STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST
Využití papírového odpadu
Petr Volný
Jihlava 2012
STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 8. Ochrana a tvorba životního prostředí
Využití papírového odpadu Use of paper rubbish
Autor:
Petr Volný
Škola:
Střední škola obchodu a služeb Jihlava K. Světlé 2, 586 01 Jihlava
Konzultant:
Mgr. Eva Lemberková
Jihlava 2012
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou práci vypracoval samostatně, použil jsem pouze podklady (literaturu, SW) uvedené v přiloženém seznamu a postup při zpracování a dalším nakládání s prací je v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění.
V …………………… dne ………………… podpis: ……………………………
Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat majiteli firmy Ing. Dušanu Tripalovi, bez jehož ochoty a nadšení pro můj výzkum by práce nevznikla a také Mgr. Evě Lemberkové za poskytnuté odborné konzultace.
ANOTACE V této práci budu popisovat využití papírového odpadu. Dočtete se o papírových briket, využití vzniklého popelu a úspoře emisí.
výrobě
Klíčová slova: Papír, brikety, popel, emise, úspora ANNOTATION In this written work I will describe paper recovery.You will read about: paper briquettes production, formed ash use and about emissions saving.
Key words: Paper, briquettes, ash, emissions, saving
Obsah ÚVOD 1. POPIS VÝROBY BRIKET 2. NÁVRATNOST INVESTICE A ÚSPORA EMISÍ 2.1 Návratnost investice 2.2. Emise vzniklé spalováním dřeva a papírových briket 2.2.1 Obecně o spalování papírových briket 2.2.2 Výpočet úspory emisí, které vznikají vytápěním firmy 2.2.3 Další úspora emisí 3. VYUŽITÍ POPELU JAKO HNOJIVA 3.1. Obecné informace 3.1.1 Rozbor popelu 3.2 Hnojení popelem ZÁVĚR OBRAZOVÁ PŘÍLOHA SEZNAM ZDROJŮ
Strana 7 8 9 9 9 9 11 13 14 14 14 17 19 20 21
Úvod V projektu bych chtěl napsat o firmě TRIPET, která se zabývá výrobou proložek a fixačních střiží z nevyužitých kartonových zásob různých firem. Z papírového odpadu, který při výrobě proložek vzniká, začala firma od roku 2009 lisovat papírové brikety. O firmě TRIPET jsem se dozvěděl v r. 2010, kdy jsem se v krajském tisku dočetl, že Ing. Dušan Tripal, majitel firmy, získal ocenění „Živnostník roku“. Moje původní plány byly zdokumentovat výrobu papírových palivových briket a vytvořit pro své spolužáky o této výrobě krátkou prezentaci. Když jsem ale firmu navštívil a s majitelem si prohlédl výrobu, bylo mi jasné, že nezůstane pouze u popisu briket.
Práce má nakonec 3 základní části:
1.Popis výroby papírových briket 2.Výpočet návratnosti investice a úspory emisí 3.Využití popelu z briket jako hnojiva: a) stanovení obsahu minerálních látek ve školní laboratoři b) výzkum vlivu hnojení popelem na výnos brambor
7
1. Popis výroby briket Zbytkový nevyužitý odpadový papír se podrtí na drtiči a vzniknou částice o rozměrech cca 5 x 15 mm. Tato papírová drť se bez jakýchkoliv příměsí a lepidel slisuje pouze tlakem v hydraulickém lisu. Po slisování vznikne válcovitá briketa o průměru 65mm a délce 50-100mm. Hustota takto vyrobené brikety je 1180 kg.m-3. K lisování briket se používá především odpadní vlnitá lepenka a některé jiné druhy neběleného papíru. Nepoužívají se barevné časopisy, letáky a ostatní barevné tiskoviny. Tyto barevné papíry se nepoužívají především proto, že špatně hoří a kvůli barvivům mají vyšší obsah nežádoucích látek (zejména těžkých kovů).
