zdroji energie, bioplynovým stanicím více vyhovuje decentralizovaný přístup, neboť zemědělská půda dokáže vyprodukovat pouze omezené množství biomasy a její dovoz odjinud a následný odvoz koncového produktu – digestátu, by poznamenal rentabilitu celého provozu. Decentralizace také vytváří nová pracovní místa a napomáhá snížení energetické závislosti obyvatel na vládě a takový zdroj energie tedy může najít vhodné uplatnění ve státech, kde vláda neplní adekvátně své funkce.
53
V současnosti je možné bioplynové stanice zřizovat všude tam, kde se nachází dostatek biomasy, tedy na skládkách komunálního odpadu, v čistírnách odpadních vod, zemědělských podnicích, potravinářských podnicích apod. V České republice je nejběžnější zemědělský typ bioplynové stanice. Jedná se o větší zařízení o obvyklém výkonu kolem 1 MWh. Původním záměrem zde mělo být zpracovávání organického odpadu ze zemědělské výroby, běžné jsou však případy využívání cíleně pěstovaných plodin, například kukuřice, za primárním účelem zplynění. To je předmětem kritiky, neboť tyto technické plodiny zabírají zemědělskou půdu, která tím pádem není využita na produkci potravin, a navíc není nutné při jejich pěstování tolik dbát na ekologické standarty, což se může projevit v degradaci životního prostředí. Pro srovnání, Švédsko se v rozvoji bioplynu zaměřilo na čistírny odpadních vod, které jsou největším výrobcem bioplynu. Na druhém místě jsou průmyslové podniky, skládkových je minimum, pravděpodobně kvůli celkovému odklonu Švédska od skládkování. Ve využití je velmi výrazně zastoupena doprava, kde bioplyn dosahuje nejvyšších komparativních výhod oproti ostatním konvenčním i alternativním palivům. Tento segment využití je v České republice slabě zastoupen a snaha o ekologizaci dopravy se nadále opírá o kapalná biopaliva, jako jsou bioetanol a bionafta. Ukazuje se, že tyto paliva jsou stejně, jako konvenční pohonné hmoty původci emisí a dopad jejich pěstování na krajinu je navíc negativnější než v případě cíleně pěstovaných plodin pro bioplynové stanice. Bioplyn v globále hodnotím jako velmi nadějnou technologii, která má více užitečných produktů a také více benefitů, nicméně nabízí se otázka, jak by se odvětví výroby vyvíjelo bez výrazných dotačních zásahů státu nebo Evropské unie, nebo jestli tato podpora nemá za následek právě nežádoucí jevy s bioplynem spjaté, jako je nadměrný zábor půdy a tedy ohrožení potravinové bezpečnosti. Tato bakalářská práce byla zpracována na podkladě veřejně dostupné literatury, přičemž základ pro popis energetiky a jednotlivých zdrojů poskytly rozsáhlé vědecké publikace zabývající se energetikou jako celkem. Velké zastoupení v použité literatuře mají také publikace technického zaměření, sloužící většinou pro rychlou orientaci ve výrobě bioplynu a objasňující základní chemicko-technologické souvislosti. Bohužel ne všechny informace jsou snadno dohledatelné, a je potřeba obrátit se na mnohdy komerční webové stránky firem podnikajících v obnovitelných zdrojích. Navíc, vzhledem k současnému rapidnímu 54
nárůstu využívání bioplynu je potřeba zvažovat relevanci informačních zdrojů s datem vydání před rokem 2000, neboť ne vždy zcela odpovídají současnosti. Problematické se ukázalo získávání číselných dat o vývoji produkce jak bioplynu, tak celé energetiky České republiky, které často položku bioplyn úplně postrádají, patrně pro malý rozsah produkce, případně slučují s ostatními technologiemi na výrobu energie z biomasy. Běžná je taky obtížná dohledatelnost vývojových časových řad za delší období, v případě bioplynu se nejčastěji uveřejňují data za poslední dva až tři roky. Za nejpřínosnější považuji publikaci Perspektivy české energetiky: současnost a budoucnost od Drábové, Pačesa a kol. (2014), která velmi detailně popisuje stav nejen české energetiky, ale také globální situace v otázce vyčerpávání zdrojů, nastiňuje možné perspektivy a upozorňuje na nedostatky energetické koncepce. Přidanou hodnotu publikace spatřuji i v méně odborném stylu, jakým byla napsána, což ji zpřístupní širší veřejnosti. Doporučuji tuto publikaci jako základní literaturu pro pochopení souvislostí týkajících se energetiky.
