Odpady jako nový zdroj energie

Odpady jako nový zdroj energie ČESKÁ ENERGETIKA 1/2001 Zdeněk Pospíchal 1. ÚVOD Stejně jako mají živé organismy metabolické procesy pro přeměnu energie,kterou převádí ze svého okolí do život udržujících procesů, můžeme i na celou ekonomiku pohlížet také jako na metabolické procesy,protože berou z prostředí velké množství energeticky bohatého materiálu a přeměňují jej na výrobky ke spotřebě. AYRES (1994) definuje průmyslový metabolismus jako "celistvou propojenou sbírku fyzikálních procesů, které přeměňují suroviny a energii plus pracovní sílu v konečné výrobky a odpady".Zatímco metabolické procesy potřebné k udržení života v ekosystému jsou v rovnováze a samostatné, metabolismus v ekonomickém systému - tedy v technosféře - je převážně mimo rovnovážný stav se svým prostředím.Tak například ekonomika USA používá přibližně 7,5t neobnovitelných zdrojů na osobu a rok, aby vyrobila zboží a služby. Pouze 6% těchto zdrojů zůstává v systému po delší čas jako zboží dlouhodobé spotřeby. Zbylých 94% materiálů je použito k výrobě potravin,paliva a výrobků na jedno použití (např. lahví, plechovek, baterií a světelných zdrojů), které projdou ekonomickým systémem od těžby přes výrobu, spotřebu až k odpadu velmi rychle. Množství odpadu z ekonomické činnosti má větší hmotnost, než společná hmotnost všech plodin,dřeva,paliv a nerostů,které v ekonomickém systému zůstanou. Ke většině ztrát dochází při spotřebě - převážná hmotnost všeho, co používáme je na jedno či krátkodobé použití. Musíme se tedy zaměřit právě na spotřební konec metabolického procesu - dokud je pro výrobek rozhodující jen spotřební hodnota,nemohou se nesnáze nakládání s odpady vyřešit. Ano, musíme přejít na HOSPODAŘENÍ S DRUHOTNÝMI SUROVINAMI, tedy již nemluvit a nepopisovat problém jako nakládání s odpady,ale je třeba konkretizovat problémy materiálové smyčky v současném a vývojovém stavu společnosti, a to z jak hlediska UTILIZACE DOSLOUŽIVŠÍCH VÝROBKŮ KRÁTKO - I DLOUHODOBÉ SPOTŘEBY, tak i celého procesu výroby ve všech oborech a úrovních,včetně obslužných činností, jako je doprava apod. Tedy nemluvit již o odpadu.Vždyť sám pojem "odpad" je v dnešním významu znám teprve od konce 19. století...,současně s pojmem "po nás potopa"...Nová situace musí vzniknout jak naším úsilím, tak trhem a legislativními požadavky nikoliv pro dnešní den,ale pro budoucnost. 2. STRUČNÝ SOUHRN PROBLEMATIKY Do pojmu "Předměty krátkodobé i dlouhodobé spotřeby" můžeme zahrnout veškeré hmotné statky, se kterými se setkává při svém denním životě obyvatelstvo,tedy jako obaly potřebných výrobků, tak i výrobky samotné. Při specifikaci materiálové smyčky této části metabolismu technosféry se můžeme dostat na kvalitu i kvantitu u TKO, ale také specifikovat další položky: kaly z čistíren odpadních vod, uliční smetky atd., což je obtížně vyjádřitelné v krátkém popise.Jde přece jen o celý komplex v návaznosti na chod společnosti - a přidáme-li průmysl, zemědělství a obslužné systémy, získáme co do kvantity zhruba šestinásobek oproti TKO, co do kvality pak škálu nebezpečných odpadů až po materiály u kterých se pojem "ODPAD" z hlediska