Obr. č. 1: Odstranění nežádoucí lepenky
Obr. č. 2: Drcení na drtiči
Obr. č. 3: Briketovací lis
Obr. č. 4: Hotové brikety
8
2. Návratnost investice a úspora emisí
2.1 Návratnost investice
Počáteční investice do strojového vybavení byla 213 000 Kč za drtič a 392 000 Kč za briketovací lis. Polovina této částky však byla uhrazena z dotace od SZIF (Státní Zemědělský Intervenční Fond). Celkové náklady na pořízení tedy byly 302 500Kč. Před zakoupením drtiče a lisu odpadový papír odvážela externí společnost. Za odvoz firma zaplatila takřka 200 000 Kč ročně. Díky briketám firma také každou zimu ušetří 20 000 Kč za uhlí, kterým se spolu se dřevem dříve vytápěly výrobní i skladovací prostory.
Druh stroje
Cena
Drtič
106 500 Kč
Lis
196 000 Kč
Roční úspora
Návratnost
220 000 Kč
1,4 roku
Na základě předchozích údajů nebylo složité spočítat návratnost investice. Pokud celkové náklady byly 302 500 Kč a uspořená částka za rok je 220 000 Kč, pak návratnost této investice je 1,4 roku, tj. rok a pět měsíců. To znamená, že v současné době už se podnikateli investice zaplatila.
2.2. Emise vzniklé spalováním dřeva a papírových briket
2.2.1 Obecně o spalování papírových briket Spalování papírových briket je podobné jako spalování biomasy. Při optimálním spalování se vytváří pouze oxid uhličitý, který je opět spotřebován v průběhu růstu nové biomasy díky fotosyntéze. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze prováděla v roce 2005 spalovací zkoušky paliv na bázi odpadního papíru se závěrem, že emisní faktory alternativních paliv na bázi starého papíru jsou velmi podobné hodnotám dosaženým při spalování dřevěných briket. Byly testovány brikety ze směsného papíru
9
z třídírny komunálního odpadu. Spalováním briket můžeme z 1 kg získat 12-15 MJ energie. 1
Zásadní legislativou v této oblasti je Vyhláška o stanovení požadavku na kvalitu paliv pro stacionární zdroje z hlediska ochrany ovzduší 13/2009 Sb. a Nařízení vlády o emisních limitech 146/2007 Sb.Podle těchto vyhlášek mají mít brikety z papíru výhřevnost 12 MJ/kg v malých stacionárních zdrojích. Pro velké zdroje výhřevnost nesmí být nižší než 10 MJ/kg. Emisní limity podle výsledků zkoušek vyhovují limitům v této vyhlášce (viz tabulka č.1).
Tabulka č. 1: Emisní faktory vztažené na množství získané energie
Druh paliva papírové brikety
CO [g/MJ]
NOx [g/MJ]
SO2 [g/MJ]
TOC [g/MJ]
TZL [g/MJ]
0,60
0,07
<0,01
0,07
0,02
0,65
0,08
<0,01
0,06
0,01
1,62
0,04
<0,01
0,21
0,01
7,04
0,35
<0,01
1,55
0,01
9,33
0,08
<0,01
1,73
0,02
1,98
0,04
<0,01
0,20
0,04
brikety papír-uhlí brikety papír-dřevo papírové pelety pelety papír-uhlí dřevěné brikety 2
1
Zdroj: media0.soustav.mypage.cz /files/media0:4cb41b8ab5c5c.html.upl/likvidace%20papíru.html 2
Zdroj: www.biomasa-info.sk/docs/B12_Bogoczova.pdf
10
2.2.2 Výpočet úspory emisí, které vznikají vytápěním firmy Podnikatel protopí 30 m3 dřeva a 15 000 kg papírových briket. V roce 2010 si nechal udělat na VŠCHT Brno zkoušky výhřevnosti papírových briket, které TRIPET vyrábí. Zjištěná výhřevnost je 13, 8 MJ/kg. Podle těchto údajů jsem vypočítal množství získané energie.
hustota smrku.......