55
8. Summary
Processing of this thesis has brought wider, but also a more general understanding of the importance of energy. It is an essential component of every person's life and functioning of all states. Ensuring sufficient supply of energy is one of the strategic objectives of the state, especially nowadays, when the impending energy crisis is awaited. In contrast to the mass energy shows almost the opposite characteristics. It is technologically easy to change one type of energy into another, with the most frequently used is the kinetic, thermal and electrical energy. It is also relatively undemanding to shift the it, especially electrical energy, while the mass transfer is often very costly. On the other hand, energy is, unlike the mass, very difficult to store with current technology, which is one of the major weaknesses of the current energy sector. Another difficulty the energy sector is facing is the dependence on non-renewable resources, primarily on fossil fuels. It is nowadays virtually certain that the their depletion will occur in the near future and i tis vital to seek adequate compensation. Today commonly used renewable energy sources are characterized by their limiting factors, being it an imperfect technology or mainly the natural conditions. The solar energy requires intense sunlight, wind, in turn, requires strong and especially regular air flow. Perhaps the most specific is geothermal energy, which is applicable only in regions with increased tectonic activity. Biogas, however, offers an alternative much less dependent to natural conditions, since the only important input is the biomass. Utilization may therefore be extended to whole world. Also, the process of production of raw biogas is not technologically difficult, and the whole apparatus does not necessarily have to be large or expensive, so it can be recommended to use this technology in the developing world. In addition, compared to conventional energy sources, the decentralized approach suits the biogas plants more, because farmland can only produce a limited amount of biomass and its imports from elsewhere and following removal of the end product - the digestate would affect the profitability of the whole operation. Decentralization also creates jobs and helps reducing energy dependence on government, and such source of energy may thus find suitable employment in countries where the government does not fulfill its function adequately 56
Nowadays ti is possible to establish biogas plants wherever there is enough biomass, ie landfills, sewage treatment plants, farms, food processing plants, etc. In the Czech Republic, the most common type is the agricultural biogas plant. It is a larger facility of normal output of around 1 MWh. The original intention here was to process organic waste from agricultural production, however, normal are cases of the use of purpose-grown crops such as corn, for the primary purpose of gasification. It is subject to criticism, since these industrial crops occupy agricultural land, which is therefore not used for food production, and there is less need of maintaining higher environmental standards for their growing, which may result in environmental degradation. By comparison, Sweden has focused on development of biogas wastewater treatment plant, which are the major manufacturer of biogas. In second place there are industrial plants, landfill is low, probably because of Sweden's total diversion from landfill. The transportation has a strong presence in common use, where biogas has the highest comparative advantages over other conventional and alternative fuels. This segment is poorly represented in the Czech Republic and the effort to green the transportation is still based on liquid biofuels such as bioethanol and biodiesel. It turns out that these fuels are as well as conventional fuel the emitters and their growing has more negative impact on the landscape than in the case of purpose-grown crops for biogas plants. In general, I evaluate biogas to be very promising technology that creates more useful products and more benefits, but the question is how would the industry develop without significant state or EU subsidy policy or, whether this support does not result in very undesirable effects associated with biogas, such as excessive occupation of land and thus endangering the food security. This thesis was made on the basis of publicly available literature, whereas the fundamentals for describing the various sources of energy were provided by extensive scientific publications dealing with the energy sector as a whole. Technically focused publications, mostly serving as a quick way to orient in biogas processing and explaining basic chemical-technological context, also have great representation in used literature. Unfortunately, not all information is easily obtainable, and it is sometimes necessary to turn to commercial websites of companies operating in the renewable sources. Moreover, given the current rapid increase in the use of biogas, it is necessary
57
to consider the relevance of information sources to be dated before 2000, because these not always correspond to the present. Obtaining the numerical data on the development of both biogas and energy sector throughout the Czech Republic proved problematic, for the charts and tables often lack the item biogas completely, probably due to small scale of production, or combine it with other biomass-based technologies. Common is also the difficult traceability of development time series for a longer period, in case of biogas the most often published data capture the last two to three years. I consider the most valuable publication Perspektivy české energetiky: současnost a budoucnost of Drábová, Pačes et al. (2014), which describes in great detail the Czech state of not only the energy sector, but also the global situation in terms of resource depletion, It also outlines the possible perspective and highlights the shortcomings of energy policy. I can see the added value of the publication in less professional style in which it was written, which make it more approachable to the general public. I recommend this publication as basic literature for understanding the context of the energy sector.
