ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA A BIOMASA

2003

2

ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA A BIOMASA Sborník přednášek Červen 2003

Editor: D. Andert a kolektiv autorů © Výzkumný ústav zemědělské techniky, Konzultační a poradenské středisko Drnovská 507, 161 01 Praha 6 2002 ISBN 80-903271-0-9

2

Obsah: Po kliknutí na vybraný název v obsahu, skočíte na zvolený text.

Technologické systémy péče o půdu ............................................................................ 4 Vzorová řešení linek na příjem, ošetřování a skladování zrnin v zemědělské prvovýrobě .................................................................................................................... 7 Mechanizované pracovní postupy pěstování, skladování a úpravy brambor .............. 13 Využití a obnova zemědělské techniky ....................................................................... 17 Biomasa pro výrobu tepla ........................................................................................... 22 Výroba a odbyt methylesterů mastných kyselin řepkového oleje (FARME) v České republice a návrh akčního plánu Evropské komise o alternativních palivech pro dopravu .................................................................................................. 26 Emise při spalování biomasy ...................................................................................... 30 Bioplyn ........................................................................................................................ 34 Energetické a průmyslové využití slámy ..................................................................... 37 Konzultační a poradenské středisko VÚZT, poradenská síť MZe............................... 39 Bioteplofikace venkovských sídel a podniků ............................................................... 40 Návrh náhrady hnědouhelného kotle v kotelně 2 x 300 kW ........................................ 47 Spalování biomasy s přídavkem uhlí .......................................................................... 51 Zpracování zbytkové biomasy kompostováním - technika pro kontrolované mikrobiální kompostování ........................................................................................... 53 Výzkum snížení emisí zátěžových plynů procesem řízeného mikrobiálního kompostování ............................................................................................................. 59 Desintegrace biomasy rostlinného původu ................................................................. 62 Emise metanu ze zemědělské činnosti ....................................................................... 66 Správná zemědělská praxe z pohledu zákona o ochraně ovzduší a o integrované prevenci .................................................................................................. 69 Briketování biomasy ................................................................................................... 72 Mechanické drcení zbytkové těžební biomasy v lesním hospodářství........................ 74 Reologie v technologických procesech ....................................................................... 78 Racionalizace mobilního terénního systému z hlediska ekologické čistoty práce....... 80 Optimalizace výkonnosti mobilního terénního systému pracujícího v lesním hospodářství, z hlediska minima emisí cizorodých látek............................................. 83

3

Technologické systémy péče o půdu Josef Hůla, Pavel Kovaříček, Václav Mayer, Marcela Vlášková Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha krátkodobé cíle to snad může být pochopitelné, z hlediska pohledu správného hospodaření na půdě je smíření se s vodní erozí půdy dlouhodobě neudržitelné. V podnicích, které hospodaří na svažitých pozemcích, dochází často k tomu, že vodní erozí jsou poškozovány pozemky s nejkvalitnější půdou v katastru. Exponované pozemky s vyšší svažitostí jsou již zatravněny, na nejúrodnějších pozemcích se často praktikuje velmi zjednodušený osevní sled se zařazováním plodin, které minimálně půdu před erozí chrání (kukuřice, brambory). Tyto nejkvalitnější scelené pozemky jsou zpravidla v příslušném roce osévány jednou plodinou, při zařazení uvedených plodin nedostatečně chránících půdu je nadměrná délka pozemků po spádnici bez přerušení příčinou dramatického poškozování kvality půdy smyvem zeminy i při mírném sklonu pozemků. Odnos zeminy postihuje negativně nejen úrodnost zemědělské půdy, ale způsobuje další škody včetně škod ekologických - zanášení vodotečí a vodních nádrží zeminou, kontaminace vodních zdrojů agrochemikáliemi. Výzkum ekonomicky přijatelných a ekologicky vhodných technologií zpracování půdy a zakládání porostů plodin VÚZT se v posledních letech zaměřil na výzkum v oblasti kvality mechanizovaných pracovních operací a energetické náročnosti strojů v postupech minimálního a půdoochranného zpracování půdy a zakládání porostů plodin. To spolu s výzkumem v oblasti pracovních operací a strojů pro hnojení a chemickou ochranu rostlin zahrnuje výzkum na úseku péče o půdu a porosty plodin. Na obr. 2 je příklad hodnocení vlivu velikosti pozemků na jednotkovou spotřebu motorové nafty při podmítce talířovým kypřičem s vysokou plošnou výkonností. Příklad hodnocení kvality práce strojů při mělkém zpracování půdy je uveden v grafech na obr. 3 – jedná se o hodnocení působení strojů na rostlinné zbytky předplodiny, v tomto případě na strniště a podrcenou slámu obilniny. Ponechání či neponechání většího množství rostlinných zbytků na povrchu půdy při jejím zpracování ovlivňuje následnou odolnost půdy vůči erozi. Součástí hodnocení pracovních postupů a jejich zajištění mechanizací je kalkulace nákladů na provoz strojů, stanovení spotřeby nafty a potřeby práce ve variantních pracovních postupech. Pro zjišťování exploatačních ukazatelů strojních souprav a spotřeby motorové nafty je využívána metoda monitorování provozu strojů s využitím družicové navigace v systému GPS. Na obr. 4 je ukázka grafického znázornění pohybu traktoru s přípojným strojem při podmítce.

Systémy a technologie zpracování půdy a zakládání porostů plodin jsou v současné době podrobovány kritické analýze a přehodnocování. Nové poznatky výzkumu a zájem praxe vedou k rozšiřování netradičních postupů zjednodušeného zpracování půdy. Vychází se přitom z přehodnocení odůvodněnosti jednotlivých mechanických zásahů do půdy, dosahování přijatelných nákladů, úspory práce a motorové nafty i z možného přínosu nových technologií k ochraně půdy před nepříznivými vlivy, zejména před vodní, případně i větrnou erozí. Současně s uvedením možných přínosů netradičních technologií zpracování půdy a zakládání porostů plodin – minimálního zpracování půdy, ochranného zpracování půdy – je nezbytné upozornit na možná rizika spojená se zaváděním těchto technologií. Pokud tyto technologie nejsou kvalifikovaně využívány jako systém, může dojít k rozvoji škodlivých činitelů s negativním vlivem na výnos plodin (šíření plevelů, chorob a škůdců plodin). Na obr. 1 jsou zjednodušeným způsobem znázorněny odlišnosti hlavních systémů zpracování půdy a setí. Schéma vyjadřuje rozdílnou hloubku zpracování půdy, odlišné rozmístění rostlinných zbytků, například slámy obilnin, v profilu ornice, rozdíly ve výstupu kapilární vody z půdní zásoby směrem k lůžku osiva a k povrchu půdy. Naznačení srážkové činnosti vyjadřuje ve schématu vhodnost příslušného způsobu zpracování půdy a založení porostu z hlediska klimatických podmínek. Například přímé setí (setí do nezpracované půdy) je zpravidla doporučováno do sušších a teplejších oblastí. Půdoochranné technologie, založené na mělkém zpracování půdy (podmítka, opakovaná podmítka), jsou doporučovány rovněž hlavně do sušších oblastí. Přednosti těchto technologií především z hlediska úspory času však vedou v podmínkách ČR k jejich rozšiřování i do oblastí se střední nadmořskou výškou a vyššími srážkami. Pro tzv. ochranné (půdoochranné) zpracování půdy je charakteristické, že nejméně 30 % povrchu půdy zůstane po zasetí plodiny pokryto rostlinnými zbytky. Tyto rostlinné zbytky, například podrcená sláma obilnin, zvyšují odolnost půdy vůči erozi v období, než se uplatní protierozní působení porostu plodiny. Uplatněním systémů zpracování půdy bez orby je možné omezit tvorbu a akumulaci nitrátového dusíku v půdě. V souvislosti se slaďováním naší legislativy s pravidly platnými v EU bude v tzv. zranitelných zónách nabývat na významu ochranné zpracování půdy bez orby. Ochrana půdy před erozí Vodní eroze půdy je jev, jehož nebezpečnost je stále podceňována. Při zaměření pozornosti na Kontaktní adresa Doc. Ing. Josef Hůla, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O.Box 54, 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233022 263, Fax: 233312507 E-mail: [email protected]

4

Obr. 1 Schéma systémů zpracování půdy z hlediska hloubky mechanických zásahů do půdy, rozmístění rostlinných zbytků v profilu ornice, uložení osiva v půdě a podnebí (KTLB 1999)

Spotřeba nafty (l.ha-1)

12 10 8 6 4 2 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Plocha (ha) Spotřeba nafty (l.ha-1) Obr. 2

Spotřeba nafty (l.ha-1)

Vliv velikosti pozemků na spotřebu motorové nafty při podmítce talířovým kypřičem

5

45

Zastoupení rostlinných zbytků [% hmotnosti]

100 90 80 70

54,30

60

58,40 37,90

50 40

c

31,00 30

19,20

25,50

31,10

20

50-100 mm

20,20

10

22,40

0-50 mm

0 Po podmítce talířovým kypřičem Dowlands

na povrchu půdy Po 2. podmítce radličkovým kypřičem ROSS Farmer

Po předseťové přípravě půdy kombinátorem Farmet

Obr. 3 Rozmístění posklizňových zbytků v půdě a na povrchu půdy při zpracování půdy založeném na opakované podmítce

Obr. 4

Příklad grafického záznamu pohybu strojní soupravy po pozemcích – podmítka radličkovým kypřičem

6

Vzorová řešení linek na příjem, ošetřování a skladování zrnin v zemědělské prvovýrobě Pavel Kroupa Výzkumný ústav zemědělské techniky − příjmový zásobník musí mít dostatečnou kapacitu, musí umožňovat sklápění zrna z dopravních prostředků do boku i nazad;

Základem racionální výživy je přísná kontrola, šetrné zpracování a přírodní stav potravinářských zrnin. Hlavní zásadou jsou minimální úpravy, které nesmějí snížit v žádném případě biologickou hodnotu potravinářských zrnin. Ošetřování, skladování a předzpracování potravinářských zrnin se v současné době provádí na stávajících posklizňových linkách. Technická úroveň těchto zařízení je většinou nevyhovující. Ošetřování a skladování potravinářských zrnin má svá specifika (především respektováním všech požadavků na zdravou výživu), která jsou odlišná od ošetřování a skladování ostatních zrnin. Vysoká biologická hodnota zrnin je měřitelná. Je dána energií a klíčivostí. Každá úprava a ošetřování může tyto hodnoty snížit, proto je třeba se snažit o co nejmenší zásahy a udržení v co nejpřirozenějším stavu. Vlastni sklizeň potravinářských zrnin vyžaduje také načasovat sklizeň tak, abychom dostali zrno z pole v plné zralosti. Ošetřování potravinářských zrnin ve skladovacím prostoru musí být řešeno intenzivním provzdušňováním. Provzdušňování potravinářských zmiň ve skladovacích prostorech musí být rovnoměrné, to znamená, aby některé partie nebyly přesušeny a některé partie neměly vyšší vlhkost než předepisuje ČSN. Základním požadavkem potravinářských zrnin je vlhkostní rovnoměrnost. Z toho důvodu je třeba dimenzovat intenzivní provzdušňování uskladněného 3 zrna tak, aby bylo dosaženo 20 - 30 m vzduchu na l tunu uskladněného zrna za l hodinu. To je elementární požadavek ošetřování potravinářských zrnin intenzivním provzdušňováním. U vertikálních dopravních cest, ani u věžových zásobníků nejsou v současné době řešeny kaskádové brzdíce zrna, které výrazně snižují jeho poškození při naskladňování do skladovacích prostorů. Pro vertikální dopravu zrna jsou také v současné době používány standardní korečkové elevátory s ocelovými korečky, které značně poškozují dopravované zrno. Pro dopravu (vertikální) potravinářských zrnin je třeba použít korečkové elevátory, které jsou vybaveny korečky z polyamidu, a to především o obvodové -1 -1 rychlosti do 1,8 m.s (luskovin do 0,9 m.s ).

− musí být vybaven kontinuálním uzávěrem, který zajistí plynulou regulaci toku zrna; − konstrukčně může být řešen jako přejezdný nebo nepřejezdný; − dimenze příjmu musí vycházet z celkové denní výkonnosti nasazených sklízecích mlátiček. Požadavky na intenzivní provzdušňování zrna − Podstata konzervace provzdušňováním je uskladněného zrna.

zrna intenzivním ve snížení teploty

− Vlhké zrno svým dýcháním produkuje teplo, které může způsobit jeho zapaření a tím jeho znehodnocení. Vzduch dodávaný provzdušňovacím ventilátorem do skladovacího prostoru zabraňuje nadměrnému vzniku tepla. − K aktivnímu intenzivnímu provzdušňování musí být použity výhradně středotlaké ventilátory, které jsou schopny zajistit dostatečné množství vzduchu, tj. 25 35 m-3 za l hodinu na l tunu uskladněného zrna i potřebný tlak. Aktivním provzdušňováním se: - snižuje teplota uskladněného zrna a tím se prodlužuje jeho skladovatelnost; - snižuje se vlhkost rovněž s příznivým vlivem na prodloužení skladovatelnosti zrna; - při snížení teploty pod 15 °C se zastavuje činnost škůdců a mikroorganizmů. Při dlouhodobém skladování zrna odpadá nutnost přepouštění za účelem snížení jeho teploty a udržení jeho dobrého zdravotního stavu. Energetická náročnost Při intenzivním provzdušňování zrna se měrná spotřeba elektrické energie pohybuje v rozmezí 10 až 12 kWh na 1 tunu uskladněného zrna při 4 % odsušku. Úspora LTO Intenzivním provzdušňováním se dosáhne úspory LTO průměrně 5 kg na 1 tunu ošetřeného zrna. Velmi cennou úsporou je především v aridních oblastech celková náhrada LTO za elektrickou energii při ošetřování zrna.

Základní požadavky na příjem, ošetřování a skladování potravinářských a krmných zrnin V nových podmínkách společenského vývoje, kdy směřujeme k tržnímu hospodářství, nabývají na významu sklady zrnin. Zemědělské podniky musejí usilovat o nejvyšší kvalitu své produkce a její prodej za nejvyšší cenu. Jestliže dříve se podstatná část produkce prodávala okamžitě zemědělské nákupní organizaci, dnes při napřímení vazeb mezi výrobcem a spotřebitelem tomu tak nemusí být. Aby výrobce mohl prodávat obiloviny v optimálním čase, kdy jsou ceny nejvyšší, potřebuje vhodné sklady.

Požadavky na skladování: − uskladněné zrno ve skladovacím prostoru nesmí ztrácet kvalitu požadovanou ČSN; − skladovací prostory musejí umožnit rychlý příjem zrna tak, aby se nesnižovala výkonnost vlastní sklizně; − při výstavbě skladovacích prostorů je třeba respektovat podíl jednotlivých partií, podle toho je

Požadavky na příjem zrna Výkonnost příjmu je limitujícím faktorem posklizňové linky:

7

korečkovým elevátorem dopraveno do expedičních zásobníků.

třeba stanovit jednotkovou kapacitu zásobníků 60 – 150, 200, 500, 1000 t, případně 2500t; − skladovací prostory musejí zajistit plynulý příjem zrna;

Základní technické a technologické údaje linky: - příjem a předčištění zrna 2 x 80 t.h'1 - skladovací kapacita 4 x 1000 t 2 x 500 t 2 x 150 t - maximální vlhkost naskladněného zrna 22 % - ošetřování zrna intenzivním provzdušňováním -1 - standardní předčištění 20 t.h - expedice zrna 3 x 35 t - instalovaný výkon elektrické energie 210 kW

− expediční část posklizňové linky musí respektovat požadavky na expedici ošetřeného zrna, tj. čištění a třídění; − počet expedičních zásobníků musí být volen tak, aby jejich celková skladovací kapacita odpovídala minimálně dvoudenní výkonnosti čistících a třídících strojů; − příjmová linka na zrno musí zajistit příjem, předčištění a ošetření ve skladovacím prostoru nebo příjem a předčištění s možností přímé expedice. Všechny tyto požadavky musejí být respektovány již v předprojektové studii, v zadání stavby a prováděcím projektu.

Linka - skladovací kapacita 4 x 500 t, -1 zásobníky s rovným dnem, příjem 80 t.h , realizace ZOD Potěhy Vlastní příjem zrna je řešen podúrovňovým příjmovým zásobníkem, který je samozřejmě vybaven kontinuálním uzávěrem pro plynulou regulaci toku přijímaného materiálu, zrna. Délka příjmového podúrovňového zásobníku je 9 m, kapacita 40 t, umožňuje sklápění zrna z dopravních prostředků do boku i nazad. Předčištění zrna je řešeno aspiračním zařízením, skladování zrna je řešeno v zásobnících DENIS-PRIVÉ s rovným dnem o jednotkové skladovací kapacitě 500 t. Uskladněné zrno v zásobnících je ošetřováno intenzivním provzdušňováním. Expediční část linky je tvořena třídičkou a dvěma expedičními podjezdnými zásobníky. Vzhledem k tomu, že na lince jsou ošetřovány řepka a kukuřice na zrno, je vybavena sušičkou.

Linka – skladovací kapacita 4 x 1000 t, 2 x 150 t, 2 x 500 t, tedy celková skladovací kapacita 5300 t, příjem -1 2 x 80 t.h , realizace – Zemědělská společnost a.s. Bystřice, Kratonohy Příjmovou část línky tvoří dva příjmové podúrovňové zásobníky. Kapacita každého příjmového podúrovňového zásobníku je 60 t, délka 9 m. Příjmové podúrovňové zásobníky umožňují sklápění zrna z dopravních prostředků do boku i nazad. Z těchto příjmových zásobníků je zrno dopraveno pomocí vertikálních a horizontálních dopravních cest do předčističky ASP - 750 na jedné příjmové větvi, na druhé příjmové větvi je předčištění zrna řešeno aspiračním zařízením. Takto předčištěné zrno je korečkovými elevátory dopraveno samospádem do věžových zásobníků systém LIPP, kde je intenzivně provzdušňováno. Vyskladňování zásobníků je řešeno gravitací na pásové dopravníky, kterými je zrno dopraveno na třídičku a vytříděné zrno je pak LINKA NA PŘÍJEM, OŠETŘOVÁNÍ A SKLADOVÁNÍ ZRNA

1 – PŘÍJEM 2 – PŘEDČIŠTĚNÍ 3 – ZÁSOBNÍKY 4 – VENTILÁTORY 5 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY

8

TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY

1 – PŘÍJMOVÝ ZÁSOBNÍK 2, 8, 11, 12, 16, 19, 23, 28, 29 – PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY 3, 13, 20, 24 – KOREČKOVÉ ELEVÁTORY 10 – SUŠIČKA 22 – PODJEZDNÉ EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY 26 – ZÁSOBNÍKY DENIS PRIVÉ ∅ 8 m 27 – PROVZDUŠŇOVACÍ VENTILÁTORY

Věžové zásobníky DENIS-PRIVÉ o skladovací kapacitě 500 t s rovným dnem

Navržená technologie posklizňového ošetřování a skladování zrna umožňuje následující operace: - příjem zrna, aspirační předčištění a přímou expedici; - příjem zrna, aspirační předčištění, třídění a přímou expedici; - příjem zrna, aspirační předčištění, sušení zrna a skladování v zásobnících; - příjem zrna, aspirační předčištění, skladování, sušení a přímou expedici; - příjem zrna, aspirační předčištění, uskladnění a intenzivní provzdušňování; - ošetřené zrno ze zásobníků lze třídit a přímo expedovat; - příjem zrna, aspirační předčištění, ošetření zrna v zásobnících intenzivním provzdušňováním a zrno určené např. ke krmným účelům lze přímo expedovat.

jednotkové

Základní technické a technologické údaje linky: - příjem a předčištění zrna 80 t.h-1 - skladovací kapacita 4 x 500 t - maximální vlhkost naskladněného zrna 22 % - ošetřování uskladněného zrna intenzivním provzdušňováním -1 - standardní třídění 20 t.h - expedice zrna 2 x 35 t - instalovaný výkon elektrické energie 272 kW

Expediční část linky

9

Linka na příjem, ošetřování a skladování potravinářských zrnin v upravených silážních věžích VÍTKOVICE Podle návrhu VÚZT Praha 6 - Ruzyně byla v Zemědělské akciové společnosti Podchotucí a. s. Křinec realizována úprava stávajících silážních věží VÍTKOVICE pro ošetřování a skladování zrnin. Cílem řešení bylo využít stávající silážní věže VÍTKOVICE, které již delší dobu nebyly k tomuto účelu využívány, pro ošetřování a skladování zrnin.

Základní technické a technologické údaje linky: - výkonnost příjmu 80 t.h-1 - hrubé předčištění zrna 80 t.h-1 - průměr zásobníku 8,57 m - skladovací kapacita 4 x 750 t - expedice zrna 2 x 35 t - maximální vlhkost naskladněného zrna do zásobníků 20 % - instalovaný výkon elektrické energie 93,6 kW

TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY

1 – PŘÍJMOVÝ ZÁSOBNÍK 2, 6, 9, 11, 16, 17, 18 – PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY 3 – ASPIRAČNÍ KOMORA 4, 15 – VENTILÁTORY 5 – PRACHOVÁ KOMORA 7 – KOREČKOVÝ ELEVÁTOR 8, 12, 13 – REGULAČNÍ PRVEK 10 – VĚŽE VÍTKOVICE 14 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY

Celkový pohled na linku o skladovací kapacitě 4 x 750 t, zásobníky – upravené stávající senážní věže VÍTKOVICE

Expediční část linky

Linka na příjem, ošetřování a skladování potravinářských zrnin o celkové skladovací kapacitě 4 x 1000 t Linka byla zrealizována podle návrhu VÚZT Praha - Ruzyně v ZOD Kačina se sídlem ve Svatém Mikuláši. Základní technické a technologické údaje linky: - výkonnost příjmu 80 t.h-1 - předčištění zrna 75 t.h-1 - skladovací kapacita 4 x 1000 t - čistění zrna max. 40 t.h-1 - ošetřování zrna intenzivním provzdušňováním - max. vlhkost zrna naskl. do zásobníků 20 % -1 - sušení (kukuřice) 7 t.h (30 % na 15 %) - expedice zrna 4 x 35 t

- Inst. výkon el energie cca 280 kW Příjmová linka umožňuje: - příjem, předčištění (aspiračním zařízením i předčističkou PO-750) a přímou expedici; - příjem předčištění, skladování v zásobnících o jednotkové skladovací kapacitě l000 t; ošetřování intenzivním provzdušňováním a přímou expedici; - příjem, předčištění (aspiračním zařízením), čištění a přímou expedici; - příjem předčištění, čištění, sušení a přímou expedici; - příjem, předčištění, sušení, skladování, čištění (linku lze rozšířit o zařízení na třídění zrna) a expedici; příjem, předčištění (aspiračním zařízením), skladování, ošetřování intenzivním provzdušňováním, čištění a přímou expedici.

Celkový pohled na linku o skladovací kapacitě 4 x 1000 t – zásobníky LIPP

TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY

PŮDORYSNÉ USPOŘÁDÁNÍ LINKY 1 – PŘÍJEM ZRNA 2 – PŘEDČIŠTENÍ – ČIŠTĚNÍ ZRNA 3 – SUŠENÍ ZRNA 4 – VERTIKÁLNÍ A HORIZONTÁLNÍ DOPRAVA 5 – ZÁSOBNÍKY SYSTÉM LIPP 6 – PROVZDUŠŇOVACÍ VENTILÁTORY 7 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY

Expediční část linky

TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY

1 – PŘÍJMOVÝ ZÁSOBNÍK 2, 14, 19, 23, 24, 26, 28, 29, 33 – PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY 3, 11, 15, 31 – KOREČKOVÉ ELEVÁTORY 4 – ASPIRAČNÍ KOMORA 5, 18 – VENTILÁTORY 6 – PRACHOVÁ KOMORA 7, 13, 16, 20, 30, 32 – REGULAČNÍ PRVKY 8 – ČISTIČKA 9 – PŘEDČISTIČKA 10 – ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK 12, 22, 25 – ZÁSOBNÍKY 17 – VĚŽOVÉ ZÁSOBNÍKY LIPP 21 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY 27 – SUŠIČKA

varianty a nalezne optimální, tj. finančně přijatelné řešení. Na základě požadavků každého investora, spolu s dalšími organizacemi, zajistíme:

Měrné investiční náklady Skladovací kapacita (t)

Měrný investiční náklad na l t zrna (Kč)

200

2180 ÷ 2330

500

1662 ÷ 1712

l 000

l 520 ÷ l 550

200

2035

• spolupráci při provádění stavby,

500

1798

l 000

1450

Malokapacitní věžové zásobníky

82

2390

• provozně-ekonomické vyhodnocení každé stávající posklizňové linky s návrhem technického a technologického doporučení,

Stávající upravené silážní věže VÍTKOVICE

750

282

Typ zásobníku

LIPP

DENIS - PRIVÉ

• přípravu zakázky, • návrh vlastní stavby s analýzou podkladů, • vypracování kompletního projektu stavby, • realizaci stavby,

• vzduchotechnická měření při provzdušňování uskladněného zrna, • návrh a realizaci linek na výrobu krmných směsí. Spolupráce při řešení posklizňových linek s VÚZT sleduje jeden cíl: minimální investiční náklady na uskladnění 1 tuny zrna a rychlou návratnost investic.

Závěr Výstavba linek na příjem, ošetřování a skladování potravinářských zrnin vyžaduje značné finanční částky. Proto doporučujeme všem zájemcům o řešení vhodných skladů obrátit se na VÚZT Praha 6 - Ruzyně, který v “Předprojektové studii stavby“ posoudí všechny možné

Výsledky prezentované v tomto článku byly získány při řešení projektu NAZV EP 7068 a QD 1201.

Kontaktní adresa: Ing. Pavel Kroupa, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O. BOX 54, 161 01 Praha 6 Ruzyně Tel.: 233022301, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]

12

Mechanizované pracovní postupy pěstování, skladování a úpravy brambor Josef Fér Výzkumný ústav zemědělské techniky se tím odkrytí hlíz a jejich zelenání. Při dodržení počtu vysazených hlíz na hektar se dosáhne vyšší výnos, větší výtěžnost, dochází k tvorbě větších hlíz. Porost je více provzdušněn a tím se snižuje riziko výskytu plísní.

Celková plocha brambor v České republice se postupně snižuje. Ze 109 299 ha v roce 1990 poklesla v roce 2002 pod 50 000 ha, z toho plocha raných brambor se pohybuje kolem 16 000 ha. Celková produkce v roce 2002 činila 1 172 000 t, z toho raných 227 530 t. Celková spotřeba brambor na osobu činila 76 kg, z toho raných brambor 15 kg.

