Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Technika a technologie zpracování odpadní biomasy Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Bc. Ing. Zdeněk Konrád, Ph.D.
Ing. Lukáš Bínek Brno 2013
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Technika a technologie zpracování odpadní biomasy“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis diplomanta ……………………….
PODĚKOVÁNÍ: Prostřednictvím bakalářské práce chci poděkovat lidem za veškerou pomoc, rady a připomínky týkající se této práce. Toto poděkování náleží především panu Bc. Ing. Zdeňku Konrádovi, Ph.D. za jeho vstřícné jednání.
Abstrakt Bakalářská práce je zaměřena na charakteristiku odpadní biomasy jako obnovitelného zdroje energie a na přehled jednotlivých technologií a technických zařízení používaných k jejímu zpracování a využití. V první části jsou popsány zdroje a charakteristika odpadní biomasy, možnosti její úpravy a zpracování pro energetické účely. V druhé části jsou uvedeny jednotlivé technologie, technická zařízení a možnosti konečného využití vzniklých produktů. Třetí část se zabývá zhodnocením jednotlivých technologií a technických zařízení, ve kterých je odpadní biomasa zpracovávána a využívána.
Klíčová slova odpadní biomasa, úprava biomasy, spalování, zplyňování, pyrolýza, anaerobní fermentace
Abstract The thesis is focused on the characteristics of waste biomass as a renewable energy source and an overview of the various technologies and technical equipment used for its processing and utilization. The first section describes the sources and characteristics of waste biomass, the possibilities of its treatment and processing for the energy industry. The second section lists the different technologies, technical equipment and the possibility of end-use of the resulting products. The third part deals with the evaluation of technologies and technical facilities in which waste biomass is processed and utilized. Key words waste biomass, treatment of biomass, combustion, gasification, pyrolysis, anaerobic fermentation,
OBSAH 1
ÚVOD ............................................................................................................... 8
2
CÍL PRÁCE..................................................................................................... 9
3
CHARAKTERISTIKA ODPADNÍ BIOMASY ......................................... 10 3.1
POJEM BIOMASA, ODPADNÍ BIOMASA ......................................................................................... 10
3.2
ZÁKLADNÍ ČLENĚNÍ BIOMASY ..................................................................................................... 11
3.2.1
Cíleně pěstovaná biomasa ........................................................................................ 11
3.2.2
Biomasa odpadní ...................................................................................................... 11
3.3
PŘEHLED A CHARAKTERISTIKA ODPADNÍ BIOMASY .......................................................................... 12
3.3.1
Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby ........................................................... 12
3.3.2
Odpady živočišné výroby .......................................................................................... 13
3.3.3
Lesní odpady ............................................................................................................. 13
3.3.4
Organické odpady průmyslové a potravinářské výroby............................................ 14
3.3.5
Komunální organické odpady ................................................................................... 14
4
POJEM ODPADNÍ BIOMASA VE VZTAHU K PLATNÝM LEGISLATIVNÍM PŘEDPISŮM .............................................................. 15 SOUČASNÝ STAV NAKLÁDÁNÍ S ODPADNÍ BIOMASOU ............... 18
5 5.1
VÝROBA ELEKTRICKÉ ENERGIE Z BIOMASY ..................................................................................... 19
5.2
VÝROBA TEPELNÉ ENERGIE Z BIOMASY ......................................................................................... 20
6
ÚPRAVA ODPADNÍ BIOMASY PRO ENERGETICKÉ ÚČELY......... 22 6.1
ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA BIOMASY ............................................................................................... 22
6.2
MECHANICKÁ ÚPRAVA PEVNÉ BIOMASY ....................................................................................... 22
6.2.1
Střihací zařízení......................................................................................................... 22
6.2.2
Štěpkovače................................................................................................................ 23
6.2.3
Drtiče ........................................................................................................................ 25
6.2.3.1
Rychloběžné drtiče ............................................................................................................. 26
6.2.3.2
Pomaloběžné drtiče ........................................................................................................... 26
6.2.3.3
Kombinované drtiče ........................................................................................................... 26
6.2.4
Peletovací a briketovací lisy ...................................................................................... 27
6.2.5
Paketování ................................................................................................................ 28
6.3
MECHANICKÁ ÚPRAVA ENERGETICKÝCH STÉBELNIN ........................................................................ 29
6.3.1
Lisy na slámu ............................................................................................................ 29
6.3.1.1
Lisy na válcové balíky ......................................................................................................... 29
6.3.1.2
Lisy na hranaté balíky ........................................................................................................ 29
6.3.1.3
7
Svinovací lisy při sklizni slámy ............................................................................................ 30
TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ ODPADNÍ BIOMASY ...................... 31 7.1
SPALOVÁNÍ ............................................................................................................................ 32
7.1.1
Spalování na roštu .................................................................................................... 32
7.1.2
Spalování ve fluidní vrstvě ........................................................................................ 33
7.1.3
Zařízení na spalování biomasy.................................................................................. 33
7.2
7.1.3.1
Lokální topeniště ................................................................................................................ 33
7.1.3.2
Malé kotle .......................................................................................................................... 34
7.1.3.3
Střední kotle ....................................................................................................................... 34
7.1.3.4
Velké kotle ......................................................................................................................... 34
7.1.3.5
Zařízení pro kogeneraci...................................................................................................... 35
ZPLYŇOVÁNÍ .......................................................................................................................... 36
7.2.1 7.2.1.1
Protiproudý zplyňovač ....................................................................................................... 36
7.2.1.2
Souproudý zplyňovač ......................................................................................................... 37
7.2.1.3
Zplyňovač s křížovým tokem .............................................................................................. 37
7.2.2
7.3
Zplyňovače s pevným ložem ..................................................................................... 36
Zplyňovače s fluidním ložem ..................................................................................... 38
7.2.2.1
Se stacionární fluidní vrstvou ............................................................................................. 38
7.2.2.2
S cirkulující fluidní vrstvou.................................................................................................. 39
PYROLÝZA .............................................................................................................................. 39
7.3.1
Rychlá pyrolýza ......................................................................................................... 39
7.3.2
Pomalá pyrolýza – karbonizace ................................................................................ 40
7.4
ANAEROBNÍ FERMENTACE ......................................................................................................... 40
7.4.1
Mokrý způsob fermentace ........................................................................................ 41
7.4.2
Suchý způsob fermentace ......................................................................................... 42
7.4.3
Zařízení na výrobu bioplynu...................................................................................... 42
7.4.3.1
7.5
8
Bioplynové stanice ............................................................................................................. 42
AEROBNÍ FERMENTACE - KOMPOSTOVÁNÍ .................................................................................... 44
ZHODNOCENÍ TECHNOLOGIÍ ZPRACOVÁNÍ ODPADNÍ BIOMASY ..................................................................................................... 45 8.1
ZHODNOCENÍ TECHNOLOGIE SPALOVÁNÍ BIOMASY ......................................................................... 46
8.2
ZHODNOCENÍ TECHNOLOGIE ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY........................................................................ 46
8.3
ZHODNOCENÍ TECHNOLOGIE PYROLÝZY ........................................................................................ 47
8.4
ZHODNOCENÍ TECHNOLOGIE ANAEROBNÍ FERMENTACE ................................................................... 47
8.4.1
9
Zhodnocení zařízení anaerobní fermentace ............................................................. 48
ZÁVĚR .......................................................................................................... 49
10
PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY ...................................................... 52
11
SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................. 56
12
SEZNAM TABULEK ................................................................................... 57
13
SEZNAM ZKRATEK .................................................................................. 58
1
ÚVOD
Biomasa zahrnuje z energetického a teplárenského pohledu energeticky využitelnou hmotu organického původu (hlavně dřevo, štěpky, kůru, energeticky využitelnou masu travin, křoví a rákosí, rychle rostoucí speciálně pěstované energetické plodiny aj.) a organické zemědělské, potravinářské, průmyslové (hlavně slámu obilovin a olejnin, energetické obilí, piliny, hobliny, brusný prach, exkrementy užitkových zvířat, odpad ze zpracování zeleniny apod.) a komunální energetické využitelné odpady. Biomasa je pojem, který označuje veškerou organickou hmotu vzniklou prostřednictvím fotosyntézy, nebo hmotu živočišného původu. Biomasa je jediným obnovitelným palivem. Průběžně dorůstá i v našich zeměpisných a klimatických podmínkách. V její současné skladbě dominují dřevo a kůra, s odstupem následuje sláma obilovin a sláma olejnin. Biomasa je z hlediska CO2 neutrální, při její rostlinné produkci se na 1000 kg spotřebuje cca 1600 kg CO2. Stejné množství tohoto plynu se uvolní při spalování identického množství biomasy. Biomasa se skládá zejména z uhlíku, kyslíku, vodíku a ve většině případů jenom v nepatrné míře z dusíku, síry a dalších prvků. Energii lze z biomasy získat buď termochemickou cestou (tzv. suché procesy), nebo biologicko-chemickou přeměnou (tzv. mokré procesy). Pro suché procesy je typické spalování a zplyňování, pro mokré procesy fermentace (produkce etanolu) nebo aerobní či anaerobní vyhnívání (produkce bioplynu). Osobité zpracování představuje lisování olejů a jejich následná mechanicko-chemická transformace (např. produkce bionafty a přírodních maziv). Tepelná energie obsažená v sušině biomasy je určena její výhřevností. Pohybuje se v rozmezí 18 - 20 MJ.kg-1.
8
2
CÍL PRÁCE
Cílem této práce je charakterizovat odpadní biomasu a zařadit ji do skupiny odpadů dle platných legislativních předpisů v České republice. Dále je popsán současný stav nakládání s odpadní biomasou. Dalším cílem je uvést dostupnou techniku a technologii využívanou při nakládání s odpadní biomasou, její popis a využití. Posledním cílem je zhodnocení jednotlivých technologii a technických zařízení a formulovat závěry a doporučení.
9
3
CHARAKTERISTIKA ODPADNÍ BIOMASY
3.1 Pojem biomasa, odpadní biomasa Jednotná definice biomasy v podstatě neexistuje. Biomasa je definována jako substance biologického původu (pěstování rostlin v půdě nebo ve vodě, chov živočichů, produkce organického původu, organické odpady). Biomasa 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 péči o ni. [11] Dle zákona č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů je biomasa definována jako "biologicky rozložitelná část produktů, odpadů a zbytků biologického původu z provozování zemědělství a hospodaření v lesích a souvisejících průmyslových odvětvích, zemědělské produkty pěstované pro energetické účely a biologicky rozložitelná část průmyslového a komunálního odpadu“. [20] Odpadní biomasa zahrnuje široký rozsah druhů biomasy vznikající sekundárně při zpracování primárních zdrojů rostlinné nebo živočišné biomasy. Hlavní objem pochází z průmyslu papíru a buničiny, z dřevovýroby, ze zpracování masa a ostatního potravinářského průmyslu a ze třídění komunálního odpadu. Patří sem také biomasa z živočišné zemědělské výroby, tj. exkrementy chovných zvířat. Odpadní biomasu tedy tvoří zejména vedlejší produkty a zbytky z papírenského, potravinářského, živočišného průmyslu, stejně jako lihovarnické výpalky, čistírenské kaly, biologicky rozložitelné odpady, pokrutiny a mláto. Biomasa v kontextu svého energetického využití je tedy organická hmota rostlinného nebo živočišného původu, která je biologicky rozložitelná a může být využita pro spalování či jiné přeměny s následným energetickým využitím. Je vidět, že definic biomasy je několik, ovšem všechny definice mají jedno společné a to, že jde o hmotu organického původu.
10
3.2 Základní členění biomasy Z technologického hlediska existují dvě hlavní skupiny zdrojů energetické biomasy. 3.2.1
Cíleně pěstovaná biomasa
a) Energetické byliny Současný seznam, který se bude dále rozšiřovat, povolených energetických rostlin obsahuje rostliny jednoleté, pro které je nutno každým rokem připravovat půdu a provádět setí a kultivaci, což se projevuje vyššími náklady na získanou surovinu a rostliny víceleté a vytrvalé, u kterých se náklady na zřízení plantáže rozloží na delší období. [44] b) Rychle rostoucí dřeviny U rychle rostoucích dřevin se především jedná o topoly a vrby. Založení plantáže je však spojeno s využitím klonů topolů a vrb povolených Ministerstvem životního prostředí. [44] 3.2.2
Biomasa odpadní
Významnou část z celkového potenciálu biomasy, použitelné jako alternativní obnovitelný zdroj energie, tvoří odpadní biomasa. V současné době je pro každý průmyslový nebo zemědělský podnik vyprodukovaný odpad ztrátou, která by měla být minimalizována. Energie odpadů byla v minulosti značně nevyužitá. a) Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby Kukuřičná, obilná, řepková sláma, zbytky po likvidaci křovin a lesních náletů, dřevní odpady ze sadů, chmelnic a vinic, luk a pastvin, odpady z údržby zeleně a travnatých ploch, odpady z čištění semen a obilí. b) Odpady z živočišné výroby Exkrementy z chovů hospodářských zvířat, zbytky krmiv. c) Lesní odpady Dřevní hmota z lesních probírek a prořezávek, kůra, větve, pařezy, kořeny, palivové dřevo, manipulační odřezky, klest. d) Organické odpady z potravinářských a průmyslových výrob Odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce, odpady z jatek, mlékáren,
lihovarů,
cukrovarů,
konzerváren, 11
z vinařských
provozů,
odpady
ze stravovacích provozů, odpady z dřevařských provozů – odřezky, hobliny, piliny, odpady z papíren. e) Komunální organické odpady Organický podíl tuhých komunálních odpadů, kaly z čistíren odpadních vod, odpadní organické zbytky z údržby zeleně a travnatých ploch.