455 kg/m3
30 m3 smrku .......
13 650 kg
výhřevnost smrku…..
16,2 MJ/kg
celková energie ............
13 650 . 16,2 = 221 130 MJ
výhřevnost briket….
13,8 MJ/kg
celková energie…….
15 000. 13.8 = 207 000 MJ
Celkem tedy
428 130 MJ
Přepočet na kWh: 428 130 000 : 3600 = 118 925 kWh
11
Tabulka č. 2: Normové množství znečišťujících látek Typ znečišťující látky
kotel dřevo [kg/MWh]
kotel HU pevný [kg/MWh]
Tuhé látky
3,339
2,539
SO2
0,267
4,792
NOx
0,801
0,610
CO
0,267
9,157
CxHy
0,237
2,035
0
357,142
CO2
Tabulka č. 3: Množství znečišťujících látek přepočtené na 118,925 MWh Typ znečišťující látky Tuhé látky
kotel dřevo [kg]
Kotel HU pevný [kg]
397,09
301,98
SO2
31,77
569,99
NOx
95,30
72,62
CO
31,77
1089,01
CxHy
28,27
242,10
0
42473,21
CO2
Zdroj: Energetická agentura Vysočiny Podle výše uvedených informací (viz tabulka č.2, č.3), můžeme topení papírovými briketami z hlediska emisí brát přibližně jako topení dřevem. Z tabulky č.3 je patrné, že kromě tuhých látek a oxidů dusíku, je nynější způsob vytápění (dřevo + papírové brikety) výrobních a skladovacích prostor firmy výrazně ekologicky šetrnější, než vytápění v minulých letech (uhlí + dřevo). Po spálení briket vzniká také určité množství popela, jeho využitím se budu zabývat v kapitole 3.
12
2.2.3 Další úspora emisí V úvodu této kapitoly je potřeba zdůraznit, že drobný papírový odpad, který při výrobě proložek vzniká, nechtějí odebírat sběrny a musel se tedy odvážet . Tento odvezený papír byl z větší části uložen na skládce s běžným komunálním odpadem. Jako důsledek tohoto uložení vznikalo z papíru, díky činnosti methanogenních bakterií, velké množství skleníkových plynů – zejména methan a také oxid uhličitý. Dalším znečišťovatelem ovzduší bylo také nákladní auto odvážející papír. Papír byl odvážen přes Mrákotín u Telče do Českých Budějovic, což při průměrné spotřebě 18 l/100 km činilo minimálně 74 litrů spálené nafty každý týden (auto přijíždělo dvakrát týdně). Za rok toto množství činí 3848 litrů.
13
3. Využití popelu jako hnojiva
3.1. Obecné informace Citace: „Jelikož je papír vyráběn z biomasy, musí popel obsahovat různé důležité prvky pro vývoj rostlin. Popel je všeobecně zásaditý s vysokým podílem vápníku, hořčíku, fosforu, draslíku a dalších prvků. Efektivním spalováním vzniká světle hnědý popel s minimálním obsahem uhlíku. Obsah dusíku je nízký, aplikací popela se nezvyšuje vstup dusíku do prostředí. V pojetí komerčních hnojiv může mít průměrný vzorek dřevěného popela základní živiny (N:P:K) v poměru 0:1:3. Kromě makroelementů je popel také zásobárnou mnoha živin, potřebných pro růst rostlin, pouze ve stopovém množství. Popel lze považovat za vhodné přírodní hnojivo dodávající nedostatkové prvky, svým množstvím vápníku se může blížit běžně používanému vápenci. Díky své zásadité reakci je vhodný zejména pro kyselé půdy a lesní porosty, kde zvyšuje pH a tím snižuje kyselost půdy. Aplikací dřevěného popelu se kromě dodání vápníku a hořčíku zvýší i obsah draslíku, fosforu a dalších prvků. Doporučovaná dávka popelu v současnosti je 3-4 tuny na hektar v závislosti na stanovištních podmínkách a složení popelu. Pro posouzení mezních hodnot rizikových prvků ve vzorcích popela je možné za současného stavu legislativy použít ČSN normu 465735 pro kompost, nebo mezní limity rizikových prvků uvedené v příloze vyhlášky č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, kde jsou stanoveny mezní hodnoty pro obsah rizikových prvků pro ostatní minerální hnojivo nebo mezní hodnoty rizikových prvků pro minerální vápenatá a hořečnatovápenatá hnojiva.“ 3 Tyto hodnoty budou uvedeny ve srovnání s popelem v tabulce č. 4, v kapitole 3.1.1.