V provozu stále zůstává nejčastěji používaným sazečem pro pozdní brambory typ Mars a pro sázení raných předklíčených brambor licenční 4SK-290, oba dříve vyráběné v Agrostroji Komárno.

V současném období se stává aktuálním obměna techniky pro sázení brambor, přípravu půdy pro sázení brambor i hnojení. Dosud nejrozšířenější sazeče Mars s kotoučovým sázecím ústrojím a sklopnou násypkou pro doplňování sadby se již v bývalém Agrostroji Komárno nevyrábějí. Do této oblasti se promítá i vývoj pracovních postupů, pro oblasti s výskytem kamenů v půdě zavádění záhonového odkamenění půdy před sázením brambor, organizace porostu, použití meziřádkových vzdáleností 900 mm.

Klíčovou operací před vlastním sázením brambor je nakypření půdy do dostatečné hloubky (140 – 200 mm) a aplikace průmyslových hnojiv. Ve velké části produkčních oblastí je hlavním problémem vysoký podíl kamenů v půdě, které způsobují při sklizni a dopravě mechanické poškození hlíz, snižování jejich kvality a skladovatelnosti. Řešením tohoto problému je pracovní postup záhonového odkamenění před sázením. Spočívá ve vytvoření rýh do hloubky cca 250 mm ve vzdálenosti rovnající se dvojnásobku meziřádkové vzdálenosti. Prostor mezi rýhami se zpracovává separátorem s prosévacím ústrojím, které půdu nakypří, hlínu proseje a kameny pomocí příčného dopravníku uloží do vytvořených rýh. Pokud se v půdě vyskytují kameny větší než 150 mm, mohou být odděleny do zásobníku a na konci pozemku vyklopeny. Pracovní postup byl ve VÚZT ověřován již v letech 1986 – 87 se zařízením firma Grimme a svépomocnou přestavbou starého sklízeče.

Požadavky na sázení brambor vychází z potřeby optimálního uložení hlíz v půdě a zajištění podmínek pro provádění mechanizovaných operací. Potřeba sadby je dána požadovaným počtem hlíz na hektar. Pro sadbové porosty se požaduje 50 000 hlíz na hektar a nesmí být překročen normou stanovený maximálně přípustný podíl vynechávek. U konzumních brambor se pohybuje počet vysazených hlíz mezi 40 – 50 tis. hlíz na hektar. Velikost hlíz k sázení je dána požadavky definovanými v normě ČSN 46 2045. Vychází z požadavku na sázení hlíz potřebné hmotnosti. Malé hlízy mají nedostatečnou zásobu živin potřebných pro vzcházení. Větší hlízy enormně zvyšují potřebnou hmotnost hlíz vysázených na hektar. Sadba se dosud třídí podle velikosti tříděním na sítech s čtvercovými otvory. Pro zajištění přibližně stejné hmotnosti sadbových hlíz nezávisle na jejich tvaru je pro hlízy kulovité až kulovitooválné stanoveno rozmezí 35 až 55 mm, u hlíz oválných až dlouhých 30 až 50 mm. Velikostní rozmezí každé skupiny odrůd (sadba jednotného třídění) je možné dělit na sadbu dvojího třídění – sadba malého třídění (35 – 45 mm nebo 30 – 40 mm), sadba velkého třídění (45 – 55 mm nebo 40 – 50 mm). Lepší je používání sadby malého třídění (menší potřeba sadby, méně časté doplňování sadbou), sadba malého třídění je však dražší. Zejména pro nové typy lžičkových a miskových sazečů je žádoucí, aby bylo prováděno dvojí třídění pro snížení výskytu vynechávek a dvojáků.

V letech 1990 – 2000 jsme ve VÚZT prováděli ověřování postupu v provozních podmínkách i při polnělaboratorních zkouškách. Bylo zjištěno, že zavedením -1 nového postupu došlo ke zvýšení výnosu z 39,12 t.ha -1 -1 na 49,62 t.ha , což je nárůst o 10,5 t.ha zajištěný dokonalejší přípravou půdy. Rozdíl v těžkém poškození hlíz při sklizni na neodkameněné půdě je 7,57 %, na odkameněné půdě pouze 5,47 %. Ztráta tradiční technologie pro překročení limitu těžce poškozených nad -1 normou tolerovaných 6 % činí 1,57 %, tj. 0,628 t.ha . -1 Celkový přínos nové technologie je 11,128 t.ha za cenu -1 nárůstu nákladů o 2404,- až 14 138,- Kč.ha . Do toho výpočtu však není zahrnuto zlepšení vnitřní kvality brambor, které je ekonomicky obtížně vyčíslitelné, ale je rozhodující pro prodejnost brambor. Výrobci nabízejí širokou škálu sazečů se záběrem 2 až 8 řádků. Z u nás neznámých principů sázecích ústrojí je zajímavý holandský Koningsplanter. Pro různé nasazení se sazeče vybavují adaptéry: Adaptéry pro pásové hnojení tuhými hnojivy při sázení umožňují uložit hnojivo v optimální vzdálenosti od hlíz, snížit dávku a náklady na hnojivo. Adaptéry pro pásové hnojení brambor kapalnými hnojivy, při sázení umožňují optimální formu hnojení. Při snížení dávek hnojiv umožňují zvýšení výnosu. Nádrž se umisťuje na předním tříbodovém závěsu traktoru. Ke každému řádku hlíz v optimální vzdálenosti od hlíz v pohotové formě – bez ztrát je aplikováno hnojivo. Nože pro zapravení kapalného hnojiva se umisťují buď na rám sazeče nebo na speciální vložený rám mezi tříbodový závěs traktoru a sazeče. Přesné dávkování kapalného

Pro optimální zjištění množství sadby se zavádí v Anglii prodej sadby dle počtu hlíz. V Anglii dodává firma Reekie zařízení na počítání hlíz. Meziřádková vzdálenost ve většině zemí je 750 mm, pro zamezení poškození hlíz koly mechanizačních prostředků je třeba, aby šířka pneumatik nepřekročila 12 palců. Meziřádková vzdálenost 900 mm umožňuje použití výkonnějších traktorů bez rizika poškození porostu, poškození hlíz v hrůbcích koly traktorů. Zamezí

13

hnojiva je zajišťováno elektricky poháněným hadicovým čerpadlem. V následující tabulce jsou uvedeny výsledky 20-ti letých ověřování dle firmy Hydro z Anglie.

radlic a doplněním o sběrací adaptéry upravit pro sběr nařádkovaných brambor. Sklízeče v jednořádkovém provedení jsou vyráběny v nepřeberném množství variant kombinací pracovních a rozdružovacích ústrojí. Převažují sklízeče s bočním vyoráváním, kdy kola traktoru i sklízeče se pohybují po sklízené ploše. Bývají vybaveny jedním nebo více rozdružovacími ústrojími, přebíracím stolem a zásobníky s vyprazdňovacím pohyblivým dnem s kapacitou do 2 t brambor.

Snížení dávky Zvýšení kapalného hnojiva v výnosu v % % Yorkshire 9,0 14,0 Lincolnshire 15,7 18,3 Cambridgeshire 15,3 16,2 Norfolk 25,0 19,6 Shropshire 11,3 20,6 Scotland 2,0 10,6 Average 13,1 16,6 V souvislosti se zvyšováním požadavků na kvalitu konzumních brambor se rozšiřují adaptéry na kapalné moření sadby při sázení proti kořenomorce. Oblast

Dvou a víčeřádkové sklizňové stroje − −

Sazeče brambor mohou být vybaveny sklopnými zásobníky, do kterých lze sklápět sadbu z dopravních prostředků nebo použít lehkých levnějších sazečů s pevnou násypkou a použít některý z mechanizmů pro plnění sadby.

Sklízeče brambor bývají vybaveny jedním nebo více rozdružovacími ústrojími na oddělování příměsí a zpravidla i přebíracím stolem. Vyorávací nakladače jsou určeny především pro sklizeň v půdách bez kamenů a velkého výskytu hrud nebo z odkameněných ploch. Zpravidla jsou bez mechanických rozdružovacích ústrojí, alternativně mohou být vybaveny přebíracím stolem nebo být bez něj. Mezi oběma skupinami však nelze stanovit přesnou hranici.

Z hlediska počtu řádků převažují stroje dvouřádkové, méně často čtyř nebo třířádkové. Převažuje provedení přívěsné, pro jízdu traktoru v řádcích, za kterým je tažen sklízeč. Poslední varianty sklízečů firem Grimme a Wühlmaus umožňují, i u dvouřádkových variant sklízečů s rozdružovacím ústrojím i zásobníkem, boční vyorávání. Nezbytností je zařízení pro automatické navádění na řádky. U dvouřádkových sklízečů i vyorávacích nakladačů převažuje přímé nakládání do vedle jedoucích dopravních prostředků. V rovných terénech je efektivní použití zásobníků se samovyprazdňovacím dnem. Použití nízkotlakých pneumatik umožňuje dosáhnout nižšího utužení půdy než je tomu u stávajících sklízečů bez zásobníku. V samojízdném provedení jsou nabízeny vyoravací nakladače ve dvou až čtyřřádkovém provedení. Mohou být vybaveny čelně nesenými rozbíječi natě a plevelů, které ukládají na sklizenou plochu.

Pokud se týká sazečů pro předklíčenou sadbu, je zajímavé řešení VÚZT, které umožňuje sázení raných brambor ze speciálních předkličovacích palet, které jsou překládány z dopravního prostředku vlastní hydraulickou rukou. Za jízdy se palety se sadbou postupně šetrně sklápí do vyrovnávacího mezizásobníku. Perspektivy vývoje technologií pro sklizeň brambor V podmínkách České republiky převažuje přímá sklizeň brambor dvouřádkovými sklízeči. Sklizeň malých ploch se částečně zajišťuje prosévacími vyorávači a ručním sběrem. Jednořádkové sklízeče se u nás převážně používají pro sklizeň velmi raných brambor, které se po přebírání na sklízeči ihned pytlují a bezprostředně expedují do obchodní sítě. Ve VÚZT byla dříve ověřována i dělená sklizeň brambor, vyorané brambory byly ukládány na povrch pozemku, což mělo umožnit oschnutí a získání větší odolnosti proti mechanickému poškození. Problémem je, že doba po kterou mohou zůstat hlízy v řádcích nestačí pro dostatečné zpevnění povrchu hlíz. Pokud na řádcích zůstanou společně i nerozpadlé hroudy, hrozí nebezpečí, že po vyschnutí ztvrdnou a dojde k potížím s jejich následným oddělením. Postup nelze uplatnit na kamenité půdě, je nežádoucí též zmoknutí nařádkovaných hlíz. Pokud hlízy déle leží na světle, dochází k jejich nežádoucímu zelenání.

V samojízdném provedení jsou nově nabízeny i kombinované sklízeče s rozdružovacím ústrojím, s přebíracím stolem a zásobníkem až na 6 t brambor. Firma Grimme nově předvedla i samojízdný čtyřřádkový sklízeč SF-3000, vybavený posuvným podvozkem s gumovými pásy a pneumatickým odpružením, vpředu je vybaven hydraulicky poháněnými řídícími koly, pásovou váhou umožňující tvorbu výnosových map. U přívěsných sklízečů je obvyklé natáčení kol podvozku na souvrati. Jako příplatkové zařízení bývá hydraulické řízení oje a naklápění sklízečů na svahu, které může být ovládáno ručně nebo automaticky.

Řádkovače jsou nabízeny ve dvou až čtyřřádkovém, převážně přívěsném, provedení, Některé čtyřřádkové samojízdné sklízeče lze upravit pro řádkování.

Vyorávací ústrojí se používá s plochými dělenými pasivními radlicemi. Správné zahloubení a kopírování terénu umožňují válce, které kopírují profil hrůbků. Firma Amac nabízí válce s pružným povrchem, který umožňuje samočištění při práci ve vlhkých půdách.

Pro sklizeň ekologicky pěstovaných brambor se v zahraničí používá k ukončení vegetace a zamezení infekcí hlíz plísněmi jejich vyorávání a opětné zahrnutí pomocí disků s ponecháním v nově vytvořených hrůbcích.

Hlavním ústrojím zůstavají prosévací pásy pro oddělení zeminy. Vývoj směřuje ke snižování rizik poškození hlíz pogumováním prosévacích prutů a změnou upevnění prutů k unášecím pásům. Zajímavé je uchycení prutů do profilovaných unášecích pásů u sklízečů Grimme a průchozí upevnění prutů v unášecích pásech u sklizečů Reekie. Zachycování zbytků natě na

Většina sklízečů umožňuje i sklizeň v meziřádkových vzdálenostech 750 až 900 mm, po úpravě vyorávacího ústrojí i z ploch třířádkových záhonů. Některé sklízeče lze vyjmutím vyorávacích

14

vstupu prosévacích hranolů umožňují odpružené přítlačné kladky. Zlepšení prosévání a rozprostření na prosévacích pásech umožňují příčně kmitající pružné prsty na lištách nad pásy.

uplatnění GPS s cílem diferenciace zásahů na plochách brambor, aplikace hnojiv a chemikálií. Na výstavě Agritechnica byl oceněn zlatou medailí čtyřřádkový samojízdný sklízeč Grimme SF 30015. Jedná se o čtyřřádkový samojízdný sklízeč vybavený čelním rozbíječem s dopravníkem natě na sklizenou plochu. Je vybaven zásobníkem na 15 t brambor. Hydraulický pohon pracovních a rozdružovacích ústrojí umožňuje optimalizovat funkční parametry. Nové je i řešení podvozku. Pásový podvozek s hydrostatickým pohonem, pneumaticky odpruženým, umožňuje práci i při velké vlhkosti půdy. Řídící kola jsou umístěna v zadní části, zvýšila se tím manévrovací schopnost stroje a možná je i práce na svazích. Na přání může být vyorávací ústrojí přestavitelné pro meziřádkové vzdálenosti 750 a 900 mm. Podvozek umožňuje dosáhnout při otáčení na souvrati vnitřní rádius menší než 1,5 m.

Významnou novinkou je možnost regulace intenzity prosévání za jízdy v závislosti na prosévatelnosti a zaplevelení půdy. Umožní to dosažení optimálního odhlinění při minimálním poškození hlíz. Děje se tak elektricky nastavovanou výškou amplitudy natřásacího ústrojí. Nová originální regulace prosévání je použita u vyorávacích nakladačů Grimme GZ - 1700. Umožňuje za provozu přestavovat zvlnění prosévacího pásu a tak regulovat intenzitu prosévání. Některé typy sklízečů umožňují v době, kdy není na poli k dispozici dopravní prostředek, ukládat sklizené hlízy mezi dva dosud nevyorané řádky. Děje se tak reverzací pohybu nakládacího pásu (Kverneland, Pierson, Grimme DL - 1700). U sklízeče Kverneland je možné ukládání hlíz do řádků i nakládacím koncem dopravníku. Kromě minimalizace poškození hlíz řízením výšky dopravníku, je možné minimalizovat poškození hlíz úpravou dopravních prostředků např. použitím odpružených plachet pro zachycení prvních hlíz před pádem na dno. Konce nakládacích dopravníků mohou být vybaveny odpruženou tlumící násypkou, která také omezuje riziko kolize dopravníku s dopravním prostředkem. Pokud je na strojích použit zásobník, je při jeho vyprazdňování poškození hlíz nižší než při průběžném nakládání dopravníkem. Zásobníky mohou být vybaveny tlumící pružnou násypkou. Zajímavé řešení plnění palet pod sklízečem bylo předvedeno ve Skotsku. Speciální dopravní prostředek má nad paletami o obsahu 2 t velké tlumící násypky, které se během plnění postupně hydraulicky zvedají.

Novinkou bylo předvedení čtyřřádkového samojízdného sklízeče firmy Holmer z Německa, která se doposud zabývala pouze výrobou sklízečů cukrovky. Jedná se o čtyřřádkový samojízdný sklízeč brambor, vybavený zásobníkem na 16 t brambor. Je vybaven tříosým páteřovým podvozkem se všemi poháněnými a řiditelnými koly, kloubově je uložena přední řídící osa. Automatické vyrovnávání svahu umožňuje práci na pozemcích se sklonem do 10 °. Vpředu je rovněž umístěn čelní rozbíječ natě s jejím bočním odsunem. Na prvním strmém prosévacím dopravníku je vyoraný materiál unášen pomocí vrchního dopravníku s hrabicemi, který má regulovatelnou rychlost. Podle podmínek je možné použít rozdružovací ústrojí s hvězdicemi nebo axiálními šnekovými válci. Pro práci v půdách s obsahem kamenů lze provést jednoduchou výměnu rozdružovacího ústrojí.

V zahraničí se pro dopravu z pole používají i speciální dopravní prostředky na automobilech nebo přívěsech. Vrchní část bočnic lze hydraulicky sklopit, aby při začátku plnění bylo možné snížit výšku plnění. Po částečném zaplnění se vrchní část bočnic opět zvedne. Šikmé dno má ve dně uložený vyprazdňovací dopravník. Umožní vyprázdnění bez poškození a bez sklápění na lince. Bývají vybaveny i srolovanou plachtou, která zamezí zmoknutí hlíz při dopravě.

Firma Grimme předvedla dvouřádkové sklízeče vybavené třístupňovým rozdružovacím ústrojím, přebíracími stoly, zásobníkem na 6 t brambor a bočním vyoráváním v provedení přívěsném SE 150-60 a samojízdném SF 150-60. Obě varianty vylučují poškození hlíz v řádcích koly. U samojízdné varianty se pro transport řídící dvojice kol včetně kabiny řidiče přesune hydraulicky před vyorávací ústrojí. Rozdružovací ústrojí umožňuje šetrnou sklizeň brambor i na pozemcích s výskytem kamenů a hrud bez poškození hlíz.

V souvislosti se snižováním mechanického poškození hlíz začíná se při sklizni v zahraničí uplatňovat hledisko, aby se sklizeň prováděla pokud o možno při teplotách nad + 8 C. Výkupní organizace kontroluje, zda je tato hodnota dodržena.

Dvouřádkový přívěsný sklízeč Racer 6500 Netagco Wűhlmaus vznikl z původních typů 2733 a ZSR 6000 (KET Weimar). Je vybaven dvouřádkovým bočním vyoráváním, modulovým rozdružovacím ústrojím na gumovém prstovém dopravníku, přebíracím stolem a zásobníkem na 6 t brambor.

Před zavedením záhonového odkameňování půdy byl ve VÚZT ověřován i systém pneumatického rozdružování brambor a kamenů přímo na sklízečích brambor. Dále jsme prováděli objektivní vyhodnocování mechanického zatížení hlíz pomocí měřící koule PMS60 na různých sklízečích. Umožnilo to registraci mechanické zátěže v jednotlivých ústrojích sklízeče a ověřit možnosti jejího omezování.

Firma „dewulf“ představila dvouřádkový samojízdný sklízeč R 3000 Mega. Je vybaven bočním vyoráváním, řídící dvoumontáž kol jede po sklizené ploše, vpředu je vybaven čelním rozbíječem s bočním odsunem natě. K rozdružení slouží gumové prstové pásy a axiální válce. Za přebíracím stolem je samovyprazdňovací zásobník na 6 t brambor, který může být na přání nahrazen zásobníkem na 12 t brambor při použití tandemového podvozku.

Perspektivně lze u sklízečů brambor očekávat další zdokonalování pracovních orgánů, zvyšování podílu sklízečů vybavených zásobníkem, zavádění automatického navádění na řádky, postupný nárůst podílu samojízdných sklízečů, automatické řízení výšky nakládacího dopravníku, zavádění pásových vah a výzkumné ověření možností a algoritmů pro provozní

Firma Grimme rovněž představila kromě již i u nás běžně používaného dvouřádkového vyorávacího nakladače GZ 1700 DLS s regulací intenzity prosévání

15

dešťů. Jejich použití je však vyloučeno na pozemcích, kde bylo uplatněno dvouřádkové záhonové odkamenění.

za provozu změnou zvlnění prosévacího pásu i samojízdnou verzi. Používá rovněž pneumaticky odpružený podvozek s gumovými pásy, přední řiditelná kola jsou vybavena hydropohonem.

Prolínáním různých modulových prvků postupně mizí hranice mezi sklízeči a vyorávacími nakladači. Hlavní tendencí ve vývoji sklizňové techniky je zvyšování kvality práce v různých půdních a klimatických podmínkách, zvyšování výkonnosti, snížení poškození hlíz, snížení nároku na obsluhu a zvětšení komfortu obsluhy. V České republice jsou pro brambory dostačující skladovací kapacity, je však nutná jejich modernizace, zejména za účelem snížení poškození hlíz a doplnění linek o zařízení pro tržní úpravu. Doplňují se o suché čištění nebo praní a osušování brambor, vážení a balení do spotřebitelského balení. Novinkou jsou stroje pro automatické přebírání brambor – selektory. Dokáží rozlišit povrchové vady hlíz a vadné hlízy oddělit. Jsou nabízeny i velikostní třídiče hlíz, které třídí opticky, bezdotykově, které díky výpočetní technice mohou třídit nejen podle příčných rozměrů, ale i podle tvaru nebo hmotnosti hlíz. Linky mohou být vybaveny zařízením pro automatické, bezobslužné ukládání pytlů s bramborami po 15 až 50 kg na prosté palety.

Firma Amac z Holandska představila svůj vyorávací nakladač G 2. Tato firma jej nabízí v různých verzích, vybavení se záběrem dvou nebo čtyř řádků v přívěsném i samojízdném provedení. S nabídkou jednořádkových sklízečů s různou výbavou byly představeny opět známé sklízeče firem Grimme, Netagco – Wűhlmaus (Německo), Samro (Švýcarsko), Imac (Itálie). Vývoj ve sklizňové technice vede k modulové konstrukci jednotlivých prvků, které na přání zákazníka jsou nabízeny pro různé podmínky. Kromě převažujících přívěsných sklízečů sílí trend v nabídce samojízdných verzí. Západoevropští výrobci již zaplnili dřívější mezeru v nabídce dvouřádkových sklízečů s rozdružovadly, které jsou nabízeny i s velkoobsahovými zásobníky. Požadavek na snížení poškození hlíz v řádcích s využitím bočního vyorávacího ústrojí byl splněn již i u dvouřádkových sklízečů. Konstrukce podvozku a pneumatik umožňuje práci sklízečů se zásobníky i na svazích. Požadavky na samojízdné čtyřřádkové sklízeče přicházejí především z Holandska a Belgie, kde se používají především ve službách. Vlastnosti podvozku umožňují i nasazení v podmínkách častějšího výskytu

V České republice se v posledním období rozšířil sortiment strojů z STS Pacov o automatický plnič ohradových palet a přesuvné dopravníky s proměnnou vzdáleností mezi vstupem a výstupem na mobilní naskladňovací a vyskladňovací lince.

Kontaktní adresa: Ing. Josef Fér, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O. BOX 54, 161 01 Praha 6 Ruzyně Tel.: 233022298, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]

16

Využití a obnova zemědělské techniky Zdeněk Abrham Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 6 Ruzyně zpracovávané Českým statistickým úřadem (ČSÚ) ztratily informační kontinuitu v roce 1993. V roce 1995 zorganizoval ČSÚ celoplošné zemědělské sčítání Agrocenzus 1995, v roce 2000 pak Agrocenzus 2000 v souladu s pravidly platnými pro členské země Evropské unie. Tato statistická šetření však pro oblast vybavení a využití zemědělské techniky mají jen omezenou vypovídací schopnost. V roce 1999 bylo ve spolupráci ČSÚ, VÚZT a dalších vybraných odborníků připraveno podrobné statistické šetření, které poskytuje velmi objektivní a podrobné údaje o vybavení podniků zemědělskou technikou a struktuře stáří strojů. Zatím se jednalo pouze o jednorázové šetření, ale snahou zainteresovaných institucí je prosadit pravidelnou periodicitu tohoto šetření, aby tím byla zajištěna určitá návaznost na předchozí obdobná šetření o technickém vybavení zemědělství. Vybrané údaje z těchto dostupných informačních zdrojů jsou využity v následujících tabulkách a grafech. Vývoj počtu strojů za období 1960 až 1999 je pro vybrané druhy uveden v tab. 1.

Zemědělská technika významným způsobem ovlivňuje produktivitu práce, ekonomiku výroby a konkurenceschopnost zemědělského podniku. Technika má v ekonomických ukazatelích zemědělského podniku významné místo a rozhodování o tom, kolik strojů a kdy má být pořízeno patří k nejdůležitějším manažerským a strategickým rozhodnutím v podniku. Současný stav V období transformace a privatizace zemědělských podniků se obnova strojové techniky téměř zastavila. Kromě problémů s nedořešeným majetkovým vypořádáním byly hlavními příčinami nepříznivá finanční situace zemědělských podniků a výrazný nárůst pořizovacích cen techniky. Teprve v dalších letech došlo postupně ke zvýšení investic do techniky. Významnou měrou se na tomto zlepšení podílela činnost Podpůrného a garančního rolnického a lesnického fondu (PGRLF). Významným problémem se po roce 1990 stala dostupnost získávání informací o stavu techniky v zemědělství. Pravidelné údaje o inventárních stavech strojů a dodávkách nových strojů a jejich využití Vývoj počtu strojů v zemědělství ČR Druh stroje Traktory

Tab.1 1960

1970

1980

1990

Agrocenzus 1995

52515

99016

101465

101722

90443

1999 79304

Agrocenzus 2000 94607

Nákladní automobily

5290

9773

25885

34565

20518

14354

15085

Sklízecí mlátičky

4328

11845

12337

14793

14592

12836

12785

Sklízecí řezačky

6704

22213

14927

11319

9308

6467/3270*)

3581

Sklízeče brambor

699

3222

3662

3529

4420

3524

6875

Sklizeče řepy pro dělenou sklizeň

722

2621

2547

2517

-

-

-

-

54

421

-

429

Sklizeče řepy kombinované

Pramen: ČSÚ Praha Počty strojů v zemědělských podnicích k 1.2.1999 Druh stroje Traktory a malotraktory celkem - z toho - do 30 kW - 30 až 60 kW - 60 až 90 kW - 90 až 120 kW - nad 120 kW Nákladní automobily celkem Nákladní automobily fekální Pluhy jednostranné celkem - z toho 5 a více radličné Pluhy oboustranné celkem - z toho 5 a více radličné Secí stroje řádkové Secí kombinace Rozmetadla TPH traktorová Rozmetadla hnoje traktorová Postřikovače Přívěsy traktorové celkem - z toho do 5 t Návěsy traktorové celkem - z toho do 5 t Návěsy traktorové fekální

751

Tab.2

- z toho Počet strojů na 1000 ha z.p. - podle velikosti podniku Počet celkem do 8 let nad 8 let ČR celkem do 20 ha 21 - 300 ha 301 - 1000 ha nad 1000 ha (ks) % % ks ks ks ks ks 79304 8648 48895 12201 3911 5649 14354 1389 23880 8952 5888 1908 15408 2175 12421 10238 8622 63045 20 598 7599 2530 5329

12,0 10,3 8,3 15,5 23,6 31,6 7,1 2,1 14,6 6,6 65,1 83,7 21,8 85,9 33,8 16,8 44,0 5,5 5,2 15,4 24,6 17,8

88,0 89,7 91,7 84,5 76,4 68,4 92,9 97,9 85,4 93,4 34,9 16,3 78,2 14,1 66,2 83,2 56,0 94,5 94,8 84,6 75,4 82,2

23,20 2,53 14,30 3,57 1,14 1,65 4,18 0,40 6,96 2,61 1,72 0,56 4,49 0,63 3,62 2,98 2,51 18,37 6,00 2,21 0,74 1,55

Pramen: ČSÚ Praha

17

122,50 34,49 70,31 16,11 0,31 1,28 5,86 0,83 64,46 4,85 10,92 0,52 38,96 0,56 23,29 19,48 19,50 78,34 49,01 8,97 7,34 4,73

40,76 5,43 24,23 7,88 1,79 1,43 3,73 0,66 15,16 4,75 5,26 0,57 11,75 1,22 10,88 7,06 7,44 30,84 12,06 4,13 2,02 3,40

17,36 0,84 10,00 3,09 1,42 2,01 3,49 0,35 4,42 2,81 1,15 0,69 2,62 0,81 2,39 2,28 1,60 13,74 3,13 1,90 0,31 1,52

16,13 0,71 10,64 2,20 0,98 1,60 4,39 0,35 2,99 2,01 0,72 0,51 1,78 0,47 1,54 1,51 0,92 14,13 3,36 1,57 0,26 1,04

Současné objemy investic do zemědělské techniky znamenají v mnoha oblastech skutečně výrazné a výhledově i nebezpečné zpomalení tempa obnovy strojů. Počty strojů dodaných ročně do zemědělství stagnují nezaručují ani prostou reprodukci. Traktory jsou v zemědělství rozhodujícím mobilním energetickým prostředkem a dávají tedy určitou představu o úrovni technického zabezpečení zemědělské výroby. Do roku 1989 se pohyboval celkový počet traktorů v zemědělství okolo 100 tis. ks a průměrné roční dodávky kolem 5 tis. ks. V roce 1985 bylo již průměrné stáří traktorů 9,7 roku. V současné době se dodávky traktorů pohybují jen okolo 1 tis. ks ročně. I při očekávaném poklesu celkového počtu traktorů tím dochází ke stárnutí traktorového parku, jeho průměrné stáří je podle odhadu kolem 12 roků. Vývoj počtu traktorů dodaných do zemědělství je uveden na obr. 1. Výraznější zlom je patrný po roce 1997, kdy se výrazněji omezila podpora strojních investic se strany PGRLF.