3.3 Přehled a charakteristika odpadní biomasy 3.3.1
Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby
V podmínkách České republiky přichází v úvahu využití slámy obilní (pšenice, tritikale, žito, ječmen, oves, kukuřice), slámy řepkové, slámy z luskovin, z lněných stonků, odpadní zrno a případně seno z trvalých travních porostů. Potřeba slámy pro stelivové účely se v posledních letech v České republice zmenšila vlivem snížení stavu skotu a přechodem části živočišné výroby na bezstelivové technologie. Pozvolna roste množství slámy využívané k energetickým a průmyslovým účelům. Sláma představuje jednu z nejdůležitějších surovin pro výrobu energií z obnovitelných zdrojů spalováním. Značnou předností slámy je, že obsahuje jen velmi málo popelu a neobsahuje síru ani těžké kovy. Podíl zplyňujících částí je však vysoký až 80 % a měrná hmotnost energie nízká, čemuž musí odpovídat topeniště. Pokud se ale ze slámy udělají brikety, můžou vyhovovat i stávajícím topeništím. [44] Jedná se především o: a) Obilní slámu Z celkového množství vyprodukované obilní slámy lze pro energetické účely využít maximálně 20 - 30 %. Obilná sláma má výhřevnost 14,0 - 14,4 MJ.kg-1. Zbývající sláma zůstává v zemědělských podnicích ke krmení a na stelivo, část slámy zůstává na polích k zaorání. [43] b) Řepkovou slámu Řepka olejná patří z hlediska agroenergetiky k významným plodinám. Řepková sláma se svou výhřevností 15,0 – 17,5 MJ.kg-1 se přibližuje lepším druhům hnědého uhlí. Část této slámy je možno využít, maximálně 60 % vyprodukované řepkové slámy. [43]
12
c) Seno z trvalých travních porostů Seno z trvalých travních porostů má průměrnou výhřevnost 14,1 MJ.kg-1 suché píce. Předpokládáme, že je možno využít 30% vyprodukovaného sena. [44] Dalšími využitelnými rostlinnými odpady je kukuřičná sláma, zbytky po likvidaci křovin a náletových dřevin, odpady ze sadů a vinic, odpady ze zeleně a travnatých ploch. Náletové dřeviny a keře rostou hlavně na neobdělávaných plochách nebo na krajích polí. Odpady z prořezávek sadu a vinic, většinou se jedná o mladé jednoleté výhonky ovocných stromu, suché větve, stromy již po svém nejplodnějším období nebo jde o zbytky z výřezu vinic. [17] 3.3.2
Odpady živočišné výroby
Nejvyšší podíl odpadů vzniklých při živočišné výrobě představují exkrementy hospodářských zvířat. Pokud chceme tuto organickou hmotu energeticky využít, lze ji v bioplynových stanicích pomocí řízené anaerobní fermentace organické hmoty přeměnit na bioplyn (s obsahem 50 – 75 % metanu), používaný k výrobě tepelné a elektrické energie. Zbytky krmiv, která zvířata při konzumaci zcela neupotřebí, se většinou stanou součástí chlévské mrvy nebo kejdy. Zbytky krmiv se podle druhu dají různě využít, seno spálit, obilí a čistý šrot bez přísad využít k výrobě lihu, krmné směsi použít k výrobě bioplynu. [44] 3.3.3
Lesní odpady
Zdrojem je odpadní dřevní biomasa z výchovných a mýtních těžeb v lesních porostech. I přes to, že je její potenciál vysoký, v současné době je téměř veškerý ekonomicky dostupný potenciál využíván pro spoluspalování. Při výchovných zásazích a těžbě dřeva v lesích, při probírkách a prořezávkách zůstává v lese určitá část biomasy nevyužita (dřevní a stromová hmota). Jedná se zejména o pařezy, kořeny, vršky stromů, větve a části nebo celé stromky. Dřevní odpad resp. biomasa má velmi různorodý charakter, od kulatiny a tyčoviny až po odřezky, štěpku, hobliny a piliny. V oblasti dřevních paliv je potom vzhledem k dobré manipulovatelnosti a standardizaci za palivo považována dřevní štěpka. Štěpka je vhodná zejména pro velká energetická zařízení, výtopny případně teplárny s komplexně 13
mechanizovanými a automatizovanými provozy. Při spalování štěpky se dosahuje rovněž vyšší účinnosti než při spalování kusového dříví, spalovací proces však probíhá při celkově vyšších teplotách. Výhřevnost dřevní hmoty se pohybuje mezi 15 – 19 MJ.kg-1. [44] 3.3.4
Organické odpady průmyslové a potravinářské výroby
Mezi organické odpady průmyslové a potravinářské výroby řadíme zbytky z jídelen a kuchyní, odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce, dále odpady z jatek, mlékáren, lihovarů, konzerváren a odpady z vinařských provozoven. Nejčastějším zdrojem bývají pilařské a dřevozpracující provozy, které často jako odpadní produkt poskytují piliny, odřezky, hobliny a kůru. [5] Dalším zdrojem odpadu je papírenský průmysl, kde rovněž vznikají významné zdroje odpadních produktů, použitelné k energetickým účelům. 3.3.5
Komunální organické odpady
Komunální sféra je dalším významným zdrojem zbytkové biomasy. Biologicky odpad tvoří asi 40 % podíl komunálního odpadu. Důležitým zdrojem biomasy jsou také odpady z údržby zeleně a kaly z čistíren odpadních vod. Vytříděný organický odpad jsou kuchyňské zbytky vzniklé při výrobě jídel, zbytky jídel, odpad po údržbě zeleně v domácnostech, papír. [43]
14
4
POJEM ODPADNÍ BIOMASA VE VZTAHU K PLATNÝM LEGISLATIVNÍM PŘEDPISŮM
Odpadní biomasu z hlediska zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech, a o změně některých dalších zákonů ve znění pozdějších předpisů, lze brát jako odpad nebo vedlejší produkt. Odpad je každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl nebo povinnost se jí zbavit a přísluší do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k zákonu o odpadech. Ke zbavování se odpadu dochází vždy, když osoba předá movitou věc, příslušející do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze č. 1 k zákonu o odpadech, k využití nebo k odstranění ve smyslu tohoto zákona. [18] Vedlejším produktem je movitá věc, která vznikla při výrobě nebo jiné podnikatelské činnosti, jejichž prvotním cílem není výroba nebo získání této věci a pokud vzniká jako nedílná součást výroby, její další využití je zajištěno, její další využití je možné bez dalšího zpracování způsobem jiným, než je běžná výrobní praxe a její další využití je v souladu se zvláštními právními předpisy a nepovede k nepříznivým účinkům na životní prostředí a lidské zdraví. [19] Zařazení odpadní biomasy, v souladu s vyhláškou MŽP č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů), ve znění pozdějších předpisů. [21]
Základní členění vybraných druhů odpadní biomasy dle Katalogu odpadů Kód 02
skupina Odpady z prvovýroby v zemědělství, zahradnictví, myslivosti, rybářství a z výroby a zpracování potravin
03
Odpady ze zpracování dřeva a výroby desek, nábytku, celulózy, papíru a lepenky
19
Odpady ze zařízení na zpracování (využívání a odstraňování) odpadu, z čistíren odpadních vod pro čištění těchto vod mimo místo jejich vzniku a z výroby vody pro spotřebu lidí a vody pro průmyslové účely
20
Komunální odpady (odpady z domácností a podobné živnostenské, průmyslové odpady a odpady z úřadů) včetně složek z odděleného sběru
15
Podrobnější členění jednotlivých skupin 02
ODPADY
ZE ZEMĚDĚLSTVÍ,
ZAHRADNICTVÍ,
RYBÁŘSTVÍ,
LESNICTVÍ, MYSLIVOSTI A Z VÝROBY A ZPRACOVÁNÍ POTRAVIN 02 01
Odpady ze zemědělství, zahradnictví, lesnictví, myslivosti, rybářství
02 01 02 Odpad živočišných tkání 02 01 03 Odpad rostlinných pletiv 02 01 06 Zvířecí trus, moč a hnůj (včetně znečištěné slámy), kapalné odpady, soustřeďované odděleně a zpracovávané mimo místo vzniku 02 01 07 Odpady z lesnictví 02 02
Odpady z výroby a zpracování masa, ryb a jiných potravin živočišného původu
02 02 02
Odpad živočišných tkání
02 02 03 Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování 02 03
Odpady z výroby a ze zpracování ovoce, zeleniny, obilovin, jedlých olejů, kakaa, kávy a tabáku; odpady z konzervárenského a tabákového průmyslu z výroby droždí a kvasničného extraktu, z přípravy a kvašení melasy
02 03 04 Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování 02 05
Odpady z mlékárenského průmyslu
02 05 01 Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování 02 06
Odpady z pekáren a výroby cukrovinek
02 06 01 Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování 02 07
Odpady
z výroby
alkoholických
a
nealkoholických
nápojů
(s výjimkou kávy, čaje a kakaa) 02 07 02 Odpady z destilace lihovin 02 07 04 Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování 03
ODPADY ZE ZPRACOVÁNÍ DŘEVA A VÝROBY DESEK, NÁBYTKU, CELULÓZY, PAPÍRU A LEPENKY 03 01
Odpady ze zpracování dřeva a výroby desek a nábytku
03 01 01 Odpadní kůra a korek 03 01 05 Piliny, hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy 03 03
Odpady z výroby a zpracování celulózy, papíru a lepenky 16
03 03 01 Odpadní kůra a dřevo 03 03 07
Mechanicky oddělený výmět z rozvlákňování odpadního papíru a lepenky
03 03 08 Odpady ze třídění papíru a lepenky určené k recyklaci 03 03 10 Výmětová vlákna, kaly z mechanického oddělování obsahující vlákna, výplně a povrchové vrstvy z mechanického třídění 19
ODPADY ZE ZAŘÍZENÍ NA ZPRACOVÁNÍ (VYUŽÍVÁNÍ A ODSTRAŇOVÁNÍ) ODPADU, Z ČISTÍREN ODPADNÍCH VOD PRO ČIŠTĚNÍ TĚCHTO VOD MIMO MÍSTO JEJICH VZNIKU A Z VÝROBY VODY PRO SPOTŘEBU LIDÍ A VODY PRO PRŮMYSLOVÉ ÚČELY 19 08
Odpady z čistíren odpadních vod jinde neuvedené
19 05 08 Kaly z čištění komunálních odpadních vod 20
KOMUNÁLNÍ ODPADY (ODPADY Z DOMÁCNOSTÍ A PODOBNÉ ŽIVNOSTENSKÉ, PRŮMYSLOVÉ ODPADY A ODPADY Z ÚŘADŮ), VČETNĚ SLOŽEK Z ODDĚLENÉHO SBĚRU 20 01
Složky z odděleného sběru (kromě odpadů uvedených v podskupině 15 01)
20 01 08 Biologicky rozložitelný odpad z kuchyní a stravoven 20 01 38 Dřevo neuvedené pod číslem 20 01 37 20 02
Odpady ze zahrad a parků (včetně hřbitovního odpadu)
20 02 01
Biologicky rozložitelný odpad
20 03
Ostatní komunální odpady
20 03 01 Směsný komunální odpad 20 03 02 Odpad z tržišť 20 03 03 Uliční smetky 20 03 04 Kal ze septiků a žump 20 03 06 Odpad z čištění kanalizace 20 03 07 Objemný odpad 20 03 99 Komunální odpady jinak blíže neurčené
17
5
SOUČASNÝ STAV NAKLÁDÁNÍ S ODPADNÍ BIOMASOU
Biomasa je z hlediska potenciálu pro Českou republiku jedním z nejperspektivnějších obnovitelných zdrojů energie. Představuje značný nevyužitý potenciál vzhledem k tomu, že ji lze využít pro různé formy energie, ať už pro elektrickou nebo pro výrobu tepla, či stále více preferovanou kombinovanou výrobu, tak i pro výrobu pohonných hmot. Její využití je technicky zvládnuto a není spojeno s problémy s nestabilitou dodávek přírodního charakteru, jako je tomu u jiných typů energií. Stabilitu dodávek biomasy lze zvýšit jejím současným využíváním spolu s dalšími neobnovitelnými zdroji. Hlavním a zároveň obtížně překonatelným omezením pro využití biomasy je její množství na trhu a dopravní dostupnost. Součástí potenciálu jsou vedlejší produkty zemědělské prvovýroby, především exkrementy hospodářských zvířat, sláma obilovin a řepky, vedlejší produkty ze zpracování zemědělských komodit (např. z výroby biopaliv, produkty z čištění obilí apod.). Nedílnou součástí celkového energetického potenciálu biomasy je vedle potenciálu zemědělské biomasy i potenciál lesní dendromasy. Do lesní dendromasy jsou zahrnuty lesní těžební zbytky s využitím ve formě štěpky převážně pro teplárenství a elektroenergetiku a zbytky ze dřevozpracujícího průmyslu s částečným využitím pro vlastní potřebu. S předpokládaným vývojem ve využívání biomasy potenciál odpadní biomasy není zcela dostačující. Proto je nutné, aby byl v budoucnu zajištěn dostatek biomasy prostřednictvím cíleně pěstovaných energetických plodin. Česká republika patří podle různých analýz mezi země s relativně vysokým potenciálem biomasy. Potenciál energeticky využitelné biomasy je na území České republiky poměrně rovnoměrně rozložen, samozřejmě se však liší podle druhové skladby (dřevní odpad z výroby, dřevní štěpka z lesní těžby, zbytkové slámy, sena atd.). Energetickou bilanci (energetickou efektivnost) vedlejších produktů a odpadní biomasy je obtížné vyhodnocovat. Existují nejméně čtyři možnosti, jak rozdělit energetické vstupy při větším počtu výstupních komodit. Energetickým využíváním biomasy se pro účely této energetické statistiky rozumí spalování dřevní a rostlinné hmoty, včetně celulózových výluhů a to jak samostatné, tak spolu s neobnovitelnými palivy za účelem výroby elektřiny či tepla. [42]
18
Pracovně je biomasa zjednodušeně rozdělována na následující kategorie: •
Palivové dřevo
•
Dřevní odpad, piliny, kůra, štěpky, zbytky po lesní těžbě
•
Rostlinné materiály
•
Brikety a pelety
•
Celulózové výluhy
•
Kapalná biopaliva (pro energetické využití)
•
Ostatní biomasa
5.1 Výroba elektrické energie z biomasy Statistickými výkazy MPO byla zjišťována výroba elektřiny z biomasy u všech firem, které sledovanou činnost v daném roce prováděly. Výroba elektrické energie pouze z biomasy se u nás využívá jen u menších dřevozpracujících podniků, které si vyrábí elektřinu samy pro své účely. Pro výrobu elektřiny se využívá spíše spoluspalování biomasy s fosilními palivy. [42]
Tab. 1 Vývoj výroby elektřiny z biomasy [42]
19
Tab. 2 Vývoj výroby elektřiny z biomasy podle druhů biomasy [42]
Výroba elektrické energie z biomasy výrazně vzrostla až v roce 2006 v důsledku přijetí zákona č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů). V předchozím roce 2005 výroba elektrické energie dokonce mírně poklesla oproti roku 2004. Od roku 2006 výrazně vzrůstá výroba elektrické energie z biomasy a tento trend pokračuje do současnosti.