3
Zdroj: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasovy-popel-prvkove-slozeni-a-moznosti-jehovyuziti
14
3.1.1 Rozbor popelu – stanovení obsahu minerálních látek ve školní laboratoři
Všechny předcházející informace jsem si chtěl ověřit v praxi, a tak jsem tedy odebral vzorky popelu a začal ve školní laboratoři ověřovat přítomnost a množství některých prvků (N, P, Fe, K). (viz tabulka č. 5) Ke stanovení obsahu prvků v popelu jsem použil tyto metody: Spektrofotometre - stanovení přijatelného fosforu podle Exnera Chelatometrie - stanovení Ca, Mg Semikvantitativní test – quantofix - stanovení K, Fe, NH4+
Další prvky se díky pomoci učitelů podařilo zajistit na Mendelově univerzitě v Brně. (viz tabulka č.4)
15
Tabulka č. 4: Hmotnostní zastoupení prvků v hnojivu Rizikový prvek
ČSN 465735 [mg/kg]
Ostatní hnojiva
Hořečnatovápenatá hnojiva [mg/kg]
Popel z briket [mg/kg]
[mg/kg] As
50
10
10
9,23
Cd
13
1
1,5
<0,4
Cr
1000
50
50
47
Cu
1200
Hg
10
Ni
200
Pb
500
Zn
3000
Není požadováno
Není požadováno
107,7
Mo
25
Není požadováno
Není požadováno
5,28
Není požadováno
Není požadováno
1 Není požadováno
243
0,5 Nebylo stanoveno Není požadováno
10
30
20,8
9,21
Z tabulky č.4 jasně vyplývá, že popel splňuje všechny mezní limity obsahu rizikových prvků dané příslušnými normami. Lze jej tedy využít jako kvalitní doplňkové hnojivo, zejména během květové fáze rostlin.
Tabulka č. 5: Hmotnostní zastoupení nerizikových prvků Prvek
Množství [g/kg]
P
1,248
K
3,924
Mg
13,65
Ca
37,85
16
V popelu jsem také zjišťoval obsah dusíku, avšak vypočtené množství bylo bezvýznamné 20 [mg/kg]. Z tabulky č. 5 lze jednoduše spočítat poměr základních živin N:P:K. V popelu jsou zastoupeny v poměru 0:1:3,13. Podle těchto hodnot se popel zdál být ideální hnojivem, a tak jsem se rozhodl na školním pozemku za pomoci učitelů provést praktický pokus.