našeho chápání snad nedá ani uplatnit.Zde může být příkladem MAZUT,který je odpadní složkou při výrobě kvalitnějších ropných produktů,je však chápán jako materiál.A právě dělení v materiálové smyčce při hledání cest návratu materiálů k používání - na komponenty, materiálově nebo energeticky využitelné - ukazuje stávající nakládání s těmito materiály a současně navádí na obzorové cíle pro více než desetiletí. Nemožnost spalovat a také na druhé straně nemožnost skládkovat je vlastně technologickou vzpruhou, aby se cesty a možnosti našly a jasně specifikovali. Části materiálové smyčky, které mají přesněji specifikovánu kvalitu, je samozřejmě jednodušší dále a znovu použít. Proto je třeba u obyvatelstva klást důraz na třídění,tedy osvětu. Třídění v průmyslové sféře je daleko více zavedeno, je současně daleko lépe kontrolovatelné, protože jde o zodpovědnost konkrétních lidí a za daleko větší hmotnosti, než jednotlivá rodina v rámci TKO u obyvatel. Tedy u obyvatelstva musíme lepší přístupy podporovat všemi možnými prostředky (osvěta, dotazníkové akce, zlepšení ve směru dochůzných vzdáleností pro třídící hnízda, rozmístění a sortiment i kapacita sběrných dvorů, ale i nové a jiné metody sběru TKO, třeba při zavedení pytlového sběru,stejně jako ekonomické řešení s úvahou zavedení proreliktního poplatku). Uvažujeme, že by tento, cca ve výši 2% hodnoty zboží, měl být součástí ceny každého zboží. Tím by uživatel zcela liberálně,podle celkového objemu hodnoty zakoupeného zboží, přispíval na řešení materiálové smyčky.Zajímavostí jistě je fakt, že například v případě vody,odebírané z vodovodní sítě,je tato skutečnost zcela naplněna - zde platíme uvedení vody po našem použití opět do "přírodního" stavu...

3. ROZBOR VSTUPŮ Zdá se být logické, že v systému který preferuje a musí preferovat třídění ve všech sektorech materiálové smyčky chodu společnosti dnešních dnů se musí vyskytovat materiály jak využitelné materiálově do výrobního procesu, tak energeticky využitelné.Preferujeme-li možnost energetického využívání této komodity (s širokou specifikací,bez bližšího zatím určení), musíme dojít k potřebě tohoto energetického využití v podstatě širší množině míst,než jen ve spalovnách TKO s energetickým

využitím kterého máme v ČR ke spočítání na prstech jedné ruky. Je třeba tedy z vytříděných materiálů připravovat palivo, které bude výrobkem s přesně specifikovanými vlastnostmi i technologickým chováním.A současně, v určitém rozporu se stávají legislativou, vlastně i obnovitelným zdrojem... Základním předpokladem pro energetické využití je obsah uhlíku v dané komoditě - v TKO je to například dle zjištění ze složení spalin spalovny SAKO: MNOŽSTVÍ ULÍKU V 1t TKO: Jestliže v 44g CO2 je cca 12g C, pak je v 623,96 kg CO2 připadající na jednu tunu spáleného TKO, je dle produkce spalin 170,17 kg C (Tedy 17,01%C) Podle zahraniční literatury, obsahuje TKO 48%C. Tento údaj je však vztažen k suchému materiálu. Předpokládáme-li však, že TKO bude mít 40% vlhkosti (jako je tomu u TKO spalovaného v SAKO Brno, a.s., pak výpočtem obdržíme hodnotu 28,8%C: Porovnáváme-li tuto hodnotu s hodnotou vypočítanou výše pro spalovnu SAKO (17,01%C) vidíme, že tato hodnota je mnohem menší (větší podíl skla a dalších nespalitelných frakcí). Zdá se být tedy jednoznačné, proč spalovat a proč vyloučit skládkování materiálů, které obsahují uhlík a proč je současně využít - po přetřídění a s využitím úpravárenských technologií - k výrobě alternativních paliv. Pokud budeme uvažovat obory zdrojů pro výrobu těchto alternativních paliv, bude vhodné je specifikovat podle skupin OECD: • • • • •

komunální odpady průmyslové odpady odpady ze zemědělství a lesnictví stavební a demoliční odpady a odpady ostatní, s výjimkou snad odpadů z dolování a odpadů z energetiky.