5.2 Výroba tepelné energie z biomasy Statistika výroby tepelné energie z biomasy je prováděna v rámci kombinovaného šetření, jež pokrývá všechny subjekty s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla z biomasy. Biomasa je v současné době využívána více k výrobě tepelné energie než k výrobě elektrické. Hlavním důvodem je spotřeba velkého množství biomasy pro výrobu elektřiny. Proto se k výrobě elektřiny využívá metoda spoluspalování biomasy s uhlím. [42]
20
Tab. 3 Vývoj výroby tepla z biomasy [42]
Tab. 4 Vývoj výroby tepla podle druhu biomasy [42]
Výroba tepla z biomasy výrazněji vzrostla v roce 2004. V roce 2005 z ní bylo vyrobeno nejvíce tepla. Od té doby výroba stagnuje. V letech 2007 až 2009 se dokonce výroba snížila. Z hlediska typu jsou nejvíce využívány celulozové výluhy a dřevní odpad piliny, kůry, štěpky a zbytky po lesní těžbě. Ostatní biopaliva ve spotřebě, tím i ve výrobě tepla, hodně zaostávají. 21
6
ÚPRAVA ODPADNÍ BIOMASY PRO ENERGETICKÉ ÚČELY
6.1 Zpracování a úprava biomasy Způsob úpravy biomasy závisí na druhu biomasy a na technologickém postupu při konečném využití. Biomasu pro potřeby spalování je nutno upravit a přizpůsobit tak, aby spalovací proces probíhal s co největší účinností. Mechanická úprava zlepšuje vlastnosti pevného paliva. Úpravu biomasy pro přímé spalování lze rozdělit do dvou kategorií. První kategorií je úprava pevné biomasy - dřevní hmoty. Zde se jedná o mechanické procesy, jako jsou stříhání, sekání, řezání a drcení, které slouží k zmenšení a sjednocení rozměrů dřevní hmoty. Paketování, briketování a peletování slouží naopak k homogenizaci nesourodého vstupního materiálu. Druhou kategorií je mechanická úprava stébelnin, hlavně jejich sběr a homogenizace do balíků různých tvarů pro jednodušší dopravu do teplárny a do topeniště.
6.2 Mechanická úprava pevné biomasy Mezi hlavní zařízení pro úpravu pevné biomasy řadíme střihací zařízení, štěpkovače a drtiče. 6.2.1
Střihací zařízení
Využívají se na výrobu klasického kusového palivového dřeva. Používají se jednonožová střihací zařízení na principu gilotiny, vlastní střih probíhá tlakem o ostří protinože. Součástí zařízení je též podavač zajišťující posuv vkládaného materiálu. Při následném zdvihu střihacího nože posune podávací zařízení stříhané dřevo obvykle o 250 až 300 mm. Pro velké kotelny se používají střihací zařízení s větším počtem nožů, vzdálených od sebe přibližně 50 cm, umístěných vertikálně na spodní části násypky. Střihací zařízení se využívá ke zpracování odpadového dřeva, které lze jen obtížně štěpkovat. Po ustřihnutí padá dřevo přímo na dopravník vedoucí do spalovacího zařízení. Vzhledem k potřebě velkého množství odpadového dřeva je využití takovéhoto zařízení v našich podmínkách nerentabilní. [11]
22
6.2.2
Štěpkovače
Štěpkovače dřevního odpadu jsou zařízení používaná k beztřískovému dělení dřeva způsobenému řezným účinkem sekacích nožů napříč vlákny a zároveň dělením na potřebnou tloušťku podél vláken díky klínovému tvaru nože. Štěpkovače zpracovávají především dlouhý kusový dřevní odpad na vysoce kvalitní štěpku. Štěpkovače můžeme rozdělit podle několika kritérií: [33] a) Podle provedení pracovního ústrojí: Diskové štěpkovače patří mezi nejrozšířenější a nejvýkonnější zařízení na výrobu štěpek. Umožní štěpkování dřeva do průměru 500 mm. Rotující disk, na jehož přední straně jsou umístěny nože, plní funkci setrvačníku, což umožňuje snáze překonávat nerovnoměrnost materiálu. U diskových štěpkovačů je úhel řezu konstantní a je zde dosahováno lepší homogenity vyrobených štěpek. Nejčastěji se tedy zpracovává dřevo větších délek. Vyznačují se velkou kvalitou vyrobené štěpky. [15] Mezi hlavní nevýhody patří skutečnost, že velikost vstupního otvoru je omezena poloměrem sekacího disku a že nejsou vhodné pro sekání chaotického materiálu vzhledem k omezené velikosti vstupního otvoru. [4]
Obr. 1 Diskové pracovní ústrojí štěpkovače [30]
Bubnové štěpkovače mají nože umístěné po obvodu rotujícího válce (bubnu) rovnoběžně s jeho osou, častěji však šikmo. Obvykle jsou vybaveny podávacím pásem a vtahovacími válci, které jsou opatřeny speciálně tvarovanými hroty, umožňující posun nesourodého materiálu k rotoru s břity (noži). Horní podávací válec je uložen pohyblivě, to umožňuje přizpůsobení velikosti vstupního otvoru různým velikostem vkládaného materiálu při zachování schopnosti posuvu materiálu. Vtahovací pás je tvořen řetězovým nebo jiným dopravníkovým systémem. [16] 23
Jsou vhodné pro štěpkování nesourodého materiálu jako klestu, vyžadující velký vstupní otvor, další výhodou je menší rozměr. [15] Nevýhoda je, že široký vstupní otvor umožní stočení podávaného materiálu kratšího než je šířka otvoru tak, že není sekán napříč, ale podélně. Nedojde k produkci štěpky, ale dlouhých třísek. Horší homogenita materiálu je taktéž způsobena rozdílným úhlem řezu v průběhu štěpkování, tím se mění geometrie štěpky a její rozměry. [11]
Obr. 2 Bubnové pracovní ústrojí štěpkovačů [16] a) s přímými noži, b) s kruhovými noži
Šnekové štěpkovače jsou jednoúčelové malé štěpkovače ke štípání tenkých stromků a kmínků do velikosti přibližně 100 × 100 mm na palivovou štěpku s tloušťkou okolo 10 mm. [14] Materiál se přivede k odřezávacímu šneku, který ho účinkem závitů tlačí na opěrnou desku. Sekací orgán má tvar šroubovice se stoupajícím průměrem až nakonec v posledním závitu šroubovice dochází k oddělení štěpky a její následné vypadnutí z pracovní komory. Šroubovice se při otáčení postupně zařezává do dřeva a zároveň vtahuje dřevo k většímu průměru. [11]
Obr. 3 Šnekový štěpkovač [30]
24
b) Podle celkového technického řešení: Stacionární štěpkovače – sekací ústrojí je pevně zabudováno do technologické linky s pevnými základy. Před sekacím ústrojím je pro energetické účely v lince zařazeno přísunové a podávací zařízení, za sekacím ústrojím je připojen dopravník či potrubí pro odvod štěpky. Pohon je většinou zajištěn elektromotorem. Mobilní štěpkovače – jsou vybaveny podvozkem umožňujícím jejich přesun. V praxi se vyskytují štěpkovače umístěné na samostatném podvozku, podvozcích nákladních automobilů, vyvážecích souprav a přívěsech. [11] c) Podle způsobu dávkování materiálu do štěpkovače: S ručním dávkováním – zařízení s ručním dávkováním vstupující suroviny se užívají pro zpracování tenkého odpadového dříví menších objemů. S mechanickým dávkováním dřeva – pro přísun štěpkovaného materiálu se obvykle využívá hydraulická ruka, která je součástí podvozku, na němž je umístěn štěpkovač. d) Podle způsobu pohonu sekacího a ostatních agregátů: Štěpkovače s pohonem od motoru bázového stroje – zařízení s menším výkonem na sekání tenkého odpadového dřeva. Štěpkovače s pohonem od separátního motoru – zařízení tohoto typu jsou vhodná pro zpracování koncentrovaných zbytků po těžbě, korunových částí nebo celých stromů. 6.2.3
Drtiče
Své uplatnění nacházejí při zpracování dřevního odpadu a dřeva. Jejich produktem je štěpka vhodná k spalování na menších i větších topeništích. Drtiče jsou u dřevnaté biomasy používány v případech, kdy nejsou kladeny přísné požadavky na velikost výstupních částic. Při činnosti drtičů dochází ke kombinaci několika druhů namáhání. Podle druhu drtícího zařízení převládají při drcení nárazy, lom a roztírání. Drtiče jsou méně náchylné na poškození pracovního ústrojí vlivem cizorodých předmětů, ale mají větší spotřebu energie a nerovnoměrnost velikosti výstupních částic. [16] Drtiče drtí prakticky všechno, co je rostlinného původu. Dají se použít na zelené hmoty, ořezané větve, kůru šišky, atd. Drtiče jsou v komponovacích linkách určené pro drcení tenčích větví, zelené hmoty a dalších měkčích odpadů. Na materiál působením 25
pracovního ostří úderem nebo pomalým tlakem dochází k jeho lámání, štípání či rozmělnění odpadu na menší kusy. [11] Podle rychlosti otáčení pracovního orgánu dělíme drtiče na rychloběžné, pomaloběžné a kombinované. 6.2.3.1 Rychloběžné drtiče Rychloběžné drtiče jsou vybaveny rychle se otáčejícím rotorem s volně uloženými kladivy. Velikost výstupního materiálu je možné volit použitím celé řady dodrcovacích košů s různou velikostí otvorů (50 - 280 mm). Tyto drtiče jsou vhodné pro zpracování bioodpadů, starého dřeva, palet, zahradních a parkových odpadů, ořezů ze stromů. Mohou být nasazeny na zpracování zbytků dřeva po těžbě. Podle tvaru drtícího orgánu je můžeme rozdělit na diskové a bubnové. Diskové - disk je umístěn vertikálně s malými nožíky instalovanými v čelní ploše disku. Dřevo k disku přitlačuje hydraulicky ovládaná protilehlá stěna. Tyto drtiče jsou vhodné na drcení pařezů, kusového odpadu, těžebního odpadu a podobných surovin. Pracovní orgán bubnových rychloběžných drtičů může být vybaven spirálovitě rozmístěnými noži nebo kladívky. Drtiče vybavené noži jsou vhodné na drcení větví, kusového odpadu apod. Drtiče opatřené kladívky je vhodné využít na drcení tenkých větví, křovin, kůry a podobných materiálů. [11] 6.2.3.2 Pomaloběžné drtiče Základní pracovní součástí pomaloběžného drtiče je obvykle válec, po jehož obvodu jsou spirálovitě rozmístěny nože různých tvarů (hranaté, trojúhelníkové). Podle tvaru nožů je tvarován i protinůž. Podle počtu rotujících válců jsou drtiče jednoválcové nebo dvouválcové. Dvouválcové drtiče mohou být i bez protinožů, se směrem otáčení válců proti sobě. Jsou vhodné pro drcení starého dřeva (nábytek, stavební dřevo, železniční pražce, pařezy), dále pak k drcení tuhého komunálního odpadu. Tyto stroje mohou být řešeny jako mobilní nebo stacionární. [29] 6.2.3.3 Kombinované drtiče Tento stroj kombinuje výhody pomaloběžného a rychloběžného drtiče do jednoho zařízení. Díky tomuto spojení lze na vstupu zpracovávat hrubý materiál a na výstupu získat menší frakci podrceného materiálu. Drtiče mohou být vybaveny magnetickými separátory kovových příměsí. [29] 26
