NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ. Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí. Výukové materiály projektu BIOMASA

NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ

Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí

Výukové materiály projektu NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ

BIOMASA

Výukové materiály vznikly za finanční pomoci Revolvingového fondu Ministerstva životního prostředí. Za jejich obsah zodpovídá výhradně SŠ-COPTH, Praha 9, Poděbradská 1/179 a nelze jejich obsah v žádném případě považovat za názor Ministerstva životního prostředí.



BIOMASA Biomasa je souhrn látek tvořících těla všech organismů. Je součástí jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živočichů, člověka nevyjímaje. Ovšem hovoříme-li o biomase, míníme tímto pojmem většinou jen biomasu rostlinnou, tzv. fytomasu. Fytomasa je dílčí součástí biomasy. Energie fytomasy má svůj prapůvod ve slunečním záření a fotosyntéze. Proto se energie fytomasy řadí mezi obnovitelné zdroje energie. Fytomasa je buď záměrně získávána jako výsledek výrobní činnosti nebo se jedná o využití odpadů ze zemědělské, potravinářské a lesní výroby, z komunálního hospodářství, z údržby krajiny a péče o ni. Fytomasa byla před několika stoletími, před tím, než se začalo používat fosilních paliv, hlavním zdrojem energie. Dnes energie pocházející z biomasy pokrývá asi 14 % celosvětové spotřeby. Odhaduje se, že fotosyntézou se každým rokem na zemi vytváří 120 až 220 miliard tun fytomasy, jejíž energetický obsah je pětkrát vyšší, než současná světová spotřeba energie. Využití fytomasy k energetickým účelům je limitováno. Prvním velkým limitem je skutečnost, že velká část rostlinné biomasy (fytomasy) je spotřebovávána jak lidmi, tak jimi chovanými zvířaty. Takovou fytomasou je například obilí, rýže, kukuřice nebo brambory. Dalším omezením energetického využití fytomasy je cena výroby této energie, která výrazně převyšuje využití klasických energetických zdrojů jako je uhlí, benzin, nafta atd. Třetím podstatným omezením využívání fytomasy je nedostatečná informovanost, osvěta a nedostatečná legislativní a státní podpora. Stejně jako existují limity, které rozvoji využívání biomasy brání, je i spousta faktorů, hovořících pro využívání tohoto zdroje energie. Mezi výhody energie z biomasy se řadí relativně nízké negativní dopady na životní prostředí nebo skutečnost, že jde o obnovitelný (tedy znovu využitelný) zdroj energie. I přes nevýhody jejího získávání se očekává, že v 21. století k energetickým zdrojům ve světě významně přispěje i biomasa. Zájem o využití rostlinné biomasy jako obnovitelného energetického zdroje se totiž stále zvyšuje především z důvodu snah omezování produkce skleníkových plynů a snižování produkce biologických odpadů.

Fotosyntéza Fotosyntéza je pojem původně z řečtiny. Skládá se ze slov fótos – světlo a synthesi – shrnutí, skládání. Fotosyntéza je složitý, několikastupňový proces, který probíhá v chloroplastech zelených rostlin. Fotosyntéza je nejdůležitějším chemickým procesem na světě. Bez fotosyntézy by byl život na planetě Zemi nemožný! V zemské atmosféře a na zemském povrchu stále dochází k fyzikálnímu a chemickému oběhu prvků a sloučenin. Všechny látky, které jsou součástí oběhu, jsou složeny z chemických prvků. Z prvků nacházejících se v periodické soustavě se mnohé v přírodě nevyskytují nebo se vyskytují ve velmi malé koncentraci a jejich použití má malý význam. Významné postavení mají organické sloučeniny, které jsou syntetizované převážně živými organismy pouze z několika prvků: vodíku, kyslíku, uhlíku, dusíku, fosforu a síry. Stopové prvky však také mají


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí svůj význam (např. Fe, Cu, K, Na). V zachování rovnováhy v biosféře má nezastupitelnou úlohu „živá biomasa“. Biochemické reakce zabezpečují trvalý oběh biogenních prvků a transformují sluneční energii na chemickou energii, která se využívá jako energetický zdroj pro všechny biochemické procesy. Hlavní úlohu má právě fotosyntéza nebo také fotosyntetická asimilace. Jedná se o tzv. autotrofní výživu (schopnost vytvářet si z jednoduchých anorganických látek složité látky organické), jejíž průběh se dělí do dvou fází. První je fáze světelná, druhá temnostní. Ve světelné fázi barevné pigmenty pohlcují světlo, z něhož získávají energii pro následné děje. V této fázi dochází k rozkladu vody a uvolnění kyslíku, který pak využívají i jiné organismy k dýchání. Biochemické děje v temnostní fázi již světlo nepotřebují, ale využívají energii, která z něj byla ve světelné fázi získána. V této fázi dochází k zabudování oxidu uhličitého do molekul cukrů, které dále slouží buď jako zásobárna a zdroj energie nebo jako stavební složky pro tvorbu složitějších molekul (polysacharidů, glykosidů aj.). Procesy temnostní fáze probíhají v cyklech a liší se podle druhu organismu. Průběh fotosyntézy závisí mimo jiné na vnějších faktorech. Vnější faktory jsou v tomto případě světlo, teplota, voda a koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu. I když je mechanismus fotosyntézy složitější, je možné tuto biochemickou reakci za účasti světelné energie a chlorofylu schematicky znázornit následovně:

V procesu životní činnosti na Zemi se každoročně oxiduje 100 miliard tun organických látek a přibližně tolik se jich znovu utváří v procesu fotosyntézy. Rostliny kromě spotřeby oxidu uhličitého a minerální výživy a kromě vylučování kyslíku do atmosféry zapojují do biologického oběhu i přibližně dvě miliardy tun dusíku a 6 miliard tun jiných prvků. Fotosyntéza je základní proces v přírodě, který zabezpečuje interakce sluneční energie, vody a oxidu uhličitého za vzniku složitých organických látek. Je to nejdůležitější a svým rozsahem převládající chemická reakce na světě, zdroj kyslíku a chemické energie, bez které by byl život na naší planetě nemožný. Čistá a hrubá fotosyntéza vodních rostlin Při fotosyntéze rostliny produkují kyslík (a poutají CO2), při respiraci naopak kyslík spotřebovávají (a vydávají CO2). Měření změn obsahu těchto plynů v prostředí vlivem činnosti rostlin je podstatou gazometrického studia fotosyntézy. Protože fotosyntéza i dýchání probíhají v listech současně, na světle měříme vždy sumární výsledek obou těchto procesů. Jejich sumární hodnotu na světle nazýváme čistou fotosyntézou. Čistou fotosyntézu vodních rostlin lze měřit jako výdej kyslíku z rostlin do vodního prostředí na světle. Podobně respiraci rostlin lze měřit jako úbytek kyslíku z vodního prostředí vlivem


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí činnosti rostlin ve tmě. Za předpokladu, že rychlost respirace na světle je stejná jako ve tmě, můžeme odhadnout rychlost hrubé fotosyntézy jako rozdíl mezi čistou fotosyntézou a dýcháním. Pro výpočet rychlosti čisté fotosyntézy musíme znát několik parametrů, které většinou získáme následujícím měřením. Vodní rostlinu umístíme do dvou nádobek o známém objemu, a doplníme po okraj vodou (živným roztokem). Změříme počáteční koncentraci kyslíku (C1) v nádobkách a nádobky uzavřeme. Jednu z nádob obalíme alobalem, druhou vystavíme zdroji světla. Exponujeme 2 hodiny. Poté změříme finální koncentrace kyslíku v obou nádobkách. Rostliny vyjmeme z nádob, vysušíme filtračním papírem a zvážíme jejich čerstvou hmotnost. Rychlost čisté fotosyntézy Pn vypočteme jako přírůstek množství kyslíku v nádobce na 1 gram čerstvé hmotnosti za 1 hodinu:

kde Pn – čistá fotosyntéza, C1 – koncentrace kyslíku *mg·l-1+ na počátku pokusu, C2 – koncentrace kyslíku *mg·l-1] na konci pokusu, t2 - t1 – délka trvání pokusu *h+, V – objem nádobky, m – čerstvá hmotnost rostliny v nádobce exponované na světle. Rychlost respirace Rd vypočteme na podkladě analogických údajů pro nádobku ve tmě. Rychlost hrubé fotosyntézy Pb odhadneme jako rozdíl mezi rychlostí čisté fotosyntézy a rychlostí dýchání:

Platí pravidlo, že fotosyntetické organismy jsou zdrojem potravy pro nefotosyntetické mikroorganismy a živočichy, které jsou pak potravou pro člověka. Biogenní prvky se tak dostávají do buněk a tkaniv, a to především ve formě organických sloučenin. Stávají se podstatnou složkou výživy organismů, včetně člověka. Po splnění funkce potravy se degradací v procesu mineralizace mění působením nefotosyntetických mikroorganismů na anorganické látky. Tato aktivita mikroorganismů je rozhodující pro oběh látek v biosféře. Všechny prvky na této planetě, které podléhají chemické konverzi, procházejí cyklickými změnami – z formy organické na anorganickou a naopak. Hlavní roli v oběhu látek mají tedy fotosyntetické organismy, které fixují atmosférický oxid uhličitý a produkují kyslík. Významnou roli mají též různé anaerobní (za nepřítomnosti vzduchu) i aerobní (za přítomnost vzduchu) mikroorganismy v půdě a vodě, které rozkládají organické sloučeniny. Z plynných zplodin tohoto rozkladu je nejdůležitější oxid uhličitý, kromě něho vzniká metan, sirovodík, vodík a další produkty. Část těchto produktů se mění fotochemickými a jinými reakcemi, část je využívána v půdě a vodě různými mikroorganismy. Mikroorganismy jsou i hlavní složkou regulující rovnováhu v atmosféře.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Život na Zemi i oběh látek v přírodě jsou podmíněny působením energie slunečního záření. Žádný biologický systém není totiž energeticky nezávislý, ale závisí na příkonu energie zvenčí. Přírodní ekosystém, jakým je např. les, úplně závisí na zářivé energii Slunce.

Schematické zobrazení fotosyntézy 1 –světlo, 2 – chlorofyl, 3 – minerální látky, 4 – voda, 5 – oxid uhličitý, 6 - kyslík Na rozdíl od přírodního ekosystému, umělý zemědělský ekosystém získává energii jednak ze slunečního záření a jednak z dodatkové energie, kterou člověk musí vnášet do systému ve formě práce a přímých či nepřímých energetických vstupů. Čerpá ji z fosilních paliv na výrobu hnojiv a z prostředků na chemickou ochranu rostlin, na obrábění půdy, závlahy apod. Rostlinná říše může existovat pouze tehdy, když mění zářící energii slunce v procesu fotosyntézy na energii chemických vazeb. V ekosystému prochází energie potravinovým řetězcem. Prvním článkem tohoto řetězce jsou zelené rostliny (primární producenti), které slouží jako potrava býložravým živočichům, tedy sekundárním producentům neboli konzumentům prvního řádu. Býložravci jsou kořistí masožravců (konzumenti druhého řádu). Řetězec uzavírají reducenti, kteří rozkládají odumřelé zbytky rostlin a živočichů až na minerální prvky. Patří sem půdní mikroorganismy, houby, ale i půdní červi a hmyz. Rozložené organické látky zase slouží rostlinám jako výživa. Anorganické sloučeniny uhlíku, jako jsou oxid uhličitý, uhlovodíky a uhličitany, se při fotosyntéze redukují a uhlík se zabuduje do organických sloučenin. Z celkového množství anorganicky vázaného uhlíku na Zemi připadá na oxid uhličitý necelé procento, zbytek připadá na uhličitany. Vzniklé organické sloučeniny se mění opět na oxid uhličitý, a to buď oxidací při hoření a dýchání nebo biologickou degradací. Oběh uhlíku je úzce spjatý s oběhem kyslíku, především u vyšších organismů. Všechno živé dýchá. Dýchání je vlastně přeměna sloučenin uhlíku a vodíku (které jsou potravou heterotrofních organismů) a oxidu uhličitého na vodu. Při tomto procesu se spotřebovává kyslík z ovzduší. Opačný proces probíhá v rostlinách při fotosyntéze. V celosvětovém měřítku jsou tyto procesy zatím přibližně v rovnováze: v atmosféře je kolem 21 % kyslíku a 0,03 % oxidu uhličitého.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Uhlíkovým cyklem prochází ročně asi 10 miliard tun uhlíku. Jeho nezastupitelnost je dána těmito skutečnostmi: 1. uhlík obsažený v biomase je vlastně přírodním akumulátorem sluneční energie 2. uhlík obsažený v biopalivech je součástí přírodního uhlovodíkového cyklu 3. energetické využití biomasy je podle převládajícího obsahu biogenních prvků možné přeměnou na pevná paliva, kapalná paliva a plynná paliva.