Z tabulky je sice zřejmý určitý nesoulad výsledků statistického šetření Agrocenzus se statistickým šetřením z roku 1999 (daný zřejmě odlišným metodickým přístupem), ale přesto lze pozorovat, že počty převážné většiny druhů strojů mají od roku 1990 klesající trend. Hlavními důvody tohoto vývoje je zřejmě pokles zemědělské výroby a nízká investiční schopnost zemědělských podniků. Lze však usuzovat, že v řadě oblastí byla již potřeba strojů (z hlediska jejich počtu) naplněna a při postupné obnově novou výkonnější technikou nutně dochází k poklesu počtu strojů. Zemědělské podniky nemají dostatek vlastního kapitálu pro zajištění racionálního tempa obnovy techniky a jen obtížně získávají přístup k cizímu kapitálu. Důsledkem je to, že současná věková struktura strojového parku je nepříznivá a stárnutí strojového parku pokračuje. To má negativní vliv na udržování provozní spolehlivosti strojů, ekonomiku provozu strojů, ekologii a ve svých důsledcích i na ekonomiku výroby a konkurenceschopnost zemědělského podniku.Z tabulky 2 je rovněž zřejmý významný vliv velikosti zemědělského podniku na potřebu strojů.

1308

1400

1224 1200

1065

1077 1017

počet traktorů (ks)

1000

1034

869

800 600

600

600

400

528

493

250

200

0 1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

rok

Obr.1 Počty traktorů prodaných v ČR v letech 1991 - 2002 Pramen: ČSÚ, VÚZT Praha, údaje výrobců a dovozců

Při úvahách o obnově strojového parku je třeba respektovat vliv některých nových faktorů. Např. pro traktory je možno vycházet z následující úvahy. V kategorii traktorů se v minulosti se vyvinula určitá tradice, že muži pracující v rostlinné výrobě byli zařazeni převážně jako traktoristé a tedy měli přidělený i traktor. Dodnes je stále v zemědělských podnicích velké množství traktorů o výkonu do 60 kW, které tvoří určitou výkonovou a fyzickou rezervu , ale jsou již jen minimálně využívány. Jejich práci v dnešní době nahrazuje výrazně nižší počet výkonných traktorů. Lze očekávat, že nové traktory budou nakupovat ekonomicky silné a stabilní zemědělské podniky a podniky služeb a tyto traktory budou dále v průběhu své životnosti postupně přecházet do vlastnictví menších a ekonomicky slabších podniků. V těchto malých podnicích již dnes jsou a budou používány i traktory nad 25 let. Z toho vyplývá, že potřeba nových traktorů by mohla dosáhnout asi 3 - 4 % dnešních stavů (tj. 2 až 2,5 tisíc traktorů ročně) při současném přesunu obnovy k vyšším výkonovým

kategoriím. Současné dodávky jsou však zhruba na 50% potřeby. Obdobná situace je u sklízecích mlátiček. Dodávky se pohybují v posledních letech do 150 ks za rok, což je opět cca 50% potřeby. Vývoj počtu sklízecích mlátiček dodaných do zemědělství je uveden na obr. 2. Perspektivy obnovy zemědělské techniky Nákup nové techniky je vždy vážným rozhodnutím s dlouhou dobou návratnosti investičních prostředků. Špatné rozhodnutí může mít dlouhodobé negativní dopady na ekonomiku výroby a celkovou konkurenceschopnost zemědělského podniku. Je třeba pečlivě zvažovat oblast výroby, která vyžaduje obnovu strojů nejvíce a bude tedy řešena prioritně a brát v úvahu i návaznost nové techniky na ostatní stroje a zařízení podniku i na výhledové výrobní a technologické záměry.

600

539

počet sklízecích mlátiček (ks)

500

400 327 300 300 213

210

200

154 121 80

100

92

80

109

50

0 1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

rok

Obr.2 Počty sklízecích mlátiček prodaných v ČR v letech 1991 - 2002 Při vlastním rozhodování je třeba se soustředit na tyto hlavní oblasti: •

posouzení technologické opodstatněnosti stroje z hlediska koncepce rozvoje podniku (jaký je výrobní záměr podniku a jakými technologickými systémy chce výrobní záměr realizovat),

•

posouzení technické vhodnosti nového stroje (zpravidla výkonnost nového stroje významně převyšuje výkonnost nahrazovaného) a navazujících změn ve strojovém parku při sestavování strojních linek,

•

zpracování představy o celoročním využívání stroje ve vlastním podniku, příp. o nasazení v dalších podnicích, vyčíslení jednotkových nákladů a směrných exploatačních ukazatelů (výkonnosti, spotřeby PH ap.),

•

zvážení účelnosti vlastnictví nového stroje (pokud jej lze za přijatelných podmínek každoročně najmout),

•

stanovení vhodného okamžiku náhrady vyřazovaného stroje a způsobu jeho pořízení (závisí na finančních zdrojích podniku), projednání co nejvýhodnějšího způsobu financování (např. prodávající převezme vyřazovaný stroj na protiúčet, bude využito posezónní slevy ap.),

•

zajištění obsluhujícího personálu (pro příp. vícesměnný provoz). Obnova strojů dnes představuje značné investiční nároky a z toho plynoucí úsilí na získání potřebného kapitálu. Hlavními zdroji vlastního kapitálu by měly být odpisy, ty jsou však vztaženy na původní pořizovací cenu staré techniky a tak i při jejich plném využití z nich nelze vzhledem k významnému nárůstu cen zajistit nákup obdobné nové techniky. Dalším zdrojem je zisk po zdanění. Zemědělské podniky ve svém souhrnu však v posledních letech vykazují spíše ztráty. Úroveň technického vybavení zemědělských podniků byla před rokem 1990 a je i v současnosti odrazem nejen ekonomické situace zemědělských podniků, ale i technické politiky resortu. Pro zachování

konkurenceschopnosti českých zemědělců považujeme za potřebné upravit technickou politiku resortu a prosadit důslednější podporu investic zemědělských subjektů do nových strojů a technologií současně s důslednější kontrolou vhodnosti, účelnosti a ekonomické návratnosti těchto investic. S podporou investic se počítá i po vstupu do EU. V souladu s tzv. Operačním programem „Rozvoj venkova a multifunkční zemědělství“ by se mělo jednat o necelé 2 miliardy korun ročně do zemědělského majetku. V oblasti zemědělské techniky se podpora orientuje na výkonnější traktory, sklízecí mlátičky, stroje na sklizeň pícnin, stroje na sklizeň a posklizňovou úpravu zeleniny a chmele a některou speciální techniku pro pěstování a sklizeň ovoce, léčivých rostlin a rostlin pro výrobu vlákna. Podpora má být formou přímé dotace do 50% v LFA oblastech a do 40 % v ostatních oblastech, u mladých začínajících zemědělců ještě o 5 % vyšší. Podrobnější obsah, podmínky a formy dotací jsou v současné době předmětem jednání s EU. Lze však očekávat, že podmínky pro získání těchto finančních prostředků budou obdobné jako u současně dobíhajícího programu SAPARD. Dotace nebude nároková, základní podmínkou bude kvalitně zpracovaný projekt, finanční prostředky si musí žadatel zajistit v plné výši sám a podporu dostane až po její realizaci. Ekonomika provozu zemědělské techniky Zemědělská technika je v zemědělském podniku prostředkem pro realizaci výrobního záměru. Její využívání v provozu znamená vždy vznik provozních nákladů. Náklady spojené s provozováním stroje se člení na dvě odlišné skupiny: fixní náklady (odpisy, daně a poplatky, pojištění, uskladnění stroje, zúročení kapitálu) Tyto náklady jsou z hlediska roku konstantní, vznikají tedy i když stroj vůbec nepracuje, z hlediska podílu na jednotku nasazení stroje jsou však proměnlivé a snižují se s růstem intenzity nasazení.

variabilní náklady (pohonné hmoty a maziva, udržování a opravy) Tyto náklady vznikají pouze při provozu stroje. Měrné variabilní náklady (vztažené např. na 1 hodinu nasazení nebo na 1 ha) se často zjednodušeně uvažují jako konstantní, nezávislé na intenzitě ročního nasazení. Ve skutečnosti zvyšování ročního nasazení stroje způsobí zpravidla i mírné zvýšení měrných variabilních nákladů, především způsobené zvýšením nákladů na opravy a udržování stroje.

Měrné náklady (Kč.h -1) 500 1000

1500

Výsledná ekonomika provozu strojů je ovlivňována celou řadou faktorů. Podle dosavadních analýz patří k nejvýznamnějším: pořizovací cena stroje roční využití stroje provozní spolehlivost stroje. Typický průběh jednotlivých složek provozních nákladů v závislosti na ročním nasazení stroje je uveden v barevné příloze na obrázku č.3.

Celkem Fixní náklady PHM

0

Opravy 100

600

1100 Roční nasazení (h.r -1)

1600

Obr. 3. Závislost provozních nákladů na ročním na sazení stroje Technicko-ekonomické normativy Stroje Pro racionální řízení obnovy strojového parku je třeba znát řadu provozních údajů o využití strojů, nákladech na provoz a nákladech na udržování provozní spolehlivosti a rovněž o výrobních záměrech podniku. Současné informační systémy provozované v zemědělských podnicích jsou převážně orientovány z hlediska potřeb účetnictví a daní. Údaje o stavu, využití, obnově a provozních nákladech jednotlivých strojů se v zemědělských podnicích sledují nedostatečným způsobem. Obnova zemědělské techniky je tedy často poznamenána nedostatkem kvalitních informací pro rozhodování a její řízení bývá intuitivní. Současná nabídka strojů na trhu je velmi široká. Stroje se liší konstrukcí, technickou úrovní, spolehlivostí, výkonností, komfortem pro obsluhu a samozřejmě i pořizovací cenou a provozními náklady. Už z toho je zřejmé, že výběr vhodného typu, způsob jeho pořízení a využívání je náročný na objektivní podklady k rozhodování. Výzkumný ústav zemědělské techniky se problematikou ekonomiky provozu a obnovy zemědělské techniky zabývá již dlouhou dobu. Pro modelové výpočty provozních nákladů strojů, souprav i pro ekonomické hodnocení plodin a výrobních záměrů používá vlastní databázový program AGROTEKIS. Výsledné technickoekonomické normativy pro stroje i strojní soupravy jsou publikovány pravidelně v tištěných příručkách a rovně k dispozici na internetových stránkách VÚZT. Údaje z tabulek lze využít především při rozhodování o potřebě, využití a obnově strojů. Jde tedy především o podporu odpovědi na tyto otázky:

a) koupit nový stroj nebo ještě využívat starý? Porovnání tabulkových údajů s provozními náklady vlastních strojů lze využít k rozhodování o potřebě obnovy strojového parku a jeho tempu. b) jaký typ stroje z nabídky na trhu je pro podnik nejvhodnější? Informace o provozních nákladech jsou významným vodítkem při výběru vhodného typu stroje pro konkrétní podmínky podniku. c) jaké bude mít stroj využití a jaké budou jeho provozní náklady ? Využití údajů o provozních nákladech strojů je rovněž jedním z hlavních vstupních údajů pro ekonomické hodnocení výrobního záměru podniku, náklady na provoz strojů tvoří významnou položku nákladů na zemědělskou výrobu a často rozhodují o ekonomické efektivnosti pěstování konkrétní plodiny. d) je výhodnější pořízení vlastního stroje nebo pronájem cizího? Uvedené provozní náklady je vhodné porovnat s nabídkou provedení mechanizovaných prací formou služeb v místních podmínkách, nebo s nabídkou na různé formy pronájmu stroje a pak teprve rozhodnout o případné výhodnosti pořízení stroje vlastního. Literatura: ABRHAM, Z. a kol.: Využití a obnova zemědělské techniky v systémech hospodaření, výzkumná zpráva Z-2378, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha, 2000, 19 s., 6 příl.

20

ABRHAM, Z. a kol.: Informační a expertní systém pro zemědělskou techniku, výzkumná zpráva Z-2379, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha, 2000, 19 s., 8 příl. ABRHAM, Z. a kol.: Využití a obnova zemědělské techniky , Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha, 2002, ISBN 80-238-9954-6 Agrocenzus 1995, ČSÚ Praha, publikace 1219-96, Praha, 1996, 150s.

Mechanizační prostředky a vybavení v zemědělství, ČSÚ Praha, publikace 1224-99, Praha, 1999, 21 s. VÚZT Praha: Technika a technologické systémy v zemědělství ČR, vydalo MZe ČR, Praha, 1999, 81 s. Zpráva o stavu zemědělství ČR za rok 1999, MZe ČR, Praha, 2000, 124 s. Zpráva o stavu zemědělství České republiky za rok 2000, MZe ČR, Praha 2001, 214 s.

Kontaktní adresa Ing. Zdeněk Abrham, CSc. Vedoucí odboru ekonomiky zemědělských technologických systémů Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O.Box 54 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233022 399, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]

21

Biomasa pro výrobu tepla Jaroslav Kára Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha Situace v zahraničí

Ve světových statistikách se jako biomasa využívaná k energetickým účelům dělí obvykle jako dřevo komerční, tím se rozumí pěstovaný kulturní les, dřevo nekomerční je produktem přírodního lesa, energetické kultury jsou výnosy z energetických plantáží (dřeviny-vrby, topoly, akáty, eukalyptus, stébelniny-různé traviny, např, miscantus, energetické obiloviny, rákos) a biopaliva (rostlinné oleje, bionafta, alkoholy, zejména bioetanol atd.) Odpady zahrnují komunální odpad, spalitelný odpad z průmyslové výroby a zemědělský odpad (z živočišné a rostlinné výroby). Ve státech severu (vyspělých) je podíl obnovitelných zdrojů energie na primární energetické bilanci asi 9 %, ve státech jihu (méně vyspělých) asi 40 % celosvětově pak asi 18 %. Na bilanci obnovitelných zdrojů energie se biomasa podílí ve státech severu 54 % a ve státech jihu dokonce 75 %, celosvětový průměr je 65 %. Obnovitelné zdroje energie (OZE) v posledním období začínají tvořit v mnoha zemích poměrně významnou část primárních energetických zdrojů.

Udává se, že se za posledních 20 let celosvětový podíl biomasy (v převážné většině dřeva) na celkové spotřebě primárních energetických zdrojů zvýšil o 8 %. Tento nárůst se projevuje nejen v rozvojových zemích, ve kterých je dříví často jediným zdrojem energie na venkově (čtyři pětiny dříví vytěženého v některých rozvojových zemích se spotřebovávají na pálení), ale spotřeba palivového dříví - resp. paliv na bázi dřeva vzrůstá i ve vyspělých zemích. Např. ve Finsku bylo postaveno více než 100 výtopen a tepláren provozovaných na dřevní štěpku o celkovém výkonu cca 250 MW. V Rakousku se biopaliva podílejí na celkové výrobě energie 12 %, ale v teple je tento podíl 25 %. Ze 70 % je tento podíl kryt dřevem, sláma se podílí zatím jen 1 % - v pěti výtopnách. Moderních kotlů a kamen na polena je v provozu asi 66 000 a topenišť na dřevní štěpku asi 20 000, z toho výtopen a tepláren s výkonem přes 1 MW asi 300! Energetických plantáží bylo od roku 1980 v Rakousku založeno více než 1 500 ha, převážně topolových. Pro sklizeň rychlerostoucích dřevin byly vyvíjeny potřebné stroje, ale jejich sériová výroba zatím nebyla zahájena. Dánsko, jako zemědělsko-průmyslová země, nemá kromě zásoby ropy a zemního plynu v Severním moři a malých ložisek hnědého uhlí jiné zdroje fosilních paliv. Jen 12 % plochy je pokryto lesy, proto z biopaliv, jejichž používání se neustále rozšiřuje podíl slámy je přes 80 %. Významná je produkce bioplynu i dřevní štěpky z těžebních a zpracovatelských odpadů a v současné době i z energetických plantáží, tvořených převážně vrbou. Plány na rozvoj využívání obnovitelných zdrojů, zejména biomasy, přijala dánská vláda již v roce 1973 a začaly se realizovat od roku 1976. Hlavním požadavkem bylo snížení spotřeby ropných paliv a uhlí. Do roku 2002 bylo v Dánsku nahrazeno 6 % dováženého uhlí biopalivy, což odpovídá 1,2 mil. tun slámy (16 PJ) a 0,2 mil. tun dřevní štěpky (2 PJ). V teplárnách využívajících kombinovaná paliva byly zavedeny tři systémy: −

prášková technologie (mleté uhlí + šrotovaná sláma),

−

spalování hruboprachu uhlí na roštu s přídavkem slámy,

−

fluidní spalování směsi uhlí a slámy (jemné frakce). Tyto technologie jsou vyspělé a drahé, proto je nutné jejich využití pro kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie. Zatímco zahraniční zkušenosti technické a technologické lze přejímat bez zásadních korekcí, nelze stejně přejímat ekonomická hodnocení, protože ekonomické podmínky jednotlivých států se mohou výrazně odlišovat. Ekonomické je využití biopaliv vždy na základě místních podmínek, např. zdroj odpadního dřeva, nebo dostatek slámy. Pro porovnání nákladů na vytápění jsou důležité v zásadě dvě základní položky, palivo a technické zařízení, které je využívá. Závěrem práce se pokusíme ukázat na hlavní zásady ekonomického využívání biomasy pro vytápění.

Situace v ČR V energetické bilanci ČR v roce 2002 zaujímaly obnovitelné zdroje energie 2,2 %, z toho biomasa představuje 1,6 %, malé vodní elektrárny 0,4 %, zbytek solární a větrná energie. V roce 2002 bylo v ČR pro energetické využití spotřebováno přes 1 800 tis. t sušiny biomasy, přičemž největší podíl představuje spalování dřevního odpadu a využití dříví pro energetické účely. Na dalším místě je zpracování biomasy na bioplyn. Nedostatečně je stále využívána obilní a zvláště řepková sláma a téměř vůbec nejsou pěstovány jednoleté a vytrvalé energetické plodiny. Využití konopí setého v energetice, ve farmakologii je teprve na začátku možností této zajímavé rostliny. Na brikety a pelety bylo v roce 2002 zpracováno přibližně 140 tis. t fytomasy, což zdaleka neodpovídá reálně využitelnému potenciálu. Ověřovací plochy v rámci výzkumu prokazují dobré předpoklady pro cílenou produkci biomasy k energetickému využití. Rozvoj technologií sklizně a zpracování biomasy pro energetické využití dosáhl v roce 2002 vyšší úrovně. Zpracovaná biomasa ve formě pelet a briket je však z více než 80 % exportována. V ČR bylo v roce 2002 v provozu asi 40 tis. malých topenišť do 50 kW výkonu a přibližně 430 kotelen o výkonu nad 200 kW. Obecních kotelen s výkonem do 500 kW bylo vybudováno 60 a větších obecních výtopen je v provozu 17. Potřeba topných zdrojů na venkově - instalované výkony Ve většině rodinných domků se vystačí s instalovaným topným výkonem 20 - 50 kW. Různé drobné provozy, pohostinství, motoresty, malé hotely, obchody a živnostenské provozovny vystačí s instalovaným výkonem 50 - 100 kW. Větší zemědělské podniky s dílnami, nebo provozy živočišné výroby mohou používat tepelné zdroje o instalovaných výkonech 100 - 500 kW. Obecní infrastruktura, školy,

22

uskladnění paliva o energetickém obsahu 1 MWh a 1 GJ uvádí tabulka 2. Například u polen musíme počítat ve srovnání s černým uhlím se 4x větším prostorem, při porovnání s hnědým uhlím s asi 2x větším prostorem. Ještě více vynikne potřeba prostoru pro skladování ve srovnání štěpky a černého uhlí. U štěpky je potřeba skladovacího prostoru téměř 8x větší. To znamená, že u větších tepelných zdrojů je vhodné z hlediska investičních nákladů budovat provozní sklad relativně malý (na 3 - 7 dní). Při obvyklých dnech volna v zimním období mezi Vánočními svátky a Novým rokem se doporučuje dimenzování skladu na zásobu paliva pro zdroj tepla na 7 dní. Pokud je tepelný zdroj mimo centrum obce a je zde dostatek místa může být provozní sklad i větší. Větší sklad ovšem vyžaduje vyšší náklady na investici při stavbě zdroje. Proto je třeba postupovat podle stavebně dispozičních i finančních možností investora.

školky, obecní úřady lze zásobovat ze zdrojů o tepelném výkonu 100 - 300 kW. Pro centrální vytápění obcí, kde se k obecní infrastruktuře přidají bytové jednotky s případnými objekty služeb a malých podniků, lze podle velikostí obce uvažovat instalované výkony 500 - 2000 kW. Pro větší obce a města je sice možné uvažovat výkony větší, ale to je spíše výjimka než pravidlo. Totéž lze říci o zemědělských podnicích. Pro sušárny píce by bylo vhodné uvažovat výkon 500 1000 kW, maximálně pak 2000 kW, ale opět jako výjimku. V tabulce 1. uvádíme spotřebu vybraných druhů biopaliv z hlediska maximální hodinové spotřeby a případné týdenní zásoby paliva. Výpočty jsou provedeny pro 100 % účinnost zařízení. Při účinnosti systému topného zdroje například 80% bude spotřeba paliva i jeho týdenní zásoba o 20% vyšší. Nevýhodou pevných biopaliv je obecně nutnost většího skladovacího prostoru proti fosilním palivům. Přibližné 3 propočty potřebného skladovacího prostoru v m na

Tab. 1: Spotřeba vybraných druhů biopaliv z hlediska maximální hodinové spotřeby a požadovaná týdenní zásoba paliva. Biomasa vlhkost

měrná smrk/jedle smrk/jedle buk/dub buk/dub energ. obilí jednotka štěpka štěpka štěpka štěpka celá rostlina suchá vlhká suchá vlhká - pelety %

10

40

10

40

15

směs štěpka

r.r.d.

obilní sláma balíky

15

15

14

Spotřeba paliva pro kotel při teoretické účinnosti 100 % o výkonu 20 kW

kg . h-1

4,5

7,3

4,3

6,9

4,8

5,2

4,7

4,8

o výkonu 50 kW

kg . h-1

11,3

18,3

10,7

17,3

12,1

13,0

11,7

11,9

o výkonu 100 kW

kg . h-1

23

37

21

35

24

26

23

24

o výkonu 200 kW

kg . h-2

45

73

43

69

48

52

47

48

o výkonu 500 kW

-2

kg . h

113

183

107

173

121

130

117

119

o výkonu 1 000 kW

kg . h-3

226

367

214

345

241

261

234

238

o výkonu 1 500 kW

-3

kg . h

338

550

320

518

362

391

352

357

o výkonu 2 000 kW

kg . h-3

451

733

427

691

482

522

469

476

Týdenní zásoba paliva pro kotel s teoretickou účinností 100 % o výkonu 20 kW

m3

o výkonu 50 kW

m

3

o výkonu 100 kW

m3

o výkonu 200 kW

počet balíků

4,5

5,1

2,5

3,1

1,6

4,4

3,2

1,6

11,3

12,8

6,2

7,8

4,1

11,0

7,9

4,0

23

26

12

16

8

22

16

8

m

3

45

51

25

31

16

44

32

16

o výkonu 500 kW

m

3

113

128

62

78

41

110

79

40

o výkonu 1 000 kW

m3

226

257

124

157

81

219

158

80

o výkonu 1 500 kW

m3

338

385

186

235

122

329

236

120

o výkonu 2 000 kW

m3

451

513

247

314

162

438

315

160 hmotnost balíku kg

vlastnosti paliv sypná hmotnost

kg . m-3

168

240

obsah energie

-1

kWh . kg

4,43

2,73

4,68

obsah energie v m3

kWh . m-3

745

655

1 358

obsah energie v m3

GJ . m-3

2,68

2,36

4,89

3,86

7,47

2,76

3,84

7,57

výhřevnost

MJ.kg-1

15,96

9,82

16,86

10,42

14,93

13,80

15,36

15,14

%

1

1

1

1

4

2

1

5

obsah popela

290

23

370

500

200

250

500

2,89

4,15

3,83

4,27

4,21

1 071

2 074

767

1 067

2 103

Tab. 2: Přibližná potřeba skladovacího prostoru v m3 na uskladnění paliva o energetickém obsahu 1 MWh a 1 GJ Palivo

Měrná hmotnost kg.m-3

Skladovací prostor m3.MWh-1

Skladovací prostor m3.GJ-1

Palivové dřevo-polena

320-450

0,7

0,19

Palivové dřevo-odřezky

210-300

1,05

0,29

Štěpka

180-410

1,3

0,36

Rašelina

350-400

0,8

0,22

40-60

3

0,83

Sláma ze samosběracího vozu Sláma balíky

80-150

0,60

0,17

Dřevěné brikety, pelety

600-1100

0,275

0,08

Hnědé uhlí

650-780

0,41

0,11

Černé uhlí

770-880

0,17

0,05

Tab. 3: Porovnání ekonomických parametrů malých centrálních zdrojů postavených bez dotace a s dotací 40 % z celkové výše investic. velikost

měr. invest. nákl. technolog.

invest.

zdroje kW

části tis. Kč.kW-1

náklady tis. Kč

cena tepla s dotací Kč.GJ-1

Doba odepisování investice

bez dotace Kč.GJ-1

s dotací roky

bez dotace roky

500

5,7

6 839

397

427

12

15

1000

5,05

10 994

288

304

12

15

1500

4,4

14347

257

271

12

15

2000

3,9

16747

245

256

12

15

výkonu 1 000 kW a výše. Přes relativně vysokou podporu 40 % z investičních nákladů, nejsou zdroje o instalovaném výkonu pod 1 000 kW efektivní. Zde se nabízí myšlenka selektivní podpory výstavby centrálních zdrojů tepla podle instalovaného výkonu. Zdrojům nad 1000 kW by stačilo kolem 20% podpory a zdroje s výkony pod 1 000 kW by potřebovaly 40 i více procent podpory. Úvahy a navržená řešení se týkají výstavby nového centrálního zdroje tepla hlavně pro bytovou a terciální sféru menších obcí. Předpokládáme, že jako sklad paliva bude využit velkokapacitní seník v místě a budova kotelny nově postavena, nebo upravena ze stávajících objektů ZD. Tím se sníží stavební náklady a zároveň i cena paliva (balíky slámy). Z pohledu investora, obvykle Obecního úřadu je navržené řešení svým rozsahem investice a může využít možnosti zažádat o podporu ze SFŽP ČR v rámci programu č. 2A. Za předpokladu, že bude přiznána dotace na uvedenou akci, je výše podpory max. 80 = IN a dotace činí max. 40 % z přislíbené podpory, (tedy 40 % z celkových IN). Zbytek, tj. 40 % IN je bezúročná půjčka. To znamená, že investor musí mít k dispozici vlastně jen 20 % investičních prostředků, což je za stávající situace velice výhodné. Je to vidět z následujících řádků. Jednotlivé výtopny jsme zhodnotili zjednodušeně z hlediska projektu. Hledisko projektu hodnotí záměr bez ohledu na způsob financování a bez vlivu daní. Jedná se o systémový (makroekonomický) pohled nezkreslený daňovým systémem. Hledisko investora jsme neuvažovali, je ovšem rozhodující pro investiční rozhodování subjektu, který chce záměr realizovat, neboť spočívá nejen ve výběru optimální varianty technického řešení investice, ale i v nalezení optimálního způsobu financování celé akce.