Pracovní ústrojí drtičů rozlišujeme: a) talířové (osazeno 1, 2, nebo více noži, talíř uložen kolmo nebo šikmo k přiváděnému materiálu) b) nožové (2 – 4 zahnuté nože v kombinaci s nožovou hvězdicí tzv. systém ,,mixér“) c) spirálové ostří (kotouč uložen kolmo nebo šikmo k přiváděnému materiálu, tlumí rázy a způsobuje větší plynulost řezu u silnějších materiálů) d) kladívkové (použití k drcení na malé částice) e) kombinované [16]
Obr. 4 Kladivový drtič [30]
6.2.4
Peletovací a briketovací lisy
Pelety a brikety je možno vyrábět jak z dřevní tak z rostlinné biomasy, peletovat se dají i kaly z čistíren odpadních vod. [7] Pelety jsou vysoce stlačené výlisky válcového tvaru, nejčastěji vyráběny v průměru 6 mm a různorodé délce 5 – 40 mm. Pelety umožňují kotlům spalujícím biomasu jejich částečný, anebo automatický provoz. Pelety jsou vyrobeny výhradně z odpadového materiálu, jako jsou například piliny, nebo hobliny, bez jakýchkoliv chemických přísad. Lisováním pod vysokým tlakem se dosahuje vysoká hustota paliva. Výhodou je, že mají nízký obsah vlhkosti, cca 8 – 10 %. Výhřevnost pelet se pohybuje v rozmezí od 17 do 18 MJ.kg-1. [34] Brikety jsou vyráběny lisováním dřevěných odpadů vhodné zrnitosti a vlhkosti za vysokého tlaku a teploty. Lisováním se dosahuje vysoká hustota, což je důležité pro objemovou minimalizaci paliva. Vysoká výhřevnost (19 MJ.kg-1) je zárukou nízkých nákladů na topení. Brikety se vyznačují nízkým obsahem síry (přibližně 0,07 %), nízkou popelnatostí (asi 0,5 %), neomezenou skladovatelností, bezprašností a jednoduchou manipulací. Dřevěné brikety mají rozličné tvary. [35]
27
U briketovacích a peletovacích lisů rozlišujeme tři základní systémy zpracovacích zařízení: a) Pístové hydraulické nebo mechanické lisy jednorázové Jedná se o univerzální stroje schopné tvarovat slámu, piliny, papír či pazdeří. Součástí samotného lisu je většinou i drtič. [10] b) Šnekové lisy jednovřetenové nebo dvouvřetenové Brikety z toho typu lisu se vyznačují vysokým stupněm zhutnění a velkou trvanlivostí. Výsledkem jsou velice kvalitní a pevné brikety. Tyto lisy jsou vhodné na lisování pilin. Materiál je nejprve šnekovým dopravníkem dopraven do předzhutňovače, kde je stlačen. V další fázi je již briketa lisována v hlavním pracovním válci. [10] c) Protlačovací granulační lisy Rozlišují se dva typy lisů, s kruhovou, vertikální matricí a horizontální deskovou matricí. Dřevěné pelety či brikety vznikají protlačením materiálu skrz oka matrice. Vlivem vysokého tlaku a teploty lignin obsažený ve vstupním materiálu plastifikuje a slouží jako pojivo ve vzniklých peletách. Takto vzniklé palivo lze spalovat v běžných kotlích na dřevo či štěpku. [10]
Obr. 5 Pístový briketovací lis [41]
6.2.5
Paketování
Paketování je jednou z možností homogenizace těžebního odpadu. Paketování je proces, při kterém klest lisuje do balíků obdobně jako sláma. Lisovací tlaky jsou zde však podstatně vyšší, než při lisování slámy, protože větve jsou při lisování namáhané podélným tlakem, a proto kladou lisování velký odpor. Pakety usnadňují dopravu, 28
manipulaci a skladování. Použití celých balíků jako paliva je komplikováno nerovnoměrným prohoříváním paketu, proto je lze použít pouze v topeništích, kde je hoření stabilizováno jiným palivem. [10]
6.3 Mechanická úprava energetických stébelnin Energetické stébelniny se stejně jako pevná paliva mechanicky zpracovávají na vhodnější formu pro transportování, skladování a pozdější využívání k energetickým účelům. 6.3.1
Lisy na slámu
Pro sklizeň energetických stébelnin v suchém stavu, tj. slámy obilnin a olejnin, energetických obilnin, se stále více používají sběrací lisy na obří hranaté nebo válcové balíky. Další často užívanou variantou jsou kompaktní lisy, kdy výsledkem je hutný materiál ve tvaru špalku. Lis nejdříve materiál nařeže, dále slisuje a sváže do požadovaného tvaru a velikosti. Lisy na hranaté balíky jsou výhodnější, protože hranatý tvar je pro skladování ideální. Tyto lisy jsou ovšem dražší než lisy na válcové balíky. Teplárny a výtopny dávají přednost hranatým balíkům, na farmách se pro menší kotle používají levnější svinovací lisy na válcové balíky a lisy na klasické malé balíky. [11] 6.3.1.1 Lisy na válcové balíky Pro svou nižší pořizovací cenu jsou stále oblíbeným typem sběracích lisů. Dnes se vyžaduje možnost změny velikosti lisovací komory a tím i velikosti balíků s ohledem na druh zpracovávaného materiálu a řezací ústrojí. Řezací ústrojí je vyžadováno především pro silážování, ale také pro spalování. Lis však potřebuje o něco výkonnější motor traktoru. [5] 6.3.1.2 Lisy na hranaté balíky Řezací ústrojí je umístěno za sběračem. Plný počet nožů se využívá především při silážování. Balíky jsou tvořeny ve dvou základních rozměrech. Lis má u sebe mechanizovaný vozík na dva nebo čtyři balíky, což usnadňuje nakládku a odvoz. Tenzometrická čidla ukazují řidiči několik skutečností, např. údaj o namáhání klikového hřídele nebo měření vlhkosti právě nakládaného materiálu. [5] 29
6.3.1.3 Svinovací lisy při sklizni slámy Svinovací kompaktor vytváří svinuté provazce válcového tvaru se značným stupněm stlačení, které je větší než u běžných obřích a vysokotlakých lisů a přibližuje se stupni stlačení briketovacích lisů. Průměry svinováním vytvořených válců se pohybují od 300 do 800 mm a nekonečně vytvářený válec se přídavnou pilou řeže na potřebné délky. Z pole nebo louky se odváží hotový výrobek schopný jakékoliv dopravy, o vysoké objemové hmotnosti, připravený k použití ve vhodné kotelně, pokud je vyroben ze suchého materiálu. [5]
30
7
TECHNOLOGIE ZPRACOVÁNÍ ODPADNÍ BIOMASY
Využití biomasy pro energetické účely a způsob, jakým bude přeměněna v energii, je do značné míry předurčen jejími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Z čistě energetického hlediska lze energii z biomasy získávat téměř výhradně termochemickou přeměnou, tedy spalováním. Pro tento proces je podstatnou vlastností její výhřevnost, která je dána především množstvím tzv. hořlaviny (organická část bez vody a popelovin, směs hořlavých uhlovodíků, celulózy, hemicelulózy a ligninu). Biomasu je v závislosti na druhu možné spalovat buďto přímo, nebo jsou spalovány kapalné, či plynné produkty vzniklé jejím vhodným zpracováním. Vedle výhřevnosti je velmi důležitým parametrem především vlhkost, respektive obsah sušiny v biomase. Obsahuje-li materiál do 50 % sušiny, je pro zpracování biomasy využíváno tzv. mokrých procesů. V opačném případě, tedy je-li obsah sušiny větší než 50 %, uplatňují se procesy suché. [11] Mezi základní technologie zpracování odpadní biomasy řadíme a) termochemická přeměna biomasy (suché procesy) • spalování • zplyňování • pyrolýza b) biochemická přeměna biomasy (mokré procesy) • anaerobní fermentace • aerobní fermentace c) fyzikální a chemická přeměna biomasy • mechanicky (štípání, drcení, lisování, briketování, peletování, apod.) Přestože existuje více způsobů využití biomasy k energetickým účelům, v praxi převládá ze suchých procesů spalování biomasy a z mokrých procesů výroba bioplynu anaerobní fermentací. [13]
31
7.1 Spalování Z energetického hlediska je i dnes základním a nejčastějším konečným využitím biomasy její spalování, tedy termická přeměna (oxidace) biomasy za dostatečného přístupu kyslíku. [31] Technologie spalování je dokonale zpracovaná, produktem je tepelná energie, která se následně využije pro vytápění, technologické procesy nebo pro výrobu elektrické energie. Spalování většinou nevyžaduje předběžnou speciální úpravu biomasy. Je přijatelná i vyšší vlhkost suroviny. Vzhledem k charakteru biomasy a jejímu proměnnému složení je nutno věnovat značnou pozornost optimálním podmínkám při spalování a při čištění výstupních spalin, kde je nutno především kontrolovat emise oxidu uhelnatého a tuhých látek, v některých případech i emise oxidů dusíku a organických látek. [27] Spalování biomasy je v současnosti technicky dostatečně vyřešeno a to ve dvou koncepcích: [39] •
spalování na roštu,
•
spalování na fluidní vrstvě.