58
9. Zdroje 9.1
Tištěné zdroje
AMON, Thomas. FORUM BIOGAS. Encouraging Biogas Market Growth in Austria. Forum biogas, 2007. [cit. 2014-05-23].
BAJGAIN S, SHAKYA I; The Nepal Biogas Support Program: A successful model of public private partnership for rural household energy supply; Ministry of Foreign Affairs. The Netherlands; 2005 BRANDEJSOVÁ, Eliška, PŘIBYLA, Zdeněk. Bioplynové stanice: (zásady zřizování a provozu plynového hospodářství). Praha: GAS, 2009, 118, [16] s. ISBN 978-80-7328192-2.
ČESKÝ PLYNÁRENSKÝ SVAZ. Plynové hospodářství bioplynových stanic: Gas handling of biogas plants : TDG G 983 02 : schválena dne 3.4.2013 : [platí od 1.6.2013. Praha: GAS, c2013, 24 s. ISBN 978-80-7328-258-5. DAHLGREN, Stefan. Biogas. State of the art - Sweden. Švédsko, 2013. Případová studie.
DA ROSA, Aldo Vieira. Fundamentals of renewable energy processes. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press, c2009, xix, 844 s. ISBN 978-0-12-374639-9.
DRÁBOVÁ, Dana, PAČES Václav. Perspektivy české energetiky: současnost a budoucnost. Vyd. 1. Praha: Novela bohemica, 2014, 335 s. ISBN 978-80-87683-26-2.
ENERGETICKÝ REGULAČNÍ ÚŘAD. Roční zpráva o provozu ES ČR 2012. Oddělení statistik ERÚ, Praha, 2013.
59
FANG LIN LUO, Hong Ye. Renewable energy systems advanced conversion technologies and applications. Boca Raton, FL: Taylor, 2013. ISBN 978-1-4398-91100.
GAUTAM R, BARALB S, HERAT S; Biogas as a sustainable energy source in Nepal: Present status and future challenges ; Renewable andSustainable Energy Reviews 13 (2009) 248–252
GOSWAMI, D. Yogi, KREITH, Frank. Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2007. ISBN 1420003488.
HOSSAIN, Jahangir, MAHMUD, Apel. Large scale renewable power generation. Singapore: Springer Science+Business Media, 2014, pages cm. ISBN 978-981-4585293.
LAMPINEN, Ari, PÖYHÖNEN, Pälvi, HÄNNINEN Kari. Traffic fuel potential of waste based biogas in industrial countries – the case of Finland. World Renewable Energy Congress VIII (WREC 2004). 2004.
Li Z, Tang R, Xia C, Luo H, Zhong H ; Towards green rural energy in Yunnan, China; Renewable Energy 30 (2005) 99–108
MALAŤÁK, Jan a Petr VACULÍK. Biomasa pro výrobu energie. Vyd. 1. Praha: Česká zemědělská univerzita v Praze, 2008, 206 s. ISBN 978-80-213-1810-6.
MINISTERSTVO
ZEMĚDĚLSTVÍ.
Možnosti
energetického
využití
biomasy.
Ministerstvo zemědělství, Praha 1, 2013.
SEQUENS, Edvard. Bioplynové stanice a životní prostředí. České Budějovice: Calla Sdružení pro záchranu prostředí, 2009, 4 s. ISBN 978-80-87267-06-6.
60
SIEGEL, Jeffrey, Nick HODGE a Chris NELDER. Investing in renewable energy: making money on green chip stocks. Hoboken, N.J.: John Wiley, c2008, x, 257 p. ISBN 04-701-5268-0.