Jakou biomasu využít jako palivo. Dřevo je palivem sice místního významu, ale vozí se na relativně velké vzdálenosti 15 – 60 km. V našich úvahách slámu považujeme za palivo produkované v místě spotřeby. V drtivé většině případů se nemusí vozit na vzdálenost větší než 2 km (maximálně do 5 km.). Mluvíme však o zásobování místních zdrojů s tepelným výkonem do 2 MW. Reálná cena slámy po sklizení a dopravě do skladu se blíží 600 Kč.t –1, po skladování a -1 další dopravě asi 800 - 900 Kč.t . Cena lesní štěpky se pohybuje podle místa spotřeby, to znamená po následujících operacích, sběr odpadů po těžbě, –1 přiblížení, štěpkování, doprava, kolem 1000 Kč.t a po skladování a další dopravě kolem 1150 - 1200 Kč.t -1. Cenu uvažujeme se ziskem pro výrobce asi 10%, nepočítáme DPH. Pro individuální vytápění menších provozů, kde lze využít automatizované kotle na štěpku lze vytápění dřevními odpady doporučit, neboť cenově konkurují hnědému uhlí. Trochu jiná situace je u centrálních výtopen, kde je nutné mimo kotle a kotelny započítat do nákladů tepelnou síť s předávacími stanicemi a mnohdy i zcela nový sklad paliva. Centralizovaným systémům zásobování teplem (CZT) se budeme věnovat dále. Ekonomické možnosti investorů Na základě rozboru podkladů již vybudovaných systémů CZT, kde byla jako palivo využita biomasa jsme sestavili tabulku č. 3, kde z jednotlivých měrných -1 nákladů stávajících objektů a ceny slámy 650 Kč.t stanovíme přibližné ceny investic a ceny vyráběného tepla. Tabulka je sestavena pro investory s přispěním podpory a dotace SFŽP a bez této dotace. Ze souhrnné porovnávací tabulky 3 je možno posoudit vliv současné dotace na zefektivnění topných zdrojů od instalovaného

24

Jak vyplývá z uvedených výsledků analýzy, cena tepla u jednotlivých velikostí systémů CZT se pohybuje bez využití dotace podle topného výkonu zdroje od 256 do 427 Kč/GJ, při stejné ceně paliva a době odepisování investice 15 let, která odpovídá ekonomické životnosti zdroje. Cena 1 GJ tepla do 280 Kč, maximálně 300 Kč je akceptovatelná, ale přes 400 Kč je velmi vysoká. Jak jsme naznačili výše jedinou cestou pro realizaci menších centrálních zdrojů je využití dotace. Dotace snižuje fiktivně dobu odepisování o jednu pětinu, to je na 12 let a současně snižuje cenu tepla. Ve všech výpočtech jsou totiž pro zjednodušení počítány vlastní finanční prostředky vložené ihned v plné výši. Hlavním problémem širšího využití centrálních zdrojů tepla jsou především vysoké náklady na pořízení zdroje (nejedná se jen o kotel, či kotelnu, ale o teplovody, předávací stanice atd.) u malých zařízení se potřebné vícenáklady hůře amortizují v celkových nákladech. Celé hodnocení je provedeno zjednodušujícím způsobem. Cena tepla je pro jednotlivé varianty volena tak aby se projekt udržel v chodu a nebyl prodělečný, proto se někomu může zdát vše v pořádku. Je tu ovšem problém, cena tepla v udané výši nemusí a podle současných zkušeností ani není zdroj teplo nevyrábí akceptována odběrateli, v předpokládaném objemu a cena se dále zvyšuje, čímž projekt skončí, nebo se hledají dodatečné dotace a podpory pro jeho provoz. Proto je při projekci, realizaci i

provozování systémů CZT na biomasu potřeba postupovat uvážlivě. V současné době se začínají vytvářet podmínky pro účelné využívání biomasy, proto je potřeba začínat s biomasou postupně. Zatím spíše využívat individuální, nebo bodové zdroje na štěpku, menší kotle na polena a brikety. Centrální výtopny v obcích budovat především na slámu o výkonech přes 1 000 kW, ale maximálně do 2 000 kW, aby byl zachován regionální ráz zdroje a účelně vynakládány prostředky na investice a zároveň byly zachovány nízké provozní náklady (pokud budeme vozit slámu daleko prodraží se podobně jako štěpka). Proto jsme uvažovali údaje konkrétních výrobců a provozovatelů spalovacích zařízení. Jsou zde již určité zkušenosti s výstavbou a provozem podobných zdrojů tepla a je dobré je využít. Na druhé straně je nutno konstatovat, že jen hledisko zisku při provozování výtopny nebude tím pravým hnacím motorem, protože investiční náklady na výstavbu celého technologického zařízení výtopny, zejména při změně palivové základny z uhlí na dřevní odpad jsou značné a ne příliš rentabilní (jen za předpokladu, že sjednaná cena paliva bude -1 výrazně nižší než u uhlí, tj. v rozsahu 300-600 Kč.t , což se ve většině případů nezdá reálné). Závěrem lze konstatovat, že důsledné využívání biomasy pro potřeby místní energetiky neznamená nebezpečí devastace stávajících přírodních zdrojů, ale naopak vytváří předpoklady pro jejich lepší využívání.

Kontaktní adresa Ing. Jaroslav Kára, CSc. Vedoucí odboru energetiky, logistiky a využití biomasy Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O.Box 54 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233022 210 fax: 233312507 e-mail: [email protected]

25

Výroba a odbyt methylesterů mastných kyselin řepkového oleje (FARME) v České republice a návrh akčního plánu Evropské komise o alternativních palivech pro dopravu Petr Jevič 1) 2) 3), Zdeňka Šedivá 1) 2) 1) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2) Sdružení pro výrobu bionafty Praha 3) Česká zemědělská univerzita Praha využíván jako surovina pro výrobu směsného paliva pro vznětové motory s podílem min. větším než 30 % hm. a max. 36 % hm. podle české normy ČSN 65 6508 Motorová paliva - "Palivo pro vznětové motory s obsahem methylesterů řepkového oleje nad 30 % technické požadavky a metody zkoušení" vydané v srpnu 1998. Je vyřešena logistika směsného paliva.

V roce 1992 byla za státní podpory zahájena realizace "Oleoprogramu" tehdy ještě Československé federální republiky, řešícího komplexní využití řepky olejné pro výrobu bionafty, alternativního motorového paliva do vznětových motorů. Základní celospolečenské efekty tohoto programu spočívají v získání nového obnovitelného zdroje, příznivém vlivu zavedení nového alternativního paliva na životní prostředí a restrukturalizaci zemědělské výroby. S ohledem na vývoj celé problematiky kapalných biopaliv, reálné provozní vlastnosti dieselových motorů (zejména stáří a opotřebovanost) ve vztahu k nezbytně nutným minimálním úpravám při přechodu na alternativní palivo je v ČR zatím FARME

Současná výroba, marketing a logistika methylesterů řepkového oleje a směsného paliva V tabulce 1 jsou uvedeny výrobci a jejich současné zpracovatelské kapacity, kteří jsou zařazeni do podporovaného „Oleoprogramu“.

Tabulka 1: Výrobci FARME odebírající řepku od SZIF v hospodářském roce 2002/2003 Kapacity na výrobu FARME Název výrobce FARME v tunách zpracované řepky v tunách FARME A.B.C., s.r.o., Bransouze 9 120 2 850 Agricos, s.r.o., Stod 1 600 500 Standard Oil Company, s.r.o., Nový Přerov 28 124 8 789 Agrochem, a.s., Lanškroun 8 236 2 573 Agropodnik, a.s., Jihlava 172 389 53 872 Oleoprodukt, a.s., Milín 15 488 4 840 BIO Petrol, a.s., Praha 8 000 2 500 FABIO produkt, s.r.o., Holín u Jičína 15 360 4 800 ZS Kratonohy, a.s. 1 200 375 Setuza, a.s., Ústí nad Labem 220 800 69 000 Zdenko Jaroš – Jarimex 14 000 4 375 RPN, s.r.o. Slatiňany 6 400 2 000 CELKEM 500 717 156 474

© SZIF 2002 palivem však stále vykazuje záporné saldo. Za rok 2001 využití vybudovaných kapacit činilo 76,9 %. FARME spotřebovaný v ČR se podílel 1,93 % na celkové spotřebě motorové nafty. Podíl směsného paliva spotřebovaného v ČR činil 5,6 % celkové spotřeby motorové nafty v ČR. Poprvé v historii "Oleoprogramu" export a import FARME a směsným palivem vykázal významné kladné obchodní saldo. V roce 2002 při celkové spotřebě motorové nafty v ČR 2,66 mil. t (nárůst oproti roku 2001 o 1,8 % viz tabulka 4) tak již podíl spotřebovaného FARME v ČR činil 2,74 %.

V tabulce 2 je uveden přehled výroby, vývozu a spotřeby FARME v ČR v letech 1995 - 2002. Vlivem dotační podpory nepotravinářského užití řepky olejné z rozpočtu MZe ČR došlo v roce 2000 poprvé k plnému využití zpracovatelských kapacit, na jejichž realizaci poskytl stát do výše 80% celkových investičních nákladů bezúročné návratné půjčky. Celkový rozsah takto poskytnutých prostředků představoval 721,54 mil. Kč. Bylo vyrobeno 67,2 tis. tun FARME, z toho 93 % se státní podporou. Celková výroba směsného paliva s hmotnostním podílem 31 % FARME činila 227,1 tis. tun, což představovalo 9,7% podíl na spotřebě motorové nafty v ČR. Zahraniční obchod s FARME a směsným

Tabulka 2: Přehled výroby, vývozu, dovozu a spotřeby FARME v České republice Ukazatel Produkce v ČR

Jednotka

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

tis. tun

11,8

19,3

27,6

15,7

30,63

67,2

71,1

104,4 31,3

Vývoz z ČR

tis. tun

2,4

3,2

1,5

0,072

22,4

Dovoz do ČR

tis. tun

8,4

8,7

11,4

25,8

20,2

3,2

2,9

0,04

Celková spotřeba v ČR

tis. tun

17,8

24,8

37,5

41,4

50,77

70,4

51,6

73,06

© VÚZT - SVB Praha 2003

26

0,08

0,03

vytvoření garantovaných zdrojů řepky pro výrobu FARME. Snížení konkurenceschopnosti směsného paliva v porovnání cenové úrovně s motorovou naftou z 90 % na 95 % a narušený trh se směsným palivem z předchozího období byl však příčinou, proč se na tuzemském trhu objem vyrobeného FARME a následně směsného paliva nedokázal v potřebném množství uplatnit. V hospodářském roce 2001/2002 bylo s ohledem na výše uvedené odkoupeno pro výrobu FARME od SZIF cca 206330 t řepky olejné a vyrobeno cca 64516 t FARME. Vývoj výroby v kalendářním roce 2002 je patrný z tabulky 3 a potvrzuje značné výkyvy měsíčního prodeje dotovaného FARME. Od 1.11.2002 se opět zavádí do kalkulačního vzorce pro stanovení prodejní ceny řepky SZIF pro výrobu FARME 10% zvýhodnění cen směsného paliva k ceně motorové nafty. Dosavadní vývoj na trhu s řepkou olejnou prokazuje, že o odbyt řepky olejné do systému zpracování na FARME a směsné palivo je zájem. Objem zpracování řepky olejné z tuzemské produkce na FARME a směsné palivo je významným článkem v odbytu řepky olejné od tuzemských pěstitelů a uplatněním systémové podpory. Od roku 2000 se tak podařilo stabilizovat cenu řepky pro pěstitele v ČR na odpovídající úrovni.

V kalkulačním vzorci propočtu cenové podpory byla cena směsného paliva zvýhodňována vůči ceně motorové nafty o 5 %. Výrobcům FARME byla zajištěna řepka z daného systému, který zabezpečuje 230 000 t řepky za rok pro zpracování na FARME a směsné palivo. Produkce FARME se tak v počátku hospodářského roku 2001/2002 téměř zdvojnásobila proti předešlým měsícům. Odbyt směsného paliva na čerpacích stanicích zůstal v tomto období stejný jako v předešlých měsících. Prodej směsného paliva přímým odběratelům, plátcům DPH a pro které není 5% zvýhodnění směsného paliva oproti motorové naftě ekonomicky zajímavé, se neobnovil, neboť dřívějším krácením dodávek došlo prakticky ke zhroucení tohoto trhu. Protože prodejní ceny jsou úzce svázány s cenou motorové nafty, pro odbyt FARME a směsného paliva byla zásadní nepříznivá cena motorové nafty, daná nízkými cenami ropy a silnou korunou vůči dolaru od července 2001 do současné doby. Pro zlepšení ekonomiky výroby FARME a směsného paliva a její vyšší uplatnění na tuzemském trhu byl od ledna 2002 dodatečně do výpočtu podpory cen řepky olejné v kalkulačním vzorci promítnut příspěvek na realizaci šrotu (pokrutin) jak v tuzemsku, tak i při exportu. Zásadním přínosem nově uplatňované podpory tak je

Tabulka 3: Přehled výroby FARME, směsného paliva do vznětových motorů s podílem FARME 31 % v/v., jejich dovoz a vývoz za rok 2002 Výroba nedot. FARME Výroba Výroba Výroba Výroba Dovoz Vývoz dotovan. dotovan. FARME směsného pro pro vývoz FARME FARME směsného FARME a směs. tuzemský FARME v ČR paliva v ČR 2) 2) 1) paliva celkem celkem paliva trh (t) (t) (t) (tis. l) (t) (tis. l) (t) (t) Leden 2727 9996 Únor 5562 20389 Březen 6536 23959 Duben 4696 17214 Květen 5888 21584 Červen 7107 26052 31379,63 104437,63 267975,61 45,747 31379,63 Červenec 4022 14743 Srpen 6447 23633 Září 6574 24098 Říjen 2918 10696 Listopad 14616 53578 Prosinec 5965 21866 Celkem 73058 267808 Index 184 % 147 % 2002/2001 1) Údaje SZIF Praha 2) Údaje celní statistiky - kód položky FARME 3824909512; kód položky směsného paliva - 3824909513 Tabulka 4: Přehled výroby motorové nafty (ČSN EN 590) Ukazatel

2002 tis. t 2837,8 1596,6 1241,2 135,6 + 42,9 2659,3

% 100,0 56,3 43,7 4,8 -

Index 2002/2001

Hrubé dodávky pro trh v ČR celkem 106,3 z toho: z tuzemské výroby 115,7 z dovozu 94,4 3) Pro výrobu směsné motorové nafty Zásoby (změny) celkem 1) Dodávky na trh v ČR celkem 2) 101,8 © ČAPPO Praha 2003 1) Představuje změnu celkových zásob v ČR (+ přírůstek, - úbytek) k 31.12.2002 proti předchozímu období (1.1.2002) v zásobách v celních zónách, u hlavních spotřebitelů, v zásobách držených vládou, u distribučních a skladových organizací a v ostatních zásobách včetně rafinérií (podle statistiky ČSÚ). 2) Index včetně pohybu zásob 3) Podíl dodávek motorové nafty pro výrobu směsného paliva

27

stanovena povinnost kontroly kvality motorových paliv (v Rakousku a Německu zatím nikoliv). S ohledem na vyhlášku č. 227/2001 Sb. Ministerstva průmyslu a obchodu z 22.6.2001, kterou se stanoví požadavky na pohonné hmoty pro provoz vozidel na pozemních komunikacích a způsob sledování a monitorování jejich jakosti, Česká obchodní inspekce odebírá a vyhodnocuje každoročně jak v letním období, tak v zimním období min. 100 vzorků směsného paliva a FARME. Pro SZIF provádí čtvrtletní kontrolu kvality FARME smluvním způsobem Inspekta a.s. Opakované nedodržení kvality ze strany výrobce je důvodem ke zrušení dodávek podporované řepky, spojené s dalšími tvrdými finančními sankcemi. Nezávisle probíhá ve vymezeném rozsahu akce samokontroly, organizovaná sekcí pro kvalitu a standardizaci Sdružení pro výrobu bionafty zaměřená na FARME. V současné době a v období do přijetí české verze evropské normy ČSN EN 14214 (Automotive fuels - Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines Requirements and test methods) pro methylestery mastných kyselin platí pro FARME ČSN 65 6507/Z1 a pro směsné palivo ČSN 65 6508. S přijetím evropské normy ČSN EN 14214 dojde ke zrušení normy na FARME. Kvalita FARME bude určována podle ČSN EN 14214. Státní orgány, které s pomocí nástrojů daňové a rozpočtové politiky a SZIF budou podporovat i nadále pouze zpracování řepky olejné na FARME, budou rovněž vlastním kontrolním systémem samostatně sledovat plnění této surovinové a technologické linie. Kvalita FARME i methylesterů z jiných surovin bude tak určována jednotně přijatou evropskou normou. Kvalita směsného paliva s obj. podílem FARME nad 30 % v/v a do 5 % v/v bude s ohledem na provedenou revizi určena ČSN 65 6508 „Motorová paliva – Směsné motorové nafty (obsahující FARME).

Podpory řepkových methylesterů a směsných paliv 1. Generace podpor Od zahájení "Oleoprogramu" do 1.4.2000 byla poskytována nepřímá podpora nulovou spotřební daní na vyrobené FARME a vratkou spotřební daně na směsné palivo. V roce 1999 a v I. čtvrtletí roku 2000 byla poskytována kromě nepřímé podpory vratkou spotřební daně na směsné palivo ještě další přímá podpora výroby FARME ve výši 3,- Kč na 1 kg FARME. Důvodem byla nedostatečná konkurenceschopnost tuzemského FARME s importovaným FARME (viz tabulka 2 dovoz FARME v letech 1998 a 1999). 2. Generace podpor Od 1.4.2000 je u FARME v čisté formě zachována nulová spotřební daň, směsné palivo je nově zatíženo spotřební daní ve výši 8,15 Kč/litr. V návaznosti na tuto skutečnost a s cílem zachovat "Oleoprogram" byla zavedena podpora výrobcům FARME i výrobcům směsného paliva tak, aby byla zajištěna konkurenceschopnost směsného paliva s motorovou naftou, kdy je nutné zohlednit snížení výkonu a zvýšení spotřeby motoru. Posunutím platnosti nižší spotřební daně u směsného paliva až od 1.7.2001 (oddanění podílu FARME ve směsném palivu obsaženém) se snížil objem finančních prostředků pro podporu produkce FARME a směsného paliva. Tím klesla produkce FARME s dotační podporou. 3. Generace podpor Ve snaze přiblížit domácí dotační podporu zemědělství a nepotravinářského užití zemědělské produkce formám užívaným v zemích EU bylo v lednu 2001 schváleno nařízení vlády ČR č. 86/2001 Sb. Nařízení vlády č. 454/2001 Sb. ze dne 21.11.2001 a č. 294/2002 Sb. ze dne 12.6.2002 jej novelizují. Realizací uvedeného nařízení vlády včetně nákupu řepky olejné z půdy uvedené do klidu a jejího prodeje k nepotravinářskému užití pro produkci FARME byl pověřen Státní zemědělský intervenční fond (SZIF). Administrativa celého systému započala v prvním čtvrtletí 2001. Tím mohl SZIF již ze sklizně v roce 2001 nakoupit pro nepotravinářské užití 230 000 t semene řepky olejné. Od 1.10.2001 již byl uplatněn systém podpory produkce FARME a směsného paliva prostřednictvím SZIF. Z půdy určené do klidu SZIF získal cca 157 tis. t řepky. K zajištění požadovaného objemu nákupu 230 000 t semene řepky olejné k nepotravinářskému užití SZIF nakupuje řepku z volného trhu. Prodejní cena řepky pro výrobu FARME a dále směsného paliva vychází z předpokladu, že cena finálního produktu směsného paliva bude postavena na úroveň 95% k motorové naftě, od 1.11., jak bylo uvedeno výše, na 90% úroveň. Cena řepky „FCA smluvní skladovatel“ vykupované SZIF od pěstitelů v h.r. 2002/2003 („z půdy do klidu“ bez započtení přímých kompenzačních plateb) CŘ = 5500 : 2,3 + 4600 = 6991,304 Kč.t-1 a pro rok -1 2003/2004 CŘ = 5500 : 2,5 + 5000 = 7.200,- Kč.t .

Akční plán Evropské komise pro zrychlení zavádění biopaliv na evropský trh Generální direktoriát pro energii a dopravu Evropské komise zpracoval a 7.11.2001 předložil environmentálně motivovanou zprávu Evropskému parlamentu o alternativních palivech pro silniční dopravu, návrh směrnice o zajištění používání biopaliv v dopravě a návrh směrnice pozměňující směrnici 92/81/EEC s ohledem na možnost aplikace snížení sazby spotřební daně na některé minerální oleje obsahující biopaliva a na biopaliva. Tyto dokumenty byly v dubnu 2002 představeny jako „Akční plán pro podporu biopaliv a dalších alternativních paliv v dopravě“. Jeho hlavními cíly jsou: •

přispět ke snížení závislosti EU na vnějších dodávkách ropných pohonných produktů,

•

přispět ke snížení emisí skleníkových plynů podle Kyotského protokolu - fosilní motorová nafta emituje -1 3,2 kg CO2.l , úspory čisté bionafty činí 2 - 2,5 kg -1 CO2.l ,

•

zajistit náhradu min. 20% tradičních paliv alternativními palivy v dopravě do r. 2020. Byly zpracovány základní možnosti voleb, zahrnující zvýšení účinnosti paliva pro motory dopravních prostředků, biopaliva, zemní plyn, vodík, elektrická vozidla, hybridní vozidla, methanol a dimethylether, naftu ze zemního plynu, LPG a ty posouzeny podle cen, způsobu doplňování (tankování) paliva, investice do infrastruktury, vlivu na životní

Methylestery, směsné palivo - zajištění kvality a normování Mimořádně významným bodem v oblasti výroby methylesterů a směsného paliva je zajištění kvality. V ČR je podobně jako ve Francii a Itálii zákonem

28

prostředí a zajištění dodávek (logistiky). Hodnocení s ohledem na možnosti volby s potenciálem dalších 20 let vyjadřuje následující podíl biopaliv a dalších alternativních paliv (%) na celkové spotřebě v dopravě. rok 2005 2010 2015 2020

biopaliva zemní plyn vodík 2 6 2 7 5 2 8 10 5

tun ekvivalentu sójové moučky jsou předem stanoveny jako hranice pro rozvoj tohoto alternativního produktu. Tento aspekt musí podle UFOP (2002) vzít na vědomí Světová obchodní organizace, neboť především urgentní environmentální a politické důvody hovoří proti zachování dohody z Blair House. Také Spojené státy by měly vzít tento názor na vědomí, i když se největší světový trh necítí vázán Kyotským protokolem. Při příležitosti ratifikace Kyotského protokolu v Johannesburgu je třeba říci, že tento obor produkce v rozšiřující se EU nemůže být nadále ovlivňován restrikcemi plynoucími z dohody v Blair House. Současně z důvodu agrární reformy z r. 1992 bylo pěstování olejnatých semen rozšířeno v Severní Americe na rozloze, která odpovídá celkové obdělávané výměře Evropské unie. V souvislosti se současným bodem obratu, který změnil agrární politiku, je jasné, že nový americký zákon, který byl schválen senátem, deklaruje kolaps minulého úsilí o volný obchod a kompletní liberalizaci trhů. Nezbytný návrat k přímým, tudíž k produktu se vztahujícím bilančním platbám podporuje skutečnost, že jistý rámec řádu zemědělství je nepostradatelný a že plně liberalizovaný světový trh není sám o sobě základem zemědělství. Přes tuto kritiku je třeba poznamenat, že v pozitivním smyslu je výroba bionafty a biopaliv, zvláště bioethanolu, enormně pokročilá v USA, podporovaná významnými finančními programy a právními předpisy. Ochrana zájmů na této i druhé straně Atlantického oceánu pravděpodobně vytváří nezbytné základní podmínky. Je to dobrá základna pro spolupráci mezi EU a USA.

celkem 2 8 14 23

S ohledem na tyto aktivity návrh Evropského parlamentu a směrnice Rady na podporu používání biopaliv pro dopravu také stanovuje rozpis povinného podílu biopaliv z celkového množství prodaných motorových paliv: 2005 - 2 %; 2006 - 2,75 %; 2007 - 3,5 %; 2008 - 4,25 %; 2009 - 5 %; 2010 - 5,75 %. Biopaliva mohou být používána jako čistá, smíchaná s deriváty minerálních olejů, kapaliny z nich odvozené jako je např. ETBE (ethyl-tertio-butyl-ether jako etherovaný bioethanol). Na plenárním zasedání 4.7.2002 členové Evropského parlamentu jasně hlasovali v prvním čtení pro podporu mandatorních cílů o používání biopaliv. Pouze 6 členských států (Rakousko, Francie, Německo, Itálie, Španělsko a Švédsko) se podílelo na produkci cca 700 tis. tun biopaliv v roce 2000, což představuje v současné době cca 0,3 % spotřeby motorové nafty a benzínu v EU. 12.11.2002 schválil výbor stálých zástupců společný postup přijatý Radou Evropské unie s výhledem na přijetí směrnice Evropského parlamentu o používání biopaliv a jiných obnovitelných paliv pro dopravu.