7.1.1
Spalování na roštu
V těchto zařízeních se dá spalovat téměř veškerá rostlinná biomasa, výjimku tvoří pouze biomasa s jemnou frakcí. U roštových kotlů se dbá na zajištění přívodu spalovacího vzduchu do jednotlivých míst tak, aby spalování probíhalo při optimálním přebytku vzduchu. Roštové kotle se dále dělí na kotle s pevným a pohyblivým roštem. Spalování na pevném roštu je typické pro kotle o malých výkonech. Rošt je nehybný, zbytky po spalování přes něj propadávají do popelníku a jeho velikost do jisté míry ovlivňuje výkon zařízení. Pro odvod zbytků po spalování má rošt pohyblivý mechanismus. U těchto zařízení je široká různorodost provedení roštů dána jejich rozdílným tvarem, velikostí otvorů v roštu, nakloněním roštu, mechanismem k odvodu popela a mnohými dalšími odlišnostmi. Pro rošty mechanické, které jsou pohyblivé a zajišťují pohyb paliva směrem do míst spalování, jsou typické kotle o větších výkonech. Primární vzduch je přiváděn v několika fázích a výkon zařízení je ovlivněn rozměry roštu. Mezery mezi roštnicemi musí mít přesnou velikost pro dané palivo, aby nedocházelo k jeho propadání. Palivo je na rošt přiváděno pomocí šnekového dopravníku přímo z násypky. Pohyblivé rošty mají 32
též různé technické provedení a jsou to rošty pásové, přesuvné, vratisuvné a válcové. [10]
Obr. 6 Spalování paliva na pásovém roštu [25] 1 sušení paliva 2 odplynění a vznícení paliva 3 hoření prchavé hořlaviny 4 hoření tuhé hořlaviny 5 dohořívání paliva 6 popel
7.1.2
Spalování ve fluidní vrstvě
Při fluidním spalování dochází ke spalování paliva ve fluidní vrstvě, která má vysokou tepelnou kapacitu a je schopna absorbovat změny vlastností paliv způsobené kolísavým obsahem vlhkosti. Spalování probíhá ve vznosu, kdy je palivo udržováno ve fluidním stavu prouděním vzduchu. Odpor proudícího média odpovídá tíze částeček a hmota částic se chová jako kapalina. Se zvětšováním rychlosti proudění roste výška fluidní vrstvy. Částice se pohybuje v ohništi až do svého vyhoření, případně je do ohniště vrácena. Fluidní kotle dovolují u biomasy spalování drceného paliva do 15 mm, mají stacionární fluidní vrstvu a jsou převážně menších výkonů. [10] 7.1.3
Zařízení na spalování biomasy
Zařízení na spalování biomasy jsou určena pro výrobu tepelné energie a nezatěžují tolik životní prostředí. Podle výkonu a technického řešení se tato zařízení mohou rozdělit na lokální topeniště, na malé, střední a velké kotle. 7.1.3.1 Lokální topeniště Do této skupiny můžeme zařadit kamna, krby, krbová kamna, cihlové pece a kachlová kamna, tedy zařízení pro spalování biomasy o několika kW. Tato topidla předávají teplo převážně v místnosti, ve které jsou umístěny. 33
7.1.3.2 Malé kotle Jedná se o kotle malých výkonů od 20 do 100 kW. Těchto kotlů se využívá pro vytápění rodinných domků nebo menších budov. Jako palivo se využívá převážně dřevo, a to buď kusové nebo ve formě pelet či briket. [11] Využívají se zplyňovací kotle na kusové dřevo, kdy při spalovacím procesu se z paliva odpařuje voda, tím se palivo vysušuje. Poté se s dodávaným teplem uvolňuje spalitelný plynný podíl paliva. Takový systém umožňuje velmi dobrou regulaci výkonu. V kotlích je možno spalovat polenové dřevo či dřevěné brikety, někdy v kombinaci se štěpkou nebo dřevním odpadem. V těchto případech je ovšem nezbytná manuální obsluha kotle (cca 3 – 4krát denně přikládání, 1krát týdně vybírání popela). [8] Speciální technické řešení mají automatické kotle na dřevní pelety s podavačem paliva a upraveným hořákem. Použití pelet ze dřeva či jiného rostlinného materiálu, které jsou v posledních letech populární nejen v zahraničí, ale i v České republice, umožňuje bezobslužný provoz kotle a komfortní dopravu a skladování. 7.1.3.3 Střední kotle Tyto obvykle roštové kotle, o výkonu mezi 100 kW až 5 MW, vybavené posuvným, pásovým či řetězovým roštem, se používají pro větší zdroje ústředního vytápěni. Vzhledem k automatizaci procesu spalování se používá palivo ve formě štěpky, odřezků nebo pilin. Kotle jsou schopny spalovat i méně kvalitní či vlhčí biomasu. K dosáhnutí středních výkonů je potřeba přitápět větším množstvím paliva. Přikládání probíhá automaticky pomocí šnekových dopravníků a podávacího zařízení. S aplikací šnekového podávacího zařízení se palivo do spalovací komory přivádí zdola a odhořívá shora. [8] 7.1.3.4 Velké kotle Patři sem kotle o výkonu vyšším jak 5 MW. Používají se při centralizovaném zásobování teplem. U kotlů těchto výkonů je nutný plně automaticky provoz. Jako palivo je možné použít jakoukoliv biomasu, nejčastěji se však používá štěpka, sláma nebo dřevní odpad. Spalování biomasy ve velkých kotlích je v současnosti technicky dostatečně vyřešeno, a to ve dvou koncepcích: spalování na roštu, spalování na fluidní vrstvě. Rozšířenější je dosud spalování na roštu, avšak fluidní technologie má některé významné výhody a její technický vývoj stále postupuje. Fluidní technologie spalování 34
je také převážně využívaná pro spoluspalování biomasy s tuhými fosilními palivy v konvenčních elektrárnách a teplárnách. [27] 7.1.3.5 Zařízení pro kogeneraci Pod slovem kogenerace si můžeme představit kombinovanou výrobu elektřiny a tepla (KVET). Tento kombinovaný způsob je velmi výhodný, neboť samotná výroba elektřiny v tepelných elektrárnách dosahuje nízkých účinností (přibližně 35 %). Vyrobené teplo se tedy nevypouští do okolí, ale využívá (např. k vytápění nebo ohřevu vody) a celková účinnost tak dosahuje 75 - 95 %. Mezi přednosti kogenerace patří malé náklady na rozvod energie, jelikož teplo i elektřina vznikají v místě své spotřeby. S tím souvisí i snížené ztráty v rozvodných sítích. Další výhodou kogeneračních jednotek je i možnost jejich využití jako záložního zdroje, který není závislý na výpadcích sítě. Energie pro kogeneraci se získává spalováním tuhých paliv jako je např. štěpka, dřevo a sláma. Pro tyto účely existuje celá řada zařízení: •
organický Rankinův cyklus (ORC)
•
Stirlingův motor
•
spalovací turbíny
•
palivový článek
•
paroplynová zařízení
•
spalovací motor
•
parní turbíny
Mezi nejperspektivnější postupy, které se u kogenerace využívají, patří organický Rankinův cyklus, který využívá základní termodynamické změny. Organický Rankinův cyklus (ORC) je v podstatě elektrárenský kondenzační cyklus, který používá namísto vody jako pracovní látku v primárním okruhu směs organických sloučenin (silikonový nebo minerální olej). Výhodou oleje je, že při dané teplotě (obvykle 200 - 300 °C) se udrží v kapalném stavu při značně nižším tlaku než voda. Ve výparníku předává olej teplo do sekundárního okruhu, ve kterém se pracovní organická látka vypařuje. Organické páry jsou pak vedeny do parní turbíny, kde
35
expandují. Pára je za turbínou vedena do kondenzátoru, kde po odebrání výparného tepla chladicí vodou, dodává teplo do objektů připojených na tuto tepelnou síť. [45]
7.2 Zplyňování Zplyňování je termomechanická přeměna biomasy při vyšších teplotách a za přívodu omezeného množství kyslíku. Tento proces probíhá při pečlivé kontrole teploty (800 - 900 °C), obsahu kyslíku a doby setrvání částic biomasy v zařízení (reaktoru), která trvá sekundy až desítky sekund, je možno prakticky všechen organický materiál přeměnit na plyn. Zplyňovací proces popisuje celá řada reakcí, ale obecně lze popsat pomocí těchto pochodů: sušení, pyrolýza, redukce a oxidace. Tyto procesy probíhají souměrně v případě fluidních generátorů nebo postupně, např. u sesuvných generátorů. [26] V současné době jsou pro zplyňování biomasy používány dva základní způsoby: •
zplyňování v generátorech s pevným ložem
•
zplyňování ve fluidních generátorech.
Při obou způsobech dochází ke zplyňování při atmosférickém tlaku. [9] 7.2.1
Zplyňovače s pevným ložem
Zplyňování v generátorech s pevným ložem je jednodušší, méně investičně náročné, avšak je použitelné 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. [27] 7.2.1.1 Protiproudý zplyňovač Hlavní výhodou tohoto typu zplyňovacího zařízení je její jednoduchost a vnitřní výměna tepla, která vede k vysoké účinnosti zplyňování. Díky vnitřní výměně tepla je palivo na vrcholu zplyňovacího zařízení vysušeno. Proto můžeme užít palivo s vysokým obsahem vlhkosti (až 60 %). Kromě toho může tento druh zplyňovacího zařízení zpracovat dokonce i malé částice v palivu a zpracuje i některé rozdíly velikosti v palivu. Hlavní nevýhodou je vysoké množství dehtu a produktů pyrolýzy. Protože plyny z pyrolýzy neprocházejí ohništěm, nedojde k jejich spálení. Tento problém je nevýznamný, 36
pokud je plyn určen pro přímou tepelnou aplikaci, v které se dehet jednoduše spálí. Ale při použití plynu pro motory, je nutné rozsáhlé čištění odpadních plynů. [10] V protiproudém generátoru vzniklý plyn proudí opačným směrem než palivo. Vzniklý plyn má výhřevnost až 7 MJ.m-3, a v popelu je nízký obsah nedopalu. Tento typ se pohybuje v rozmezí výkonu 3 - 30 MW. Protiproudé generátory se v současné době nevyužívají. 7.2.1.2 Souproudý zplyňovač Biomasa je dodávaná vrchem a přívod vzduchu je také nahoře nebo ze strany. Plyn je odváděn dnem reaktoru. Hlavní výhodou tohoto typu zplyňovacího zařízení je výroba plynu s nízkým obsahem dehtu, který téměř vyhovuje aplikaci ve spalovacích motorech. Důvod nízkých emisí dehtu je v dvojitém spalování s postupným přívodem. [10] Mezi nevýhody souproudých generátorů patří velké množství popela a prachových částic v plynu, protože plyn prochází skrze oxidační zónu. Vysoké teploty spalin vedou k nižší účinnosti zplyňování. Dále také vysoké požadavky na palivo. Biomasa musí být jednotné velikosti mezi 40 až 100 mm, aby nedošlo k zablokování přívodu paliva a k nepravidelnému proudění. Často je nezbytné peletování či briketování biomasy. Vlhkost biomasy by neměla být větší než 25 %. U tohoto typu je využití paliva menší, až 30 % tvoří nedopal, výhřevnost plynu je až 6,5 MJ.m-3. Tyto typy zplyňovacích zařízení se používají k výrobě elektrické energie v rozsahu do 3 MW. 7.2.1.3 Zplyňovač s křížovým tokem Generátory s křížovým proudem jsou přizpůsobeny pro použití dřevěného uhlí. Výsledné produkty zplyňování dřevěného uhlí v ohništi jsou extrémně horké (1500 °C a více), což může vést k lokálním problémům s materiálem. Nevýhodou je nízký rozklad dehtu a to spěje k potřebě velmi kvalitního paliva. [10]
37
Obr. 7 Schéma zplyňovačů – zleva protiproudý, souproudý, s křížovým tokem [10]
7.2.2
Zplyňovače s fluidním ložem
Zplyňovací zařízení s fluidní vrstvou mají několik výhod oproti jiným typům zplyňovačů, vyšší propustnost než zplyňovače s pevným ložem, lepší přenos tepla a hmoty z paliva, vysokou výhřevnost, větší různorodost paliva, netavící se popel. Fluidní lože se skvěle hodí pro zplyňování biomasy. Fluidní lože nachází atraktivní využití také u tuhého komunálního odpadu a hnědého uhlí, které lze zplyňovat za nízkých teplot. Fluidní lože může také pracovat se směsí různých paliv, což se skvěle hodí pro zemědělské zbytky a dřevo. Kvůli těmto výhodám se na fluidní technologie zaměřuje velké množství stávajících vývojových aktivit. [10] U fluidního zplyňování probíhá zplyňovací proces při vyšších teplotách (850 až 950 °C) a je tak minimalizován obsah zbytků dehtových látek a vyšších uhlovodíků v plynu. Hlavní předností tohoto typu je použitelnost pro velké výkony v řádech stovek MW. [6] 7.2.2.1 Se stacionární fluidní vrstvou Generátory se stacionární fluidní vrstvou, známé také jako generátory s bublinkujícím ložem, jsou nejčastějšími reaktory používanými pro spalování biomasy. Jedinečnost tohoto zařízení je v jeho jednoduchosti a také to, že stacionární fluidní vrstva má zřetelné rozhraní mezi vrstvou nad ní. Průměr reaktoru je odvozen od rychlosti plynu nad vrstvou. Díky tomu se vyhneme úletu částic. Zplyňování biomasy v tomto typu reaktoru nachází využití v malých a středních provozech s kapacitou do 25 MW. Úroveň dehtů se pohybuje od 1 do 2 %. [10] 38
7.2.2.2 S cirkulující fluidní vrstvou Nemají žádnou zřetelnou hladinu vrstvy, vrstva je omezena stropem reaktoru. Vrstva má po výšce odlišnou hustotu, u dna je nejvyšší, u stropu nejnižší. Unášené částice jsou zachyceny v cyklónu a vráceny zpět do dna fluidní vrstvy. Konverze paliva je dokonalejší a vyhoření uhlíku mnohem větší než u zplyňovače se stacionární fluidní vrstvou. [10]