Koloběh uhlíku Anorganické sloučeniny uhlíku, jako jsou oxid uhličitý a hydrogenuhličitany, se při fotosyntéze redukují a uhlík se zabudovává do organických uhlíkatých sloučenin. Z celkového množství anorganicky vázaného uhlíku na Zemi připadá na oxid uhličitý necelé procento, zbytek připadá na uhličitany. Utvořené organické sloučeniny se mění opět na oxid uhličitý, a to buď oxidací při hoření a dýchání nebo biologickou degradací. Při fotosyntéze zelených rostlin je ročně pohlceno tělem rostlin asi 1,6·1010 tuny uhlíku a při fotosyntéze fytoplanktonu (jednobuněčné řasy) asi 1,2·1010 tuny. Oběh uhlíku je úzce spjatý s oběhem kyslíku, zvláště u vyšších organismů. Jak už jsme napsali výše: všechno živé dýchá! Dýchání je vlastně přeměna sloučenin uhlíku a vodíku, které jsou potravou heterogenních organismů, na oxid uhličitý a vodu. Při tomto ději se spotřebovává kyslík z ovzduší. Opačný proces probíhá v rostlinách při fotosyntéze. V celosvětovém měřítku jsou tyto procesy zatím přibližně v rovnováze: v atmosféře je kolem 21 % kyslíku a 0,03 % oxidu uhličitého. Uhlíkovým cyklem projde ročně asi 10 miliard tun uhlíku. Pokusíme se zhodnotit význam mikroorganismů při oběhu kyslíku, který je podstatnou složkou živé


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí hmoty. Převážná část uhlíku v rostlinách pochází z oxidu uhličitého (CO 2). Zdrojů CO2 je více. V současnosti nejvýznamnějším zdrojem CO2 je spalování fosilních paliv. V minulosti rovnováhu mezi tvorbou a spotřebou CO2 zabezpečovaly právě půdní mikroorganismy, které vyprodukovaly rozhodující podíl CO2 v ovzduší. Množství CO2 uvolněného mikrobiálním rozkladem organické hmoty v půdě postačovalo na jeho spotřebu rostlinami. Např. nehnojená ornice uvolní téměř 10 tun oxidu uhličitého na jeden hektar za 3 měsíce. Normální úroda obilnin včetně kořenů představuje asi 6 tun sušiny. Toto množství obsahuje přibližně 40% uhlíku, což odpovídá příjmu asi 9 tun oxidu uhličitého. Lesní půdy však následkem vyššího obsahu organické hmoty produkují několikanásobně víc oxidu uhličitého než půdy orné. Vliv lidské činnosti na přirozený oběh uhlíku se nejvýrazněji projevuje v enormní produkci oxidu uhličitého při spalování fosilních paliv. Odhaduje se, že ročně ho vznikne až 20 miliard tun. Přirozené mechanismy, které udržovaly obsah oxidu uhličitého v atmosféře na konstantní úrovni celá tisíciletí, v posledních desetiletích už nestačí udržet rovnovážný stav. Oxid uhličitý se začíná v atmosféře hromadit a jeho obsah stoupá. Vzrůst koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku uplatnění skleníkového efektu má dalekosáhlé následky pro život na Zemi. Vzrůst průměrné teploty na Zemi jen o několik stupňů by se mohl projevit v klimatických změnách, které by měly globální charakter. Roztávání polárních ledovců by např. způsobilo zvýšení hladiny světového oceánu asi o 60 metrů, což by znamenalo zaplavení obrovských ploch na všech kontinentech, úbytek zemědělské půdy, změny v celkové cirkulaci vzduchu na Zemi apod.

Základní typy rychlerostoucích dřevin/rostlin Dřevo je nejčastěji používaný typ biomasy obecně v Evropě. Všem známé pálení špalků různých velikostí v krbech a kamnech není však energeticky nejvýhodnější. Mnohem efektivnějším způsobem využití tohoto obnovitelného zdroje je pěstování a následné pálení rychlerostoucích dřevin (SRWC – short rotation woody crops, někde se také česky uvádí RRD – rychle rostoucí dřeviny). V malé míře se dendromasa (jak se nazývá lesní biomasa) již z pěstování rychlerostoucích dřevin získává. Projekty jsou v různých stádiích vývoje. Příkladem rychlerostoucích dřevin jsou topoly či vrby. Rychlerostoucí dřeviny se dají pěstovat s periodou menší než 30 let. Zájem o SRWC se datuje od sedmdesátých let, kdy vlády přinucené energetickou krizí hledaly alternativní zdroje energie. Dnes o SRWC projevují zájem mnohé země. Pro energetické účely je většina SRWC plantáží zatím v experimentálním stádiu. Největší plantáže bychom našli ve Švédsku, kde zaujímají plochu 14 500 ha. Vrby jsou pěstovány v Dánsku a ve Velké Británii. V Rakousku pak převládají plantáže s topoly.

Základní druhy SRWC Topoly (Popu/us sp.) a jejich kříženci Vrby (Salix sp.) a jejich kříženci Jasan ztepilý (Fraxinus exelsior LJ) Olše lepkavá (Alnus glutinosa (L.) Geartn.)


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Olše šedá (Alnus incana (L.) Moench) Zakládání plantáží SRWC se také jeví jako účelný způsob k využití přebytečné zemědělské půdy. Pěstování SRWC je vhodné zejména v oblastech s mírným podnebím a na půdách s dobrou zásobou vody a živin. V horších klimatických podmínkách není záruka výnosu a může dojít i k poškození mrazem. Nabízí se využití půdy v lokalitách ohrožených imisemi, kde je omezeno pěstování plodin pro potravinářské účely. V zájmu efektivnosti pěstování SRWC na orné půdě je potřeba zajistit splnění zejména následujících požadavků: Extrémně vysoký vzrůst rostlin v mládí Odolnost proti škůdcům a chorobám Uzpůsobený pozemek k mechanizačnímu zpracování Mocnost (hloubka) ornice min. 30 cm, optimálně 70 cm. Hodnota pH min 5,0 Vysoká hladina spodní vody (60 – 120 cm, nesmí klesnout pod 2 metry) Všechny používané druhy a sorty rychlerostoucích dřevin jsou světlomilné, pěstování musí být vedeno v souladu s obmýtní dobou. Výnosy hmoty z plantáží s různou obmýtní dobou ovlivňuje mnoho činitelů, z nichž nejvýznamnější jsou: stanoviště, druh rostliny, délka obmýtí, půdní podmínky, kvalita ošetřování a v neposlední řadě vodní režim. Na nejvhodnějších stanovištích s příslušnými odrůdami může být dosaženo průměrného ročního přírůstku 10 až 15 t na ha sušiny. Reálné je však uvažovat v podmínkách ČR s výnosem poněkud nižším, zhruba 5 až 10 t/ha sušiny. Příprava a provozování plantáže. Na jaře je ručně vysazena sadba (řízky o délce 20—30 cm). Sklizeň se předpokládá ve čtyřletém pěstebním cyklu jen v době vegetačního klidu, tj. v zimě (v prosinci, lednu, únoru a části března). Sklizené kmínky na větších hromadách bez větších problémů provětrávají a do topné sezóny se obsah vody sníží z původních 60 % na 30 %, čímž se zvyšuje výhřevnost a snižují se dopravní náklady na převoz vyrobené štěpky do míst užití. Likvidace této tzv. výmladkové plantáže bude provedena po 20 letech, kdy začne její výnos klesat. Za dobu existence výmladkové plantáže (20 let) lze množství vyprodukované energie ve štěpce odhadnout ve výši cca 13 500 GJ, což je cca 135 GJ/rok.ha. Pomyslný energetický ekvivalentní výkon výmladkové plantáže je pak cca 4,5 kW/ha (pro časový fond 8 760 hodin, předpokládá se výhřevnost 12,5 GJ/t štěpky pro 30 % vlhkost). Z uvedených hodnot lze odhadnout potřebnou plochu výmladkové plantáže SRWC pro zajištění energetických potřeb určité lokality.

Porovnání hustoty běžných druhů dřeva a některých SWRC.



Energetický obsah fytomasy Obsah energie v biomase určuje zejména její chemické složení a obsah vody. Jednou z nejvýznamnějších vlastností energetické biomasy je její vlhkost, která je charakterizována obsahem sušiny v biomase. V energetice se vyjadřuje obsah vody (W) vztahem:

H1 …… hmotnost vzorku surové biomasy (kg) H2 …... hmotnost vzorku po vysušení (kg)

Obsah vody výrazně ovlivňuje výhřevnost paliva, a to nejen zmenšením obsahu sušiny, ale i spotřebou energie na odpaření. To znamená, že se stoupajícím obsahem vody klesá výhřevnost paliva. Zkušenosti se spalováním mokré biomasy ukazují, že minimální výhřevnost nutná pro samotnou spalitelnost paliva se pohybuje nad úrovní 7 MJ·kg-1. Obsah vody např. v dřevní hmotě se pohybuje v širokém rozmezí, a to W = 7 až 60 %. Další velmi dobrý ukazatel energetických parametrů paliva je spalné teplo Q s, což je množství tepla, které se uvolní při dokonalém spálení měrné jednotky paliva kg·m -3, za předpokladu, že se spaliny ochladí na 0°C, a že veškerá pára vzniklá při spalování zkondenzuje. Vzhledem k tomu, že při spalování paliva v průmyslových pecích odcházejí spaliny s teplotou vyšší než 100°C, takže se voda mění v páru, používá se při tepelných výpočtech raději výhřevnosti paliva Qi. Výhřevnost paliva Qi je množství tepla uvolněné při dokonalém spálení měrné jednotky paliva při ochlazení spalin na 0°C, přičemž vlhkost paliva zůstane ve spalinách jako vodní pára. Hodnota výhřevnosti je tedy nižší než spalné teplo o množství tepla potřebného k ohřevu vody z původní teploty paliva na 100°C a o skupenské teplo vypařování vody. Celkové toto množství tepla se uvažuje přibližně 2500 kJ na 1 kg vlhkosti. Spalné teplo lze nejpřesněji určit měřením v kalorimetrech. V technické praxi se stanovuje spalné teplo a výhřevnost výpočtem, k němuž se využívá výsledků celkové (elementární) nebo technické (immediatní) analýzy paliva (Obroučka, 1997). Podle České technické normy 44 1352 lze spalné teplo vyjádřit vztahem:



Kde C je teplená kapacita kalorimetrického systému, (J/C°) t0 je poslední teplota počátečního úseku, (C°) tn je poslední teplota hlavního úseku, (C°) c součet oprav v souladu s ČSN 441352 m hmotnostní navážky analytického vzorku paliva, (g) Dle této normy lze výhřevnost Qi vyjádřit vztahem

Kde W je obsah vody v analytickém vzorku (% hm.) 8,94 je koeficient pro přepočet vodíku na vodu H je obsah vodíku v analytickém vzorku (% hm.) 24,42 je hodnota, která odpovídá energii spotřebované na ohřev vytápění 1% vody při teplotě 25°C, ( J·g-1) (ČSN 44 1352) Výhřevnost zdravého a suchého dřeva je poměrně vysoká: u listnatých stromů je to 18 MJ/kg, u jehličnanů 19 MJ/kg. Stejné hodnoty výhřevnosti mají stébelniny, zejména sláma obilovin a traviny. To je více jak polovina výhřevnosti fosilních paliv (černého uhlí). Pro dendromasu (dřevní hmota) je specifické, že obsahuje velký podíl plynných látek (75 až 85%), které se při spalování uvolňují a hoří v prostoru mezi roštem a komínem (tzv. dlouhý plamen dřeva a dalších biopaliv). Z tohoto důvodu mají zařízení na spalování biomasy upravenou konstrukci pro maximální využití energie z této plynné složky. Pro chemické složení biomasy je typický obsah uhlíku (C) kolem 50%, kyslíku (O 2) 42% a dusíku (N) 0,5%. Velmi nízký je obsah popelovin 1% v porovnání s fosilními palivy (uhlí 25%). Velkou předností dřevní hmoty je to, že neobsahuje síru, a tak během spalování nevzniká škodlivý plyn SO2.