Hmotnost takto definovaných součástí materiálové smyčky je v České republice cca 32 Mt, možnosti úplného zpracování použitelných částí se může pohybovat dle našich znalostí v kraji s jedním milionem obyvatel - ve hmotnostech a zpracovatelských možnostech dále uvedené následně: Kraj s 1 mil. Obyvatel by tedy příkladně měl pro zabezpečení materiálové smyčky na bázi TKO a PDS a po kapacitním zhodnocení mít.: • • • • • •

jednu spalovnu zbytkového TKO s kapacitou do 200 kt za rok tři až pět třídíren k dotřídění separovaného sběru od obyvatelstva (roční kapacita každé 10 - 15 kt) pět dekompozitních dílen pro předměty dlouhodobé spotřeby kompostárny s kapacitou cca 90 kt (zde uvažovány i další vstupy biodegrabilních látek) ročné skládky s kapacitou 60 kt ročně jednodruhové skládky s kapacitou 30 kt ročně

• •

• •

70 - 150 sběrných dvorů (sběr velkoobjemového odpadu,PDS, papír, ale i prodej kompostu atd.) tři plošně rozmístěná zařízení zařízení pro balení zbytkového TKO ( v létě, cca 3 měsíce pro snazší dopravu, časové odložení a minimalizaci až vyloučení provozu spalovny v létě, mimo potřebu tepelné energie) spalovnu na termické zneškodňování logistiku pro průmyslový a další odpad ve vazbě na utilizaci

V případě kraje s 1 mil. obyvatel půjde o cca 340 kt TKO a cca 2 Mt dalšího průmyslového, stavebního materiálu atd, ze kterých lze uvažovat s výrobou asi 80 140 kt alternativního paliva, široce využitelného. Pak by spalovna TKO mohla rozšířit svoje "zájmové území", lze tedy uvažovat s plnou sanitární funkcí výše specifikované spalovny TKO až pro 1,5 - 1,8 mil. obyvatel, což vy podpořilo nutnost řešení logistiky s narůstající vzdáleností návozu. Z hlediska zdrojů pro výrobu alternativních paliv však ke změně v rámci této úvahy nedochází, výsledek z hlediska celé české republiky by při úplné realizaci systému s řešením materiálové smyčky a tedy využití jedné části pro získávání energie přinesl zřejmě nutnost komplexního řešení po energetické stránce, tedy s kogeneračními jednotkami. Samozřejmě je plná možnost násobného řešení pro větší či menší regiony, protože by se obtížně takto souhrnně opisovala celá republika. A také může být doplněno jisté specifikum ve zdrojích pro materiálovou smyčku. Pokud jde o možnosti uplatnění alternativního paliva (AP - zde zatím neuvažujeme skupenství, tedy zda půjde o tuhé, kapalné či plynné...), byly prověřeny možnosti uplatnění a tedy vhodné a potřebné přípravy dle budoucích odběratelů. Také je důležité energetické využití jednosložkového materiálu, který nelze vracet - z řady různých důvodů, zejména technologických, zpět do výroby. Příkladem může být dále uvedené řešení s kotlem VERNER v papírenském průmyslu, jinou možností pak získávání energetický zpracovatelných granulí při technologii polofermentanční úpravy čistírenských kalů s doplňováním dalšími materiály, která je s podporou financí EU řešena firmou EKOBIOPROCES v poloprovozním zařízení. Právě kaly z čistíren odpadních vod jsou poměrně jednotným materiálem s vhodně řešitelnou zpracovatelskou technologií i v případě, že je nelze aplikovat zpět do půdy. Zařízení je již v provozu s kotlem 900 KW u sušky na zpracování čistírenských kalů v Albrechticích. Výstupní produkt jsou granule. Vstupní surovina jsou kaly, sláma, štěpka apod. Surovina jde do fermentačních žlabů, dále přes sušičku do granulačního lisu. Předpoklad využití je pro tepelné zdroje u občanské výstavby, ale i pro průmysl, stejně jako možnost, dle zahraničí, i pro vysoké pece. Že zde jsou možnosti jak v průmyslu, tak zemědělství, nám ukázala realizace příkladně kotle 350 kW v Zahradách v Čechách u Rumburka - spalování odpadního papíru z výroby krabiček od cigaret a léků (kotel fy. VERNER). Jedná se o drcená papír, možno přidávat piliny, nebo štěpky, přidávání není podmínkou pro spalování. Další možnost v tomto směru je briketování odpadní kůry v Papírnách Větřní. Veškerá produkce kůry, která byla dříve vyvážena na skládky, jde nyní do briketovací linky, kde se spalováním části kůry suší a následně briketuje. Brikety se používají na vytápění občanské výstavby Možnosti energetického využití jsou široké, od zpracování vytříděných materiálů na alternativní palivo až po například, zpracování TKO technologií CARTEL, která umožňuje při automatickém vytřídění nespalitelných a jinak využitelných složek