7.3 Pyrolýza Pyrolýzou je míněn termický rozklad organických materiálů bez přístupu kyslíku. Podstatou pyrolýzy je ohřev materiálu nad mez termické stability přítomných organických sloučenin, což vede k jejich štěpení až na stálé nízkomolekulární produkty a tuhý zbytek. [38] Z technologického hlediska lze pyrolýzní procesy dále rozdělit podle dosahované teploty na: a) nízkoteplotní (< 500 °C), b) středněteplotní (500 – 800 °C), c) vysokoteplotní (> 800 °C). Většina v současné době provozovaných pyrolýzních zařízení je založena na termickém rozkladu odpadního materiálu v rotační peci vytápěné zevně spalinami, které vznikají z následného spalování pyrolýzních plynů v tzv. termoreaktoru. Zbytek energie ze spálení plynů, která se nespotřebuje na ohřev vsázky, se využívá v kotlích na odpadní teplo k výrobě páry nebo teplé užitkové vody. Modernější přístup předpokládá využívání pyrolýzního plynu jako chemická surovina nebo jako palivo pro motory nebo plynové turbíny kogeneračních jednotek. [27] 7.3.1
Rychlá pyrolýza
Je jedním z moderních a velmi perspektivních procesů ve skupině technologií, které mění biomasu ve formě dřeva a jiných odpadních materiálů na produkty vyšší energetické úrovně, jako jsou plyny, kapaliny a pevné látky. [40] Průběh procesu rychlé pyrolýzy je dán rychlým přívodem tepla do suroviny, udržováním potřebné teploty v pyrolýzním reaktoru (cca 450 až 600 °C) a krátkou dobou pobytu suroviny v reakční zóně (maximálně do 2 sekund). Produktem jsou pak 39
zejména páry a aerosoly, v menší míře pak plyn a tuhé částice. Produkty tohoto procesu se musí ihned rychle ochladit, čímž zkondenzují a vznikne velký podíl tmavohnědé kapaliny o nízké viskozitě. Pyrolýzní olej, s hustotou asi 1200 kg.m-3 a výhřevností 16 až 20 MJ.kg-1, lze snadno skladovat a přepravovat a po další úpravě může sloužit jako kvalitní kapalné palivo. Dále je využíván jako surovina pro další chemické zpracování. V chemickém průmyslu je využíván např. při výrobě lepidel, hnojiv a aromatických látek. Vedlejšími produkty rychlé pyrolýzy jsou pyrolýzní koks (do 15 %) a pyrolýzní plyn (do 51%), které jsou obvykle využity ve vlastním pyrolýzním procesu pro výrobu tepla. [27] Jednou z nevýhod je, že pyrolýzní olej může obsahovat až 15 – 20 % vody. Proto se musí biomasa předsušit na vlhkost nižší než 10 %, výjimečně na 15 %. Další podmínkou je potřeba rozdrceni biomasy na částice o velikosti cca 3 mm, což zabezpečuje rychlý průběh reakce a snadnou separaci pevných části. [32] 7.3.2
Pomalá pyrolýza – karbonizace
Pomalá pyrolýza termická přeměna tuhé biomasy, probíhající bez přístupu vzduchu, jejímž hlavním produktem je dřevěné uhlí. Jde o nejstarší, ale stále používanou metodu zpracovávání biomasy pro energetické využití. Pomalá pyrolýza probíhá při teplotách kolem 450 °C, s nízkou rychlostí zahřívání a dlouhou dobou vypařování. Dřevěné uhlí se v současnosti vyrábí v karbonizačních pecích a retortách. Karbonizační pece využívají část vsázky k produkci tepla, kdežto retortám je teplo dodáváno zvenčí. Toto dřevěné uhlí se spíše než pro energetické účely využívá v průmyslu, a to zejména při obohacování oceli uhlíkem a jako absorbent při filtraci kapalin a plynů. [10]
7.4 Anaerobní fermentace Anaerobní fermentace (anaerobní digesce, anaerobní stabilizace či anaerobní vyhnívání) spočívá v mikrobiologické transformaci organických látek bez přístupu vzduchu při mírně zvýšené teplotě (35 – 45 °C), za vzniku bioplynu a digestátu. Jako surovina pro výrobu bioplynu se v nejvíce využívá kejda (tekuté a pevné výkaly hospodářských zvířat promísené s vodou), kal z čistírny odpadních vod, organický odpad, zelená biomasa a další.
40
Význam této technologie je ve zpracování odpadů a vedlejších produktů, výslednými produkty jsou biologicky stabilizovaný substrát s vysokým hnojivým účinkem a bioplyn. [36] Bioplyn je směs plynů tvořená z 50 - 80 % metanem, 20 - 40 % oxidem uhličitým a 1 - 3 % dalších plynů (dusík, sirovodík nebo vzácné plyny). Výhřevnost bioplynu je závislá na obsahu metanu – pohybuje se kolem 20 - 24 MJ.m-3. Zbytek hmoty po fermentaci (digestát) se využívá jako hnojivo, které má navíc výborné vlastnosti - jsou v něm zachovány hlavní živiny a humusotvorné složky a naopak zničeny patogenní zárodky a semena plevelů. [12] Bioplyn se využívá jako technologické palivo v provozovnách, které souvisejí s jeho výrobou (např. v čistírnách odpadních vod pro vyhřívání vyhnívacích nádrží), pro výrobu tepla v plynových kotlích a také jako palivo pro kogenerační jednotky. [2] Jedná se o biomechanický proces složený ze čtyř, na sebe navazujících biologických, fyzikálních a fyzikálně-chemických procesů - Hydrolýza, Acidogeneze, Acetogeneze, Metanogeneze. Existují tři hlavní důvody pro využití anaerobní fermentace organických materiálů pocházejících ze zemědělství, lesnictví, komunálního hospodářství a venkovské krajiny: •
Produkce kvalitních organických hnojiv
•
Získání doplňkového zdroje energie
•
Zlepšení pracovního a životního prostředí
7.4.1
Mokrý způsob fermentace
Mokrá fermentace je nejběžnější metodou anaerobního zpracování odpadů ze zemědělství a bioodpadů. V zemědělství se zpracovávají především exkrementy hospodářských zvířat. Surovina s nízkým obsahem sušiny, nejčastěji v optimálním rozmezí 8 až 12 %, je upravena na požadovanou velikost částic a následně dopravena do míchací a homogenizační nádrže, kde se pomocí přidání vody upraví do podoby čerpatelného substrátu. Přes dávkovací zařízení je substrát dopravován do fermentační nádrže (bioreaktoru), ve které probíhá fermentační proces. Jedná se o velké vzduchotěsné nádoby, které mohou mít provedení (válcové, pravoúhlé hranolovité, kulové, polokulové a další). Ve fermentorech probíhá proces za stálého míchání a teploty 37 °C při mezofilních podmínkách nebo 55 °C při termofilních podmínkách. 41
Odpadní materiál z fermentoru je fugát (sušina < 1 %) a je čerpán do uskladňovací jímky, ve které je uskladněný před dalším využitím pro hnojení. Získaný bioplyn se skladuje v plynojemu a nejčastěji je využit pro kogenerační jednotku se spalovacím motorem. Toto zařízení je finančně náročné na investice, avšak dosahuje vysokého využití energetického potenciálu. [28] 7.4.2
Suchý způsob fermentace
Pro tento způsob fermentace se využívá slamnatý kravský hnůj, který se plní do velkých košů válcového tvaru (průměr 3 - 3,5 m), které se po naplnění přiklopí plechovým zvonem. Poté začnou probíhat mikrobiologické procesy, které začnou zvyšovat teplotu hnoje. Vznikající bioplyn je odsáván ventilátorem do tlakových nebo atmosférických plynojemů, odkud je veden ke kogenerační jednotce vyrábějící teplo a elektřinu. Celý proces fermentace trvá čtyři až šest týdnů. Poté je zvon zvednut a zbývající substrát z koše se použije jako kvalitní hnojivo. [44] Suché fermentační procesy bývají stabilnější. Z tohoto pohledu je suchá fermentace velice perspektivní technologií. [24] 7.4.3
Zařízení na výrobu bioplynu
7.4.3.1 Bioplynové stanice Jedná se o technické zařízení, ve kterém anaerobní mikroorganismy za nepřístupu vzduchu mění rozložitelné organické látky na bioplyn a zbytkové produkty. Bioplyn se spaluje v kogenerační jednotce, kde se vyrábí elektrická energie. Současně se uvolňuje teplo vznikající chlazením. Stabilizovaný produkt, digestát, lze využít jako hnojivo nebo po separaci jako surovinu pro výrobu kompostu. Bioplynové stanice se podle charakteru vstupních surovin dělí na tři základní kategorie a) Zemědělské Zpracovávají pouze substráty ze zemědělské prvovýroby, zejména statková hnojiva (kejda, hnůj) a plodiny cíleně pěstované k energetickému využití. Tento druh bioplynových stanic patří mezi nejrozšířenější. Vstupní materiál je homogenní a není ho potřeba již nijak upravovat před vstupem do fermentace.
42
b) Průmyslové Zpracovávají výhradně, anebo v určitém podílu rizikové substráty (např. jateční odpady, kaly z čistíren odpadních vod). c) Komunální Jsou speciálně zaměřeny na zpracování komunálních bioodpadů, zejména z údržby městské zeleně, tříděných odpadů z domácností, restaurací a jídelen apod. [10] Bioplynová stanice je tvořena čtyřmi částmi: a) Příjmový systém Tuhé materiály putují do příjmových skladovacích zásobníků, kapalné do příjmových jímek. Zde se odehrává příprava substrátu před vstupem do fermentoru, jedná se o mechanickou úpravu částic, míchání, homogenizaci atd. Je zde také řízeno optimální dávkování do fermentoru. Dávkování materiálu do fermentoru: •
Kontinuální - plnění fermentorů tekutými odpady s velmi malým obsahem sušiny.
•
Semikontinuální - doba mezi jednotlivými dávkami je kratší, než doba zdržení materiálu ve fermentoru. Nejpoužívanější způsob plnění, dávkování 1krát až 4krát denně. Toto plnění má malý vliv na změnu provozních parametrů (teploty, homogenity).
•
Diskontinuální - dávkování probíhá přerušovaným provozem. Fermentor se naplní, proběhne celý proces fermentace a poté dochází k dalšímu plnění. Používá se u tuhých materiálů. [11] b) Fermentační systém
Zde dochází k anaerobní fermentaci materiálu v reaktorech (fermentorech), podle konstrukčního řešení je několik typu fermentoru. V zemědělství je nejčastěji využíván válcový železobetonový plnostěnný fermentor. [37] c) Zařízení pro uskladnění Zde se zabýváme odvodem vyrobeného plynu a fermentačního zbytku. Vyrobený bioplyn putuje potrubím do plynových zásobníků tzv. plynojemů, v němž je připraven pro využití k pohonu kogenerační jednotky se spalovacím motorem. Stabilizovaný 43
zbytek po fermentaci je třeba uskladnit po nezbytně dlouhou dobu, než bude moc být využit jako hnojivo na zemědělské plochy. Pokud je fermentační zbytek oddělen na tuhou a kapalnou fázi, uskladňují se obě složky odděleně. Tuhá složka na stávajících hnojištích, kapalná v jímkách k tomu určených. [28] d) Zařízení pro energetické využití plynu Plyn lze využít k mnoha energetickým aplikacím, v dnešní době je nejběžnější jeho použití v kogeneračních jednotkách se spalovacím motorem, na který je připojen generátor. Vyrábí se tedy jak elektrická tak i tepelná energie.
7.5 Aerobní fermentace - kompostování Při kompostování probíhá přeměna organických látek stejným způsobem jako v půdě, ale lze ji technologicky ovládat. Proto lze kompostování definovat jako řízený proces, který zabezpečuje optimální podmínky potřebné pro rozvoj žádoucích mikroorganismů a tím lze získat humusové látky rychleji a produktivněji proti polním podmínkám. Při tomto procesu dochází k poklesu hmotnosti kompostovaného materiálu. Celkový pokles hmotnosti od začátku kompostování je asi 50 % (vztaženo na původní hmotnost zakládané hmoty). Aby byl aerobní proces skutečně efektivní a rychlý, je třeba zajistit dostatečné provzdušňování kompostovaného materiálu. Přívod vzduchu je základní podmínkou aerobního procesu. [44]
44
8
ZHODNOCENÍ
TECHNOLOGIÍ
ZPRACOVÁNÍ
ODPADNÍ
BIOMASY Odpadní biomasa představuje bezpochyby důležitý zdroj využití, ve které je uložen značný energetický potenciál, který nebyl v minulých letech dostatečně využíván. Při vhodné volbě technologie zpracování jsou odpady omezeny na minimum. Tento fakt je velmi důležitý z hlediska snižování ukládání biologicky rozložitelných odpadů na skládky. Veškeré technologie na zpracování odpadní biomasy jsou vyvíjeny a využívány, kromě získávání energie a snaze alespoň částečně lokálně nahradit fosilní zdroje paliva, také k ochraně a zkvalitňování životního prostředí, jelikož se ekologicky zbavujeme odpadů, které by jinak produkovaly škodlivé plyny tzv. skleníkové plyny, znečišťovaly ovzduší zápachem nebo kontaminovaly půdu a podzemní. Je ale velmi důležité zvolit nejvhodnější postup úpravy a dále pak zpracování pro jednotlivé druhy odpadní biomasy, aby to bylo ekonomicky přijatelné a hlavně aby se zbytečně neplýtvalo energií na předúpravu biomasy pro nevhodně zvolenou technologii nebo bylo poškozováno životní prostředí. Využívání biomasy k výrobě tepelné či elektrické energii rok od roku stoupá. Je to dáno zejména stoupající cenou fosilních paliv. Přestože tradiční fosilní energetické zdroje nelze úplně nahradit, zejména kvůli rostoucí spotřebě energie, vývoj technologií pro využití biomasy zmenšuje naši závislost na nich. Nedá se předpokládat, že biomasa bude jedním z hlavních energetických zdrojů pro výrobu tepla a elektřiny, ale spíše energetické využití pro vytápění a výrobu elektřiny bude doplňkové. Hlavní výhodou využití biomasy je její nevyčerpatelnost jako zdroje energie. Do budoucnosti lze očekávat, že nahradí část neobnovitelných klasických zdrojů energie, ale podle mého názoru nedokáže plně nahradit fosilní paliva. Doposud se ale biomasa potýká s určitými nedostatky, které neumožňují rychlejší rozšíření využití biomasy. Jedná se především o problémy spojené se zajištěním její dlouhodobé spolehlivé dodávky biomasy, nízká účinnost a malý výkon zařízení pro energetické využití biomasy, stoupající cena biomasy, a také fakt, že ve výrobě tepla nebo elektřiny existují jednodušší, levnější a ekologičtější způsoby.