Využití biomasy – metanové/etanolové kvašení (fermentace) Fermentace, neboli kvašení, je proces probíhající bez přístupu vzduchu, tzv. anaerobně. Anaerobní fermentaci využívají tzv. bioplynové stanice, ve kterých je biomasa přeměněna bez přístupu vzduchu a působení anaerobních mikroorganismů na tzv. bioplyn (metan a další plyny) a fermentovaný (vykvašený) zbytek. V tomto případě se jedná o metanogenní kvašení. V přírodě probíhá tento proces za určitých podmínek samovolně už od pradávna. Proč se anaerobní fermentace využívá ke zpracování biomasy pocházející ze zemědělství, lesnictví, komunálních odpadů a venkovské krajiny? Existují tři hlavní důvody: 1. Získání bioplynu jako zdroje energie – vyrobený bioplyn se dá využít nejlépe pro ohřev teplé užitkové vody, nebo lépe pomocí kogenerační jednotky k výrobě jak teplé užitkové vody, tak elektrické energie.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí 2. Produkce kvalitních hnojiv – díky anaerobní fermentaci vznikají kromě bioplynu také kvalitní organická hnojiva, což je vlastně vyfermentovaný zbytek biomasy. Tento důvod je významný především pro zemědělské podniky. 3. Zlepšení životního prostředí – stále se stupňující tlak „ekologické legislativy“ má příznivý vliv na omezení kumulace oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře. Při produkci biomasy je oxid uhličitý spotřebován při fotosyntéze a následně uvolněn při energetickém využití biomasy zpět do atmosféry. Tím se uzavírá časově krátký koloběh CO2. Etanolové kvašení spočívá ve fermentaci biomasy s vyšším podílem škrobu a cukrů za pomoci kvasinek či bakterií v mokrém (na vodu bohatém prostředí) bez přístupu vzduchu. Výsledným produktem je alkohol a spolu s ním vznikají ještě další produkty, např. glycerín. Uvedený postup je základem pro výrobu lihu v lihovarech. Jako vstupní surovina se používá melasa z cukrovarů nebo obilí či brambory. Etanol lze ovšem použít i jako palivo nebo jako přísadu paliva pro zážehové (benzinové) motory. Nevýhodou alkoholu jako paliva je schopnost vázat vodu a tím způsobit korozi motoru. Tato vlastnost se eliminuje přidáváním antikorozních aditiv do alkoholu.

Energetické využití fytomasy Z principiálního hlediska lze rozlišit několik způsobů získávání energie z biomasy. 1. termochemická konverze (suché procesy – spalování, zplyňování, pyrolýza) 2. biochemická konverze (mokré procesy – anaerobní fermentace, aerobní fermentace, alkoholová fermentace) 3. fyzikálně chemická konverze (ostatní procesy – esterifikace bioolejů) Termické procesy jsou zatím nejrozšířenějším energetickým využitím biomasy. V praxi jsou tím míněny technologie, které působí na odpad teplotou, jež přesahuje mez jeho chemické stability. Tato obecná definice zahrnuje velmi široké rozmezí teplot používaných v jednotlivých technologiích (300 - 2000 °C), přičemž není brána v úvahu chemická povaha probíhajících dějů. Zabývat se budeme pouze těmi hlavními. Tyto termické reakce mohou být, zejména pro laika, těžko rozlišitelné: 1. procesy oxidativní - v reakčním prostoru je obsah kyslíku stechiometrický nebo vyšší vzhledem ke zpracovávanému materiálu (nízkoteplotní a vysokoteplotní spalování), 2. procesy reduktivní - v reakčním prostoru je obsah kyslíku nulový nebo substechiometrický (pyrolýza a zplyňování). K tomuto rozdělení je však třeba dodat, že některé, zejména zplyňovací, procesy nepoužívají jako oxidační médium molekulární kyslík, ale jiné oxidanty, především CO2 a H2O. Situace se zjednoduší, když si řekneme, že jsou tyto procesy skutečně velmi podobné a podstatný je výsledek – spalování (teplo), zplyňování (plyn) a pyrolýza (olej, plyn a jiné produkty). Biomasu, která se využívá pro energetické zpracování, můžeme rozdělit do pěti základních skupin:


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí fytomasa s vysokým obsahem lignocelulózy fytomasa olejnatých plodin fytomasa s vysokým obsahem škrobu a cukru organické odpady a vedlejší produkty živočišného původu směsi různých organických odpadů Pro získání energie se využívá: 1. Biomasa záměrně pěstovaná k tomuto účelu: cukrová řepa, obilí, brambory, cukrová třtina (pro výrobu etylalkoholu), olejniny (z nich nejvýznamnější je řepka olejná pro výrobu surových olejů a metylesterů), energetické dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty a další stromové a keřovité dřeviny pro výrobu tepla). 2. Biomasa odpadní Rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny: kukuřičná a obilná sláma, řepková sláma, zbytky z lučních a pastevních areálů, zbyty po likvidaci křovin a lesních náletů, odpady ze sadů a vinic. Odpady z živočišné výroby: exkrementy z chovů hospodářských zvířat, zbytky krmiv, opady mléčnic, odpady z přidružených zpracovatelských kapacit. Komunální organické odpady z venkovských sídel: kaly z odpadních vod, organický podíl tuhých komunálních odpadů, odpadní organické zbytky z údržby zeleně a travnatých ploch. Organické odpady z potravinářských a průmyslových výrob: odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce, odpady z jatek, odpady z mlékáren, odpady z lihovarů a konzerváren, odpady z vinařských provozoven, odpady z dřevařských provozoven (odřezky, hobliny, piliny). Lesní odpady (dendromasa) dřevní hmota z lesních probírek, kůra, větve, pařezy, kořeny po těžbě dřeva, palivové dřevo, manipulační odřezky, klest.

Rozdělení druhů biomasy



Mechanické zpracování biomasy Pro výrobu paliva z biomasy, tzn. upravení biomasy do stavu vhodného pro další energetické využití, je nutné znát typ spalovacího zařízení, které bude toto palivo spalovat. Pevná biopaliva můžeme rozdělit na: kusové palivové dříví volně ložený materiál: dřevěná štěpka, hobliny, piliny mechanicky upravená biopaliva: pelety a brikety balíkovaná sláma. Některá biopaliva jsou distribuována v původní volně ložené formě (např. dřevní štěpka, piliny, hobliny) a v té jsou taky dávkovány do kotle. Výhodou je absence další úpravy a tedy snížení nákladů na výrobu, nevýhodou pak mohou být zvýšené dopravní náklady a proměnlivá kvalita paliva co se vlhkosti a různé velikosti částic ve volně loženém palivu týká. Spalování takových paliv umožňuje automatický přísun paliva do kotle. Výhodou pelet a briket je garantovaná stálost jejich energetických, mechanických a emisních vlastností, tzn. víme, jakou mají výhřevnost, odrol a emise. Emise jsou ale závislé také na spalovacím zařízení. Tzv. stříhací zařízení se používají pouze na přípravu klasického kusového palivového dřeva hlavně z tenčiny a bočních kusových odpadů z dřevařského průmyslu. Tyto stroje fungují na principu gilotiny. Sekačky jsou zařízení k beztřískovému dělení dřeva řezným účinkem sekacích nožů napříč vlákny a zároveň dělením na potřebnou tloušťku podél vláken díky klínovému tvaru nože. Podle účelu použití, celkového technického řešení a začlenění do technologických linek v zásadě rozlišujeme sekačky stacionární a mobilní. Podle sekacího orgánu dělíme sekačky na: diskové, bubnové a šroubové. Nejrozšířenější a nejvýkonnější zařízení na výrobu štěpky jsou diskové sekačky. Mohou být jak stacionární, tak mobilní. Mezi výhody diskových sekaček patří možnost sekat dřevo až do průměru 500 mm při přijatelném hmotnostním i pevnostním dimenzování, velký setrvačný moment dovoluje zabudovat spalovací motor menšího výkonu a diskové sekačky nevyžadují žádný přídavný ventilátor, protože samotný disk vybavený lopatkami má velký vrhací a ventilační účinek, který zabezpečí dopravu štěpky do kontejnerů či případně automobilů. Nevýhodou diskových sekaček je velikost vstupního otvoru, který je omezen poloměrem sekacího disku a nevhodnost sekání chaotického materiálu vzhledem k omezené velikosti vstupního otvoru.



Mobilní řezačka s kontejnerovou nástavbou na podvozku víceoperačního těžebního stroje

Vyprazdňování kontejnerové nástavby Bubnové sekačky mají uloženy sekací nože na rozdíl od diskových na obvodu rotujícího válce. Jsou konstruovány pro menší výkony a menší rozměry vstupního materiálu. Nejčastěji se používají v lesnictví na sekání chaotického materiálu. Existují také šroubové sekačky, které jsou určeny k sekání menších tenkých stromků a kmínků o velikosti asi 10 x 10 cm. Drtiče jsou určeny k úpravě rozměrů dřeva, které není možné sekat sekačkami. Jedná se o dřevo drobné, mimořádně netvárné (křoviny apod.), znečištěné (pařezy, stavební odpad). Podle počtu otáček lze drtiče rozdělit na vysokootáčkové a nízkootáčkové. Nízkootáčkové drtiče jsou vhodné k drcení převážně rozměrové nehomogenního odpadu z nábytkářské výroby. Činným orgánem jsou zpravidla válce, po jehož obvodu jsou rozmístěny nožíky různých tvarů. Ovšem pro homogenizaci lesního odpadu nejsou tyto drtiče vhodné, výhodnější jsou vysokootáčkové drtiče, které lze dle tvaru drtícího orgánu rozdělit na diskové a bubnové. Zařízení na paketování Soustřeďování a štěpkování těžebního odpadu je značně energeticky náročné a proto se hledají jiné, na energii méně náročné způsoby homogenizace těžebního odpadu. Jednou z takových metod je paketování, při kterém se klest lisuje do balíků obdobně jako sláma. Lisovací tlaky jsou však podstatně vyšší než u lisů na slámu, protože větve namáhané při lisování na vzpěr kladou velký odpor. Existují také speciální topeniště připravená pro


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí spalování těchto balíků. Balíky (pakety) mají výhodu ve snadnější dopravě, následné manipulaci a skladování.

Paketovací stroj Zařízení na peletování a briketování K výrobě briket se využívají hydraulické lisy nebo mechanické lisy s klikovým mechanismem. Brikety jsou nejčastěji určeny pro kotle s ručním přikládáním. K výrobě pelet slouží prstencové protlačovací lisy s horizontální nebo vertikální matricí. Malá velikost pelet umožňuje jejich automatické podávání do kotle, které je realizováno šnekovým dopravníkem nebo pneumatickou dopravou. (Slavík, disertace) Technologie briketování využívá mechanických a chemických vlastností materiálů, které se použitím vysokotlakého lisování zhutňují do kompaktních tvarů bez přídavku pojiva s využitím pryskyřic obsažených v materiálu. Působením vysokého tlaku a tepla se uvolní z buněčných struktur dřeva lignin a spojí tak jednotlivé částice do kompaktní brikety. Při briketování bez pojidel proběhne přiblížení jednotlivých částeček na minimální molekulovou vzdálenost. Mluví se o vzdálenosti, při které jsou účinné síly ve formě Van der Waalsových sil. Uvedené pohyby molekul mohou proběhnout jen za velmi vysokých tlaků (Plíštil, Hutla, Roy, 2005). Rozdíl mezi peletou a briketou je v rozměrech výsledného paliva a použitých lisovacích tlacích. Pelety jsou mnohem menší (průměr pelety je cca 6 mm a průměr brikety je cca 65 mm) a lisují se za použití vyšších tlaků.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Různé brikety nalisované ze separátu a biomasy rostlin

Brikety a pelety

Pracovní ústrojí granulačního protlačovacího lisu s horizontální matricí – lis na pelety. Výroba pelet a briket Lisy na výrobu briket a pelet kladou vysoké nároky na velikost vstupních částic. Maximální přípustná velikost částic se pohybuje u briketovacích lisů v desítkách mm, u peletovacích v jednotkách mm (Souček, Maloun, 2003). K tomu slouží již zmíněné desintegrační zařízení (drtiče, sekačky). Prvním krokem je tedy rozmělnění materiálu (desintegrace), která má funkci tvorby menších částic, zvětšování měrného povrchu suroviny a funkci homogenizace. Obecně platí, že jemnější struktura složek směsi dává větší předpoklady pro vyšší pevnost výsledného produktu. Střední velikost částic je pro pelety doporučována 0,6 – 0,8 mm, vlhkost suroviny do 14 %. (Maloun, 2001) Vlhkost materiálu hraje také velmi důležitou roli při lisování paliva. Jak zjistili Plíštil, Hutla a Roy (2005), vlhkost materiálu je důležitá jak pro samotné spalování, tak i pro lisování do formy briket a pelet. V případě, že vlhkost lisovaného materiálu přesáhne hranici 20%, tak se materiál v lisovací komoře nezhutní do požadovaného rozměru a briketa má tendenci se rozpadat. Maximální doporučovaná vlhkost je 15%. Pokud tedy materiál má vyšší vlhkost než je nutné, musí se ještě dosušit před vstupem do další fáze výroby paliva. Další operací při výrobě biopaliv je jejich lisování do formy briket nebo pelet. Tím dosáhneme objemové redukce a získáme palivo požadované velikosti a případně i garantované kvality v celém objemu dodávky paliva co se složení týká a tudíž o známé výhřevnosti. K výrobě briket se využívají hydraulické lisy nebo mechanické lisy s klikovým mechanismem. Brikety jsou nejčastěji určeny pro kotle s ručním přikládáním. K výrobě pelet slouží prstencové protlačovací lisy s horizontální nebo vertikální matricí. Malá velikost pelet umožňuje jejich automatické podávání do kotle, které je realizováno šnekovým dopravníkem nebo pneumatickou dopravou.