SINICROPI, Patricia. National association of clean water agencies. Biogas Production at Wastewater Treatment Facilities. 2012. ŠVEC, Jan. Využití obnovitelných zdrojů energie v zemědělství - zemědělské bioplynové stanice. Vyd. 1. Chrudim: Vodní zdroje Ekomonitor, 2010, 69 s. ISBN 978-80-8683249-4. TABAŠEK, Marek. Energetické využití bioplynu v kogenerační jednotce se spalovacím motorem: Usage of landfill gas energy in gas engines of combined heat and power units : autoreferát doktorské disertační práce. 1. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2007, 33 s. ISBN 978-80-248-1578-7. ŽÁKOVEC, Jan. Biometan: hospodárné užití obnovitelných zdrojů energie. Praha: GAS, c2012, 100 s. ISBN 978-80-7328-276-9.
9.2
Elektronické zdroje
Bioplynové stanice. Power-energo: partner ve výkonu [online]. 2011 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.power-energo.cz/produkty/bioplynove-stanice.html
Biogas. Ashden: Sustainable solutions, better lives [online]. 2010 [cit. 2014-05-25]. Dostupné z: http://www.ashden.org/biogas?
Definition of energetics. Oxford dictionaries: Language matters [online]. 2014 [cit. 2014-05-21].
Dostupné
z:
http://www.oxforddictionaries.com/definition/american_english/energetics Energetika České republiky. Www.czech.cz [online]. 2011 [cit. 2014-05-22]. Dostupné z: http://www.czech.cz/cz/Podnikani/Ekonomicka-fakta/Energeticky-prumysl-CR 61
Gas
solutions.
MWM
[online].
2014
[cit.
2014-05-15].
Dostupné
z:
http://www.mwm.net/en/competencies/gas-solutions/
Global energy guide. BBC News [online]. 2005 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/06/global_energy/html/hydrowind.stm
Global Industry Classification Standard (GICS®). MSCI [online]. 2014 [cit. 2014-0521]. Dostupné z: https://www.msci.com/resources/pdfs/GICSSectorDefinitions.pdf
Goodbye nuclear power: Germany's renewable energy revolution. The guardian [online]. 2013 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.theguardian.com/sustainablebusiness/nuclear-power-germany-renewable-energy
HAVEL, Petr. Diskuse o bioplynových stanicích: Až zazní správné údaje... In: Česká pozice
[online].
2014
[cit.
2014-05-25].
z:
Dostupné
http://ceskapozice.lidovky.cz/diskuse-o-bioplynovych-stanicich-az-zazni-spravneudaje-pk4-/tema.aspx?c=A140312_231306_pozice_139423 JENÍČEK, Pavel: Produkce bioplynu z průmyslových odpadních vod. Biom.cz [online]. 2005-09-05 [cit. 2014-05-19]. Dostupné z WWW: http://biom.cz/cz/odborneclanky/produkce-bioplynu-z-prumyslovych-odpadnich-vod . ISSN: 1801-2655.
Kogenerace.
ČEZ
Energo
[online].
2014
[cit.
2014-05-19].
Dostupné
z:
http://www.cez.cz/kogenerace/cs/o-kogeneraci/princip-a-vyhody-male-kogenerace.html
LUOSTARINEN, S., LUSTE S., SILLANPÄÄ M. Increased biogas production at wastewater treatment plants through co-digestion of sewage sludge with grease trap sludge from a meat processing plant [online]. University of Kuopio, Laboratory of Applied
Environmental
Chemistry,
2098
[cit.
2014-05-17].
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096085240800549X. University of Kuopio. 62
Dostupné
z:
Studie.
Microbiogas for Developing Countries. Nordic Folkecenter [online]. 2012 [cit. 201405-23]. Dostupné z: http://www.folkecenter.net/gb/rd/biogas/biogas/microbiogas-fordevelopingcountries/ Obnovitelné zdroje energie – Ekonomika a možnosti podpory [online]. Ministerstvo životního prostředí, 2009 [cit. 2014-05-24]. ISBN 978-807-2125-197. Dostupné z: http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/obnovitelne_zdroje_informacni_podpora/$ FILE/oued-ekonomika-20100312.pdf
Použití bioplynu v dopravě. ENVITON s.r.o. [online]. 2013 [cit. 2014-05-22]. Dostupné z: http://www.bioplynovestanice.cz/technologie-bps/pouziti-bioplynu-v-doprave/
Solar
Power.
Alstom
[online].
2014
[cit.
2014-05-23].