Literatura 1. Jevič, P., Šedivá, Z.: Orientační posouzení konkurenceschopnosti biopaliv pro vznětové motory po vstupu ČR do EU. Zpracováno na základě dopisu odboru strukturální politiky a rozvoje venkova MZe ČR, č.j. 15747/2001 – 7030 VÚZE Praha. Praha, VÚZT 2002, s. 10 2. COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION: Legislative acts and other instruments, Common position adopted by the Council with a view to the adoption of a Directive of the European Parliament and of the Council on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport. Brussels, November 2002, s. 16 3. Bockey, D.: Biodiesel production and marketing in Germany. The situation and perspective. UFOP, 2002, s. 18

Dohoda z Blair House a biopaliva v EU Důležitým strategickým momentem pro sociální přijatelnost výroby bionafty nebo biopaliv v EU je ta skutečnost, že oblasti, které již nejsou potřebné pro výrobu potravin, mohou být použity pro výrobu energetických surovin. Po 10 letech agrární reformy společenství přijalo fakt, že půda ladem je lepší alternativa pro přebytkovou produkci jak z ekologických, tak i ekonomických důvodů. To znamená, že také v budoucnu pěstování energetických plodin na půdě ponechané ladem nebo v jiných oblastech, které nejsou potřebné pro potravinářské plodiny, bude a musí být prioritou. Z pohledu významného úsilí vynaloženého na rozvoj trhu s bionaftou na jedné straně a z pohledu politických požadavků na životní prostředí na druhé straně, nechápou farmáři v Německu a Evropě, proč dohoda z Blair House a sankcionování více než 1 mil.

Kontaktní adresa: Ing. Petr Jevič, CSc. Ing. Zdeňka Šedivá Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O.Box 54, 161 01 Praha 6 - Ruzyně telefon: 233022302, e-mail: [email protected], [email protected]

29

Emise při spalování biomasy Petr. Hutla, Výzkumný ústav zemědělské techniky , Praha Martin Polák Česká zemědělská univerzita v Praze Úvod

Spalování probíhalo ve standardním spalovacím zařízení na bázi kotle V 25 firmy Verner. Toto zařízení je uvedeno na obr. 1.

Vybraná biopaliva byla zpracována do standardizované formy za účelem zjišťování jejich emisních parametrů při spalování. Jedná se o biomateriály a jejich směsi, které byly srovnávány s běžnými palivy, tj. dřevem. Všechna paliva byla zpracována do formy briket.

Spalování daných vzorků biopaliv probíhalo při nastavení standardních provozních parametrů kotle. Jako standardní provozní parametry bylo vzato optimální nastavení pro efektivní spalování dřevěných briket. Paliva Pro zjištění standardního nastavení byly použity dřevní brikety, lisované z pilařského odpadu, které zároveň sloužily jako porovnávací palivo. V tabulce 1 jsou uvedena všechna zkoušená paliva jejichž číselné označení odpovídá označení v grafech výsledků měření.

Výsledky měření Výsledky měření emisních a výkonových parametrů jednotlivých paliv jsou v grafické podobě uvedeny na obr. 3 a 4. Výsledné hodnoty jsou vypočteny jako aritmetický průměr tří jednorázových měření při ustáleném stavu. Koncentrace CO a NO jsou přepočítány na referenční obsah kyslíku 11%. Obr. 1 Spalovací zařízení na pevná biopaliva na bázi V 25 Tab. 1 Pevná biopaliva ve formě standardizovaných briket Palivo

Popis

Rozměr

1

Brikety z pilařského odpadu,

ø 90 mm

2

Brikety z truhlářského odpadu

ø 65 mm

3

Brikety ze směsi - šťovík:chrastice:smrk kůra 1:1:1

ø 65 mm

4

Brikety ze směsi - šťovík:chrastice:smrk kůra 20:60:20

ø 65 mm

5

Brikety ze směsi - šťovík:chrastice:smrk kůra 60:20:20

ø 65 mm

6

Vojtěškové pelety

ø 8 mm

Obr. 2 Emisní parametry pevných biopaliv

Verner

Verner

CO

NO

350

12000 300

NO [mg/m 3]

CO [mg/m 3]

10000 8000 6000 4000 2000

250 200 150 100 50 0

0 1

2

3

4

5

1

6

2

3

Palivo

Palivo

30

4

5

6

Verner

Ve rne r Pře byte k v zduch u

CO2

18,0

2,5

16,0 14,0

2,0

Lambda [ - ]

CO2 [%]

12,0 10,0 8,0 6,0 4,0

1,5 1,0 0,5

2,0

0,0

0,0 1

2

3

4

5

1

6

2

3

Palivo

4

5

6

Palivo

Verner

O2

14,0 12,0

O2 [%]

10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 1

2

3

4

5

6

Palivo

Verner

Komínová ztráta

25

Komínová ztráta [%]

Obr. 3 Výkonové parametry kotle při spalování pevných biopaliv

Verner

Tepelný výkon

20

15

10

5

0 1

2

3

Palivo

30

4

5

6

Verner - Komínová teplota

20 15 10

500

5

400

0 1

2

3

4

5

6

KT [°C]

P [kW]

25

Palivo

300 200 100 0 1

2

3

Palivo

32

4

5

6

jednoznačně říci, že z hlediska obsahu CO ve spalinách je na tom nejhůře právě směs šťovík:chrastice:smrk kůra 1:1:1. Pokud jde o vojtěškové pelety, zde je situace již méně příznivá. V jejich případě totiž nebylo možno docílit výrazně nižších emisí ani žádnými dodatečnými seřizovacími zásahy.

Závěr Z výsledků je patrno, že nejlepší emisní a výkonové parametry mají brikety lisované z hoblin z truhlářského odpadu. Kromě toho, mělo toto palivo, v porovnání s ostatními i nízký obsah mechanického nedopalu (popela). Naopak největší obsah popela byl zaznamenán u smějí, obsahující energetické traviny. U směsi šťovík:chrastice:smrk.kůra 60:20:20 byl v popelu zaznamená navíc i ojedinělý výskyt spečeného popela.

Brikety ze směsí travin a kůry vykazovaly při spalování nízkou rozpadavost a také klenbování paliva v okolí trysky. Z tohoto důvodu byly nutné častější zásahy obsluhy – prohrabování vrstvy paliva, apod. Zároveň u těchto směsí docházelo po odhoření povrchové vrstvy ke špatnému prohořívání jádra brikety, což významným způsobem nepříznivě ovlivňovalo emise. Právě v této fázi totiž docházelo ke vzniku nejvyšších koncentrací CO. Vzhledem k této okolnosti je jako možnou úpravu navrhnout zmenšení částic paliva (a zvětšení aktivního povrchu), např.lisováním do formy pelet.

U paliva 3 (brikety ze směsi šťovík:chrastice:smrk kůra 1:1:1) a 6 (vojtěškové pelety) se ve spalinách objevují vyšší koncentrace CO. V případě briket lze množství této emise snížit otevřením přívodu předsoušecího vzduchu do horní plnící komory. Jestliže v případě briket z ostatních směsí uděláme opačný zásah – otevřeme přívod předsoušecího vzduchu - koncentrace CO se zvýší. Nelze tedy

Kontaktní adresa Ing. Petr Hutla, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O.Box 54 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233022 210 Fax: 233312507 e-mail: [email protected]

33

Bioplyn Jaroslav Kára Výzkumný ústav zemědělské techniky kompostováním separovaných organických zbytků po fermentaci. Anaerobní digesce může zabezpečit ekologické palivo pro výrobu tepla, elektrické energie i provoz motorů mobilních zařízení. Konkurenceschopnost bioplynu bude stoupat se zvyšujícími se cenami energií a environmentálními požadavky občanů. Ve srovnání s postupy termické konverze fytomasy je účinek anaerobní digesce fytomasy na snížení produkce CO2 vyšší a navíc nedojde ke znehodnocení rostlinných živin, zejména dusíku. Je možné předpokládat, že anaerobní digesce biomasy bude ve třetím tisíciletí součástí akumulačních biotechnologických cyklů propojených s dalšími systémy ekologické výroby energie do integrovaných systémů. Potřeba nekrmivářského využití fytomasy je v České republice převážně v marginálních zemědělských oblastech, kde útlum potravinové produkce je řešen zatravněním orné půdy. Část fytomasy z těchto ploch by bylo možné zpracovat na bioplyn a organické hnojivo. K tomu přistupuje fytomasa z údržby veřejné zeleně, sportovišť a okrajů komunikací. Dále je třeba na základě zahraničních zkušeností uvažovat o společném zpracování fytomasy a bioodpadu ze separovaného sběru domovních odpadů. Při anaerobní digesci fytomasy je možné uplatnit kofermentaci odpadů z výroby bionafty, z tukového průmyslu, z konzerváren, lihovarů, jatek, mlékáren a ČOV. Příjmy ze zpracování výše jmenovaných odpadů mohou výhledově zefektivnit provoz bioplynových stanic. Zvyšování cen energií, hnojiv i poplatků za zneškodňování odpadů vytváří perspektivu pro činnost svozných centralizovaných bioplynových stanic na úrovni střediskových obcí vybavených kogenerační jednotkou a kompostářskou linkou s denní produkcí 3 -1 bioplynu vyšší než 1500 m .den . Technologie anaerobní fermentace komunálního bioodpadu vyžadují v první řadě existenci efektivní infrastruktury sběru bioodpadu a v řadě druhé, což je v poměrech ČR asi největší problém, značné investiční prostředky. Pokud bychom se chtěli vyhnout takto vysokým investicím, museli bychom stavět stanice nižší kategorie, bez měřící a regulační techniky a některých dalších komponentů, což lze připustit pouze u kategorie malých bioplynových stanic a to na základě přípravy legislativních změn v bezpečnostních předpisech. Většina bioplynových stanic byla v ČR uvedena do provozu v období let 1986 – 1989, další do roku 1992 a to v rámci ověřovacích, nebo experimentálních provozů s podporou státu na jejich výstavbu. Z toho důvodu jsou některé ekonomické údaje z tohoto období v podstatě nepoužitelné, neboť nezahrnují náklady vynaložené na výstavbu a to jak stavební, tak i technologické části. Po roce 1992 státní podpora bioenergetického programu v resortu Ministerstva zemědělství byla zaměřena jiným směrem. Výstavba bioplynových stanic v zemědělství se omezila na několik malých jednotek, financovaných z dotačních titulů. V komunální sféře pokračují rekonstrukce a výstavby čistíren odpadních vod s možností získat státní podporu z Ministerstva životního prostředí, případně z dalších finančních zdrojů i na výstavbu

Většina bioplynových stanic byla v ČR uvedena do provozu v období let 1986 – 1989, další do roku 1992 a to v rámci ověřovacích, nebo experimentálních provozů s podporou státu na jejich výstavbu. Z toho důvodu jsou některé ekonomické údaje z tohoto období v podstatě nepoužitelné, neboť nezahrnují náklady vynaložené na výstavbu a to jak stavební, tak i technologické části. Po roce 1992 státní podpora bioenergetického programu v resortu Ministerstva zemědělství byla zaměřena jiným směrem. Výstavba bioplynových stanic v zemědělství se omezila na několik malých jednotek, financovaných z dotačních titulů. V komunální sféře pokračují rekonstrukce a výstavby čistíren odpadních vod s možností získat státní podporu z Ministerstva životního prostředí, případně z dalších finančních zdrojů i na výstavbu bioplynových stanic. Komunální skládky tuhých domovních odpadů jsou již často vybavovány systémy na získávání a využití bioplynu. Na výzkumných a vývojových projektech z minulých let se podílely vedle Výzkumného ústavu zemědělské techniky v Praze další instituce, mezi něž patří Hydroprojekt a.s. Praha, TF ČZU Praha, ČKD Hořovice a několik zemědělských podniků. Díky těmto pracím existuje dobrá technická základna pro realizaci zemědělských bioplynových stanic, i když „know-how“ bez dalších inovačních aktivit začíná zaostávat za stavem v okolních státech EU, kde se zaměřují zejména na realizaci finančně nenáročných bioplynových stanic se zpracováním kejdy, pro malé a střední kapacity zemědělských podniků, na automatizaci jejich provozu a zlepšení pracovních a životních podmínek pro obsluhu i hospodářská zvířata. Některé zemědělské podniky v České republice mají dlouhodobé zkušenosti s využíváním bioplynu. Dodnes je v provozu jedna z prvních a zároveň největších evropských bioplynových stanic v Třeboni. Také dodávky technologie pro bioplynové stanice je zcela možno zabezpečit z tuzemských zdrojů. Základní překážkou pro rozvoj a šíření bioplynových technologií v ČR je jejich relativně vysoká pořizovací cena a z ní vyplývající výše výrobních nákladů na jednotku vyprodukované energie, která převyšuje současnou realizační cenu za tuto energii a náročné bezpečnostní požadavky, které jsou zejména u malých a středních bioplynových stanic významným omezením možnosti jejich rozšíření. Bioplyn lze vyrábět z kejdy, chlévské mrvy, biologicky odbouratelných domovních odpadů, odpadů z ČOV a potravinářského průmyslu, ale i z energetické fytomasy k tomu účelu pěstované. Výroba bioplynu z účelově pěstované energetické fytomasy je v České republice ve stadiu modelových experimentů. V zahraničí věnuje tomuto problému pozornost celá řada interdisciplinárních pracovišť využívajících možností kombinace anaerobní digesce komunálního a průmyslového bioodpadu, zvířecích exkrementů a účelově pěstované vhodné energetické fytomasy. Tyto technologie úspěšněji zabezpečují stabilní intenzivní fermentační proces a navozují ekonomickou efektivnost celého systému včetně produkce následně aerobně stabilizovaného organického hnojiva, produkovaného

34

bioplynových stanic. Komunální skládky tuhých domovních odpadů jsou již často vybavovány systémy na získávání a využití bioplynu.

vážně nezajímal. V letech 1982 – 1992 probíhalo řešení výzkumného projektu zaměřeného na využití exkrementů z velkochovů hospodářských zvířat pro výrobu bioplynu. V rámci tohoto projektu byly s významnou státní podporou realizovány experimentální bioplynové stanice pro zpracování zemědělských tuhých i tekutých odpadů, z nichž některé pracují s původní technologií ještě dnes. Jejich přehled je uveden v tabulce (bioplynová stanice v Třeboni byla vystavěna mimo tento program).

Aktuální situace ve využívání bioplynu v zemědělství v České republice Vzhledem k nízkým cenám klasických energetických zdrojů se o oblast využívání bioplynu ošetřením chlévské mrvy s produkcí a využitím bioplynu v zemědělství až do tzv. „ropné krize“ v roce 1982 nikdo

Tab.: Základní údaje o zemědělských bioplynových stanicích v ČR OBJEM BIOPLYNOVÁ FERMENTOVANÝ FERMENTORU MATERIÁL STANICE 3 -1 3 m m .den NÁZEV

PRODUKCE TEPLOTA VYUŽITÍ BIOPLYNU FERMEN. BIOPLYNU 3 -1 m .den °C

Třeboň ČOV

P/Č 200/40

3200+2800

4000 až 6000

39 – 41

Kogenerace

Kroměříž

P/Č 180/100

2 x 9802 x 3500

3800

35 – 40

Teplo

Kladruby ZD

INVEST NÁKLADY tis. Kč

ZAHÁJENÍ PROVOZU Rok

42 000

1973 1985

P/M 100

2 x 1200

2200

39 – 41

Kogenerace

36 000

1989

Plevnice ČOV

P 80

2 x 1100

1700

39 – 41

Kogenerace

14 000

1991

Mimoň

P 120

2 x 1800

3500

42 – 45

Kogenerace

1994

Šebetov

P 120

2 x 2000

2000

39 – 41

Kogenerace

1993

Trhový Štěpánov

P/K 10/10

1 x 700

1000

42 – 44

Kogenerace

1994

Jindřichov ZD

S/M 21tun

6x

600

35 – 40

Kogenerace

5 500

Výšovice ZD

S/M 11t

8 x 180

350

35 – 40

Teplo

3 500

1987

Hustopeče ZD

S/M 44t

8 x 170

1200

35 – 40

Teplo

8 500

1986

Skalice SDP

K/P 170

2 160

2 700

37

48 000

1993

85

1989

Zkratky:P – kejda prasat, K – kejda skotu, Č – čistírenský kal,S - slamnatý hnůj, M – chlévská mrva V komunální sféře pokračují rekonstrukce a výstavby čistíren odpadních vod s možností získat státní podporu z Ministerstva životního prostředí, případně z dalších finančních zdrojů i na výstavbu bioplynových stanic. Komunální skládky tuhých domovních odpadů jsou již často vybavovány systémy na získávání a využití bioplynu. Na výzkumných a vývojových projektech z minulých let se podílely vedle Výzkumného ústavu zemědělské techniky v Praze další instituce, mezi něž patří Hydroprojekt a.s. Praha, TF ČZU Praha, ČKD Hořovice a několik zemědělských podniků. Díky těmto pracím existuje dobrá technická základna pro realizaci zemědělských bioplynových stanic, i když „know-how“ bez dalších inovačních aktivit začíná zaostávat za stavem v okolních státech EU, kde se zaměřují zejména na realizaci finančně nenáročných bioplynových stanic se zpracováním kejdy, pro malé a střední kapacity zemědělských podniků, na automatizaci jejich provozu a zlepšení pracovních a životních podmínek pro obsluhu i hospodářská zvířata. Výkupní cena elektrické energie dodávané do sítě včetně cenového zvýhodnění kryje za současných podmínek přibližně 1/3 – 1/2 nákladů u stávajících stanic a jak ukazují propočty i zkušenosti, méně než 1/3 nákladů u nově budovaných stanic. Na základě jednání mezi Energetickým regulačním úřadem a Asociací pro využití obnovitelných zdrojů energie byla dojednána výkupní ceny elektrické energie z obnovitelných zdrojů -1 na 2,50 Kč.kWh , což snižuje potřebu dotace při

výstavbě bioplynové stanice přibližně na 30% až 45% investičních nákladů. Podnikatelské subjekty v zemědělské prvovýrobě a v potravinářském průmyslu mají možnost čerpat tyto podpory: •

Investiční podporu České energetické agentury do výše 15% celkových investičních prostředků, neboť výstavba standartních bioplynových stanic není již považována za demonstrační akce.

•

investiční podporu MŽP v podobě zvýhodněného úvěru, na který však musí mít zajištěné ručení. Jako podnikatelský subjekt nemají nárok na získání dotace (nárok na 40% dotace má pouze komunální sféra a na 30% občané),

•

dotace v rámci podpory malého a středního podnikání do výše 30% celkových investičních nákladů (max. 5 mil. Kč) pro obce a podnikatele, bez zvýhodňování a garance úvěru,

•

prostřednictvím PGRLF – program ZEMĚDĚLEC umožňuje garanci úvěru a částečnou dotaci úroku z úvěru pro podnikatelské subjekty s min. 50% příjmu ze zemědělské prvovýroby. Žádná z uvedených podpor neumožňuje jednotlivě pro podnikatelské subjekty v zemědělské prvovýrobě a potravinářství pořízení bioplynové stanice - novostavby, která by byla schopná rentabilního provozování při

35

současných výkupních cenách energie. Problém je jednak v tom, že se jednotlivé podpory nedají kombinovat a dále v tom, že pro zemědělské subjekty by byla potřeba podpory jak ve formě garance úvěru a částečná dotace úroků (nedostatek volných prostředků v zemědělství), tak i dotace ve výši 30 – 40% na pořízení investice, která by umožnila rentabilní provoz. Podstatné je stanovení přiměřených výkupních cen elektrické energie z obnovitelných zdrojů tak, aby jejich výše (nebo trend vývoje) byla dlouhodobě garantována, včetně daňového zvýhodnění takto vyrobené energie. V současné době je ojediněle dosahován „rentabilní“ provoz bioplynové stanice pouze tam, kde je nahrazován dlouhodobý a trvalý nákup elektrické a tepelné energie (například v sušárnách dřeva) její vlastní výrobou v kogenerační jednotce. Vyprodukovaná tepelná a elektrická energie není tedy ohodnocena v její nízké výkupní ceně, ale v ceně za kterou by zemědělský podnik tuto energii nakupoval Dá se předpokládat, že změnou koncepce bioplynových stanic z „likvidace“ jednoho druhu odpadu (např. kejdy) na řízenou výrobu bioplynu za použití vhodné kombinace odpadů a cíleně pěstovaných rostlin, dojde k nárůstu produkce bioplynu z 1 tuny výchozí suroviny (za tímto účelem by bylo vhodné zpracovat inventuru zdrojů využitelných pro výrobu bioplynu a jejich energetické vydatnosti). Toto opatření by mělo podstatně zvýšit produkci bioplynu na jednotku objemu fermentoru a zlepšit rentabilitu celé výroby. Tyto předpoklady je však nutné vědecky a výzkumně ověřit.

Na rentabilitu bioplynových stanic může mít podstatný vliv i pokrok v likvidaci tříděného komunálního odpadu. Očekává se , že poplatek za likvidaci biologicky odbouratelné frakce domovních odpadů bude doplňkovým příjmem bioplynových stanic, které tyto odpady zakomponují do skladby surovin používaných k výrobě bioplynu a tak vylepší ekonomiku provozu. Jakákoliv krátkodobá opatření nemají pro tento obor jako podnikatelskou aktivitu velký význam. Pro investice do výroby bioplynu je nutné zajistit dlouhodobě působící nástroje v podobě zvýhodněné výkupní ceny energie, v podobě přístupnosti „levných úvěrů“ a v podobě investiční dotace (její výše by mohla mít sestupnou tendenci v závislosti na nárůstu ceny energií na trhu, v závislosti na růstu daňového zatížení fosilních paliv a nárůstu „přísnosti“ ekologických omezení při zpracování biologicky odbouratelných odpadů). Doporučujeme ověřit využití některých zemědělských plodin (zejména z čeledi bobovitých) pro výrobu bioplynu a následně zvážit jejich zařazení do seznamu rostlin, na něž se vztahuje podpora v rámci Nařízení vlády 86/2001 Sb., za předpokladu jejich ekonomicky zdůvodnitelného využití pro energetické účely. Za prospěšné považujeme, aby se na společném řešení a podpoře dohodly všechny zainteresované resorty a umožnily stejný přístup k podporám všem zájemcům bez ohledu na podnikatelskou formu a resort v kterém působí.

Kontaktní adresa Ing. Jaroslav Kára, CSc. Vedoucí odboru energetiky, logistiky a využití biomasy Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, P.O.Box 54 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233022 210 Fax: 233312507 e-mail: [email protected]

36

Energetické a průmyslové využití slámy Zdeněk Abrham, Marie Kovářová Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha ENERGETICKÉ VYUŽITÍ SLÁMY Vzhledem k výraznému poklesu objemu živočišné výroby v posledních 10 letech se snížila potřeba slámy pro krmení a podestýlání a začínají se uplatňovat různé formy jejího energetického nebo průmyslového využití.. Podle většiny odborníků je možno odebrat z koloběhu živin 25-33 % každoročně sklízené slámy bez negativního vlivu na úrodnost půdy a využívat tuto slámu pro průmyslové a energetické účely. Technologické systémy zpracování, skladování a tepelné konverze obilní slámy jsou předmětem neustálého vývoje a hledají se nejvhodnější technická i ekonomická řešení pro různé lokální podmínky. V současné době se používají nejčastěji tyto systémy: •

spalování volné (balíkové) slámy – vhodné především pro centrální kotelny (viz obr. 1) – charakteristické jsou nízké náklady na palivo, vysoké investiční náklady na kotelnu a rozvody vody, pohodlí pro uživatele, vyšší celková cena jednotky tepla

Obr. 2 Zplyňovací zařízení ATMOS DC 100 pro polenové dříví a briketovaná biopaliva s jmenovitým tepelným výkonem 100 kW.

Obr. Obr. 1 Spalovací zařízení bioenergetického centra pro centrální vytápění obce Velký Karlov (Pozn.: Teplovodní zařízení TFS 1000 Tractant Fabri Kolín 1000 kW pro spalování balíkované slámy ev. dalších stébelnin, záložní zdroj PAROMAT SIMPLEX 460 kW pro spalování extralehkého topného oleje nebo bionafty )

•

spalování briket z dřevin, slámy a dalších stébelnin – vhodné pro lokální kotelny rodinných domků (viz obr. 2) – charakteristické jsou vyšší náklady na palivo, nízké investiční náklady, nižší pohodlí pro uživatele a nižší výsledná cena jednotky tepla

•

spalování pelet z dřevin a vhodných stébelnin (viz -1 obr. 3) s výhřevností do 18 MJ.kg , s obsahem vody kolem 10 % hmotnosti, s tvarem válečků o průměru 4-10 m a délky do 40 mm umožňuje automatizaci provozu spalovacích zařízení na úrovni kotlů na topný olej nebo zemní plyn.