45
8.1 Zhodnocení technologie spalování biomasy Patří u nás mezi technologicky nejpropracovanější a nejčastěji využívanou technologii využití biomasy k energetickým účelům Problematika spalování biomasy je po technologické i technické stránce velmi dobře zvládnuta. Především pro svoji jednoduchost a snadnou automatizaci procesů, dále pro relativně nízké pořizovací náklady na zařízení a jednoduché skladování paliva. Spalovat lze téměř veškeré formy pevné biomasy, při spalování vzniká menší množství škodlivých látek a odpadem je popel, který je možno využít v některých případech jako hnojivo. Mezi nevýhody procesu spalování lze zařadit nemožnost spalování biomasy s velkým podílem vlhkosti. Jsou zde také vyšší nároky na skladovací prostory. Úprava paliva zvyšuje ceny energie, je nutné zabezpečit stálý přísun z přilehlých oblastí, jelikož dovoz z větších vzdáleností konečnou energii prodražuje. Nevýhodou je i možnost vzniku emisí při nesprávném spalování biomasy. Zhodnocení technických zařízení na spalování biomasy Kotle a veškerá příslušenství na spalování biomasy prošly dlouhodobým vývojem. Pro spalování biomasy, zejména v menším měřítku zhruba do 10 MW, je dnes dominantní technologií spalování na roštu. Účinnost velkých kotelních jednotek s řízeným spalovacím procesem dosahuje dnes 85 až 88 %. Pro energetické účely je v současné době po technické i ekonomické stránce nejvýhodnější využití technologie fluidního spalování, která se používá převážně u větších aplikací. Účinnost větších jednotek s fluidním spalováním dnes překračuje 90 %, přičemž současně je dosahováno velmi příznivých emisních limitů. Při spalování biomasy je fluidní technologie nasazována především tam, kde je uvažováno s kombinovaným spalováním biomasy a uhlí. Technologie totiž umožňuje dávkováním aditiv (nejčastěji vápence) ve fluidní vrstvě integrovaným způsobem odsiřovat. Spaliny vzniklé při fluidním spalování obsahují významně menší procento zastoupení síry a oxidů dusíku ve srovnání s klasickým spalováním.
8.2 Zhodnocení technologie zplyňování biomasy Z hlediska ochrany životního prostředí zplyňování nabízí hned několik výhod oproti spalování. Při spalování čistých plynných paliv s dostatkem vzduchu vzniká minimální množství emisí, snadná kontrola procesu, větší konverze paliva na elektrickou energii, 46
lze zplyňovat biomasu s vyšší vlhkostí, možnost smíšení biomasy s jinými palivy, nižší měrné provozní náklady na jednotku výkonu při přeměně tuhého paliva na plyn, zvyšujeme použitelnost paliva pro různé tepelné stroje, ale také usnadňujeme přepravu a skladování. Největší nevýhodou zplyňování je, že se jedná o složitější technologii, která má také vyšší pořizovací náklady a méně propracované technologie. Další nevýhodou jsou vysoké náklady na kvalitu a čistotu plynu a tvorba dehtů. I přes nesporné výhody zplyňování se v dnešní době stále používá přímé spalování. Hlavním důvodem je cena zplyňovacích zařízení a cena je nejdůležitějším aspektem všeho.
8.3 Zhodnocení technologie pyrolýzy Pyrolýzní zařízení na biomasu se u nás téměř nevyskytují, kromě zařízení, která jsou ve vývoji a zkušební fázi. Hlavním důvodem je, že se jedná o značně finančně náročnou technologii. Pyrolýza je atraktivní především díky tomu, že pevná biomasa a odpady obtížně nebo nákladně zpracovatelné se mohou pohotově konvertovat v užitné produkty. [13] Tyto produkty, jako pyrolýzní olej, nebo dřevěné uhlí, mají výhody při dopravě, skladování, spalování a zapojení do výroby dalších produktů, nebo k prodeji. Mezi výhody procesu pyrolýzy je získávání hlavního produktu pyrolýzního oleje, který je následně upraven na biopalivo, proces je energeticky nezávislý a je možné využití zbytkového tepla. Z tohoto důvodu je nejpreferovanější skupinou technologií rychlá pyrolýza.
8.4 Zhodnocení technologie anaerobní fermentace O anaerobní fermentaci lze říci, že je to perspektivní způsob zpracování odpadní biomasy. Anaerobní fermentace je v současnosti dynamicky se rozvíjející technologií. Jedná se o technologii, která jako jediná dokáže zpracovávat vlhké organické odpady a získáváme velice energetický hodnotný bioplyn, který se nejčastěji využívá v kogeneračních jednotkách k výrobě elektrické energie a tepla. Většinou se jedná o kogenerační jednotku se spalovacím motorem. Pro výrobu bioplynu je nejvhodnější využití kejdy a chlévské mrvy, protože jde o odpad, který by při uskladnění metan stejně produkoval a zvyšoval by se tak jeho podíl v atmosféře. Zbytek po fermentaci se použije jako hnojivo, stejně jako by se 47
použily tyto vstupy nevyužité výrobou bioplynu, navíc se zničí část choroboplodných zárodku v nich obsažených. Z ekonomického hlediska, ve srovnání se spalováním, jde o technologii dražší s nižším tepelným a elektrickým výkonem, ale u nás v poslední době velice rozšířenou. Aby bylo zajištěno ekonomického provozu těchto zařízení, je nezbytně nutné, aby bylo zajištěno dostatečné množství substrátu v dostatečné kvalitě pro danou technologii po celý rok. Dalším důležitým faktorem, který musí být vyřešen, je odbyt produktů anaerobní fermentace. Při splnění těchto základních podmínek se technologie anaerobní fermentace může stát ekonomicky efektivním způsobem zpracování daných substrátů. Velikou výhodou anaerobní fermentace je, že probíhá v uzavřených reaktorech. Nedochází tedy k úniku skleníkových plynů a dalších pachových látek. Další výraznou výhodou je energetické využívání bioplynu. Nevýhodou je velká pořizovací cena bioplynové stanice. V porovnání s Evropskou unií má Česká republika stále velmi málo zařízení pro anaerobní fermentaci. Důležité je, aby se bioplynové stanice staly jednou ze součástí zemědělských podniků, nikoli jejich jedinou částí. 8.4.1
Zhodnocení zařízení anaerobní fermentace
Zvýšený zájem o bioplynové stanice je patrný zejména u zemědělských podniků, neboť se jedná o ekonomicky perspektivní způsob hygienizace a zhodnocení vlastního organického odpadu ze zemědělské výroby, realizace zisku z likvidace odpadu externích dodavatelů, výroba elektřiny a tepla a možnost prodeje elektřiny do veřejné sítě. V České republice v současnosti zažívají největší rozmach zejména zemědělské bioplynové stanice. Důvody jsou zřejmé. Pro bezproblémový a ekonomický provoz stanice je důležitý celoroční přísun vstupního materiálu, který zemědělství dokáže zajistit, neboť nejvíce odpadní biomasy vzniká právě v tomto sektoru. Pro zemědělské podniky jsou zemědělské bioplynové stanice novým a stabilním zdrojem příjmů, navíc vytvářejí a stabilizují pracovní místa. Produkují ekologickou energii a kvalitní hnojivo. Přispívají tak k ochraně životního prostředí a navíc k energetické nezávislosti regionu.
48
9
ZÁVĚR
Dnešní společnost je závislá na využívání fosilních paliv. Jelikož se jedná o neobnovitelné zdroje, je zřejmé, že při tak intenzivním využívání se stavy těchto zdrojů snižují. Navíc mají fosilní paliva negativní dopady na životní prostředí. Spalováním fosilních paliv vznikají skleníkové plyny, které je nutno omezit. Tyto důvody vedou k hledání nových alternativ a jednou z nich je využívání biomasy k energetickým účelům. Vztah k biomase, jakožto vhodného doplňkového zdroje energie, se změnil po našem vstupu do Evropské unie. Využívání biomasy jako obnovitelného zdroje energie je podporováno jak legislativně, tak ekonomickými stimuly. Cílená podpora ze strany státních orgánů a ekonomické stimuly vedou k většímu využívání biomasy, zejména při kombinované výrobě elektrické energie a tepla. Jelikož má biomasa vysoký potenciál, tak se počítá v budoucnu s tím že, bude důležitým zdrojem energie. Biomasu můžeme zpracovat mnoha způsoby a můžeme využívat jak pevné, kapalné, tak i plynné skupenství. Odpadní biomasu lze poměrně snadno získávat ze zemědělství, lesnictví a vybraných průmyslových odvětví (komunální odpad apod.). Představuje jeden ze zdrojů alternativní energie, a tak se lze postupně zbavovat závislosti na používání fosilních paliv. Výhod využívání odpadní biomasy je několik. Za hlavní výhodu lze považovat, že se jedná o domácí zdroj energie. Nejsme tedy závislí na jiných státech, tak jak je tomu např. u ropy nebo zemního plynu. V porovnání s fosilními palivy má biomasa však i řadu nevýhod. Patří sem například menší výhřevnost, větší měrný objem materiálu a s tím spojené vyšší nároky na skladovací prostory. Další nevýhodou oproti např. zemnímu plynu je poměrně složitá manipulace s palivem. Protože ve většině případech nelze surový materiál z biomasy, vzhledem k jeho povaze, ihned použít jako energetickou surovinu, je nutná jeho úprava a homogenizace. A právě zde je nutné využít technologii stříhání, štěpkování, drcení a lisování. Úprava biomasy je v mnoha případech finančně velice nákladná. Při výběru zařízení je důležité věnovat zvýšenou pozornost jeho parametrům. Musíme brát v úvahu, jaký druh materiálu bude stroj převážně zpracovávat. Opomenout nesmíme ani účel, k jakému bude konečný materiál používán.