výrobu alternativního paliva ve formě granulí, spalovaných ve špičkové elektrárně, takže cena elektrického proudu je oproti běžné ceně násobná a tedy je vysoce podpořena ekonomie tohoto řešení ( v případě České republiky však při přebytku elektrické energie asi neřešitelné). Jak ukazuje průzkum literatury i dalších informačních zdrojů, je oblast pro používání alternativních paliv velmi široká a dokáže absorbovat paliva jak tuhá, tak i kapalná a plynná. Za současného stavu změny cen primárních zdrojů ropy a tedy jistého zvýhodnění možnosti aplikace těchto alternativních zdrojů zřejmě nebude problém až dojít k technologii výroby syntézního plynu, který by mohl být i materiálovým zdrojem pro chemické výroby. Tato možnost, již vyzkoušená, však je jak finančně, tak v dalších bodech velmi náročná a vyžaduje vyjasněnost finančních operací z dlouhodobého hlediska i zahrnutí všech externalit kolem odpadů (co třeba skládky po padesáti letech a poškozování podzemní vody - jak toto vyčíslit finančně...)Toto je však obtížné prognózovatelné, ostatně jako každá budoucnost, není-li stabilní základní báze. V tomto případě také není. Je možno uvažovat nejprve jako základní nutnost zmapování výskytu odpadů ČR a současné zmapování průmyslu, kde by mohlo být alternativní palivo spalováno jako náhrada paliva fosilního. Jedná se o kombinace výskytu vhodných surovin pro alternativní palivo a technologií, kde má být toto palivo spalováno. Pozornost byla věnována zejména vysokoteplotním technologiím, jako je hutnictví, slévárenský průmysl, průmysl výroby stavebních hmot, dále teplárenský a energetický průmysl. Tedy stručně jednotlivé možnosti použití alternativních paliv. 1. Hutnictví a slévárenský průmysl využití alternativního paliva s vysokým obsahem plastů, neboť v těchto technologiích palivo působí nejen jako výhřevná složka, ale i jako redukční činitel 2. Průmysl výroby vápna využití alternativního paliva jako takového nepřipadá v úvahu vzhledem k požadované čistotě produktu, jako vhodná technologie se jeví zplyňování odpadů a následné použití vyrobeného plynu jako náhrady stávajícího paliva 3. Průmysl výroby cementu přímé využití alternativního paliva v hořících pecních agregátů umožní i vazbu některých problematických substancí do nevyluhovatelné formy v hotovém výrobku. 4. Průmysl hrubé keramiky vhodné alternativní palivo současně s funkcí paliva plní i funkci lehčiva, příp. ostřiva 5. Teplárenský a energetický průmysl alternativní palivo vhodného složení lze využít zejména ve fluidních energetických kotlích. Další možností je stavba menších kotelních fluidních jednotek pro spalování odpadů, kde vyrobené páry je možno využít jako topného media pro různé účely - průmysl i komunální sféra Alternativní paliva je možno vyrábět jak z průmyslového, tak z komunálního odpadu. Nezbytnou podmínkou pro výrobu alternativních paliv je však předcházející separace odpadů. Je třeba si uvědomit, že je nutno složení alternativních paliv přizpůsobit

průmyslovým technologiím,kde mají být využity, tak, aby toto palivo neovlivnilo jakost produktu, a současně nebyly zhoršeny hygienické a ekologické podmínky.