Dostupné
z:
http://www.alstom.com/power/renewables/solar-power/ Solar Power Plant, Philippines. Igreenspot [online]. 2011 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.igreenspot.com/cepalco-introduces-its-solar-power-plant-in-cagayan-deoro-philippines/comment-page-1/ Statistiky výroby bioplynu. Česká bioplynová asociace [online]. 2014 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.czba.cz/aktuality/statistiky-vyroby-bioplynu-za-rok-2013.html Statistiky - obnovitelné zdroje. Energetický regulační úřad [online]. 2012 [cit. 2014-0523]. Dostupné z: http://energostat.cz/obnovitelne-zdroje.html
SWEDISH GAS ASSOCIATION. Biogas in Sweden [online]. 2011 [cit. 2014-04-19]. Dostupné z: http://biogasportalen.se
Trigeneration. Clarke Energy [online]. 2014 [cit. 2014-05-21]. Dostupné z: http://www.clarke-energy.com/gas-engines/trigeneration/
63
Trigenerace. GB Consulting [online]. 2010 [cit. 2014-05-20]. Dostupné z: http://www.gbconsulting.cz/trigenerace.html
Velikost větrné elektrárny a její vývoj. Česká společnost pro větrnou energii [online]. 2013 [cit. 2014-05-22]. Dostupné z: http://www.csve.cz/clanky/velikost-vetrneelektrarny-a-jeji-vyvoj/110
Wind energy surplus threatens eastern german power grid. European Dialogue [online]. 2011 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://eurodialogue.eu/Wind-energy-surplusthreatens-eastern-German-power-grid
Zemědělská bioplynová stanice. Nazeleno.cz [online]. 2008 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.nazeleno.cz/bioplynova-stanice.dic
64
10. Seznam příloh
Příloha 1: fotovoltaická elektrárna
Příloha 2: solární tepelná elektrárna
Příloha 3: Větrná elektrárna na moři
Příloha 4: Vodní elektrárna Tři soutěsky
Příloha 5: Geotermální elektrárna
Příloha 6: Zdroje surovin pro bioplynové stanice
Příloha 7: Zemědělská bioplynová stanice
Příloha 8: Ekonomika bioplynové stanice – příklad
Příloha 9: Ilustrace srovnání dojezdové vzdálenosti automobilu na různá biopaliva vyprodukovaná z 1 ha zemědělské půdy za rok
Příloha 10: Kuchyňský hořák na bioplyn
Příloha 11: Domácí bioplynová stanice typu The China dome
11. Přílohy Příloha 1: Fotovoltaická elektrárna. Zdroj: Solar Power Plant, Philippines. Igreenspot
[online].
2011
[cit.
2014-05-23].
Dostupné
z:
http://www.igreenspot.com/cepalco-introduces-its-solar-power-plant-in-cagayan-deoro-philippines/comment-page-1/
Příloha 2: Solární tepelná elektrárna. Zdroj: Solar power. Alstom [online]. 2014 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.alstom.com/power/renewables/solar-power/
Příloha 3: Větrná elektrárna na moři. Zdroj: Despite Controversy, First US Offshore Wind Farm Approved. Calfinder [online]. 2014 [cit. 2014-05-25]. Dostupné z: http://solar.calfinder.com/blog/wind-power/despite-controversy-first-us-offshore-windfarm-approved/
Příloha 4: Vodní elektrárna Tři soutěsky. Zdroj: China's hydropower expansion plans defy lessons of Three Gorges Dam. South China Morning Post [online]. 2013 [cit. 2014-05-25]. Dostupné z: http://www.scmp.com/news/china/article/1252835/chinashydropower-expansion-plans-defy-lessons-three-gorges-dam
Příloha 5: Geotermální elektrárna. Zdroj: Geothermal power plant. Odec.ca [online]. 2010
[cit.