49
K vhodnému využití biomasy k energetickým účelům se využívají jednotlivé technologie zpracování. Mezi technologicky nepropracovanější a u nás nejčastěji využívanou technologii patří spalování biomasy. Jejím produktem je tepelná energie, která je převážně určena k vytápění. K výrobě elektrické energie je účinnější využití „kogenerace“, což je kombinovaná výroba tepla a elektrické energie. K přednostem této technologie patří snadná automatizace, vznik menšího množství škodlivých látek při spalování a možnost spalování téměř veškeré pevné formy biomasy. Z ekonomického hlediska je cena zařízení relativně nízká a určuje ji převážně technologie spalování a instalovaný tepelný nebo elektrický výkon. K termochemickým procesům, kromě spalování, patří rovněž zplyňování a pyrolýza biomasy. Výsledným produktem zplyňování je výhřevný energetický plyn, jehož nevýhodou je, že při výstupu obsahuje velké množství dehtů, unášivých částic a pyrolýzních produktů. Bez čištění je jeho využití vhodné pouze pro spalování. Produktem rychlé pyrolýzy je pyrolýzní olej, který je nutný upravit na motorové či jiné biopalivo. Zplyňovací a pyrolýzní zařízení na biomasu se u nás téměř nevyskytují, kromě zařízení, která jsou ve vývoji a zkušební fázi. Mezi jejich hlavní nevýhody patří vysoká pořizovací cena a méně propracované technologie. Tyto technologie nejsou zatím příliš rozšířeny tak jako spalování, poněvadž vyžadují vyšší nároky na technologie a s tím spojené investice. I přesto zasluhují pozornost, a to zejména kvůli budoucnosti. Lze totiž předpokládat, že se budou podstatně zvyšovat nároky na podíl obnovitelných zdrojů ve výrobě energie. Proto můžeme očekávat rozsáhlejší využití stávajících technologií a je tedy důležité pokračovat v jejich rozvoji. Nejvhodnější technologií na zpracování odpadní biomasy je anaerobní fermentace. Jde o technologii, která jako jediná dokáže zpracovávat vlhké organické odpady. Jejím produktem je energeticky hodnotný bioplyn, který se nejčastěji využívá v kogeneračních jednotkách k výrobě elektrické energie a tepla. Výhodou anaerobní fermentace je ekologické odstranění organických odpadů a možnost využití zbylého odpadu po fermentaci jako hnojivo. Výstavbě bioplynových stanic, kterým se jako ekologickým elektrárnám, v době zvyšující se hrozby globálního oteplování, dostává výrazné podpory z vlády České republiky. Státní dotace, politická podpora, ale i některé dotační programy českých bank pomáhají v budování stanic po celé republice. Nejrozšířenější jsou bioplynové stanice v tradičně silných zemědělských oblastech. 50
Z ekonomického hlediska, ve srovnání se spalováním, jde o technologii dražší s nižším tepelným a elektrickým výkonem, ale u nás v poslední době velice rozšířenou. Mezi jejich nevýhodu patří zápach v okolí těchto zařízení. Problém však není zaviněn nedokonalými technologiemi nebo samotným principem bioplynových stanic, ale je především zapříčiněn lidským faktorem. I přes svoje nedostatky je bioplyn v kategorii energetických paliv jednou z nejlepších alternativ. Ve využitelnosti biomasy, počínaje vyprodukováním odpadu, konče vyrobenou elektřinou nebo teplem, určitě převažují klady nad zápory. Z nichž tím největším je určitě dopad na životní prostředí. Důležité ale je uvědomit si, že biomasu lze nazvat obnovitelným zdrojem pouze tehdy, když náklady na její zpracování a logistiku nepřesáhnou její energetický potenciál.
51
10 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY Literární zdroje: 1.
BROŽ, K., ŠOUREK, B.: Alternativní zdroje energie. 1. vyd. Praha: ČVUT, Fakulta strojní, 2003. 213 s. ISBN 80-01-02802-X.
2.
GRODA, B.: Technika zpracování odpadů. 1 vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1995, 213 s. ISBN 80-7157-164-4.
3.
GRODA, B.: Technika zpracování odpadů II. 1 vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1997, 168 s. ISBN 80-7157-264-0.
4.
KLOBUŠNÍK, L.: Pelety palivo budoucnosti. 1.vyd. České Budějovice: Sdružení harmonie, 2003. 112 s. ISBN 80-6842-476-3.
5.
KOLONIČNÝ, J., HASE, V.: Využití rostlinné biomasy v energetice. 1.vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2011.150 s. ISBN 978-80-248-2541-0.
6.
KOLAT, P., ROUBÍČEK, V., KOZACZKA, J.: Pokročilé energetické technologie - zplyňování biomasy a odpadů: Interviron 2B06068/A 04-03: ocenění a interpretace odezvy ekosystému na environmentální zátěž v ČR. 1. vyd. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2007, 96 s. ISBN 802481613.
7.
MALAŤÁK, J., VACULÍK, P: Biomasa pro výrobu energie. Praha: Česká zemědělská univerzita v Praze, 2008. 206 s. ISBN 978-80-213-1810-6.
8.
MURTINGER, K., BERANOVSKÝ, J.: Energie z biomasy. 1. vyd. Brno: ERA, 2006. 94 s. ISBN 80-7366-071-7.
9.
OCHODEK, T.: Možnosti energetického využití biomasy: sborník příspěvků ze semináře. 1.vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2005. 175 s. ISBN 80-248-0834-X.
10. OCHODEK T., KOLONIČNÝ, J., BRANC, M.: Technologie pro přípravu a energetické využití biomasy. 1.vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2007. 229 s. ISBN 978-80-248-1426-1. 11. OCHODEK T., KOLONIČNÝ, J., JANÁSEK, P.: Potenciál biomasy, druhy, bilance a vlastnosti paliv z biomasy. 1.vyd. Ostrava: VŠB – Technická univerzita Ostrava, 2006. 124 s. ISBN 80-248-1207-X. 12. PASTOREK, Z., KÁRA, J., JEVIČ, P.: Biomasa: Obnovitelný zdroj energie. Praha: FCC Public, 2004. 286 s. ISBN 80-86534-06-5. 52
13. PASTOREK, Z., KÁRA, J., PŘIBYL, E., a kol.: Výroba a využití bioplynu v zemědělství. Praha: VÚZT, 2007. 117 s. ISBN 978-80-86884-28-8. 14. PASTOREK, Z., KÁRA, J., HUTLA, P.: Využití organických odpadů ze zemědělské výroby a venkovských sídel: sběr, třídění a využití organických odpadů: zařízení pro termické zpracování organických odpadů. 1. vyd. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. 2008. 84 s. ISBN 978-80-86884-40-0. 15. SOUČEK, J.: Drtiče, štěpkovače a řezačky pro úpravu rostlinné biomasy. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, 2008. 58 s. ISBN 978-80-86884-31-8. 16. ZEMÁNEK,
P.:
Speciální
mechanizace,
mechanizační
prostředky
pro
kompostování. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2001. 114 s. ISBN 80-7157-561-5. 17. ZEMÁNEK, P., a kol.: Biologicky rozložitelný odpad a kompostování. 1.vyd. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i, 2010. 113 s. ISBN 978-8086884-52-3. Internetové zdroje 18. Zákon č. 185/2001 SB., o odpadech a o změně některých dalších zákonů. [online]. [citace 2013-02-04]. Dostupné z: http://www.inisoft.cz/strana/zákon-185-2001-Sb 19. Zákon č. 154/2010 Sb., kterým se mění zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů, ve znění pozdějších předpisů. [online]. [citace 2013-02-02]. Dostupné z: www.mvcr.cz/soubor/sb054-10-pdf.aspx 20. Zákona č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů.
[online].
[citace
2013-02-02].
Dostupné
z:
http://ftp.aspi.cz/opispdf/2012/059-2012.pdf 21. Vyhláška č. 381/2001 Sb., kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů), ve znění pozdějších předpisů. [online]. [citace 2013-02-02]. Dostupné z: http://www.inisoft.cz/strana/vyhlaska-381-2001-sb 22. Zákon č. 180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů). [online].
[citace
2013-02-22].
Dostupné
predpisy/zakon-c-180-2005-sb 53
z:
http://www.tzb-info.cz/pravni-
23. Vyhláška č. 341/2008 Sb. o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady a o změně vyhlášky č. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a změně vyhlášky č. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady, (vyhláška o podrobnostech nakládání s biologicky rozložitelnými odpady). [online]. [citace 2013-22-2]. Dostupné z: http://www.inisoft.cz/strana/vyhlaska-341-2008-sb 24. ŠTUDLAR, Z.: Úvod do problematiky energetického využívání biomasy. [online]. 2004 [citace 2013-02-22]. Dostupné z: http://biom.cz/upload/6e01d6d4c4835ec93cda508772f3bf6e/uvod_do_problematiky_ energetickeho_vyuzivani_biomasy.pdf 25. MALAŤÁK, J.: Spalování tuhých paliv, spalovací zařízení. [online]. 2006 [citace 2013-04-20]. Dostupné z: http://odpady.tf.czu.cz/p/spalpevpal.pdf 26. POHOŘELÝ, M, JEREMIÁŠ M.: Zplyňování biomasy-možnosti uplatnění. [online]. 2010 [citace 2013-04-20]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/zplynovani-biomasy-moznosti-uplatneni 27. JAKUBES, J., BELLINGOVÁ, H., ŠVÁB, M.: Moderní využití biomasy, technologické a logistické možnosti. [online]. 2006 [citace 2013-02-20]. Dostupné z: http://www.mpo-efekt.cz/dokument/02.pdf 28. BIOPROFIT.: Anaerobní technologie. [online]. 2007 [citace 2013-04-20]. Dostupné z: http://www.bioplyn.cz/at_popis.htm 29. SOME.: Prodej a servis zemědělské, lesnické a komunální techniky. [online]. 2009 [citace 2013-03-12]. Lesní technika. Dostupné z: http://www.somejh.cz. 30. SIMANOV V.: Výroba, zpracování a využití biomasy. [online]. 2008 [citace 201303-31]. Dostupné z: http://www.rarsm.cz/download/cd3/vyroba_zpracovani_vyuziti_biomasy.pdf 31. SKÁLA, Z., OCHODEK, T.: Energetické parametry biomasy. [online]. 2007 [citace 2013-03-31]. Dostupné z: http://oei.fme.vutbr.cz/enparbio.pdf 32. STAF, M., SKOBLJA, S., BURYAN, P.: Pyrolýza odpadní biomasy. [online]. 2003
[citace
2013-03-20].
Dostupné
z:
http://oei.fme.vutbr.cz/konfer/biomasa/Staf.pdf 33. PŘÍHODA, J.: Technologie pro zpracování dendromasy - těžebních zbytků. [online]. 2008 [citace 2013-04-19]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/technologie-pro-zpracovani-dendromasy-tezebnich-zbytku 54
34. STUPAVSKÝ, V.: Pelety z biomasy - dřevěné, rostlinné, kůrové pelety. [online]. 2010 [citace 2013-04-4]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/pelety-zbiomasy-drevene-rostlinne-kurove-pelety 35. STUPAVSKÝ, V., HOLÝ, T.: Brikety z biomasy - dřevěné, rostlinné, směsné brikety. [online]. 2010 [citace 2013-03-28]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/brikety-z-biomasy-drevene-rostlinne-smesne-brikety 36. KAJAN, M.: Bioplyn z odpadů živočišné výroby. [online]. 2005 [citace 2013-02-14]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/bioplyn-z-odpadu-zivocisne-vyroby 37. KAJAN, M: Výroba a využití bioplynu v zemědělství. [online]. 2002 [citace 201302-15]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/vyroba-a-vyuziti-bioplynu-vzemedelstvi 38. STAF, M. Výzkum termické konverze odpadní biomasy na plynná a kapalná paliva. [online]. 2005 [citace 2013-04-20]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborneclanky/vyzkum-termicke-konverze-odpadni-biomasy-na-plynna-a-kapalna-paliva 39. MOTLÍK, J., VÁŇA, J.: Biomasa pro energii (2) Technologie. [online]. 2002 [citace 2013-03-21]. Dostupné z: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasa-proenergii-2-technologie 40. JEVIČ, P., MALAŤÁK, J.: Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy.
[online].
2006
[citace
2013-04-20].
Dostupné
z:
http://odpady.tf.czu.cz/p/pz.pdf 41. RUF
s.r.o.:
Briketování.
[online].
2006
[citace.2013-03-20].
Dostupné.z:
http://www.brikettieren.de/brikettieren/verfahren/ 42. BUFKA, A., ROSECKÝ, D.: Obnovitelné zdroje energie v roce 2011. [online]. 2012 [citace 2013-02-24]. Dostupné z: http://www.mpo.cz/dokument49291.html 43. MOTLÍK, J., VÁŇA, J.: Biomasa pro energii (1) [online]. 2002 [citace 2013-03-20]. http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasa-pro-energii-1-zdroje 44. HRADUBICKÁ ENERGETICKÁ o.p.s.: Disponibilní zdroje odpadní biomasy použitelné
k energetickým
účelům.
[online].
[citace
2013-02-10].
http://www.hradubicka-energeticka.cz/projekty 45. TTS
GROUP.:
Boilers.
[online].
http://www.tts.cz/cz/boilers/orc.html
55
[citace
2013-02-21].
11 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Diskové pracovní ústrojí štěpkovače ............................................................ 23 Obr. 2 Bubnové pracovní ústrojí štěpkovačů ............................................................ 24 Obr. 3 Šnekový štěpkovač ........................................................................................ 24 Obr. 4 Kladivový drtič .............................................................................................. 27 Obr. 5 Pístový briketovací lis ................................................................................... 28 Obr. 6 Spalování paliva na pásovém roštu .............................................................. 33 Obr. 7 Schéma zplyňovačů – zleva protiproudý, souproudý, s křížovým tokem ...... 38
56
12 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Vývoj výroby elektřiny z biomasy .................................................................. 19 Tab. 2 Vývoj výroby elektřiny z biomasy podle druhů biomasy ................................ 20 Tab. 3 Vývoj výroby tepla z biomasy ........................................................................ 21 Tab. 4 Vývoj výroby tepla podle druhu biomasy ....................................................... 21
57
13 SEZNAM ZKRATEK MPO – Ministerstvo průmyslu a obchodu ORC – organický Rankinův cyklus KVET – kombinovaná výroba elektřiny a tepla
58