4.ZÁVĚR Musíme se tedy na odpady jako na celek dívat jinak - nejsou to odpady, jsou to suroviny s možností jak materiálového, tak energetického využití. Uložení na skládku vede k tomu, že z převážné části uhlíku v odpadu anaerobním procesem ve skládce vznikne metan (bez úvah o dalších škodách na životním prostředí, jako bylo výše uvedeno....) A ten je pro ozónovou vrstvu a tedy skleníkový efekt asi 20× škodlivější. 5. LITERATURA • • • • •

• • •

•

•

• • • • • • • •

Nemedová Ivana, Pretel Jan: Skleníkový efekt a životní prostředí MŽP, 1998, 70s. Kvasničková Danuše, Guth Jiří, Stach Jiří, Velek Ondřej:Environmentální informace a osvěta MŽP,83s. Štěpánek Zdeněk, Jílková Jiřina: Malý výkladový slovník z oblasti ekonomiky životního prostředí. MŽP, 158s., 2-1,054 787 Nátr Lubomír: Rostliny, lidé a trvale udržitelný život člověka na Zemi. Nakladatelství Univerzity Karlovy, 135s., č.4 1,054 090 Výkladový slovník vybraných termínů z oblasti ochrany životního prostředí a ekologie. Braniš, Martin, Pivnička Karel, Benešová Libuše,Pušová Radka, Tonika Jaroslav, Hovorka Jan. Vydalo nakladatelství Univerzity Karlovy Praha, 1999, 46s. Politika, stav a vývoj životního prostředí - Česká republika. Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj. Jemelka Petr: Racionalita a ekologická krize.MU - Ped.fa,Brno,1999,109s. Damohorský Milan:Právní odpovědnost ze ztráty na životním prostředí. Sv. 21,V rámci projektu PROGRAMU Vav/320/1/97, koordinovaného Centrem pro otázky živ.prosř.UK Praha Jílková Jiřina: Studie o možnostech internalizace škod na životním prostředí. Sv 21,V rámci projektu PROGRAMU VaV /320/1/97, koordinovaného Centrem pro otázky živ. Prostř. UK Praha Štěpánek Zdeněk, Moldan Bedřich: Nástin metodiky ekonomické kvantifikace poškození životního prostředí. Sv 22 V rámci projektu PROGRAMU VaV/320/1/97, koordinovaného Centrem pro otázky živ. Prostř. UK Praha Tématická encyklopedie LAROUSSE - vědy o životě, svazek 3 ALBATROS, 1999, Praha, 422s. Johnson Paul : Nepřátelé společnosti. Vyd. ROZMLUVY, Řevnice, 1999, 242s. Ekomonitor Vodní zdroje s.r.o., Plastové odpady - recyklace, zneškodnění. Sborník semináře 991124, 24-25.11.99 Juniorcentrum Seč 88s. Juchelková Dagmar : Likvidace a využití odpadů. Skriptum VBŠ - TU Ostrava, Ostrava 2000, 73s. Kupec Jan, Ludvík Jaromír: Ekologické aspekty kožedělné výroby. Skriptum Fa technologické ve Zlíně VUT v Brně, Zlín 1999, 118s. Kudelová Kamila, Jodlovská Jitka, Šarapatka Bořivoj - ODPADY. Olomouc 2000, 186s. Říha Josef: Životní prostředí 60- Vliv investic na životní prostředí - proces EIA. Skriptum ČVUT Praha, 174 s. Praha 2000 Environmentální ekonomie, politika a vnější vztahy České republiky. Seminář doktorandských studentů "U kulatého stolu". Uspořádal Petr

• • •

•

• • •

Mikoláš Jan - Moucha Bohuslav: Maloodpadové a recyklizačné technológie. 1.vyd. Bratislava, ALFA 1989, 256s. Minimalizace odpadu. Státní zdravotní ústav Praha, Praha 2000, Systém of Monitoring the Environment Impact on Population Health of the Czech Republic. Summary report - 1998. National Institue of Public Health, Prague, 1999 Specifika transformačního procesu v zázemí velkých měst. Sborník 3. Slevensko - českého akadamického geografického semináře Bratislava, 1998.Ústav geoniky AV ČR, Brno 1999 Technika ochrany prostredia TOP 2000 - zborník z medzinárodnej konference 6/2000 - Častá Papiernička, Slovensko KIELY Gerard: Environmental Engineering. McGraw - Hill International Editors, 1996 Odpadové hospodářství v oblasti komunálního odpadu. ICLEI