3 Automatický teplovodní kotel V–Ling 25 ( BENEKOVterm Horní Benešov) pro spalování pelet na bázi dřevin a vhodných stébelnin, tepelný výkon 25 až 42 kW. Pozn.: Umožňuje také spalování standardizovaného hnědého a černého uhlí

PRŮMYSLOVÉ VYUŽITÍ SLÁMY Ověřování možností využití slámy pro průmyslové účely se v uplynulých letech orientovalo především do oblasti výroby stavebních panelů z lisované slámy. Základním vhodným materiálem je kvalitní pšeničná sláma slisovaná do hranolovitých balíků. Sláma tvoří jádro desky. Rozhodující je kvalita slámy po sklizni sklízecí mlátičkou. Nevhodná je sláma s větším podílem drobných částí, které potom tvoří odpad. Dalším nezbytným materiálem je recyklovaný kartónový papír, přírodní lepidlo a přísady proti hlodavcům, které se přidávají plně v souladu s hygienickými a zdravotními limity systémem přesného dávkování. Ekopanely se vyrábějí lisováním obilné slámy za vysokého tlaku a teploty. Lisování slámy probíhá ve speciálním tvářecím lisu do kompaktní podoby desky. Pomocí přírodního lepidla se toto slisované jádro polepí kartonem.

37

•

Nekonečný pás ekopanelů postupně ochlazuje a je formátován řezacím zařízením na požadované rozměry. Čela formátu ekopanelu se pro zachování fyzikálních vlastností rovněž polepují kartonem. Všechny materiály použité při výrobě ekopanelových desek jsou ekologicky zcela čisté a mají navíc svůj původ v obnovitelných přírodních zdrojích. Mechanicko-fyzikální vlastnosti ekopanelových desek z pšeničné slámy: •

standardní rozměry ekopanelů jsou 2600 x 1200 x 60 mm (délka, šířka, tloušťka), délku lze upravit podle požadavku zákazníka do maximální délky 3300 mm

•

2 průměrná hmotnost je 24 kg/m (plošná) tj. 398 3 kg/m (objemová)

u ekopanelu byla provedena příslušná certifikace podle ustanovení § 10 zákona č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky

Použití ekopanelů Stramit Ekopanely se dnes nejčastěji používají místo klasických pevných příček, na podhledy, obložení stěn a zateplení objektů, jako mobilní příčky, opláštění nosné konstrukce apod. Příčky z těchto ekopanelů nepotřebují (na rozdíl od sádrokartonových) žádnou nosnou konstrukci ani doplňkovou izolaci. Ekopanely jsou samonosné, mají velmi dobrou pevnost a pružnost, mají rovněž výborné tepelně i zvukově izolační vlastnosti. V poslední době byla rovněž zahájena výroba celých rodinných domků z těchto ekopanelů, příklad je uveden na obr. 4.

Obr. 4 Pohled na přízemní rodinný dům z ekopanelových desek ze slámy (Stramit) Ekonomické aspekty výroby ekopanelových desek • Výroba ekopanelových desek na bázi obilní slámy významně napomáhá odbytu kvalitní suché slámy pěstitelů v daném regionu a zvyšuje její cenu

Literatura: 1) Abrham Z., Jevič P., Kovářová M.: Průmyslové a energetické využití slámy a stébelnaté fytomasy, Agromagazin č.10, Praha, 2002 2) Jevič, P., Sladký, V., Šedivá, Z.: Anbau und Verarbeitung von nachwachsenden Rohstoffen in der Tschechischen Republik, Landwirtschaftliche Rohstoffpotentiale für Nachwachsende Rohstoffe, Leipzig, 10.3.2000, s. 9 3) Kovářová M., Abrham Z., Jevič P.: Vliv využití půdy energetickými plodinami na ekonomiku zemědělského podniku, Zpráva VÚZT, Z-2402, Praha 2002 4) Energetické a průmyslové rostliny VI. A VII. – sborník referátu z odborné konference sdružení CZ Biom a VÚRV Praha, Chomutov 2000 a 2001

• Získané zkušenosti jsou významné pro realizaci obdobných zpracovatelských linek pro využití dalších perspektivních plodin nebo odpadní fytomasy • Ekopanely jsou svou jednoduchou a bezpečnou manipulací a propracovanými spojovacími a montážními prvky vhodné jak pro profesionální stavební firmy, tak pro drobnější rekonstrukce svépomocí. 2

• Rozpočet kompletní stavby domu z ekopanelů na 1m obytné plochy činí cca 12 000 Kč. Z dosavadních výsledků výzkumných prací vyplývá, že průmyslové i energetické využití slámy obilovin má své ekonomické i ekologické opodstatnění a přispívá rovněž k ekonomické stabilitě zemědělského podniku a snížení jeho energetické závislosti na vnějším prostředí.

Kontaktní adresa Ing. Zdeněk Abrham, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Vedoucí odboru ekonomiky zemědělských technologických systémů Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233022 399, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]

38

Konzultační a poradenské středisko VÚZT, poradenská síť MZe Ing. Josef Dvořák Výzkumný ústav zemědělské techniky Z rozhodnutí ministra zemědělství ČR vzniklo ve VÚZT Praha Konzultační a poradenské středisko dne 1.7.2000 přijetím tří pracovníků na místa poradců. V současnosti pracuje KPS VÚZT ve složení Ing. Josef Dvořák, jako poradce a vedoucí skupiny poradenství, Ing. Václav Sladký, CSc jako poradce a Ing. David Andert, CSc jako poradce. Vedoucím Konzultačního a poradenského střediska VÚZT je Ing. Zdeněk Abraham, CSc. Délka působení poradců ve výzkumné a poradenské činnosti dosahuje 29 až 50 roků. Konzultační a poradenské středisko bylo zřízeno jako poradenské centrum s celostátní působností a od svého zřízení se zaměřilo na provádění specializovaných poradenských aktivit v rámci působnosti Výzkumného ústavu zemědělské techniky. Tyto aktivity se týkají především problematiky zemědělské biomasy, zemědělské energetiky a technologií produkce zrnin a okopanin. Konzultační a poradenské středisko VÚZT poskytuje poradenství ve veřejném zájmu. K prioritám poradenství ve veřejném zájmu patří: Poradenství dosažitelné pro všechny subjekty zemědělsko - potravinářského komplexu šíření poznatků vedoucích k uplatňování zásad racionální technologie výroby produktů poskytování informací vedoucích k zajišťování vyšší jakosti produktů Šíření informací o možnostech získání finančních podpor z programů MZe ČR a EU Implementace tržních pořádků a seznamování normami platnými v EU Výklad principů resortní politiky MZe a Společné zemědělské politiky EU Konkrétně se poradenská a konzultační činnost v minulosti zaměřovala například na tyto oblasti: Možnosti rekonstrukce senážních a silážních věží na skladování zrnin.

Kvalita ošetření uskladněných zrnin provzdušňování neupraveným vzduchem

Faktory ovlivňující skladovatelnost zrnin Problematika využití halových (podlahových) skladů pro skladování zrnin. Pneumatická doprava slámy. Certifikace zemědělských strojů. Investiční náročnost vybudování skladů zrnin Možnosti diagnostiky provzdušňovacích zařízení skladů zrnin Stanovení období pro vybudování skladů zrnin v závislosti na cenovém vývoji na trhu Diagnostika ochranné atmosféry hermetických skladů vlhkých zrnin Možnosti využití malých vodních elektráren Možnosti lisování slámy, křídlatky a jejich směsí s dřevem Určení výkonu kotle s ohledem na provozní režim objektu Způsob regulace vytápění areálu dílen ZOD Využití balíkované slámy k vytápění Možnosti současného spalování biomasy a uhlí Stroje použitelné pro pěstování rychlerostoucích dřevin Možnosti vybudování tepelných mikrosítí Možností náhrady fluidního topeniště Ekonomika různých způsobů vytápění, optimalizace způsobu přípravy štěpky a energetická náročnost Optimalizace větracího systému u prasat Použití tepelného čerpadla k vytápění Optimalizace velikosti sušárny řeziva Ekonomika zateplení administrativního objektu Pěstování energetických plodin, dřevin i stébelnin včetně jejich sklizně, zpracování, dosoušení, tvarování do briket, pelet a spalování

Standardizace biopaliv – peletizace a briketování Kotelny na spalování biopaliv Konopí – pěstování a zpracování: Spoluúčast na natáčení edukačních TV programů pro ČT (CZ BIOM) a LEA (MŽp)

při

Kontakty: Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Ruzyně, E-mail.: [email protected] Telefon: 233 022 111, Fax: 233 312 507

KPS VÚZT, E-mail.: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], Telefon: 233 022 399; 335; 275; 225

39

Bioteplofikace venkovských sídel a podniků Václav Sladký Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 6 Úvod Bioteplofikací venkova se rozumí uplatnění souboru technicko-ekonomických opatření, jejichž cílem je náhrada fosilních paliv, jako je uhlí, zemní plyn, případně topné oleje zpravidla místními, každoročně v regionu narůstajícími palivy rostlinného původu. Sleduje se tím řada navzájem spojených záměrů jako je: - Snížení emise skleníkových plynů ze spalovaných fosilních paliv a plnění požadavků mezinárodních smluv na ochranu ovzduší. - Snížení objemu finančních prostředků, které odcházejí za paliva mimo region, případně i mimo hranice státu. - Zvýšení zaměstnanosti místního obyvatelstva zapojením na zpracování místních paliv. - Využití vedlejších výrobků a zbytků rostlinné a živočišné výroby a zemědělské půdy, která byla vyčleněna z výroby potravin . - Zlepšení využití těžebních zbytků lesní výroby a dřevařského průmyslu. - Zvýšení finančních příjmů zemědělských podniků na základě výroby a prodeje biopaliv. - Zlepšení péče o stav krajiny v regionu. - Cestou k tomu by měla být zejména standardizace pevných, kapalných i plynných biopaliv a rekonstrukce systémů spalování těchto paliv.

plodin pro potraviny i krmiva a zvířecí síla byla nahrazena silou technickou. Odhaduje se, že volných ploch je u nás až 1 milion hektarů. Kromě toho je každoročně k dispozici značné množství energeticky využitelných vedlejších výrobků a zbytků stávající zemědělské a lesní výroby a navazujícího průmyslu. Potenciál 20 mil. tun biopaliv za rok, který je možno výhledově ze zemědělství a lesnictví získat, nemá tak význam jen pro energetickou bilanci státu, zlepšení klimatických podmínek, ale i pro zaměstnanost, příjmy a život na venkově vůbec. Nebude však snadné nahrazovat zatím levnější fosilní paliva sice ekologicky vhodnějšími, ale zatím dražšími palivy, pokud nepomůže i legislativa, tj. připravovaný zákon o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie, který by měl podstatně fosilní paliva zdražit, respekt. do jejich ceny zahrnout některé externalitní náklady dnes hrazené z daní obyvatelstva. Svůj význam v tomto procesu však má i poznání této poměrně složité problematiky. Základním předpokladem rozvoje využívání biopaliv bude jejich převod do tržně uznávaných forem výrobci i odběrateli. Vedle standardní dřevní palivové štěpky a balíků slámy to budou dřevní polínka a zejména standardní, normované peletky a brikety, které se stanou běžným biopalivem. Na ně budou navazovat i standardní spotřebiče, fungující podle normované technologie spalování paliv, zajišťující vysokou účinnost a nízké emise škodlivin i hospodárnost vytápění.

Stávající stav vytápění budov České republice V České republice se v roce 2002 podílelo stále ještě uhlí na celkové spotřebě energie asi 55 %, ropa a zemní plyn po zhruba 10 - 15 % a obnovitelné zdroje energie jako biomasa, voda, vítr a sluneční energie jen asi 2 – 3 %, snad i více, (statistika všechno nesleduje). Naše republika se připojením k mezinárodním dohodám zavázala, že do roku 2010 bude činit podíl obnovitelných zdrojů 6 %, (EU 10 %). Toho bude možno dosáhnout jen zvýšeným používáním paliv z biomasy, neboť vodní zdroje jsou již skoro úplně využity a solární a větrná energie má omezené možnosti. Odhaduje se, že v roce 2002 ČR využívala asi 2 až 3 mil. tun pevných biopaliv, především palivového dřeva a dřevních výrobních a těžebních zbytků a několik tisíc tun slámy, když využitelný současný potenciál byl asi 5 až 6 mil. tun. Do roku 2010 by mohl stoupnout využitelný potenciál biopaliv všech druhů, včetně účelově pěstovaných rostlin na vyčleněné půdě až na cca 20 mil. tun ročně. Vzhledem k tomu, že v celé dlouhé historii vývoje zemědělství bylo stále 30 až 40 %, obhospodařovaných ploch využíváno k získávání energie pro lidskou a především potahovou sílu i otop, je logické, že by se stejný podíl zemědělské půdy mohl opět „energetickému“ odvětví věnovat. V důsledku vědeckotechnického pokroku výrazně stouply výnosy

Standardizace pevných biopaliv –předpoklad rozvoje Proces standardizace pevných biopaliv (fytopaliv) se týká samotného výběru substrátů, jejich klasifikace, závazných tvarů, fyzikálních vlastností, výhřevnosti, obsahu spalitelných těkavých a pevných látek, obsahu a vlastností popele, qložení spalin, ale i metod odebírání vzorků a metod jejich rozborů atd. Standardizaci biopaliv vyžadují výrobci biopaliv, výrobci topenišť a kotlů a jejich uživatelé, ale i obchodníci s palivy, zejména v mezinárodním obchodě. Informace o hlavních druzích pevných biopaliv uvádí následující přehled: Základní fyzikální a mechanické vlastnosti pevných biopaliv Pevná biopaliva mohou mít podle druhu, původu, místa a doby sklizně nebo vzniku desítky různých forem, struktury, obsahu vody a výhřevnosti. Přesto je možno jejich základní kvalifikaci soustředit do několika skupin a dále s nimi pracovat a uvažovat o jejich optimálním využití. Zásadně lze stanovit, že čím je topeniště menší, tím musí být biopalivo kompaktnější a sušší, větší kotle využijí palivo s vyšším obsahem vody a svou formou se více přibližující původnímu stavu. Pro malá topeniště jsou vhodná polínka, brikety a peletky, pro velké kotle dřevní štěpka, piliny a balíky slámy.

40

Tabulka 1. Vlastnosti základních pevných biopaliv, obsah vody, výhřevnost, popel VLASTNOSTI PALIVO

Obsah vody (%)

Výhřevnost (MJ/kg)

Teplota lepení (°C)

Obsah popele (%)

rozsah

∅

rozsah

∅

rozsah

∅

Dřevní štěpka

20-55

40

5-13

9

0,5-2

0,8

900

Kůra čerstvá

40-65

55

4-10

7

0,5-5

1,5

850

Sláma řepky

13-25

17

13-17

14

3-10

4

750

Rašelina surová

45-55

50

8-11

8

0,5-4

1

900

Domovní odpad

10-50

30

4-15

9

10-50

25

650

Dřevo, polena

20-30

25

12-15

13

0,5-2

0,7

900

Dřevo, obaly, truhlářský odpad

10-15

13

15-17

16

0,5-2

0,7

900

Tabulka 2. Složení pevných paliv s obsahem vody do 15 % OBSAH PRVKŮ (%)

OBSAH TĚKAVÝCH LÁTEK V SUŠINĚ (%)

C

O

H

N

S

Cl

Sláma

75-80

44

35

5

0,5

0,1

0,2

Dřevo

70-75

43

37

5

0,1

0,0

0,0

PALIVO

Dřevní uhlí

23-25

71

11

3

0,1

0,0

0,0

Rašelina

70-75

47

32

5

0,8

0,3

0,0

Uhlí hnědé

47-57

58

18

5

1,4

2,0

0,0

Uhlí černé

24-28

73

5

4

1,4

1,0

0,0

4-6

80

2

2

0,5

0,8

0,0

Koks Poznámka:

Do 100 % doplňuje hodnoty popel a voda. zplyňujících látek (až 50 %). Kotle na hnědé uhlí snáze přizpůsobují spalování biopaliv nebo společnému spalování biopaliv a hnědého uhlí než kotle na koks. Postačuje zpravidla pouze zavedení přídavného sekundárního vzduchu do plamene, který se prodloužil. Koksové kotle musí být nezbytně doplněny předtopeništěm s dohořívací komorou na zplyňování a prohoření spalných plynů a jejich vyzdívka se upravuje jako u plynových kotlů, neboť do prostoru kotle vstupují již jenom horké spaliny a chybí radiační složka. Pro rozhodování a volbě paliva a kotle jsou určující základní fyzikálně-mechanické vlastnosti biopaliv, které uvádějí následující tabulky:

Biopaliva se v porovnání k fosilním palivům vyznačují vysokým stupněm okysličení, tj. obsahem kyslíku a tím sníženou výhřevností a vysokým podílem při teplotě přes 200° C snadno zplyňujících „těkavých“ látek,– až 80 %. To je základní odlišnost od fosilních paliv, která se zohledňuje dostatečným prostorem v topeništích a za nimi k prohoření množství spalných plynů. Výrazný je rozdíl mezi biopalivy a koksem, který teplo předává především sáláním tepla ze žhnoucího paliva, zatímco tato radiace u biopaliv skoro chybí a teplo se předává konvekcí z vyhořelých spalin na teplosměnných plochách. Hnědé uhlí tvoří přechod mezi klasickými fosilními palivy a biopalivy pro svůj vysoký podíl Tabulka 3. Objemové hmotnosti paliv ze slámy MĚRNÁ HMOTNOST 3 (kg/m )

HMOTNOST KUSU (kg/ks)

Sláma řezaná

40 - 60

0,0

Nízkotlaké balíky standardní

60 - 80

5

ručně i mechanicky

Vysokotlaké balíky standardní

80 - 120

10

ručně i mechanicky

STAV PALIVA

Obří balíky válcové

ZPŮSOB MANIPULACE mechanicky

60 - 90

350

jen mechanicky

Obří balíky kvádrové

80 – 160

400

jen mechanicky

Brikety

350 - 600

0,5 - 1

ručně i mechanicky

Pelety, granule

300 - 550

0,01

ručně i mechanicky

Poznámka:

Pelety a granule do průměru 20 mm, výjimečně do 40mm. Brikety průměr 40 – 90 mm, výjimečně více.

41

Tabulka 4. Objemové hmotnosti paliv ze dřeva STAV PALIVA

Hobliny

MĚRNÁ OBJEMOVÁ. HMOTNOST 3 (kg/m )

HMOTNOST KUSU (kg/ks)

ZPŮSOB MANIPULACE

40 - 60

0,01

120 – 180

0

mechanicky

180 – 260 (300)

0,02 – 0,1

mechanicky

250 – 500

1–3

2/

300 – 550

10 – 20

ručně i mechanicky

Polena, délka 100 cm 3/

420 – 630

15 – 30

ručně i mechanicky

4/

400 – 650

1–2

ručně i mechanicky

Pelety, granule4/

450 – 650

0,02

mechanicky

Piliny, prach Štěpka

1/

Polínka, délka 30-50 cm Polena, délka 100 cm Brikety

Poznámka:

ručně i mechanicky

ručně

l/ podle obsahu vody, 2/ měkká dřeva, 3/ tvrdá dřeva, 4/ sypná hmotnost výrobních nákladů a zákon nabídky a poptávky se i tady prosazují. U biopaliv, které jsou produktem účelového pěstování, je situace ještě obtížnější. Na víceleté a zejména jednoleté energetické rostliny, včetně rychlerostoucích, „padají“ plně celé výrobní náklady, (včetně založení plantáže) pokud nepomůže dotace. U stébelnin (celé obilniny, miscantus, čirok apod.) se výrobní náklady pohybují mezi 1 200 až 2 500 Kč/t. Dosušená topolová štěpka z rychle rostoucích topolů dosahuje ceny někdy až 3 000 Kč/t. U tvarovaných biopaliv, briket a pelet vyráběných z vlhkých pilin „od katru“, které se musí před zpracováním uměle sušit, dosahují přímé výrobní náklady 2 500 Kč/t a prodejní cena kolem 3 000 Kč/t ( a v době zvýšené poptávky až 4 500 Kč/t). To platí např. i pro polínkové dříví nabízené u čerpacích stanic za cenu kolem 4 000 Kč/t, i když polenové palivové dřevo od lesních správ stojí 500 – 600 Kč/t. (Absolutně nejvyšší cenu mají jemné hoblinky prodávané jako „kočičí“ podestýlka v malém balení a to až 50 000 Kč/t). S těmito cenami, které mohou zvyšovat ještě dopravní, skladovací a manipulační náklady a někdy i náklady na sušení, není možno na trhu paliv úspěšně soutěžit s hlavním energetickým zdrojem – hnědým uhlím, jehož cena se pohybuje od cca 400 Kč/t (energetické) přes 1100 Kč/t v blízkosti těžby (Mostecko) do cca 1 700 Kč/t ve vzdálenějších oblastech republiky. To má vliv nejen na rozhodování soukromníků, ale i obecních úřadů, hodlajících někde vybudovat ve veřejném zájmu obecní centrální kotelnu. U velkých obecních výtopen není však situace vůbec jednoznačná. Zatímco stávající komunální (i jiné) kotelny, které byly přestavěny úpravou nebo výměnou kotlů ke spalování biopaliva a využívají již vybudované sítě rozvodů a místní zdroje biopaliv si většinou ekonomicky stojí dobře, nově budované menší výtopny na vesnicích bez dotací na nákladnou investici a různé podpory na provoz by nemohly existovat a je zatím sporná i jejich další výstavba. Žádná z několika nových centrálních kotelen na využívání biopaliv, které v poslední době byly vybudovány, by nemohla existovat bez masivní investiční dotace, která se dá „pardonovat“ a chápat u experimentálních, ověřovacích projektů, ale v žádném případě se nemůže obecně opakovat stále a v masovém měřítku. Kromě toho, zejména u komunálních kotelen na vesnicích vyvstává řada

Rozhodování o způsobu vytápění na vesnici Po vybudování dopravní infrastruktury, kanalizace a čističek odpadních vod přistupují mnohé obecní úřady (i jim nadřízené samosprávní složky) k řešení ekologického vytápění na vesnicích, kam nebude v nejbližších létech zaveden zemní plyn a přesto se požaduje, aby i tam došlo ke zlepšení současného stavu. Jde většinou o snahu nahrazovat ekologicky nevhodného uhlí některým z místních zdrojů biopaliv, ale tak, aby bylo při tom dosaženo pohodlí i nákladovosti vytápění domů srovnatelného s používání zemního plynu. V posledních létech bylo uvedeno do provozu v rodinných domcích na venkově přes 40 000 tzv. zplynujících kotlů na kusové dřevo (polínka) a kotlů na štěpku a jen v minulém roce bylo prodáno přes 22 000 krbů a krbových vložek většinou pro novou výstavbu. Podle průzkumu CALLY, České Budějovice, provedeného v některých okresech, lze předpokládat, že ve většině našich dřevo-zpracovávajících podniků je v činnosti několik set kotlů na spalování dřevního odpadu, nebo jeho směsi s uhlím, s tepelným výkonem od 200 kW do několika MW a několik komunálních biokotelen. Statistika nevykazuje spotřebu u statisíců chatařů a chalupářů, kteří zpravidla využívají dřevo jako zdroj tepla a starají se tak alespoň částečně o čistotu okolního lesa. Přesto bioteplofikace v porovnání s okolními státy zaostává. Co brání rychlejšímu rozvoji využívání biopaliv ? Rychlejšímu rozvoji využívání existujícího potenciálu biopaliv brání řada příčin ekonomického, technického, finančního a legislativního charakteru a také absence hlubší informovanosti na všech stupních řízení státu včetně obcí a samotných občanů. Nejzávažnější jsou finance do potřebných investic a ceny biopaliv, tedy ekonomika. Ekonomické příčiny: Energetická sláma bývá při využití ve vlastním podniku hodnocena cenou mezi 200 – 500 Kč/t, při prodeji zprvu to bylo 600 – 700 Kč/t, ale v současné době se prodává také za 1000 až 1200 Kč/t. U dřevní štěpky a pilin jakéhokoliv původu je situace obdobná. Situaci zde však zhoršuje skutečnost, že tato paliva mají vysoký obsah vody ( 45 až 55 %) a srovnatelná cena se pohybuje v přepočtu na sušinu vysoko přes 1000 Kč/t. Ekonomický zákon nezbytného krytí

42

problémů místního charakteru, které podstatně zdražují výstavbu až přes únosnou mez. Je to především rozptýlenost zástavby osídlení a podíl „chalupářů a chatařů“, kteří většinou ( a nejen oni) o centrální

zásobování teplem nestojí. O zásadně rozdílné ekonomické situaci různých rekonstruovaných a nových kotelen na dřevo svědčí následující tabulka:

Tabulka 5: Porovnání ekonomických údajů venkovských kotelen na spalování biopaliv Údaj

Jednotka

Tepelný výkon jmen.

kW

Kotelna TS l/

Kotelna D

Kotelna H

Kotelna S

2 500

2 700

732

380 20

Vytápěných jednotek

Ks

350

125

67

Počet obyvatel

ks

1 400

320

230

60

Délka rozvodů tepla

M

3 634

2 800

720

Spotřeba paliva

t/r

750

600

178

původní 1/ 1 800

Investiční náklad

mil. Kč

20,-

Měrná investice

Kč/dům

51 143,-

308 000,-

447 776,-

255 000,-

Měrná investice

Kč/obč.

14 286,-

120 312,-

130 435,-

85 000,-

Zatížení sítě rozvodů

bm/kW

původní l/

Poznámky:

3/

38,5

1,35

30,- 2/

3,8

5,1

1,89

l/ Rekonstruovaná uhelná kotelna s novým kotlem na dřevní odpad. 1/ Původní rozvody otopné vody zachovány, nezvyšují cenu investice. Ostatní kotelny nové, včetně rozvodů a předávacích stanic. 2/ Podle některých podkladů až 36 mil.Kč. 3/ Kotel od zahraničního dodavatele! centrálních kotelen je omezován vysokými náklady na rozvody ( 5000 až 7000 Kč/bm) a proto se hodí jen tam, kde je soustředěná výstavba a zajištěný trvalý vysoký odběr tepla. Přijatelný je i systém několika menších “blokových“ kotelen v obci s krátkým napojením na okolní domy, doplněný kotly v individuální, v rozptýlené zástavbě.