Spalování


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Je to nejstarší známá termochemická konverze biomasy. Proti spalování fosilních paliv má spalování biomasy v podstatě nulovou bilanci oxidu uhličitého (CO2), který je považován za jeden z tzv. skleníkových plynů v zemské atmosféře. Spalovací proces má čtyři fáze: 1.fáze – sušení: v materiálu se postupně snižuje obsah vody a začne se zahřívat. 2.fáze – pyrolýza: po dosažení zápalné teploty při dostatečném přísunu kyslíku se uvolňuje spalné teplo a materiál se postupně rozkládá na hořlavé plyny, destilační produkty a zuhelnatělý zbytek. Proces probíhá samovolně, není-li materiál příliš vlhký a uvolňuje-li dostatečné množství spalného tepla. 3.fáze – spalování plynné složky: hoření plynných složek prodlužuje plamen a zvyšuje teplotu plynných spalin. 4.fáze – spalování pevných látek: při dostatečném přístupu kyslíku dohořívají pevné látky na roštu, přičemž se vytváří oxid uhelnatý (CO), který dále oxiduje na oxid uhličitý (CO2). Rovnice udávají velikost vzniklého tepla po spálení 1kmol prvků. Oxidace uhlíku

Spalování vodíku na vodní páru

Spalování síry na oxid siřičitý

Jednotlivé spalovací rovnice se používají k výpočtu stechiometrického množství kyslíku nebo vzduchu potřebného pro dokonalé spálení kilogramu paliva. Teoretické minimální množství vzduchu stanoví vzorec:


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Spalovaná biomasa má nižší obsah síry, sodíku a popelovin než fosilní paliva, avšak některé druhy biomasy vykazují vyšší obsahy těžkých kovů, síry či chloru v závislosti na místě původu a stavu tamějšího ovzduší. Dostatečné množství kyslíku, vysoký obsah sušiny a provozní teplota nad hranicí zápalné teploty materiálu jsou předpokladem pro ekologicky přijatelné efektivní spalování biomasy. Tyto podmínky může splnit pouze zařízení konstruované na spalování biomasy a provozované podle pokynů výrobce. Spalovat lze téměř jakoukoli biomasu s dostatečně malým obsahem vody, ne vyšším než 50% hmotnostních. Ve skutečnosti je nejobvyklejším palivem v kotlích na biomasu dřevo v různých podobách, sláma obilovin, kukuřice na zrno a sláma řepky olejky. Přeměna surového paliva při spalovacím procesu na tuhé a plynné zbytky

Zplyňování Gasifikace neboli zplyňování je proces, který přeměňuje organické materiály na hořlavé plyny. Tento termický proces probíhá se substechiometrickou dodávkou kyslíku (tzn. s velmi malým obsahem kyslíku, který je pro hoření ještě nedostatečný). Endotermické reakce, které se při zplyňování uskutečňují a při nichž se spotřebovává teplo, probíhají třemi způsoby: Tzv. Boudourdova reakce, při níž se zplyňuje uhlík obsažený v palivu redukcí oxidem uhličitým. Heterogenní reakce s vodní párou se uplatňuje při výrobě energoplynu, koksárenského plynu, generátorového plynu a vodního plynu.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Metanová reakce, při které vzniká oxid uhelnatý, vodík a metan, což jsou složky topného plynu. Ke zplyňování biomasy jsou v současné době nejčastěji používány tři základní způsoby: zplyňování v generátorech s pevným ložem (sesuvné lože), zplyňování ve fluidních generátorech, zplyňování v unášeném loži (hořákové zplyňování) První z metod je jednodušší, méně investičně náročná, avšak je použitelná jen pro malé tepelné výkony. Zplyňování probíhá při nižších teplotách (kolem 500 °C) a za atmosférického tlaku ve vrstvě biomasy. Vzduch jako okysličovací médium proudí bud' v souproudu (směr dolů) nebo v protiproudu (směrem nahoru) vzhledem k postupnému pohybu zplyňovaného biopaliva. Popelové zbytky se odvádějí ze spodní části reaktoru. Nevýhodou tohoto systému je značná tvorba dehtových látek, fenolů apod., jejichž odstranění je pak největším problémem. Existují také zplyňovače s křížovým tokem, původně navržené pro zplyňování dřevěného uhlí. U druhé metody probíhá zplyňovací proces při teplotách 850 až 950 °C. Souběžně zde probíhá vývoj ve dvou základních směrech zplyňování při atmosférickém tlaku, zplyňování v tlakových generátorech při tlaku 1,5 až 2,5 MPa. Oba způsoby mají své výhody a nevýhody. Tlakové zplyňování biomasy vycházelo bezprostředně z vývoje zplyňovacích technologií uhlí, v nichž byly z mnoha důvodů používány výlučně tlakové generátory. Obecně menší jednotkové výkony zařízení s biomasou a její specifické vlastnosti vedou k tomu, že v současné době je dávána přednost systémům s atmosférickým zplyňováním a s tlakovým zplyňováním se uvažuje až u případných budoucích projektů tepelných centrál s výkony většími než asi 60 MW. Zplyňovače s unášivým proudem (EF) jsou charakteristické krátkou dobou setrvání částic v reaktoru – cca 1 sekunda, vysokou teplotou v reaktoru 1300 – 1600 °C, vysokým tlakem – 2,5 – 6 MPa a velkými výkony – nad 100 MW. Výhřevnost vyrobeného plynu se pohybuje v rozmezí 4 až 6 MJ / m3, přičemž tento plyn je bez větších úprav použitelný pro spalování v klasických kotlových hořácích, a po dodatečném vyčištění i ve spalovacích komorách spalovacích turbín a upravených spalovacích motorů. Výchozí rovnice pro zplyňování biomasy působením tepla Wt na Pal (palivo = C + H2O + N) vzniká C + pára (H2O + N), při teplotě větší jak 200 °C nastane tzv. destilace dřeva, C + O2 = CO2 + Wt (405 MJ) - spalováním biomasy vzniká tepelná energie a vzroste teplota v generátoru na hodnotu potřebnou pro další fáze vývoje plynu, C + O2 = CO + 1226 MJ → vzniká chudý plyn, přičemž doplní zplyňovač o část tepla, C + CO2 = 2CO - 160 MJ → fáze redukce, která spotřebuje část energie, C + 2H2O = CO2 + H2 - 118 MJ → pod vlivem tepla se tvoří vodík, ovšem spotřebuje energii, C + 2H2 = CH4 - 60 MJ → uhlík a vodík za působení tepla tvoří metan a rovněž odebere část energie.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Řešením rovnice pro rovnovážný stav dostaneme pro kmol uhlíku (12 kg C) cca 30 kg štěpků dřevního odpadu. Zplyňovací proces vyžaduje dodat: 22,4 Nm3 (normální metr kubický) O2, což je cca 120 Nm3 vzduchu a 18,0 kg H2O (vody) Vzniklý plyn dosahuje výhřevnosti 4,5-6 MJ/Nm3. Optimalizační proces Podstatou optimalizace je nastavení procesu zplyňování tak, aby se na základě požadovaného výstupního tepelného, případně elektrického výkonu, charakteru, struktury a vlhkosti paliva a vlhkosti dodávaného vzduchu podařilo množství emisí CO, NOx a CxHy na výstupu systému minimalizovat. Dále je pak nutno stanovit potřebu vzduchu, dávkování paliva a především teplotu v žárovém pásmu a optimální hodnotu podtlaku. K tomu slouží řídící soustava. Technicky je založena na počítačovém řízení a řídících programech pro ovládání následujících parametrů. Kolik paliva v daném okamžiku vložit do zplyňovače a jaká je potřeba vzduchu s tím, že počítač dostává informace vložené - charakter paliva (druh biomasy, dřevní odpad, dub, buk, sláma apod.) a dále pak od čidel, která měří: množství paliva v žárovém pásmu a jeho úbytek pro odebraný výkon; okamžitou potřebu odebírané (elektrické a/nebo tepelné) energie; podtlak v žárovém pásmu a teplotu v daném okamžiku; skutečně vyráběný tepelný, případně elektrický výkon v daném okamžiku. Podle upravených rovnic z termomechaniky lze vypočítat potřebné tepelné výkony: Pro ohřev dávky paliva Md: P1 = 1,5 · (Md/3600) · (T2 - T1) + 4,18 · (Mv/3600) · (T2 - T1) Na vysušení paliva a odpaření množství vody Mv z dávky Md: P2 = 2257 · (Mv /3600) K množství vody v palivu Mv (vlhkosti paliva) je přitom nutné přičíst množství vody, jež se do zplyňovače dostane z nasávaného vzduchu, které se stanoví měřením „suché“ a „mokré“ teploty vzduchu a následným odečtem z Mollierova diagramu. V závislosti na požadovaném tepelném výkonu Wt a výhřevnosti paliva Qd se stanoví velikost dávky paliva Md takto: Md = Wt · 3,6/Qd Při výrobě elektrické energie je pak pro okamžitý výkon We potřeba paliva Md přibližně trojnásobně vyšší, tedy: Md = 3 · Wt · 3,6/Qd Co je možné zplyňovat? Jako palivo pro výrobu plynu lze využít: biomasu (dřevní, lesní) odpad všeho druhu, zemědělský odpad, usušené čistírenské kaly zbavené anorganických prvků a těžkých kovů, tuhý komunální odpad (TKO) vytříděný od kovů a ostatních nespalitelných prvků (PET lahve a gumárensko plastikářské výrobky, včetně ojetých pneu).

Pyrolýza Pyrolýza (řecky pyr = oheň, lysis = rozpuštění) patří mezi tzv. reduktivní procesy. Tyto procesy se vyznačují tím, že do reakčního prostoru vstupuje tolik vzduchu (resp. kyslíku), že jeho


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí množství je vždy podstechiometrické (nedostatek kyslíku pro dokonalé spálení) vzhledem k oxidaci na CO2 a H2O anebo limituje k nule. Procesy, uskutečňující se jako ohřev v nepřítomnosti kyslíku (λ=0), se nazývají pyrolýzou. Procesy se substechiometrickou dodávkou kyslíku (0<λ<1) se nazývají zplyňování. Součinitel přebytku vzduchu λ je bezrozměrná veličina popisující poměr mezi množstvím vzduchu skutečně přivedeného do spalovací komory a teoretickým množstvím vzduchu, které je nutné pro ideální spalování. U stechiometricky přesného spalování (tedy bez přebytku vzduchu) tento poměr činí λ = 1. Pro reduktivní procesy vždy a za všech podmínek platí, že jejich plynným produktem je hořlavý plyn, bez ohledu na to, jakou hodnotu výhřevnosti tento plyn má, pokud je ještě schopen hoření. Tuhým produktem reduktivních procesů může být na uhlík velmi bohatý polokoksový, resp. koksový zbytek, ale též i zcela zreagovaný popel. Straka, F.: Gasifikace a kogasifikace odpadů, Praha 2000, 29 s. Z technologického hlediska lze pyrolýzní procesy dále rozdělit dle dosahované teploty na: 1. nízkoteplotní (< 500 °C), 2. středněteplotní (500-800 °C), 3. vysokoteplotní (> 800 °C). V závislosti na dosažené teplotě, lze při pyrolytickém procesu pozorovat řadu dějů, které je možné pro jednoduchost rozdělit do 3 teplotních intervalů. V oblasti teplot do 200 °C dochází k sušení a tvorbě vodní páry fyzikálním odštěpením vody. Tyto procesy jsou silně endotermické. V rozmezí teplot 200 až 500 °C následuje oblast tzv. suché destilace. Zde nastává ve značné míře odštěpení bočních řetězců z vysokomolekulárních organických látek a přeměna makromolekulárních struktur na plynné a kapalné organické produkty a pevný uhlík. Ve fázi tvorby plynu v oblasti teplot 500 až 1200 °C jsou produkty vzniklé suchou destilací dále štěpeny a transformovány. Přitom jak z pevného uhlíku, tak i z kapalných organických látek vznikají stabilní plyny, jako je H2, CO, CO2 a CH4. Realizace pyrolýzního procesu je možná např. v komorové nebo rotační peci, navazující na termoreaktor. Reakční (pyrolýzní) komora, do níž je vkládán zpracovaný odpad, je vytápěna zvnějšku spalinami, přičemž za teplot 500 °C až 550°C dochází za nepřístupu vzduchu k uvolnění hořlavých plynů, které jsou vedeny do termoreaktoru, kde buď pomocí přídavného hořáku nebo jen přívodem spalovacího vzduchu jsou za teplot 900°C až 1300°C spáleny v přebytku kyslíku. V případech, kdy je účelné generování potřebného tepla a teploty v reaktoru, připouští se částečná oxidace (spalování) pyrolýzních produktů v samotné pyrolýzní komoře. Uvedené zjednodušuje konstrukční provedení reaktoru a však činí náročnějším jeho řízení. Pyrolýzní způsob termického zneškodnění je použitelný pro odpady s prakticky konstantním složením, není vhodný pro směsné odpady, průmyslové či domovní.