3.2 Hnojení popelem – pokus na školním pozemku
Cílem pokusu bylo porovnat výnosy brambor na nehnojeném poli oproti poli hnojeném popelem. Pro srovnání bylo třetí pole hnojeno klasickou chlévskou mrvou. Pro větší množství dat byly pěstovány 3 odrůdy brambor. Srovnání výnosů je popsáno v následujících tabulkách (tabulka č. 6, č. 7 a č.8) Tabulka č. 6: Výnosnost při hnojení popelem Odrůda
Plocha [m2]
Hnojivo
Výnos [kg]
Princess
popel
26
60
Baccara
popel
26
95
Belladona
popel
26
64
Výnos celkem [kg]
219
Tabulka č. 7: Výnosnost při hnojení chlévskou mrvou Odrůda
Plocha [m2]
Hnojivo
Výnos [kg]
Princess
chlévská mrva
26
70
Baccara
chlévská mrva
26
112
Belladona
chlévská mrva
26
75
Výnos celkem [kg]
257
17
Tabulka č. 8: Výnosnost při absenci hnojení Odrůda
Plocha [m2]
Hnojivo
Výnos [kg]
Princess
bez hnojiv
26
54
Baccara
bez hnojiv
26
84
Belladona
bez hnojiv
26
50
Výnos celkem [kg]
188
18
Závěr Před rokem a půl jsem navštívil firmu TRIPET, abych nafotil a popsal výrobu papírových briket. Při prohlídce firmy a diskuzi s Ing. Tripalem, který firmu vlastní, jsem začal přemýšlet o tom, že popel, který spalováním vzniká, by se mohl dát využít jako kvalitní hnojivo. To se také nakonec stalo hlavním cílem mé práce. Z tabulek výnosnosti vyplývá, že vliv přídavku popela jako hnojiva je znatelný, avšak nemůže se rovnat chlévské mrvě. Navrhoval bych kombinovat oba druhy hnojení, případně popel před hnojením kompostovat. Jelikož studuji analýzu potravin, zajímalo mě především, zda ani vypěstované brambory nebudou vykazovat škodlivé látky. Z odebraných vzorků mohu konstatovat, že brambory hnojené popelem měly z hlediska potravinářské kvality stejné vlastnosti jako brambory hnojené mrvou. V kapitole 2 jsem přibližně vyčíslil úsporu emisí, která vznikla přechodem firmy TRIPET na jiný druh vytápění. Z mého projektu vyplývá, že využití papírového odpadu na výrobu briket má značný ekologický přínos. Je ale potřeba zdůraznit, že ekologický přínos nastává pouze v případě, že se brikety vyrábějí z nebarveného papíru a před drcením se odstraní lepenka tak, jak je popsáno v první kapitole mé práce. Pokud by se k výrobě využíval jiný, než doporučený druh papíru, efekt by mohl být opačný. Práce pro mě měla velký význam. Seznámil jsem se s technologií výroby papírových briket a dozvěděl jsem se spoustu nových informací o výhřevnosti a emisích různých paliv. Věřím, že práce je přínosem také pro firmu TRIPET. Potvrzené laboratorní výsledky popela může firma využít při nabídce hnojiva pro zemědělské firmy.
19
Obrazová příloha
Obr. č. 1: Pokus na školním pozemku
Obr.č. 2: Stanovení hodnoty PH
Obr.č.3: Příprava na stanovení fosforu
Obr. č. 4: Přesné navážení popelu
Obr. č. 5:. Měření obsahu fosforu na spektrofotometru
20
Seznam zdrojů http://media0.soustav.mypage.cz/files/media0:4cb41b8ab5c5c.html.upl/likvidace%20papíru.h tml www.biomasa-info.sk/docs/B12_Bogoczova.pdf www.biomasa-info.sk/docs/B12_Bogoczova.pdf
Chemie pro 2. ročník středních zemědělských a lesnických škol - Ing. František Pazderka, Ing. Josef Kroc
21
Vyjádření majitele firmy, ing. Tripala From: TRIPET Třeštice D.Tripal [mailto:
[email protected]] Sent: Sunday, December 18, 2011 5:10 PM To: Lemberková Eva Subject: Re: Hotová práce
Děkuji za zaslanou práci, kterou jsem si hned přečetl. Jsem rád, že takováto práce vznikla a že laboratorní výsledky popela potvrzují, že ho je možné použít jako hnojivo. Myslím si, že práce je velmi zajímavá a určitě by stálo za to, kdyby se jí další studenti pokusili rozvinout - opakovat hnojení brambor, aby vznikly srovnatelné hodnoty v řádech několika let.
Pokud moje součinnost pomohla, jsem rád a i v budoucnu, pokud budete mít zájem, Vám vyjdu vstříc.
Ing. Dušan Tripal - TRIPET, nezávislý obchodník, 588 56 Třeštice 53, 602 557 283,
[email protected], www.tripet.cz
22