Stručné hodnocení údajů z tabulky: Nápadný rozdíl měrných investic na ideální (přepočítanou) vytápěnou jednotku (rodinný dům) mezi rekonstruovanou a novou kotelnou. Neúměrně vysoké jsou investiční náklady u nových kotelen v přepočtu na napojený rodinný domek, (případně „vytápěného“ občana). Při tom vnitřní rozvody a radiátory v domě nejsou započítávány! S přibližně stejným obslužným komfortem, podstatně nižší investicí i nižší cenou za jeden dodaný GJ tepla je možno vytápění domů na venkově řešit systémem topných biopeletek s měrnou investicí na jeden domek (za automatické topidlo na pelety s akumulátorem tepla a zásobníkem pelet) v hodnotě dnes již za 70 000,- Kč a přibližným nákladem za 6 tun pelet na roční provoz v hodnotě 18 - 20 000,- Kč. Přídavná investice na výstavbu peletárny s kapacitou výroby 5 000 t/rok, zásobující řádově 800 rodinných domů vychází podle hodnoty použitých strojů a budov na 4,- až 12,- mil. Kč (repasované granulátory na výrobu tvarovaných krmiv nebo nové stroje).Celkové náklady na bioteplofikaci obce jsou pak méně než poloviční než u centrální kotelny s rozvody. Uvedené údaje nutí minimálně k zamyšlení jak dál postupovat při využívání různých systémů vytápění biopalivy na venkově. Peletky jako palivo jsou sice dražší, ale umožňují nejvyšší pohodlí a jistotu vytápění, a nízké emise škodlivin v důsledku optimálního spalování i při značném rozsahu regulace výkonu. Spalování polenového dřeva (polínek) je sice levnější, ale vyžaduje hodně ruční práce, kterou už každý nemůže vykonávat, nebo nemá vlastní zdroje (les). Brikety se spokojí s levnějšími topidly, ale je s nimi ještě dost práce. Emise při regulaci výkonu „polínkových“ 3 kotlů jsou podstatně horší a skladování minimálně 35 m polenového dřeva kolem domu (pokud není k dispozici prázdná stodola) není nejvhodnější ani nejhezčí. Dřevní štěpka se pro svou nestandardnost a jiné nepraktické důvody (skladování,sušení) pro kotle s malými tepelnými výkony většinou nehodí. Rozvoj systémů venkovských

4.Technické a ekonomické aspekty výroby dřevních peletek Na rozdíl od výroby dřevní štěpky, při které se vystačí s jednou soupravou – traktor a štěpkovačka, nebo výroby polínkového paliva, kde se vystačí s okružní pilou a sekerou, či sklizně palivové slámy, kde se používá traktor se sběracím lisem a příslušným dopravním prostředkem, je výroba peletek vázána na celou výrobní linku v hale s vysokými technickými a finančními nároky, která navazuje kromě toho na výrobu suroviny na pilách a truhlářských závodech. To vedlo dříve ke všeobecnému názoru, že peletky jsou zcela okrajovou, módní záležitostí a že pokud se budou biopaliva zpracovávat do standardních forem, bude převažovat polínko, štěpka a v nejlepším případě briketa. Tento názor se radikálně změnil a ukázalo se, že kulturnost vytápění na úrovni spalování ušlechtilých fosilních paliv může zajistit jen drobná, nenápadná peletka – třeba zatím i dražší než ostatní formy fytopaliv. Technologie výroby dřevních peletek Surovinou pro výrobu peletek je většinou čistá, homogenní dřevní hmota ve formě pilin s minimem dřevního prachu, který zhoršuje pevnost pelet. Optimální rozměry pilin jsou 2 až 3 mm. Obsah vody v surovině by se měl pohybovat v rozmezí 10-15 %, tzn., že většinou se musí piliny od katru, které mají kolem 45 % vody, sušit. Proto ve velké výhodě jsou velké dřevozpracující podniky s truhlářskou výrobou, které do peletek zpracovávají suché piliny.

43

Vlhké piliny se zpravidla suší v bubnových sušárnách přímo spalinami, ale v poslední době zahraniční zákazníci vyžadují sušení ohřátým vzduchem, (přes výměník) a to ještě s teplotami do o 160 C, aby nedocházelo k úniku spalitelných těkavých látek, ale odstranila se jen přebytečná voda. Potom také nedochází k náhodnému připalování nebo dokonce k zahoření sušárny, ale sušící zařízení je o investici do výměníku nákladnější. Výkonnost sušícího zařízení je zpravidla o něco větší než výkonnost hlavního peletovacího stroje, ale nerovnoměrnost výkonů vyrovnává chladící mezizásobník suché suroviny. S ohledem na stupeň technické dokonalosti je spotřeba tepla na odpar 4 až 5 MJ/ kg vody a podle obsahu vody vstupní suroviny do sušárny se stanoví potřeba paliva pro ohřev sušícího vzduchu. To odpovídá spotřebě asi 0,5 kg odpadového dřeva, nebo 0,12 kg LTO/ kg odpařené vody. U suchých pilin nebo hoblin stébelnin sušení odpadá. (Úspora nákladů o cca 600 Kč/t peletek). Do výrobního procesu většinou nepřichází surovina v optimálním tvaru, ale jako směs pilin, hoblin, kousků dřeva a proto je ji třeba před vlastní peletizací homogenizovat, upravit částice na vhodnou velikost. To se zajišťuje výkonným kladívkovým drtičem před peletizátorem, (protlačovacím, matricovým lisem). Jen vyjímečně se drtič vynechává a nahrazuje třidičem. Příkon drtiče je několik desítek kW a svou spotřebou se přibližuje spotřebě peletizátoru - lisu. Pokud technologický stav suroviny dovoluje homogenizátor vynechat, docílí se značných úspor investičních i provozních nákladů. Při dostatku suché suroviny postačuje k její úpravě jen vhodná soustava sít. Hlavním strojem výrobní linky peletek je protlačovací, matricový lis. Vyrábí se v několika konstrukčních provedeních, jako talířový, plochý nebo prstencový. Protlačovací matrice je vyrobena z ušlechtilé oceli, je opatřena soustavou otvorů potřebného průřezu a nad ní v přesně stanovené nepatrné vzdálenosti se při jejím otáčení odvalují přítlačné rolny, které zpracovávaný materiál protlačují otvory matrice. Při tom vzniká značné teplo, uvolňující a změkčující lignin obsažený v surovině. Ten je, spolu s přídavným organickým pojivem, např. kukuřičnou moukou, hlavní zárukou pevnosti peletek. Před přestupem do prostoru matrice a rolen se surovina poněkud povrchově navlhčuje nebo dokonce u stébelnin propařuje, aby peletizace snáze probíhala. Nově se zkouší i jiné systémy, např. dvojice ozubených kol, kde surovina protlačuje do dutiny mezi zuby. Výroba je levnější, ale peletky jsou nestandardní. Chlazení peletek po výstupu z peletizátoru je zásadní nezbytností. Teprve po šetrném schlazení peletka dostává potřebnou pevnost a trvanlivost, neboť zatuhne lignin a pojivo. Použitý chladič musí mít odpovídající výkonnost, musí zajišťovat plynulý průtok značného množství materiálu bez toho, aby ještě málo pevné peletky poškozoval. Proto chladič patří nejen k objemově největším zařízením výrobní linky, ale bývá také po sušárně, drtiči a peletizátoru nejnákladnější. Tok vyrobených peletek směřuje buď přímo do expediční váhy nebo do koncového zásobníku. Všechny výrobní prvky peletárny propojuje soustava horizontálních a vertikálních dopravníků mechanických nebo vzduchotlakových. U vzduchotlakových je nezbytné použití rotačních uzávěrů –turniketů. K dopravním systémům se zařazuje odlučovač prachu a před expedicí je ještě zařazeno vibrační ploché nebo rotační síto, které z finálního výrobku odstraňuje prach a zlomky pelet. Z uvedeného přehledu technologie vyplývá, o jak

složitý výrobní systém se jedná, který musí být v provozu neustále sledován, k čemuž slouží řada teplotních a hmotnostních čidel a operační počitač. Neopominutelné jsou elektrorozvody, vodovod a další příslušenství provozu. Orientační přehled technických zařízení peletárny: Příjem a sušení suroviny: Skladovací a provozní hala , 60 x 16 (18) x 10 m Přihrnovací šnekový dopravník suroviny, (délka 6 m) Vynášecí, šikmý dopravník suroviny k sušárně Oddělovací, kalibrační síto (podle potřeby a stavu suroviny) Šnekový, dávkovací dopravník suroviny do sušárny Rotační buben sušárny Topeniště, hořák, dohořívací komora Odtahový ventilátor sušárny Oddělovací cyklon suroviny za sušárnou s turniketem Dopravník suché suroviny ke kondicionéru nebo drtiči Odlučovač prachu před komínem Výměník tepla z chladiče a sušárny – ekonomizér a komín Peletování: Drtič suroviny přicházející v suchém stavu ze „suché výroby“, (podle potřeby) Zásobník suché suroviny Kondicionér, zvlhčovač, napařovač se zdrojem media Dávkovací šnekový dopravník suroviny do peletizátoru Peletovací lis s elektromotorem (40 až 90 kW) a výměnnou matricí a příslušenstvím Protiproudý chladič vyrobených pelet s ventilátorem a turniketem Dopravníky vertikální a horizontální, síto oddělovače prachu a zlomků Zásobník ochlazených pelet s dávkovačem a expediční váhou expediční obaly Ovládací a regulační systém, rekuperátory tepla a elektrorozvody Mobilní manipulátor se surovinou na příjmu a v expedici V cenové úrovni představuje investiční náklad na novou soustavu provozní budovy a strojního zařízení s příslušenstvím bezmála 14 milionů korun pro výkonnost kolem l tuny peletek za hodinu, tj. kolem 5 000 tun peletek za rok. Při dalším zvyšování kapacity se zvyšují náklady jen na přídavné zařízení spojené se zdvojením části s peletovacími lisy, hala a sušárna postačují i vyšším nárokům. Reálné investiční náklady projektu peletárny závisí na tom, zda se provoz buduje jako zcela nový „na zelené louce“, nebo zda se využívá staršího vhodného objektu a starších, repasovaných zařízení nebo levnějších tuzemských strojů místo zahraničních. Uvedené investice je možno pak snížit na méně než polovinu, to má pak vliv i na nižší výrobní náklady.

44

Při nákladech síly( bez nákladová

běžných odpisových a úrokových sazbách, na opravy a údržbu, nákladech na pracovní nákladu na surovinu) vychází provozně kalkulace peletovací linky:

Na nezbytnou dopravu do obchodní sítě a spotřebiteli a na obchodní přirážku nezbývá prakticky nic, protože cena dosažená v ČR v roce 2000 včetně dopravy ke kotli spotřebitele dosahovala maximálně 3 200,- Kč/t a většinou se pohybovala kolem 2 500,- Kč/t. Stejnou výkupní cenu nabízejí i zahraniční odběratelé (l 000 ATS/t). Je jasné, že potenciální investor musí hledat investiční i provozní úspory, má-li reálně uvažovat o zavedení výroby dřevních peletek.

Roční odpis………… 421 546,- Kč Roční úroky………… 210 773,- Kč Opravy a údržba…… .210 773,- Kč Elektřina………… 2 000 000,- Kč Mzda a pojištění… 575 400,- Kč Celkem………… 3 418 492,- Kč V přepočtu na 1 vyrobenou tunu peletek vychází měrný náklad jen na linku peletizace, bez dalších nákladů na surovinu, sušení a halu na 684,-Kč a to ještě za předpokladu trvalého třísměnného provozu. Náklad na surovinu pro 5 000 tun peletek činí dalších 6,6 mil. Kč, včetně sušení a nákladů na sušárnu potom 7,9 mil. Kč ročně, což v přepočtu na l tunu představuje 1 657,Kč, což je 64,5 % všech přímých výrobních nákladů. Jejich celkovou strukturu včetně nákladů na surovinu a odpisy budov uvádí tabulka 11.

Peletovací zařízení pro výrobu dřevních pelet v sestavě hlavních strojů: kladívkový šrotovník, navlhčovací zásobník suroviny, peletovací lis, chladič a zásobník pelet s expedicí. Výrobce CPM v USA a v Holandsku, dodavatel JOKO Praha. 5. Postupy při rozhodování o využívání fytopaliv pro vytápění a) Výběr vytápěného objektu Vedle obecně platných faktů, jako je nutnost náhrady fosilních paliv a skutečnosti, že do daného místa nebude v dohledné době zaveden zemní plyn, je prvním a rozhodujícím předpokladem úspěchu akce bioteplofikace volba určitého objektu, domu, skupiny domů, obce podle jejich vhodnosti pro tuto změnu z hlediska technické nezbytnosti výměny celého systému vytápění s ohledem opotřebení, havárii, stavební přestavby, nové výstavby, změny užívání, změny výroby. Podle auditorských zásad se pak kontroluje energetická náročnost staveb, zvažují se i stavební dispozice pro umístění kotlů, zásobníky a dopravu paliv (polínka, štěpka, pelety, brikety, balíky slámy atd.)

Tabulka 11. Přímé výrobní náklady dřevních peletek vyráběných v novém provozu se zahraničními stroji s výkonem 5000 t/rok. Skupina nákladů

Celkem Kč / rok

Kč/tunu

%

Odpisy celkem

1,081 0 96,-

216,22

8,4

Úroky celkem

540 548,-

108,11

4,2

Opravy,údržba

639 500,-

127,90

5,0

6,601 000,-

1 320,20

51,4

1,726 200,-

354,24

13,5

Elektrická energie

2,250 000,-

450,00

17,5

Celkem

12,838 344,-

Surovina, palivo, piliny Mzdy pojištění

a

2 567,7

b) Palivo Následuje průzkum místních zdrojů a bilance množství všech druhů a forem biopaliv dosažitelných z dopravně- ekonomicky vhodné vzdálenosti, které budou k dispozici zejména s ohledem na fyzikálně-mechanické vlastnosti, výhřevnost, termíny dodávek, způsoby zpracování a sušení, (palivové dřevo, těžební a zpracovatelské zbytky, brikety, pelety, sláma-balíky).

100,-

Při běžných 20 % správní režie se výrobní cena zvyšuje na 3 081,2 Kč/t. Při 5 % DPH se výrobní cena zvyšuje na 3 235,2 Kč/t.

c) Funkce profesionálních poradců, auditorů, projektantů a dodavatelů Spolehlivě, zodpovědně a na patřičné úrovni mohou studie a projekty vytápění biopalivy zpracovat jen osvědčení profesionálové s dostatečnou zkušeností, kteří se mohou prokázat realizovanými úspěšnými akcemi, stejně tak dodavatelé zařízení. Nepodceňovat, ale plně využívat informace ze stránek odborných institucí na Internetu. d) Informovanost a osvěta funkcionářů i občanů Zejména u záměrů, týkajících se celého souboru budov, více podniků a institucí nebo obce je nezbytné dlouhodobě uskutečňovat řadu osvětových, vysvětlovacích akcí počínaje vyššími politickými a správními činiteli, přes místní podnikatele a konče posledním občanem. Teprve, když jsou všichni přesvědčeni o účelnosti projektu, se dílo podaří.

45

e)Volba optimálního systému vytápění Orientační studie týkající se jednotlivého bytu, domu, skupiny domů, podniků a zvláště obce musí jednoznačně stanovit výhodnost systému centrálního nebo individuálního systému vytápění biopalivy nebo stupeň kombinace těchto dvou základních systémů, (střed obce se vytápí centrálně, ostatní zástavba individuálně). Volba optimálního tepelného zařízení vyžaduje znát podrobné charakteristiky jednotlivých typů kotlů z hlediska požadavků na palivo, obsluhu, účinnost spalování a využití tepla, regulaci výkonu, emise a jejich ekonomických parametrů, jako je cena, životnost, náklady na přídavnou energii, údržbu, obsluhu. Dobrým kriteriem je počet dosud prodaných výrobků, zejména do zahraničí a atest zkušebny.

specializovanou firmou, která má kotelnu v nájmu a na starosti zpravidla i více kotelen a odběratelům pouze měří a vyúčtovává odběr tepla. g) Propagace realizovaného projektu vytápění biopalivy Investiční náklady na zavedení nových způsobů vytápění domů, čtvrti, podniku, obce biopalivy se zaplatí a projeví ve finančních úsporách, lepším životním prostředí, využití místních zdrojů paliv, vyšší zaměstnaností, vyšším pohodlím občanů. Je však nezbytné o tom informovat občany i širší veřejnost. V cizině se vydávají informativní brožůrky, TV programy, organizují se exkurze. Jedná se vlastně i o vizitku práce místní samosprávy. 5.Závěr: Bez obavy lze přijmout tezi, že další rozvoj využívání biopaliv všech forem je nepochybný a že vzniká velký prostor pro různé směry podnikání počínaje oblastí paliv, jejich „pěstování“, výroby a distribuce, přes výrobu kotlů a dalších tepelných zařízení až projektování a provozování teplo dodávajících institucí. Svůj prostor si udrží i věda a výzkum, protože přeci jenom ještě všechno o biopalivech a emisích z jejich spalování

f)Spolehlivá a obeznalá obsluha Jakékoliv sebelepší technické zařízení bez řádné obsluhy řádně nefunguje. Nejen u velkých kotlů, ale i u individuálního vytápění etážovými kamny nebo domovními kotly se dnes zavádí přímé kontrolní spojení na servisní službu nebo na dodavatele či výrobce. U větších kotelen se zajišťuje obsluha dvojím způsobem: spolehlivými zaměstnanci majitele, provozovatele kotelny, kteří kromě obsluhy kotelny se starají o dodávky paliva a vyúčtování tepla odběratelům,

Kontaktní adresa Ing. Václav Sladký, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně Tel.: 233022 275, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]

46

Návrh náhrady hnědouhelného kotle v kotelně 2 x 300 kW David Andert, Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Úvod: V České republice je v provozu přes 10 000 středních kotlů (výkonové třídě 200 –5000 kW) spalujících uhlí. Jsou to kotle zastaralé konstrukce pracující se špatnými emisními parametry a s nízkou účinností. Zákonem stanovené emisní limity kotlů na pevná paliva o středním výkonu prošly v posledních deseti letech velkým vývojem. Na začátku 90. let byly přijaty přísné emisní limity (hlavně na CO a emise tuhých látek), které odsuzovali prakticky všechny kotle na pevná paliva k likvidaci do roku 1998. Podle původního zákona 309/91 měly být v podstatě všechny uhelné kotle do konce roku 1998 nahrazeny novými kotli, které by splňovaly emisní limity. Nejspíš protože by to byla finančně náročná akce a v ČR byl schválen pouze jeden typ kotle splňující tyto přísné emisní limity, byla v roce 1997 přijata zákonná novelizace emisních limitů, která limit na CO pro výkony 200-1000 kW úplně zrušila. V roce 2002 byla přijata další novela,která zase zavedla limit na emise CO, ale ne tak přísný jako původní zákon z roku 1991. Protože tento limit je měkčí než v jiných zemích EU, lze předpokládat jeho další brzké zpřísnění. Velká část kotelen je vybavena litinovými kotli Viadrus VSB IV. Na konkrétním příkladu kotelny LIPRA a.s. chci ukázat možnosti její přestavby. Jedná se o areál bývalého Společného podniku pro chov prasat nyní Lipra. Kotelna - Současný stav Nyní je kotelna vybavena dvěma litinovými kotli typu Viadrus VSB IV. Kotle jsou provozovány v teplovodním režimu s otopem hnědým uhlím. Jejich jednotkový tepelný výkon je 307 kW. Jednotlivé vytápěné objekty jsou ke kotelně připojeny topnými kanály. Na základě propočtů teoretické roční spotřeby paliva a její porovnání se skutečnou spotřebou v letech 1999-2001 lze usoudit, že instalovaný příkon tepelných spotřebičů odpovídá projektu a jeden kotel jej pokryje přibližně ze 70 % . S ohledem na stáří stávajících rozvodů topení lze předpokládat, že je bude možné provozovat ještě 10 let bez velkých nákladů na opravy. Proto byly zpracovány pouze úprava kotelny pro splnění emisních limitů. Pro úpravu kotelny se naskýtá více možností. A) Ponechání stávajícího stavu B) Úprava stávajících kotlů VSB IV na spalování kapalného plynu nebo LTO a osazení kotle hořákem splňujícím emisní limity C) Výměna stávajících kotlů za kotle na spalování kapalného plynu nebo LTO D) Výměna stávajících kotlů za automatické kotle na spalování hnědého uhlí. E) Výměna stávajících kotlů za kotle na spalování dřevní štěpky. F) Výměna stávajících kotlů za kotle na spalování slámy. Výpočet roční spotřeby paliva na vytápění Výchozí údaje : o - výpočtová venkovní teplota te= -15 C

- výpočtová vnitřní teplota ti= 15 oC - průměrná teplota v topném období tes= 3,1 oC o - počet dnů v roce s teplotou nižší než 12 C, d = 235 dnů Teoretická roční spotřeba tepla pro vytápění: Wt = 3,6 . e . Qo . 24 . d . ( ti - tes ) : 1000 : ( ti - te ) = 2 846 GJ kde e = 0,80 - součinitel nesoučasnosti tepelné ztráty infitrací na zmenšení spotřeby tepla Skutečná roční spotřeba tepla pro vytápění Ws = Wt / ηk / ηr /η = 4 903 GJ kde ηk = 0,65 účinnost kotle ηr = 0,97 účinnost rozvodů ηo = 0,96 účinnost obsluhy kotle Z dále uvedených tabulek vyplývá, že investiční náročnost přestavby je nejnižší u kotelny s hnědouhelnými automatickými kotli Carborobot či Varimatik. Přestavba kotelny na LTO či Propan či Propan -Butan je více než dvakrát dražší. Je to hlavně způsobenou vyšší cenou kotlů, i když připravovaný litinový kotel fy Dakon by měl stát přibližně stejně jako uhelný kotel Carborobot. Dále to jsou náklady spojené se stavbou úložiště paliva a jeho rozvodů. Při použití čistého Propanu jako paliva odpadá vypařovací stanice, ale je nutné instalovat skoro dvojnásobnou kapacitu zásobníků. U uhelných kotlů je počítáno s využitím stávající uhelny a stávajícího způsobu zauhlování. Cena přestavby kotelny dle podkladů dodavatelských firem Kotelna na hnědé uhlí s kotli Carborobot či Varimatik kotel 2 x PV 300 595 Kč Stěhování, montáž, komín, projekt, 120 Kč demontáž rezerva 30% ( úprava uhlovny a pod.) 200 Kč Celkem

900 Kč

Kotelna s kotli na Propan-butan tj. kotle 2x300 kW, zásobníky 2x5t , rozvody kotel 2x 300 kw zásobníky 3x5m3 vypařovací stanice další práce, projekt Celkem

800 150 200 500

Kč Kč Kč Kč

2 200 Kč

Kotelna s kotli na Propan tj. kotle 2x300 kW, zásobníky 2x5t , rozvody bez vypařovací stanice Celkem

2 000 Kč

tj. kotel 600 kW, rozdružování balíku, příruční slad, úprava rozvodů, odkouření

Kotelna s kotli na LTO tj. kotle 2x300 kW, zásobníky 3x2m3, rozvody, olejové hospodářství, projekt z toho kotle 2 x 300 kW

Celkem

Celkem 2 300 Kč Kotelna s kotli na štěpku tj. kotle 2x300 kW, zásobník, podávací stůl, úprava rozvodů, odkouření Celkem

2 100 Kč

900 Kč

1 800 Kč

Kotelna s kotlem na slámu

Do porovnání jsou zahrnuty všechny varianty. Zde vychází automatický hnědouhelný kotel rovněž nejlépe i ve srovnání s variantou zachování současného stavu. Při spalování štěpky či dřeva nízké náklady na palivo, ale složitější kotle jsou investičně a provozně dražší. U spalování slámy je uvažováno pouze s jedním kotlem, protože slaměné kotle s malým výkonem jsou obtížně regulovatelné.

Tabulka ročních spotřeb a nákladů u různých paliv v LIPRA A.S. Cena včetně dopravy

Cena za 1 Roční náklady na Cena za 1 Účinnost výroby GJ za kotlem palivo GJ v palivu -1 [Kč.GJ-1] [Kč.GJ ] tepla [%] [Kč]

Lesní štěpka W 60%

0,6 Kč/kg

65

65

100

340

Štěpka W 30 %

0,7 Kč/kg

57

75

76

259

Peletky

3 Kč/kg

176

80

221

749

Sláma

0,7 Kč/kg

48

75

64

219

Hnědé uhlí CARBOROBOT

1,4 Kč/kg

85

80

106

360

Hnědé uhlí stávají kotel

1,3 Kč/kg

79

58

136

461

Černé uhlí

2,8 Kč/kg

100

68

147

499

4 Kč/kg

143

69

207

703

Koks

3

179

85

211

715

Propan

22 Kč/kg

461

88

524

1779

Propan-butan

19 Kč/kg

410

88

466

1583

LTO

10 Kč/kg

239

80

299

1015

278

98

283

962

Zemní plyn

El. pro přímotop .

Obr. 1: Řez původní kotelnou

6 Kč/m

1 Kč/kWh

Obr. 9: Řez upravenou kotelnou

Porovnání ročních provozních nákladů Náklady v tis Kč

Stávající stav

Hnědé uhlí moderní kotel

Kotel na propan

Kotel na P-B

Kotel na LTO

Kotel na štěpku

Kotel na slámu

Palivo

461

334

1779

1583

1015

259

219

Obsluha

200

100

50

50

50

100

200

Odpisy

0

75

167

183

192

150

175

Opravy

100

81

110

100

115

270

357

Celkem

761

590

2096

1926

1372

779

951

Roční náklady bez odpisů

761

515

1929

1743

1180

629

776

0

900

2000

2200

2300

1800

2100

Investiční náklady

Princip automatických uhelných kotlů Automaticky řízené kotle CARBOROBOT a VARIMATIK se od klasických odhořívajících kotlů odlišují principem spalování paliva na válcovém pohyblivém roštu. Do roštu je spalinovým ventilátorem nasáván okolní vzduch. Přenos tepla do topného média probíhá ve spalinovém výměníku. Provoz kotle je řízen teplotním regulátorem, na kterém je možno nastavit požadovanou výstupní teplotu. Po dosažení požadované teploty výstupní vody vypne regulátor ventilátor a pohon roštu. Tím dojde k utlumení plamene hořícího paliva a kotel je odstaven do pohotovostního stavu na nulový výkon. V pohotovostním stavu může setrvat až po dobu 24 hodin.

Toto se děje i pokud dojde k výpadku elektrického proudu. Při poklesu teploty topné vody v kotli dochází k opětovnému sepnutí pohonu roštu i ventilátoru. Tím dojde k rozdmýchání plamene na roštu a kotel začne znovu ohřívat topnou vodu. Závěr Na příkladu jedné kotelny, která je běžná jak v zemědělských provozech tak u škol, obcí či nemocnic jsem chtěl ukázat jak složité je rozhodování o způsobu vytápění a jak těžká je pozice při snaze o využití biopaliv.