Schéma pyrolýzy Biomasu lze procesem pyrolýzy přeměnit na pyrolýzní plyn a pyrolýzní olej. Olej lze použít jako standardní palivo pro výrobu tepelné a elektrické energie nebo ho využít jako surovinu v chemickém průmyslu. Vstupní surovina se přemění na stabilní plyny a pevný zbytek – dřevěné uhlí. Plyny jsou odvedeny do kondenzátoru, kde zkondenzují na pyrolýzní olej. Ze vstupní suroviny vzniká přibližně 50 – 75 % váhového množství bio-oleje. Pyrolýzní olej je stabilní kapalné biopalivo, které lze, na rozdíl od biomasy nebo jiných objemných energetických surovin, snadno skladovat i přepravovat. Jeho energetická hustota je 4 – 5x vyšší než u vstupní suroviny, což výrazně usnadňuje logistiku. Výhřevnost oleje se podle druhu biomasy pohybuje mezi 17 a 22 MJ/kg. Pyrolýzní olej má širokou škálu využití – ve výrobě tepla, elektřiny, pohonných hmot i v chemickém průmyslu. Většina v současné době provozovaných pyrolýzních systémů je založena na termickém rozkladu odpadu v rotační peci vytápěné zevně spalinami, které vznikají z následného spalování pyrolýzních plynů v tzv. termoreaktoru. Pyrolýzní jednotky bývají vhodné pro šaržovitý provoz pro odpad, který nemá příliš vysoký obsah škodlivin a nemá tendenci ke spékání. Zbytek energie ze spálení plynů, která se nespotřebuje na ohřev vsádky, se využívá v kotlích na odpadní teplo k výrobě páry nebo teplé užitkové vody. Jiný modernější přístup předpokládá využití pyrolýzního plynu jako chemické suroviny nebo jako topného plynu např. pro motory kogeneračních jednotek. Dříve relativně skeptický pohled na možnosti materiálového a energetického využití pyrolýzních produktů se v posledních letech dosti podstatně mění. Příkladem může být velký rozvoj technologií zpracovávajících převážně odpadní biomasu v USA. Rozvíjí se mimo jiné zpracování odpadního dřeva a dalších substrátů dříve skládkovaných, čímž se rozšiřuje rozsah užitých zdrojů.



Spalovací zařízení (kotle) a jejich příslušenství Kotel je zařízení, v němž se spalováním tuhých, kapalných, nebo plynných paliv vyvíjí teplo, kterým se ohřívá teplonosná látka. Ve střední Evropě jsou zdaleka nejrozšířenější teplovodní vytápěcí soustavy, a tudíž jsou kotle pro vytápění domů a bytů konstruovány na použití vody jako teplonosného média. Existují však již i kotle pro teplovzdušné vytápění. Spalovací zařízení se mohou dělit dle různých kritérií: dle druhu paliva (tuhá, plynná, kapalná paliva), dle teplotních a tlakových poměrů (nízkotlaké, středotlaké, vysokotlaké) a také dle výkonu. Kotle malých výkonů 20 až 60 kW na spalování biomasy. V těchto kotlích se spaluje převážně dřevo, jednotlivé fáze hoření jsme si již popsali v kapitole o spalování. Vzhledem k tzv. dlouhému plameni dřeva (obsahuje velké množství plynných látek) je velmi důležitá konstrukce topeniště na dřevo. Pod rošt se přivádí menší část kyslíku, potřebného pro oxidaci pevných zbytků paliva na roštu (primární vzduch). Větší část kyslíku se přivádí do proudu unikajících plynů v prostoru za roštem (sekundární rošt). Prostor bezprostředně nad roštem (či za ním) nemůže být konstruován jako výměník tepla, ale jako prostor udržující žár (se šamotovou vyzdívkou), jehož úkolem je udržet plyny a přiváděný kyslík na potřebné zápalné teplotě. Z již uvedeného vyplývá, že skutečně efektivní a pro životní prostředí neškodné spalování dříví je možné pouze ve speciálně řešených topeništích a nikoliv v energetických jednotkách konstruovaných pro jiná paliva (uhlí, koks) u kterých funkce sekundárního vzduchu nehraje tak významnou roli.



Automatický kotel na dřevní štěpku

Kotle středních výkonů 100 kW až 5 MW na spalování biomasy si jsou velmi podobné. Použití těchto kotlů, vzhledem k automatizaci procesu spalování, vyžaduje upravené palivo v podobě štěpky, špalíků, odřezků, hoblin nebo pilin. Pro dopravu paliva do topeniště se využívají šnekové dopravníky a podávací zařízení. V tomto případě se jedná o tzv. spodní přívod paliva – palivo je do spalovací komory přisouváno zdola a odhořívá shora. Jiným typem je zařízení s posuvným roštem. Posuvné rošty jsou šikmé (15-18°) roštové plochy sestavené z jednotlivých lamel, které se pohybují. Primární vzduch je přiváděn pod rošt a sekundární popř. terciální vzduch pak do spalovací a dohořívací komory. Při přesouvání a přesypu paliva na roštu se palivo částečně převrací a smíchává s palivem ještě nevzníceným. Posouvaná vrstva vytlačuje vyhořelou škváru z konce roštu do škvárové výsypky. Řetězový rošt je v podstatě nekonečný pás, jehož horní plocha, na které spočívá vrstva paliva, tvoří voštinovou plochu. U řetězového roštu je roštový pás složen z plochých deskových roštniček, které jsou vlastně články mohutného Gallova řetězu.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí U pásových roštů jsou roštnice upevněny na příčných tyčích unášených dvěma postraními tažnými řetězy. Kotle s řetězovými a pásovými topeništi ovšem nejsou v této výkonové kategorii tak obvyklé, neboť jejich pořizovací cena je vyšší než u předcházejících kotlů. S využitím slámy pro energetické účely začali zemědělci. Šlo o kotle na slámu menších výkonů. V poslední době se ovšem na stejném principu objevily kotle s řízeným spalováním. Vzhledem k tomu, že nejčastější forma sklizené slámy je lisovaný balík, je nutné tento balík před spálením upravit. Obří balíky se mechanickými vidlemi podávají na rozebírací stůl, kde se balík rozřeže a řezanka se pneumatickým systémem dostává do topeniště.

Schéma kotle středního výkonu s rekuperaci Kotle velkých výkonů nad 5MW jsou nejvíce využívány při centralizovaném zásobování teplem. Jejich konstrukce vycházejí z již zmíněných principů avšak ve větší výkonové kategorii. Kára, Pastorek, Jevič: BIOMASA Spalovací rovnice, při kterých se slučují spalovací prvky s kyslíkem, se označují jako exotermické a probíhají podle následujících vztahů:

Tyto vztahy ovšem nevyjadřují přesně spalovací poměry, které existují ve skutečném ohništi. V ohništi se spalování neuskutečňuje s čistým kyslíkem, ale za přítomnosti vzduchu, který obsahuje kromě kyslíku také dusík. Spalovací reakce hořlavých prvků se vzduchem lépe vystihují vztahy napsané v opraveném tvaru:



Dusík N, který se reakcí neúčastní, přechází jako balastní složka do odpadních kouřových plynů nebo se slučuje s kyslíkem na škodlivé složky NO2 a NO. Kouřové plyny jsou tedy směs vzdušného dusíku a produktů spalování hořlaviny, tj. CO2, H2O, SO2, SO3, NO, NO2, vodní páry vzniklé z vlhkosti paliva a vlhkosti vzduchu, případně dalších složek většinou ve stopovém množství. Spalování uhlíku na oxid uhličitý:

Z poslední rovnice vyplývá, že výhřevnost z 1 kg čistého uhlíku je 33 800 kJ·kg -1 (33,8 MJ·kg-1). Spalování vodíku na čistou páru:

Podle posledního vztahu je výhřevnost vodíku 120 000 kJ·kg-1 (120 MJ·kg-1). Spalování síry na oxid siřičitý:

Poslední rovnice udává, že výhřevnost síry je 9 250 kJ·kg-1 (9,25 MJ·kg-1). Výpočet množství spalovacího vzduchu Tento výpočet lze provést 2 způsoby z chemického složení paliva z výhřevnosti spalovaného paliva


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí První způsob je přesnější, je však závislý na provedení drahého prvkového rozboru paliva. Výpočet potřebného množství spalovacího vzduchu z výhřevnosti je sice přibližný, ale získané výsledky jsou pro použití v praxi dostačující. Výpočet množství vzduchu z chemického složení paliva: Teoretické (minimálně potřebné) množství suchého spalovacího vzduchu se určí ze vzorce

kde C,H,S,O jsou poměrná hmotnostní množství uhlíku, vodíku, síry a kyslíku ve spalovaném palivu (kg·kg-1). Výpočet množství vzduchu z výhřevnosti paliva Neznáme-li prvkový rozbor paliva, určí se teoretické množství spalovacího vzduchu z empirického vzorce:

Skutečné množství (skutečný objem) spalovacího vzduchu potřebné ho ke spálení paliva v konkrétním ohništi se vypočítá na základě buď změřeného nebo předpokládaného přebytku vzduchu na konci ohniště:

Z teoretického a skutečného množství vzduchu se určí objem přebytečného vzduchu jejich rozdílu:

z

Všechna uvedená objemová množství jsou v „normálních“ metrech krychlových tj. při teplotě 0°C a tlaku 0,1 MPa. Pro skutečnou teplotu je nutné objemové množství přepočítat. Při spalovacím procesu probíhající ve skutečných ohništích není použitý spalovací vzduch suchý, ale má určitou relativní vlhkost. Tento objem vodní páry lze rovněž stanovit výpočtem:



Kogenerační zařízení Pojem kogenerace znamená kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla. Oproti klasickým elektrárnám, ve kterých je teplo vzniklé při výrobě elektrické energie vypouštěno do okolí, využívá kogenerační jednotka teplo k vytápění a šetří tak palivo i finanční prostředky potřebné na jeho nákup. Elektrická energie vzniká ve všech elektrárnách roztočením elektrického generátoru pomocí turbíny. Teplo nutné k výrobě páry, která turbínu pohání, se většinou získává spalováním uhlí nebo štěpením jader uranu. Velká část tepla však není využita a je bez užitku vypouštěna do ovzduší. Účinnost výroby v tepelných elektrárnách se pohybuje kolem 30%, nejmodernější paroplynové elektrárny pak mají účinnost kolem 50%, ovšem k dalším ztrátám ve výši asi 11% dochází při transformaci a dálkovém přenosu elektrické energie. Motory v kogeneračních jednotkách jsou standardně konstruovány na zemní plyn, mohou však spalovat i jiná kapalná či plynná paliva. Dle pohonu generátoru lze kogenerační zařízení rozdělit na jednotky s: plynovým spalovacím motorem, tento typ je vhodný zejména pro ohřev vody. Dvě třetiny vyrobeného tepla mají teplotu 100°C. Jedna polovina tepla, kterou tvoří výfuk (zplodiny spalování), má teplotu až 400°C. plynovými spalovacími turbínami. Mají vysoký potenciál tepla, teplota spalin dosahuje teplot vyšších jak 500°C. Výhodné je jejich použití pro dodávky technologické páry nebo horké vody. parními turbínami, které se využívají nejčastěji v teplárenství pro dodávky technologické páry pro centrální zdroje tepla. Teplo, které se ve spalovacím motoru uvolňuje, je prostřednictvím chlazení motoru, oleje a spalin efektivně využíváno a díky tomu se účinnost kogeneračních jednotek s (automobilovými) vznětovými či zážehovými motory upravenými pro spalování plynu pohybuje v rozmezí 80 - 85 %. Z toho připadá asi 30 až 35% na elektrickou energii a zbytek na teplo, tj. 65 až 70%. Základní podmínky úspěšné instalace kogenerační jednotky jsou mimo jiné plné využití vyrobeného tepla a to i v letních měsících, vlastní spotřeba vyrobené elektrické energie nebo její dodávka do veřejné sítě, zpracování důkladné ekonomické rozvahy a plnění emisních limitů platné vyhlášky MŽP ČR.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Výhody kogenerace Úspora paliva Použití kogeneračního způsobu výroby tepla a elektrické energie představuje zhruba 40% úsporu paliva. Převedeno na peníze to znamená, že za stejné množství energie zaplatí uživatel pouze 60% finančních prostředků. Úspora nákladů na nákup energie Ze stejného množství paliva získá přibližně dvojnásobné množství energie, z níž část může prodávat, a tím opět snižovat vlastní náklady. Minimalizace nákladů na rozvod energie Teplo i elektrická energie navíc vznikají v místě své spotřeby, čímž odpadají náklady na rozvod energie i ztráty tímto dálkovým rozvodem způsobené. Teplo vznikající v kogenerační jednotce je využito k vytápění budov, přípravě teplé užitkové vody nebo k přípravě technologického tepla. Ekologický způsob výroby Protože se při použití kogeneračního způsobu výroby elektřiny a tepla ušetří asi 40% paliva, zatěžuje kogenerace z ekologického hlediska přibližně o totéž procento méně životní prostředí. Energie pro případ nouze Kogenerační jednotky slouží často též jako nouzové zdroje elektrické energie v místech její nepřetržité potřeby. Výroba chladu Pomocí absorpčního výměníku je vyrobené teplo možno využít i k výrobě chladu pro technologické účely nebo klimatizaci. V takovém případě se hovoří o tzv. trigeneraci, kombinované výrobě elektrické energie, tepla a chladu. Nevýhody kogenerace Vysoké investiční náklady na zařízení, Návratnost vložených finančních prostředků je závislá na využití vyrobeného tepla elektrické energie, Nutno zajistit ochranu proti hluku. Kritériem hodnotícím stupeň přeměny energie primárního paliva na energii elektrickou a tepelnou je elektrická, resp. tepelná účinnost ( ηtherm resp. ηel ) definovaná jako elektrický, resp. tepelný výkon dodávaný zařízením ku příkonu v primárním palivu do zařízení přiváděného ( 2.1 ), ( 2.2). Výsledná účinnost zařízení η celková je pak součtem obou těchto účinností ( 2.3 ).



Vzhledem k tomu, že elektrická energie je kvalitativně hodnotnější, je prioritním cílem maximální produkce elektrické energie za ekonomicky přijatelných podmínek. Množství vyrobené elektrické energie je ale ovlivněno provozními podmínkami technologie, možností nasazení účinného kogeneračního zařízení a zejména jeho investičními a provozními náklady. Ukazatelem vyjadřujícím vztah mezi vyrobeným množstvím tepelné a elektrické energie je tzv. „teplárenský modul“ σ

Metodika určování účinnosti procesu kombinované výroby tepla a elektřiny podle Směrnice (2004/08/EC). K určení úspor primární energie slouží vzorec:

Primární energetické úspory (pro výraz užívána zkratka PES) paliva, musí být minimálně 10%, aby kombinovaná výroba byla hodnocena jako vysoce účinná. Hodnota více než 10% energetických úspor platí pro jednotky nad 1 MWel. Podle přílohy III Směrnice (2004/08/EC) výrobu kogeneračních jednotek výkonu do 1 MWel, která zajišťuje jakékoliv kladné úspory primární energie podle vzorce na obr., je možno kvalifikovat jako vysokoúčinnou kombinovanou výrobu. U těchto jednotek je možno účinnost prokazovat zjednodušeně například podle parametrů KJ udaných výrobcem, neboť měření všech energií u malých KJ by cenově ovlivňovalo celkový ekonomický přínos.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí CHP Hη - tepelná účinnost kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) CHP Eη - elektrická účinnost kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) Ref Hη - referenční tepelná účinnost výroby tepla v odděleném zdroji ze stejného paliva Ref Eη - referenční elektrická účinnost výroby tepla v odděleném zdroji ze stejného paliva Stejné referenční hodnoty pro oddělenou výrobu elektřiny jsou dané pro celou EU. Tyto hodnoty se ještě modifikují podle zeměpisného pásma té které země, nadmořské výšky a dalších kritérií. Např. pro dřevo je Ref Eη pro roky 2006-2016 stanovena hodnota 33% při pominutí geografických činitelů. Ref Hη je pro stejný materiál a v případě přímého využití spalin stanovena na 78%. V tabulce je uveden výběr z údajů tzv. harmonizovaných (stejných pro celou EU) referenčních hodnot pro oddělenou výrobu elektřiny. Tyto hodnoty se ještě modifikují podle zeměpisného pásma té které země, nadmořské výšky a dalších kritérií, jejichž detailní rozbor je nad rámec tohoto článku; tyto dílčí modifikace v následujícím příkladu výpočtu jsou pro jednoduchost pominuty. Tabulka referenčních hodnot (výběr) pro oddělenou výrobu elektřiny Ref Eη: Typ paliva

do 1996 %

2000 %

do 2004 %

do 2005 %

2006-11 %

černé uhlí

39,7

42,3

43,8

44,0

44,2

lignit

37,3

39,9

41,4

41,6

41,8

rašelina

36,5

37,8

38,8

38,9

39,0

dřevo

25,0

29,6

32,2

32,6

33,0

zemní plyn

50,0

51,4

52,3

52,4

52,5

bioplyn

36,7

39,6

41,4

41,7

42,0

Referenční hodnoty pro oddělenou výrobu tepla Ref Hη jsou uvedeny v tabulce: Typ paliva

Pára/voda %

Přímé použití spalin %

černé uhlí

88

80

hnědé uhlí

86

78

dřevo

86

78

LTO, LPG

89

81

biopaliva

89

81

zemní plyn

90

82

bioplyn

70

62

odpadní plyny

80

72

Ač jsou referenční hodnoty pro oddělenou výrobu elektřiny zejména ze zemního plynu vysoké, po dosazení do uvedeného vzorce zjistíme, že využijeme-li 100% teplo, nebude nikdy


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí problém s plněním kritérií vysoké účinnosti pro kogenerační jednotky na bázi spalovacích motorů či spalovacích turbín.

Parní turbíny Parní turbína je turbína, která převádí tepelnou energii páry na rotační pohyb. Parní moderní turbínu vynalezl v roce 1884 Sir Charles Parsons. Postupně byla zdokonalována a ve dvacátém století, spolu se spalovacím motorem, postupně nahradila parní stroj, který svou účinností předčila. Tento tepelný stroj přeměňuje kinetickou a tepelnou energii na mechanický rotační pohyb, který je pak přenášen na hřídel stroje. Parní turbína se skládá se z jednoho nebo několika postupně se zvětšujících lopatkových kol. Lopatková kola, která jsou součástí statoru stroje, se nazývají rozváděcí. Ta, která jsou spojena s rotující osou (resp. jsou umístěna na hřídeli) stroje, se nazývají oběžná a spolu s osou tvoří rotor. Pro zvýšení účinnosti bývají obvykle velké parní turbíny rozděleny na vysokotlaké a nízkotlaké, případně i středotlaké stupně. Mezi ně může být zařazen i regenerátor páry, který znovu ohřeje expanzí zchladlou páru, čímž zvětší (za cenu dodání relativně malé energie) její objem. Parní turbína je využívána v energetice pro pohon alternátorů (tepelná elektrárna, jaderná elektrárna), se kterými bývá mechanicky spojena společným hřídelem. Parní turbína se ale užívá i jako lodní pohon (parník, bitevní loď, jaderná ponorka). Častým využitím parních turbín je také jejich instalace do parní kogenerace. Parní kogenerací se rozumí společná výroba tepla a elektrické energie pracující na základě Rankinova cyklu. Teplonosným médiem je nejčastěji voda, přeměněná následně na vodní páru, jež je ohřívána v parním kotli horkými spalinami ze spalování pevného, kapalného nebo plynného paliva. Část energetického obsahu předaného teplonosnému médiu je zpracována na turbíně, zbylá část je odebrána kondenzátorem. Základními prvky parního cyklu jsou: kotel s přehřívákem, turbína s generátorem, kondenzátor a napájecí čerpadlo. Napájecí čerpadlo bývá většinou zdvojeno z důvodu zamezení poškození kotle nedostatečným přítokem napájecí vody.

Cyklus parní kogenerace s protitlakou turbínou


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Napájecí voda je v kotli ohřátá na teplotu varu a vypařena. V přehříváku je vzniklá pára upravena na požadované parametry. Odtud přehřátá pára pokračuje do turbíny, kde expanduje, roztáčí turbínu a ta buď přímo nebo přes převodovku pohání alternátor, který mění mechanickou energii rotoru turbíny na energii elektrickou. Otáčky turbíny jsou zpřevodovány tak, aby byl vyráběn elektrický proud o frekvenci 50 Hz, což odpovídá 3000 ot/min.V kondenzátoru pak pára kondenzuje a předává své zbytkové teplo, jež je po té využito ve spotřebitelském okruhu. Napájecí voda je pak napájecími čerpadly hnána zpět do kotle. Dalším konstrukčním řešením je tzv. protitlaká turbína, tedy parní expanzní turbína, z níž pára vystupuje v přehřátém stavu. Při průchodu páry turbínou pára expanduje, čímž koná technickou práci, jež je turbínou odebraná a následně alternátorem převedena na elektrickou energii. Přenos mechanické práce z turbíny opět může být buď přímý nebo přes převodovku, jež redukuje otáčky turbíny. Přehřátá pára vystupující z turbíny má takové parametry, že se zpravidla dále využívá pro procesní účely. V procesu je využit její zbytkový energetický potenciál a kondenzát je poté přiveden zpět do kotle a cyklus se opakuje. Cyklus s protitlakou turbínou je znázorněn na obrázku. Pro elektrické výkony 100 kW až 15 MW jsou používána soustrojí s protitlakými axiálními nebo radiálními turbínami. Z hlediska dosahované termodynamické účinnosti (viz dále) jsou výhodné rychloběžné radiální jedno- či dvou-stupňové turbíny. U nízkých výkonů se někdy vyžívá vysokootáčkové turbíny napojené na vysokootáčkový generátor. Celková účinnost využití energie ηcelková je asi 74 až 84 %. Dominantní je produkce tepla. Tepelná účinnost ηtherm se pohybuje v rozmezí 62 až 76 % a to v závislosti na tlaku před a za turbínou. Na účinnost výroby elektrické energie ηel připadá tedy asi 8 až 12 %. Stupeň zhodnocení primárního paliva na elektrickou energii není příliš vysoký. Největší nevýhodou tohoto cyklu je bezesporu nízká elektrická účinnost.

Plynové turbíny (mikroturbíny) Plynová turbína je tepelný stroj, který mění tepelnou energii plynů na mechanickou práci. Pracovní látkou jsou ohřáté plyny nebo spaliny, vznikající v jiných strojích, přivedené do plynové turbíny. Plyny při průchodu turbínou odevzdají jejím lopatkám svou kinetickou energii.

Tento stroj obsahuje jednorychlostní radiální kompresor a turbínu


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Základní cyklus plynové turbíny je pojmenován po bostonském inženýrovi Georgovi Braytonovi, který jako první v druhé polovině 19. století navrhnul tzv. Braytonův cyklus. Nyní se Braytonův cyklus používá pro takové plynové turbíny, kde se v rotačním stroji uskutečňují komprese a expanze. Dnes existují dvě hlavní oblasti použití plynových turbín – letectví a výroba a elektrické energie. Základními funkčními komponenty plynové turbiny pracující v Braytonově cyklu jsou: kompresor, spalovací komora, samotná turbina a tepelný výměník. V závislosti na jejich konfiguraci pak turbina pracuje buď v otevřeném nebo uzavřeném cyklu.