2014-05-25].
http://www.odec.ca/projects/2011/desaid/index.html
Dostupné
z:
Příloha 6: Zdroje surovin pro bioplynové stanice. Zdroj: Vlastní zpracování podle Žákovec (2012). Biomasa záměrně pěstovaná k energetickým účelům 1 Energetické plodiny lignocelulózové a
Energetické dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty a další stromové a keřové dřeviny) – obiloviny (celé rostliny)
b Travní porosty (sloní tráva, chrastice, trvalé travní porosty) c Ostatní rostliny (konopí seté, čirok, křídlatka, šťovík krmný, sléz topolovka) 2 Energetické plodiny olejnaté a Řepka olejná, slunečnice, len, dýně na semeno 3 Energetické plodiny škrobnato-cukernaté a Brambory, cukrová řepa, obilí, topinambur, cukrová třtina, kukuřice Biomasa odpadní 1
Rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny (pro bezproblémovou fermentaci je nutné předchozí drcení) a Sláma obilná, kukuřičná štěpka b Travní porosty z úhorů, parkových úprav c Zbytky z lučních a pastevních areálů, odpady ze sadů a vinic d Zbytky po likvidaci křovin a lesních náletů
2 Odpady z živočišné výroby a Exkrementy z chovů hospodářských zvířat, zbytky krmiv, odpady z mléčnic b Odpady z přidružených zpracovatelských kapacit 3 Biologicky rozložitelné komunální odpady (BRKO) a Kaly z odpadních vod b Organický podíl tuhých komunálních odpadů c Odpadní organické hmoty z údržby zeleně a travnatých ploch 4 Organické odpady z průmyslových a potravinářských výrob a Odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce b Odpady z jatek a mlékáren c Odpady z vinařských provozoven a dřevařských provozů
Příloha 7: Zemědělská bioplynová stanice. Zdroj: Flexible load biogas plants may help Bavaria achieve 50% renewable electricity by 2021. Be sustainable [online]. 2013 [cit. 2014-05-25]. Dostupné z: http://www.besustainablemagazine.com/cms2/flexible-loadbiogas-plants-to-help-bavaria-achieve-50-renewables-by-2021/
Příloha 8: Ekonomika bioplynové stanice – příklad. Zdroj: Obnovitelné zdroje energie – Ekonomika a možnosti podpory [online]. Ministerstvo životního prostředí, 2009 [cit. 2014-05-24].
ISBN
978-807-2125-197.
Dostupné
z:
http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/obnovitelne_zdroje_informacni_podpora/$ FILE/oued-ekonomika-20100312.pdf Ekonomiku investice lze ilustrovat na modelovém příkladu bioplynové stanice s roční kapacitou zpracovávané hmoty 6000 tun. Předpokládá se, že polovina tohoto množství bude tvořena kejdou, která je k dispozici zdarma, a polovina tvořena nakupovanou biomasou. Dále se uvažuje, že 1/3 vyprodukovaného tepla bude prodána pro vytápění budov. Rozhodujícím příjmem je prodej elektřiny na regulovanou výkupní cenu. Předpokládá se financování z úvěru ve výši 80% investice, se splatností 10 let a úrokem 6% p. a. Daň z příjmu se neplatí v roce uvedení do provozu a následujících 5 let. Z výsledku vyplývá, že
při
zvýšení
ceny
vstupní suroviny o cca 40%
(nebo
odpovídajícím objemu biomasy)
při zvýšení
nakupované se
investice
návratnost významně
prodlouží. Přiblíží se době ekonomické
životnosti,
která je 20 let. Podobně negativní vliv může mít zvýšení nákladů,
provozních například
na
obsluhu nebo na likvidaci digestátu.
Příloha 9: Ilustrace srovnání dojezdové vzdálenosti automobilu na různá biopaliva vyprodukovaná z 1 ha zemědělské půdy za rok. Zdroj: Použití bioplynu v dopravě. ENVITON
s.r.o.
[online].
2013
[cit.
2014-05-22].
Dostupné
http://www.bioplynovestanice.cz/technologie-bps/pouziti-bioplynu-v-doprave/
z:
Příloha 10: Kuchyňský hořák na bioplyn. Zdroj: Microbiogas for Developing Countries. Nordic
Folkecenter
[online].
2012
[cit.
2014-05-23].
Dostupné
z:
http://www.folkecenter.net/gb/rd/biogas/biogas/microbiogas-for-developingcountries/
Příloha 11: Domácí bioplynová stanice typu The China dome. Zdroj: Microbiogas for Developing Countries. Nordic Folkecenter [online]. 2012 [cit. 2014-05-23]. Dostupné z: http://www.folkecenter.net/gb/rd/biogas/biogas/microbiogas-for-developingcountries/