Základní schéma ideálního Braytonova cyklu, spolu se znázorněním v p-v a T-s diagramu. Z obrázku je patrné, že ideální jednoduchý uzavřený Braytonův cyklus je složen ze 4 základních procesů, a to sice z: izoentropické komprese (mezi body 1 a 2), dodávky tepla za konstantního tlaku (2-3), izoentropické expanze na turbině (3-4) a odvedení tepla opět za konstantního tlaku (4-1). Qin v tomto případě představuje teplo dodané, Qout teplo odvedené, Wp práci dodanou kompresorem a WT práci odevzdanou na turbině. „Reálný oběh se od ideálního může lišit ve dvou směrech: v tom, že jednotlivé části oběhu se realizují se ztrátami (tj. nevratně), a také v tom, že pracovní látkou je reálný plyn. Druhá skutečnost je poněkud méně důležitá, protože vliv vlastností pracovní látky se u plynových oběhů zpravidla neuplatňuje příliš výrazně. Hlavním zdrojem ztrát v oběhu je tedy fakt, že každý reálný oběh je doprovázen ztrátou tlaku. V důsledku toho zpracovává kompresor větší tlakový spád, než je teoretický a než zpracovává turbina. Navíc kompresor


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí ani turbina nepracují ideálně. Jejich měrná práce je v důsledku toho v prvním případě větší a v druhém případě menší než teoretická“. Důsledky těchto změn oproti oběhu ideálnímu jsou vidět na obrázku.

Znázornění reálného Braytonova oběhu (čárkovaně) se ztrátami v T-s diagramu Výpočet termické účinnosti Výpočtový vztah pro termickou účinnost zvoleného cyklu lze odvodit ze základního vztahu pro výpočet tepelných oběhů:

Kde a0 je práce oběhu a qH je teplo přenášené (dodané) při vyšší teplotě. Pro náš případ platí, že práce a0 je rovna rozdílu práce vykonané na turbině a práce spotřebované při kompresi aK, tedy:

Práci odevzdanou na turbině aT lze spočíst jako změnu entalpií pro příslušné teploty:

Práce spotřebovaná při kompresi aK se dá spočítat jako součet změny entalpií pro nízkotlakou i vysokotlakou kompresi, tedy:


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Teplo dodané do oběhu potom jako změna entalpie v části cyklu, kde je teplo přiváděno z reaktoru:

Po dosazení do základního vztahu a následném vykrácení cP vypadá výsledný vztah pro tepelnou účinnost cyklu následovně:

Na závěr si je však nutno uvědomit, že v tomto vzorci se nepočítá se změnami způsobenými tlakovými ztrátami v reálném cyklu. Skutečné parametry se tak budou od vypočtených odlišovat. Termická účinnost se pohybuje kolem 35%. Mikroturbíny Princip funkce miktroturbín je stejný jako u plynových spalovacích turbín. Tlakový poměr je ale u mikroturbín větší, stejně jako vstupní teploty, avšak teplota vzduchu jdoucího do kompresoru je co nejnižší. Pracovním cyklem je také Braytonův oběh. (obr. 4.6). Mikroturbíny jsou stejně jako plynové turbíny vysoce spolehlivé už z toho důvodu, že mají jen jednu rotující část. Vše je umístěno na jednom hřídeli. Mikroturbíny rotují vysokými otáčkami okolo 100 000 ot/min. Proto se využívá vysokofrekvenčních generátorů s následnou úpravou parametrů elektřiny. Na hřídel je možno umístit olejová nebo vzduchová ložiska, v takovém případě odpadá olejové hospodářství. Je možné také využít dvouhřídelové uspořádání. V tomto případě je na jedné hřídeli umístěn vysokorychlostní kompresor, na druhé turbína s generátorem. Zde odpadá úprava parametrů elektrické energie, ale je zde více rotujících částí.



Schéma primární jednotky s mikroturbínou Vzhledem k poměrně nízkým výkonům se kogenerační jednotky s mikroturbínami umisťují blízko odběratelům tepelné energie. Najdeme je tedy u míst, jako jsou sídliště, nemocnice, hotely, školy atd. Tepelná energie má podobně jako u plynových turbín vysokou kvalitu. Teploty dodávané mikroturbínami se pohybují okolo 220-320°C. Tyto teploty lze v opodstatněných případech zvýšit odstraněním spalinového výměníku. Toto ale sníží elektrickou účinnost, a to až o 10-15 %. Teplo výstupních spalin může být použito například pro: Ohřev užitkové vody Ohřev topné vody Absorpční chlazení Úpravu vzduchu Tepelné potřeby technologických procesů Stejně jako u plynových turbín velkých výkonů, využitím vysokých teplot vstupního pracovního media a vysokých tlakových poměrů, dosahujeme vysokých účinností. Protože mikroturbíny mají nižší jmenovité výkony, jejich elektrická účinnost se pohybuje mezi 2030%, celková pak mezi 65-80 %. Mikroturbíny stejně jako plynové turbíny využívají plynných i kapalných paliv. Hlavní produkty spalování mikroturbín jsou oxidy NOx, CO, CO2, popřípadě nespálené uhlovodíky. Provoz je oproti velkým plynovým turbínám o dost tišší, což je dáno otáčkami a kratším vedením. Využití v komerční sféře zatím neprobíhá dostatečně dlouho na to, abychom byli schopni přesně určit poruchovost a problémy spojené s provozem mikroturbín. Životnost by se ale měla pohybovat v rozmezí 40-80 tis. hodin. Parametry mikroturbín nabízejí širokou paletu použití v praxi. Turbíny lze také provozovat na částečný výkon. Změna výkonu se provádí kombinací změny otáček kompresoru (průtočného množství pracovní látky) a změnou teploty spalin při vstupu do mikroturbíny. Turbíny jsou schopny z nulového výkonu vystoupat na výkon stoprocentní asi za 15 s. Při nižších výkonech dochází však k rapidnímu poklesu celkové účinnosti, jak je vidět z grafu 1. Proto je vhodné provozovat mikroturbíny vždy s výkony nad 50% jmenovitého výkonu.



Vliv změny zatížení na elektrickou účinnost mikroturbín

Pístové plynové motory Pístový motor je typ motoru, přeměňující tlakovou energii nebo tepelnou energii pracovní tekutiny na mechanickou energii. Základní pohyblivou součástkou těchto strojů je píst. Pohyb pístu vyvolává expanze plynné náplně nebo přítok náplně (kapalné nebo plynné). Pracovní cyklus motoru 1. Sání – Píst jde dolů, nad ním vzniká podtlak. Proto otevřeným sacím ventilem vniká do válce chladná palivová směs. 2. Stlačování – Píst jde nahoru a stlačuje směs, oba ventily jsou přitom uzavřené. Tím se zvýší tlak směsi i teplota. Ve vhodném okamžiku, kde se píst blíží své horní poloze,zapálí se stlačená palivová směs elektrickou jiskrou. 3. Rozpínání – Zapálená směs hoří,zvyšuje se tlak vznikajícího plynu i teplota (asi na 2000 °C). Oba ventily jsou uzavřené. Vytvořený plyn se prudce rozpíná a tlačí píst dolů. Koná práci a jeho vnitřní energii převádí na pohybovou energii pístu. 4. Výfuk – Píst jde nahoru, výfukový ventil se otevře, sací zůstává uzavřen. Spálené plyny jsou pohybem pístu vytlačeny výfukovým ventilem z válce. Zdvihový objem je část pracovního prostoru válce v pístovém motoru s přímočarým vratným pohybem pístu, vymezený horní a dolní úvratí. Zdvihový objem neznamená celkový objem pístového motoru, protože i v horní úvrati pístu zůstává část pracovního prostoru s


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí nenulovým objemem. Tento prostor nazýváme kompresní prostor. Proto se dá zdvihový objem definovat i jako rozdíl objemů pracovního prostoru mezi dolní a horní úvratí. Zdvihový objem se označuje Vz a závisí od vzdálenosti mezi úvratěmi tzv. zdvihu (odtud název) a průmětu plochy pístu do roviny kolmé na osu jeho pohybu. Udává se v jednotkách objemu, prakticky nejčastější v litrech nebo krychlových centimetrech. Jestliže předpokládáme kruhový průřez pístu, použitý u většiny pístových strojů, potom platí:

Kde D - průměr pístu nebo vrtání válce Z - zdvih pístu nebo vzdálenost mezi horní a dolní úvratí i - počet válců stroje Motor pístový Podle druhu média se motory pístové dělí na plynové, benzínové a naftové, podle pracovního cyklu na dvoudobé a čtyřdobé, podle způsobu plnění válce na motory pístové s nasáváním či přeplňované (kompresorem), podle zapálení palivové směsi na zážehové a vznětové. Podle počtu válců a jejich uspořádání se motory pístové dělí na jednoválcové a víceválcové (řadové, s protilehlými válci, vidlicové, hvězdicové), podle účelu na motory pístové automobilové, motocyklové, traktorové, lokomotivní, lodní a letecké. Do nekonvenčních motorů pístových se řadí motory s volnými písty a s rotačními písty, např. motor Wankelův.

Příkladem využití plynových spalovacích motorů jsou bioplynové stanice, kde se používají nejčastěji motory spalující bioplyn, které mají výkon 250 až 1000 kW. Kogenerační jednotky spalující bioplyn nebo důlní plyn mají od jednotek, které spalují zemní plyn, svá určitá specifika, jež jsou dána složením plynu. Na území České republiky i v mnoha jiných státech Evropy se používá zemní plyn typu H, který obsahuje 96 % metanu. Mimo metan tvoří dále zemní plyn vyšší uhlovodíky, CO 2 a N2. Obsah metanu v bioplynu se pohybuje obvykle v intervalu 60 – 70 %. Obsah metanu v důlním plynu se pohybuje v rozmezí od 30 % do 70 %. Přičemž hranice únosnosti pro spalování bioplynu je obvykle 40 % podíl CH4 a 60 % podíl CO2. Při spalování důlního plynu hranice


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí podílu metanu nesmí klesnout pod 25 %. Důvodem je, že při snižování obsahu metanu ve směsi se snižuje rychlost plamene a nastávají problémy se zhášením motoru během provozu, což je nežádoucí jev, protože se tím snižuje i účinnost a životnost spalovacího motoru. Další kritické faktory při provozu plynového spalovacího motoru jsou: 1. teplota plynu 2. tlak plynu 3. výkyvy tlaku 4. vlhkost plynu 5. spád potrubí Teplota plynu před vstupem do kogenerační jednotky by neměla být vyšší jak 40 °C. Je-li teplota vyšší, dochází k nadměrnému teplotnímu namáhání armatur a řídících jednotek. To vede nejčastěji k poškození membrán a tím k jejím netěsnostem. Tlak plynu by se měl pohybovat v rozmezí cca 90 – 200 hPa (90 - 200 mbar) a jeho výkyvy by neměli překročit hodnotu 10 mbar/s. Výkyvy tlaku plynu jsou problematické především u důlního plynu. Pokud relativní vlhkost plynu dosahuje více jak 80 %, dochází k tvorbě vodních zátek. S tím souvisí i spád potrubí, který se musí s ohledem na kondenzaci plynu volit co nejmenší, aby se zamezilo vodním zátkám, které se tvoří v prohlubních. Plynná paliva lze použít jak u motorů plynových zážehových, tak u plynových vznětových. Oba typy těchto motorů mohou být řešeny jako motory s přirozeným nasáváním čerstvé náplně válce, nebo jako motory přeplňované. Často jsou plynové motory řešeny jako konverze zážehových nebo vznětových motorů pro provoz na plynná paliva. Značnou nevýhodnou konverze vznětového motoru na zážehovou verzi je, že motor nelze po úpravě provozovat na původní palivo (naftu). Rizikem plynového zážehového i plynového vznětového motoru je tzv. klepání (označované rovněž jako detonační spalování), které je důsledkem samovolného vznícení v objemu nespálené připravené homogenní směsi ve válci motoru. Pro vznik detonačního hoření (klepání) má rozhodující vliv teplota náplně válce na konci hoření, která vychází z kompresní teploty.

Bioolej z olejnatých rostlin Topný olej z rostlinných plodů Pro výrobu biooleje jsou v zásadě vhodné oleje řepkové, sójové, slunečnicové a podzemnicové, jakož i živočišné tuky a staré potravinové oleje. Tyto látky však mají rozdílné vlastnosti; hlavní roli zde hraje především tepelná stabilita a viskozita. Např. palmový olej již při teplotě +10° ztrácí svojí kapalnou konzistenci a koaguluje. Staré potravinové oleje tak reagují při 0°C, čímž už je provedena úvodní selekce, týkající se praktického nasazení ve vytápěcí technice. Pouze řepkový olej zůstává tekutý až do teploty -15°C, čímž umožňuje jak bezproblémové skladování, tak i přidávání do paliva nebo spalování v nesmíšené formě. I zde však existují omezení: čistý, za studena lisovaný řepkový olej se při spalování topnému oleji nepodobá a je ho tedy možno použít pouze u hořáků pro těžký olej. Hodí se proto jen pro velká zařízení.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Pojmenování biogenních paliv z plodů a rostlin „FAME“ (Fatty Acid Methyl Ester) poukazuje na to, že tyto oleje již nejsou ponechány v přírodním stavu. Řekne-li se ve vytápěcí technice „řepkový olej“, máme ve skutečnosti na mysli RME, řepkový metylester. Ten vzniká poměrně jednoduchým postupem: za studena vylisovaný řepkový olej je smíchán s 10 % metanolu a zahříván na cca 75°C. Při esterizaci se glycerínový podíl usazuje u dna a z vyšších vrstev je získáván čistý RME v nejlepší kvalitě, použitelný jako topný olej. Z množství 3500kg řepkových zrn a 155 kg metanolu vzniká asi 2180kg řepkového šrotu, (který je odloučen při lisování), dále 142 kg glycerinu a 1333 kg biopaliva – bionafty. To vše bez odpadu, neboť řepkový šrot lze využít jako krmivo pro dobytek a glycerín je využitelný v chemickém průmyslu. Udávané množství nebylo zvoleno náhodou: odpovídá totiž výnosu z jednoho hektaru za rok. Tento výsledek sice uspokojuje po stránce kvality, nikoliv však již svojí kvan¬titou; výnos bylo nutno co do množství zvýšit, výsledkem byl topný biooolej 2. generace – získávaný z celých rostlin.

Pole řepky olejky „BTL“ (biomass to liquid) je souhrnným pojmem. K výrobě tohoto palivového oleje lze použít nejen celé již zmíněné rostliny, ale i dřevo a biogenní odpady. K přeměně těchto surovin na bioolej vede složitá chemická procedura. Biomasa je zplynována, syntetický plyn se následně pomocí katalyzátoru štěpí na uhlík, vodík a kyslík. Kyslík uniká a vodík s uhlíkem jsou syntetizovány do nové řetězcové sloučeniny. Pouze tyto molekuly lze snadno a beze zbytku spalovat. Potud velmi zjednodušený popis chemického postupu. Celý proces se pohybuje v akceptovatelných hranicích a výsledkem jsou 4 000litrů topného oleje z 1hektaru osevné plochy ročně.

Řepka olejka


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Otázka, zda biogenní paliva, jako řepkový olej, budou zcela vytlačena minerálními palivy, jako je topný olej EL s malým obsahem síry, určitě není relevantní. Už jenom skutečnost, že například v Rakous¬ku v roce 2006 stála proti celkové potřebě topného oleje cca 1,7 milionu tun potřeba bionafty ve výši pouhých 0,28 milionu tun, osvětluje situaci jasně a zřetelně. Rovněž nelze přehlédnout, že např. v Německu výroba bionafty za období 2006-2007 stoupla z 0,24 mil. tun na 2,4 mil. tun, tedy desetinásobně. Tyto údaje dokládají výrazný náskok Německa v této oblasti - Německo vyrábí celých 40% celo-evropské produkce biooleje. Dosavadní zkušenosti s přimícháváním biooleje (v množství od 5 do 20%) do topného oleje EL se ukázaly jako pozitivní. Pokud vy-jdeme z úvahy, že následné výzkumy přinesou nová zlepšení, lze počítat s dalším navýšením jak produkce biooleje, tak i poptávky po něm. Jeden renomovaný výzkumný ústav provedl střednědobý odhad a poptávku po biooleji v roce 2015 vyčíslil na 26 miliónů tun jen na evropském trhu; prognostická křivka vykazuje nejvyšší nárůst do roku 2010. Přednosti biooleje Hlavním kladem biooleje je neutrální spalování s nejvyšším stupněm účinnosti (kondenzační technika spalování) a minimalizovanými emisemi. Přitom bioolej poskytuje obvyklý komfort a je biologicky odbouratelný. Bioolej neobsahuje síru a jeho spalováním vzniká velmi málo emisí CO. Stejně tak i množství vzniklých sazí je minimální, dochází tedy k nižšímu znečišťování tepelných výměníků a tím je umožněno dosahovat vyššího stupně využití. Biooleje nepatří k nebezpečným látkám a nevztahují se na ně žádné speciální bezpečnostní a eko¬logické předpisy, jako je tomu např. u olejů minerálních. Další pozitivní vlastností je i to, že bioolej je prakticky pachově neutrální. Tyto argumenty dokládají, že biololej (ačkoliv je v současné době pouhou příměsí minerálních topných olejů) je správnou volbou napomáhající vzniku a udržení čistého životního prostředí pro budoucnost. Aplikace ve vytápěcí technice a u koncového spotřebitele Bioolej nemůže být přímo aplikován v běžných spalovacích systémech, neboť vyžaduje speciální hořák. Bez tohoto speciálního hořáku lze použít pouze topný olej s maximálně 5% příměsí biooleje. Díky obsahu kyslíku může bioolej 2. gene¬race oxidovat. Tím dochází k uvolňování polymerů, které mohou ucpávat olejové filtry nebo trysky. Výrobce tomu předchází tak, že do oleje přidává oxidační stabilizátory. Ovšem i tyto stabilizátory jsou čistě přírodní - jde totiž o vitamín E. Opatrnost je nutná i během přepravy a skladování. Bioolej je hygroskopický, čili absorbuje vlhkost, nesmí tedy ani při přepravě, ani při skladování přijít do styku s vodou. Při delší odstávce vytápěcího zařízení může totiž dojít k vysrážení vody a vzniklé kapky mohou způsobit korozi kovových částí hořáku. Při skladování je třeba dbát na to, že bioo¬lej je látka citlivá na teploty nad 20°C i na sluneční záření a poměrně rychle se kazí, proto není možné skladovat množství větší, než je jednoroční spotřeba.



Esterifikace rostlinných olejů - bionafta Bionafta je ekologické palivo pro vznětové motory na bázi metylesterů ¬ nenasycených mastných kyselin rostlinného původu. Vyrábí se rafinačním procesem zvaným transesterifikace. Může být používána jako palivo bez jakékoliv úpravy v motoru (dieselu). Význam a spotřeba bionafty v Evropské unii neustálé stoupá. V dnešní době musí výrobci povinně přimíchat 5 % bionafty do nafty vyrobené z ropy. Nejčastěji využívanými surovinami pro výrobu bionafty jsou: V Evropě: řepka, slunečnice, použité tuky, živočišné tuky V Severní Americe: sója, řepka, slunečnice, použité tuky Ve východní Asii: palmový olej, použité tuky, řepka

Porovnání emisí při použití paliva MEŘO a motorové nafty (NM) Většina výrobců vozidel vydává seznamy aut, které mohou jezdit na stoprocentní bionaftu, protože mnoho automobilek dává záruku pouze na motory, v nichž se spaluje maximálně 5% bionafty ve směsi s 95% klasické nafty. Na trhu v České republice je možné se setkat se směsnou motorovou naftou, která obsahuje 31% biosložky a 69% klasické fosilní motorové nafty.

Energetický obsah upravených produktů řepky z 1 ha při výnosu semena 3 t·ha-1 Do 90. let se v České republice používaly dva druhy bionafty: Bionafta I. a II. generace. Bionaftou I. generace byla označována taková bionafta, kterou tvoří výlučně metylestery bez jakýchkoliv dalších přísad. Tato bionafta má nižší kalorickou hodnotu, což způsobovalo nižší výkon a vyšší spotřebu paliva. Další nevýhodou bylo, že estery způsobují korozi a bobtnání součástí z klasické pryže. U čistého metylesteru se při nízkých teplotách (pod -10 °C) velmi zvyšuje viskozita, což zabraňuje jeho použití. Dnes se již v České republice bionafta I. generace téměř nevyužívá. Uvedené nedostatky byly od roku 1997 odstraněny zavedením


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí bionafty II. generace, což je směs metylesterů a motorové nafty. Obsah metylesterů byl určen minimálně 30 % a zbylých 70 % tvoří látky ropného charakteru. Bionafta II. generace je také daleko méně agresivní vůči pryži než bionafta I. generace. Výhřevnost této směsi je již srovnatelná s klasickou naftou. Tato bionafta II. generace se ale také nepoužívá, a to hlavně z důvodu přeřazení z nižší kategorie daně s přidané hodnoty (5 %) do vyšší (19 %) a uvalení spotřební daně, což vedlo k jejímu zdražení na úroveň ropné nafty. Na trhu v České republice je možné se setkat se směsnou motorovou naftou, která obsahuje 31% MEŘO a 69% klasické fosilní motorové nafty. Esterifikace řepkového oleje Výroba Bionaftu (FAME - fatty acid methyl ester) lze vyrábět z jakéhokoliv rostlinného oleje (řepkový, slunečnicový, sojový atd.). V České republice se nejčastěji používá k výrobě olej získaný z řepky olejné. Probíhající chemická reakce se nazývá transesterifikace a probíhá za katalýzy. Jednotlivé postupy výroby se liší zejména použitým katalyzátorem a podmínkami reakce. V současné době se vyvíjí nové postupy výroby jako např. přeměna rostlinných olejů za pomoci enzymatických katalyzátorů, použití speciálních pevných katalyzátorů a výroba bez použití katalyzátoru.

Bilance MEŘO (FAME) v ČR v roce 2009 Výhody FAME Používání bionafty má následující výhody: Při spalovacím procesu lépe shoří, a tím výrazně snižuje kouřivost naftového motoru, emise polétavého prachu, síry, oxidu uhličitého, aromatických látek a uhlovodíků vůbec. Čistá bionafta není toxická, je biologicky odbouratelná a neobsahuje žádné aromatické látky ani síru. Má vysokou mazací schopnost (je mastnější než motorová nafta), a tím snižuje opotřebení motoru a prodlužuje životnost vstřikovacích jednotek. Mazací schopnost nafty je zvláště důležitá pro rotační vstřikovací čerpadla, kde jsou veškeré jeho pohyblivé části mazány naftou a ne mazacím olejem.


Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí Nevyžaduje žádné zvláštní podmínky pro uskladnění. Lze ji skladovat ve stejných zásobnících jako motorovou naftu, kromě betonových zásobníků. Hlavní výhodou je, že bionafta je vyráběna z obnovitelných zdrojů. Nevýhody FAME Jednou z hlavních nevýhod je energetická náročnost celého výrobního procesu. Nejdražší surovina je olej. Bionafta je silnější rozpouštědlo než standardní nafta, a tak rozrušuje usazeniny v palivovém potrubí, čímž se mohou ucpat vstřikovací ventily. Z tohoto důvodu výrobci aut doporučují vyměnit palivový filtr několik měsíců po přechodu na spalování bionafty. Další nevýhodou je, že při kontaktu s větším množstvím vody vznikají z bionafty mastné kyseliny, které mohou způsobit korozi palivového systému.

Studie Society of Chemical Industry Podle studie Society of Chemical Industry (Společnost chemického průmyslu, která byla založena v roce 1881 za účelem zkoumání dalších možností aplikace chemického průmyslu a podobných oborů ve prospěch společnosti) při samotném spalování bionafty oproti klasické naftě nevzniká tolik skleníkových plynů a dalších nečistot, ale je třeba brát v potaz plyny, které vznikají při pěstování rostlin využitelných pro výrobu bionafty, což je dvojnásobek skleníkových plynů, oproti tomu, co vznikne, při následném spálení v motoru. Dle studie Society of Chemical Industry je řešením, pokud budeme jezdit na standardní naftu a zalesníme pole, kde se pěstují plodiny pro výrobu bionafty, dostáváme se na pouhou třetinu produkce skleníkových plynů, oproti budoucnosti s bionaftou.

NAUČÍME VÁS, JAK BÝT EFEKTIVNĚJŠÍ. Revolvingový fond Ministerstva životního prostředí. Výukové materiály projektu BIOMASA

Recommend Documents