E-mail: Tel.: 233022 [email protected] 225, Fax: 233312507 Kontaktní adresa Ing. Výzkumný Drnovská David 507, Andert, ústav 161 zemědělské CSc. 01 Praha 6techniky – Ruzyně

50

Spalování biomasy s přídavkem uhlí David Andert, VÚZT Praha Jana Andertová, VSCHT Praha

Emise SO2 byla v porovnání se spalováním samotného uhlí podstatně nižší. Přes zvýšení teploty ve spalovací komoře nebyla zaznamenána zvýšená emise NOx, naopak bylo zjištěno mírné snížení. Popelová bilance vykázala podstatně vyšší zachycování popela v ohništi. Obr. 1: Vliv obsahu slámy na emise

2500 2000 mg.m-3

Úvod V České republice pracují desetitisíce kotlů určených pro spalování hnědého uhlí a na druhé straně též okolo 40 tisíc kotlů na dřevo. Pro rozšíření možnosti použití různých druhů paliv bez negativního vlivu na životní prostředí byly přistoupeno ke spalovacím zkouškám směsných paliv (biomasa - uhlí) v obou typech kotlů. Naše pokusy jsou zaměřeny dvěma směry a to v uhelných kotlích spalovat uhlí s přídavkem biomasy a na druhé straně v kotlích na dřevo spalovat biomasu s přídavkem uhlí. Důvody pro jsou: podpora využití obnovitelných zdrojů energie úprav obsahu škodlivin v palivu , hlavně snížení obsahu síry standardizace výhřevnosti paliva umožnit uživateli přejit na jiný druh paliva Protože biomasa má velmi nízký obsah síry, organického dusíku a popela, lze očekávat při jejím spoluspalování s uhlím snížení emisí jak plynných tak pevných škodlivin. Vysoký obsah prchavé hořlaviny ve slámě spolu s nízkou popelnatostí podstatně přispěje ke snížení ztráty mechanickým nedopalem - tuhých zbytků spalování, takže vedle snížení emisí lze očekávat i zvýšení celkové účinnosti spalovacího procesu.

1500

CO

1000

SO2

500

NOx

0 37%

Vyhodnocení spalovacích zkoušek

16% Tepelný podíl slámy

Zkoušky na malém hnědouhelném kotli Zkoušky byly provedeny na kotly s tepelným výkonem 80 kW určeném pro spalování hnědého uhlí a s úpravou na přidávání biomasy. Během měření byly provedeny při spalování směsi hnědého uhlí s dřevěnou štěpkou a dřevěné štěpky tři gravimetrická měření úletu tuhých znečišťujících látek a šestihodinové kontinuální měření plynných emisí. Dále byly provedeny tři manuální odběry vzorku spalin pro stanovení koncentrace organických sloučenin.Všechna měření byla provedena při běžném (ustáleném) provozu kotle. Spaliny jsou z kotle odtahovány ventilátorem přes cyklónový odlučovač do komína.

Zkouška na velkém hnědouhelném kotli První spalovací zkoušky byly provedeny u kotle s fluidním reaktorem a tepelným výkonem 1 MW. Jako palivo bylo používáno mostecké uhlí aditivované a pšeničná sláma. Vliv současného spalování slámy a uhlí lze hodnotit klaně ze všech hledisek. Podstatně klesla celková popelnatost v palivové směsi oproti popelnatosti samotného uhlí. Toto se příznivě projevuje v celkovém snížení tuhých zbytků spalování. Celková účinnost spalování vzrostla o 1,5 procentních bodů.

Tab.1: Koncentrace škodlivin ve spalinách při spalování dřevěných štěpek a směsi s uhlím Palivo

Směs 1:1 hnědé uhlí+stěpka

Štěpka

-3 (mg.m )

-3 (mg.m )

Tuhé látky

50

124

Oxid siřičitý

456

2

Emise

0%

Oxidy dusíku vyj. jako NO2

283

307

Oxid uhelnatý

728

1193

Organické sloučeniny vyj. jako C

1,3

4,0

Koncentrace jsou uvedeny v suchých spalinách za normálního stavu a po přepočtu na 11% O2.

51

Zkoušky na kotli pro spalování dřeva Spalné zkoušky byly prováděny v pyrolýzních kotlích na spalování kusového dřeva o tepelném výkonu 40 kW.. Při spalování byly spalovány slaměné brikety, slaměné brikety s přídavkem 13 % uhlí slaměné brikety s přídavkem 28 % uhlí kusové dřevo

Concentration [mg/m³] for 3 % O2

Jako příklad uvádím průběh spalování slámy. 12000

30

10000

25

8000

20

CO2 [ % ] 6000

15

4000

10

O2 [ % ] 2000

5

NOx [mg/m³]

CO [mg/m³]

0 11:45:36

0 12:00:00

12:14:24

12:28:48

12:43:12

12:57:36

13:12:00

13:26:24

13:40:48

Time

zvýšení energetického obsahu paliva a následně v prodloužení fáze ustáleného zplyňování při příznivých emisních parametrech. Vliv na tepelný výkon nebyl při předběžných měřeních zatím pozorován a bude následně mu bude věnována pozornost.

Závěr Závěrem lze konstatovat, že podíl slámy při současném spalování uhlí může být i vyšší. Protože biopaliva mají obecně nižší energetickou hustotu než fosilní paliva, je snaha zvýšit energetickou hustotu biopaliva. Proto byla přistoupeno ke zkušební výrobě briket ze směsy sláma + hnědé uhlí.

Tento příspěvek vznikl na základě řešení úkolu NAZV QD 1209 „Technologické systémy pro využití biopaliv z energetických plodin“.

Spalování slaměných briket s přídavkem uhlí v kotlích na dřevo se rovněž projevilo příznivě hlavně ve

Kontaktní adresa: Ing. David ANDERT,CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky Drnovská 507 CZ-161 00 Praha 6 Tel.: 233322225 , Fax: 233312507 E mail: [email protected]

52

Zpracování zbytkové biomasy kompostováním - technika pro kontrolované mikrobiální kompostování Ing. Petr Plíva,CSc. Jan Habart Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Česká Zemědělská Univerzita v Praze o průměru ok 50 mm a nadsítná frakce obsahující nerozloženou dřevní štěpku se použije jako startovací materiál do nově zakládaného kompostu. Při kompostování na zakládkách je možno k homogenizaci, aeračním překopávkám i k expedici použít nakladačů s čelní lžící (min. 1 m3).

Antotace: Mikrobiální řízené kompostování je jednou z možností, jak výrazně snížit nepříznivý vliv organické zbytkové biomasy na životní prostředí. Proces mikrobiálního řízeného kompostování je však hlavně v první části procesu provázen vznikem zátěžových a skleníkových plynů. Snížení vývoje těchto plynů dává předpoklad k širšímu rozšíření této technologie.

Nakladače nám alternují specializované překopávače kompostu. Vyhovující frézové mechanizmy jsou pouze stroje z dovozu a pro naše poměry jsou neúměrně drahé. Domácí překopávače jsou schopny překopávat kompostové zakládky do výšky 1,5 – 2,0 m, což je dle ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ (vydána 06. 1991) nedostatečná výška zakládky. Další nezbytnou mechanizací na kompostárně je drtič nebo štěpkovač a rotační síto. Ekonomicky efektivní kompostárny je třeba organizovat tak, aby bylo vždy několik kompostáren obsluhováno mechanizační mobilní linkou (drtič, překopávač, rotační síto). Tak se sníží pořizovací náklady a především odpisy.

1. Úvod Na základě zcela nových podmínek v odpadovém hospodářství bude nutno v nejbližší době urychleně uvést do provozu nové kapacity kompostáren. Uvažuje se s vybudováním řady nových, velkých kompostáren s individuální roční kapacitou okolo 20 000 tun, které však nepokryjí zpracování veškerého naplánovaného množství zbytkové biomasy kompostováním, takže bude nutné zbývající potřebnou kapacitu pokrýt menšími kompostárnami a kompostovišti s roční -1 individuální kapacitou zpracování od 1 – 10 000 t.r , doplněnou domácím a komunálním kompostováním.

c) Kompostárny využívající technologii kompostování na tzv. malých hromadách Do této kategorie patří kompostárny využívající kompostování na tzv. malých hromadách, tato technologie umožňuje kompostovat zbytkovou biomasu na volné ploše v místě jejího vzniku a lze využívat mechanizaci, jejíž výkon u energetického prostředku v lince s připojitelným nářadím či výkon pohonné jednotky jednoúčelového stroje se pohybuje v hodnotách celkového výkonu okolo 35kW. Protože kompost, vyrobený touto technologií, nelze dle ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ zařadit do kategorie „registrovaných kompostů“, byla zpracována vzorová podniková norma, podle které je možné komposty na malých hromadách vyrábět. Kompost, vyrobený podle této normy - faremní kompost, je možné zaslat na Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, který po provedených zkouškách umožní uvést takto vyrobený faremní kompost do běžného prodeje a ne jako doposud využívat vyrobený produkt pouze pro vlastní potřebu. Výhody: jednoznačně ze všech způsobů má nejmenší nároky na investiční prostředky a také přiměřené nároky na velikost kompostovací plochy. Při dodržování určitých předpokladů umožňuje zpracování a hygienizaci vstupních surovin jako ostatní způsoby kompostování (naopak lze předpokládat, že při kompostování čistírenských kalů bude ještě účinnější, protože je důležitá dokonalá homogenizace jednotlivých surovin, což např. nebývá možné u krechtového kompostování, které nepočítá s překopáváním drahými zahraničními překopávači či nucenou aerací, ale alternuje tuto operaci pomocí nakladače s čelní lžící). Pro zajištění správného vedení kompostovacího procesu při kontrolovaném mikrobiálním kompostování a konečném zpracování zbytkové biomasy na kvalitní kompost lze využívat menší, ale spolehlivé stroje, které

2. Možné technologie kompostování a) Kompostárny využívající aerovaných biofermentorů Pro účel kompostování zbytkové biomasy je biofermentor jednotkou zabezpečující hygienizaci a intenzifikaci v první fázi kompostování. Pak následuje dozrávání kompostu na zakládkách minimálně 28 dnů, během této doby musí být kompost alespoň jednou provzdušněn aerační překopávkou. Velkou předností biofermentorů je zajištění dokonalé hygienizace, optimální aerace, možnost minimalizace zápachu použitím biofiltru a zrychlení stabilizace (přeměny) surovin na produkty s vysokou sušinou. Jejím hlavním nedostatkem je skutečnost, že ze všech způsobů kompostování jde o technologii investičně nejnáročnější - biofermentovací zařízení je při současných poplatcích za zpracování odpadů nadstandardním zařízením, které neúměrně zvyšuje náklady na kompostování. Takže takovéto zařízení můžeme doporučit pouze tam, kde není dostatečná pracovní plocha nebo kde jsou vysoké požadavky na snížení zápachu či dokonalou hygienizace, např. při kompostování zbytků masného průmyslu. b) Krechtové kompostárny (zakládkové) Jde o vodohospodářsky zabezpečené stavby se spádovanou nepropustnou kompostovací plochou, jímkou na splachy a obrubníky k zabránění přívalového deště. Zhomogenizovaná zakládka o výšce cca 3 m zraje po dobu 12 týdnů, aerační překopávky se provádějí zpravidla po 14 dnech po dobu 8 týdnů. Při dozrávání kompostu stačí kompost již jednou překopat. Po skončení zrání se kompost rafinuje na rotačním sítu

53

jsou sestaveny do vhodných kompostovacích sestav, uplatnitelných zejména na kompostovacích a recyklačních jednotkách pro zpracovávání zbytkové biomasy na vlastním pozemku s kapacitou množství 3 zpracovávaných surovin okolo 1000 m ročně. Za výhodné řešení je možné považovat sestavu, jejíž základním článkem je jeden mobilní energetický prostředek, ke kterému je možné jednoduše připojit univerzální adaptér (drapák a shrnovací lopatu) pro vrstvení a urovnání hromad, drtič či štěpkovač, překopávač kompostu, prosévací zařízení, rozmetadlo vyrobeného kompostu, adaptér pro sbalování a rozbalování krycí fólie a eventuelně další potřebné technické prostředky. Výhodou tohoto řešení je možnost jedním pracovníkem a jedním energetickým mobilním prostředkem souhrnně obsloužit jednotlivé technologické operace pro přeměnu zbytkové biomasy na kompost vysoké kvality.

c) složené kombinací předcházejících dvou variant Do základního vybavení každé kompostovací linky by měly patří technické prostředky mechanizace, které lze rozdělit do následujících skupin strojů: a) energetický prostředek b) drtič nebo štěpkovač c) překopávač kompostu d) prosévací zařízení e) ostatní zařízení 3.1 Energetické prostředky V případě, že je kompostovací linka sestavena z jednoho energetického prostředku a sady připojitelného nářadí, jsou jako energetické zdroje nejčastěji používány - kolový traktor, nosič nářadí nebo nakladač (určený pro manipulaci s naváženými surovinami). Jestliže je použit traktor nebo nosič nářadí, je nutné, aby k němu bylo možné připojit čelní nakladač a byl vybaven superredukční převodovkou, umožňující volbu plazivých pojezdových rychlostí. V případě použití nakladače jako energetického zdroje je nutné posoudit, zda je možné k němu mechanicky připojit další zařízení a zda nakladač disponuje dostatečným výkonem. Výhodou nakladače je, že bývá vybaven hydraulickým pohonem pojezdu a tím řeší otázku nízké pojezdové rychlosti pro pohon překopávače.

3. Kompostovací linky pro kontrolované mikrobiální kompostování Při zpracovávání zbytkové biomasy technologií rychlokompostování je nutné pro splnění správných podmínek kompostovacího procesu a následné finální úpravy hotového produktu včetně jeho distribuce mechanizačně zajistit provedení řady operací. Pro zajištění jednotlivých operací jsou uplatňovány technické prostředky mechanizace, které jsou vhodně poskládány do kompostovací linky: a) s jedním energetickým zdrojem a řadou připojitelného nářadí b) složené z jednoúčelových strojů s vlastním pohonem

Tab. 1: Výběr z databáze malé mechanizace – Energetické prostředky TECHNICKÉ ÚDAJE ENERGETICKÉ PROSTŘEDKY Rozměry stroje VÝROBCE Řada – Typ šířka délka výška (mm) (mm) (mm) AEBI Švýcarsko Terratrac 1 851 3 283 1 894 TT60 CARRARO Itálie TTR 4400 1 125 1 900 2 900 HST GASALONE TSP 28 1550 3860 1870 Itálie NOVOTNÝ ČR BOBEK 761 1 730 2 030 PPS Detva SR UNC 045 1 290 2 970 1 930 REFORM Rakousko 3004 K 1 665 2 960 1 910 STIGATrans Pr 1295 2595 1950 BELOS WISCONSIN ČR FARMÁŘ W 1 240 2 810 2 020 4035

3.2 Drtiče a štěpkovače Při zpracovávání dřevní hmoty a podobných vstupních surovin s větší hrubostí je nutno, aby kompostárna byla vybavena vhodným drtičem nebo štěpkovačem pro úpravu velikosti vstupní suroviny. Tyto stroje výrazně zmenšují objem surovin (musí rozdrtit organické zbytky na malé částice o objemu 5 až 3 50 mm ) tím se vytváří homogenizovaná hmota a zároveň několikanásobně zvětšují povrch vstupních surovin čímž se zpřístupní více substrátu mikroorganizmům, takže proces probíhá rychleji.

Hmotnost (kg)

Objem Výkon motoru 3 (cm ) (kW)

1 480

34

1 110

28

2800

55

1868

2 850 1 225

35 21,5 29,1

1 496 1 856

1320

33

1 090

21,5

2 197

do průměru 30 až 40 mm, trávy, zbytků zeleniny, květin, listí apod.) a štěpkovačů (strojů pro zpracování dřevních zbytků o větších rozměrech, vytvářející štěpky požadované velikosti) je prováděno podle: způsobu pohonu, druhu řezného ústrojí, druhu podávacího ústrojí výkonnosti, velikosti a množství zpracovávaných organických zbytků, způsobu přepravy. Podle způsobu pohonu rozdělujeme stroje pro drcení a štěpkování na stroje: a) s elektromotorem,

Rozdělení drtičů (strojů pro zpracování drobných větví

54

b) spalovacím motorem, c) připojitelné k energetickému prostředku. Elektromotory o výkonu 0,8 až 2,2 kW bývají pohonem menších drtičů a štěpkovačů,. Pro drcení komunálního odpadu jsou používány elektromotory o výkonu 3 kW. Spalovacími motory jsou používány pro drtiče a štěpkovače s větším výkonem a pro oblasti bez elektrického proudu. Jsou osazeny spalovacími motory o výkonu 2,2 až 3,7 kW. Tyto stroje zpracovávají větve až do průměru 50 mm. Drtiče a štěpkovače připojitelné k vývodovému hřídeli malotraktoru jsou schopné zpracovávat větve do průměru 150 mm a jsou určeny pro těžší práce.

Podle způsobu přepravy se drtiče a štěpkovače rozdělují na: a) přenosné, b) převozné – jednoosé či dvouosé Přenosné mají většinou elektromotor o výkonu do 1,6 kW. Jejich hmotnost je 25 až 30 kg. Jsou vhodné pro menší nárazové práce. Jednoosým podvozkem bývají osazeny větší drtiče a štěpkovače pro snazší přepravu k hromadě zbytkové biomasy. Vhodnější jsou podvozky s většími koly. Na dvouosých podvozcích jsou většinou drtiče a štěpkovače zapojitelné k malotraktoru nebo nosiči nářadí 3.3 Překopávače kompostu Překopávání kompostu je nejdůležitější pracovní operací v celém technologickém postupu rychlokompostování (pomineme-li technologie, využívající stacionární nucenou aeraci). Jeho účelem je provzdušnit kompost a tím dosáhnout optimalizovat podmínky pro mikrobiální činnosti. Z hlediska dosahované výkonnosti, celkového využití pracovního času, kvality práce, ale i prostorových nároků na kompostovací stanoviště, jsou nejvýhodnější překopávače pracující kontinuálně. Stroje s přerušovanými pracovním cyklem (nakladače) se používají pouze jako nouzové řešení a nelze je pro překopávání malých hromad v žádném případě doporučit.

Podle druhu řezného ústrojí lze drtiče a štěpkovače rozdělit na stroje: a) s řezným ústrojím diskovým, b) s řezným ústrojím bubnovým. Diskové řezné ústrojí se vyznačuje tím, že sekací nože jsou uloženy na setrvačníku v rovině kolmé k ose otáčení. Nože jsou uloženy radiálně a jejich počet je v rozmezí od 2 do 7 ks. Průměr setrvačníku je od 720 mm do 2 000 mm. Bubnové řezné ústrojí je charakterizováno tím, že nože jsou uloženy na povrchu pláště bubnu rovnoběžně s osou otáčení. Způsob uložení nožů umožňuje menší rozměry setrvačníku při relativně větších rozměrech vstupního prostoru. Výhodné jsou drtiče kladivové, jelikož materiál drtí a zároveň narušují jeho strukturu, čím vzniká další místo pro mikroorganizny.

Požadavky na překopávače kompostu Požadavky na konstrukční řešení překopávačů vyplývají zejména z charakteru zpracovávaných surovin a z objemu produkce kompostu, mezi nejdůležitější patří: kvalitní promísení a provzdušnění surovin v celé výšce překopávaného profilu, nízká pracovní rychlost a -1 možnost její regulace v rozsahu 0 - 1000 m.h , případně částečné rozmělnění navezených surovin, formování překopávaných surovin do hromady rozměrově určeného profilu, dobrá manévrovatelnost a pojezdové vlastnosti pro pohyb po pracovní ploše.

Podle druhu podávacího ústrojí rozdělujeme štěpkovače: a) s nuceným podáváním materiálu, b) se samopodávacím efektem, c) s gravitačním podáváním materiálu. Nucené podávání materiálu je řešeno zpravidla soustavou podávacích válců s nuceným pohonem závislým nebo i nezávislým na otáčkách nožového setrvačníku; je nejčastějším vybavením pojízdných štěpkovačů. Samopodávací efekt je založen na principu vtahování materiálu působením pohybu nožů při ručním podávání. Gravitační podávání je charakteristické pro průmyslové stacionární stroje.

Rozdělení překopávačů kompostu podle energetického zdroje: připojitelné - k traktoru a) nesené b) návěsné c) přívěsné

Podle výkonnosti, velikosti lze drtiče a štěpkovače rozdělit na: Zahradní (drtiče) – jsou určeny převážně pro zpracování zahradního odpadu (větve, kořeny, listí). Jsou přenosné, resp. lze je přemisťovat naklopením na dvě kola a tažením ručně na určené místo. Pracují se speciálně tvrzenými noži, které se otáčí proti pevným dorazům. Jsou vybaveny násypkou s ochranou proti zpětnému výletu materiálu. Pro pohon slouží motor (elektromotor, malý spalovací motor) do výkonu 3 až 6 kW. Malé štěpkovače jsou charakterizovány tím, že nemají vlastní podvozek, jsou neseny na traktoru s výkonem motoru 15 až 40 kW. Střední štěpkovače jsou konstruovány jako jednonápravové přívěsy tažené zpravidla traktorem nebo poháněny motory s výkonem 30 – 100 kW. Velké štěpkovače jsou používány pouze na velkokapacitních kompostárnách a jiných provozech. Jejích výkon se pohybuje nad 100 kW.

- k víceúčelovému nosiči a) nesené b) návěsné samojízdné a) se spalovacím motorem b) s elektromotorem podle výkonnosti: -1 malé do 200 t . h střední 200 - 400 t . h-1 -1 velké nad 400 t . h

(do 300 m3 . h-1) (300 - 600 m3 . h-1) (nad 600 m3 . h-1)

podle pracovního ústrojí: rotorové - s přesunem hmoty dozadu s přesunem hmoty do strany dopravníkové

55

Překopávač kompostu nesený Nesený překopávač zpracovává hmotu rotorem tak, že jí promíchává a sune do strany, kde vytváří novou hromadu. Umožňuje tak zpracovávat materiál z více řad či z jedné široké řady do jedné řady bez požadavku na místo pro průjezd soupravy.

převozitelné a mají velmi snadnou a pohodlnou obsluhu. Jejich využití bývá spíše pro lehké a středně těžké suroviny a tomu odpovídá i pojezdová rychlost, která se -1 pohybuje v rozmezí 0 až 3 km.h .

Obr 2 Samojízdný překopávač kompostu s adaptérem na pokládání folií. Pozn.: Překopávače kompostu tvoří samostatnou, energeticky zajímavou kapitolu. Tyto stroje by řada odborníků neřadila do malé mechanizace, ale vzhledem k tomu, že celkové výkony při práci samojízdných překopávačů nebo překopávacích souprav nepřesahuje výkonnostní hranici malé mechanizace a pro komplexnost popisu vybavení kompostovacích linek byly do tohoto přehledu zařazeny.

Obr 1. Připojitelný překopávač s boční frézou Nesený překopávač kompostu je možné pro jeho málo stabilní pracovní polohu využívat jen pro lehké materiály a vyžaduje energetický prostředek s plazivou -1 rychlostí do 1 km.h . Překopávače nesené vzadu a vyžadující jízdu energetického prostředku při překopávání pozpátku, se někdy označují jako tlačené. Pokud je k nosnému rámu připevněno podpěrné kolo, jsou potom takovéto stroje zařazovány do skupiny překopávačů navěsných.

3.4 Prosévací zařízení Pro úpravu komppostu při vyšším podílu nerozložitelných částic je vhodné vybavit kompostovací linku prosévacím zařízením s odpovídajícím výkonem, které umožní třídit hotový kompost na dvě a více frakcí určených k expedici nebo dalšímu zpracování v kompostovacím procesu. Z konstrukčního hlediska dělíme prosévací zařízení na: a) vibrační prosévací síta (zařízení s rovinným sítem) b) rotační třídiče (zařízení s válcovým sítem) c) rotační rošty (tzv. aktivní rošty) Vibrační prosévací síta: Tato síta pracují na principu šikmo uložených rovinných sít. Výhody: konstrukční jednoduchost, vysoká životnost, malá energetická náročnost. 3 -1 Výkonnost: 5 – 15 m .h (závisí na charakteru prosévané suroviny a na požadované velikosti částic). Energetické nároky: 0,8 – 1,0 kW.m2 Vibrační síta jsou většinou stacionární, protože potřebují pevné ukotvení rámu stroje, avšak existují i vibrační síta mobilní.

Překopávač kompostu přívěsný Přívěsný překopávač bývá zpravidla tažen za energetickým prostředkem a pracovní ústrojí (rotor) překopává kompost na hromadě, podle které energetický prostředek jede plazivou rychlostí do 1 -1 km.h . Přívěsný překopávač má dobrou stabilitu při překopávání. Je vhodný pro středně těžké překopávané suroviny a vyžaduje energetický prostředek s plazivou rychlostí do 1 km.h-1. Většina přívěsných překopávačů je vybavena nádrží, umístěnou na podvozku, která slouží jednak jako zátěž pro zlepšení pojezdových vlastností, jako protizávaží při sklápění mostu a jako zásobník pro zvlhčovací tekutinu či startovací roztok. Překopávač kompostu samojízdný Jde o energetický prostředek mobilní, u kterého lze využívat různé druhy pohonu, a tím i dosahovat různých výkonů. Samojízdný překopávač kompostu je složen z pojezdového ústrojí a překopávacího ústrojí. Pro pohon těchto ústrojí slouží jeden agregát, nebo je pro každé ústrojí agregát samostatný. Překopávač pro pojezd využívá kola s pneumatikami anebo pásy, a to jak gumovými, tak i ocelovými. Překopávací ústrojí se skládá z tunelu, v jehož spodní části je umístěn pracovní rotor s pravolevou šnekovicí vybavenou pracovními orgány. Rotor bývá výškově nastavitelný. Většina zařízení je vybavena i různými přihrnovacími štíty. Všechny samojízdné překopávače spadající do kategorie malé mechanizace bývají snadno

Rotační třídiče: Rotační třídiče pracují na principu mírně šikmo uložených válcových sít, umístěných na otočných rolnách. Průchod materiálu je plynulý. Materiál je do určité výšky unášen po obvodu síta a potom vlivem vlastní gravitace padá a proces se opakuje. U rovně uložených sít je pro pohyb materiálu uvnitř uložená šroubovice. Z konstrukčního hlediska lze rotační třídiče rozdělit na: a) mobilní – s elektkromotorem (5 – 15 kW) – se spalovacím motorem (20 – 60 kW), b) stacionární

56

(přemisťování a nakládání kompostu nebo objemových surovin) anebo jsou to stroje speciální, které jsou zatím velmi málo používané.

Malá prosévací síta jsou poháněna přes převodovku elektromotorem, mobilní třídiče mají vlastní spalovací motor a stacionární jsou poháněny pomocí poháněcích kladek s převodovkou s elektromotorem.

4. Technologické zajištění kontrolovaného mikrobiálního kompostování Technologie kontrolovaného mikrobiálního kompostování promyšleně a pečlivě využívá principu, který běžně probíhá v přírodě – rozklad organické hmoty aerobními mikroorganismy – tedy za dostatečného přístupu vzduchu. Pro správné vedení kompostovacího procesu je nutná optimální teplota a vlhkost. Tyto technologické podmínky je možné vytvořit a kontrolovat. Zejména teplota je základním parametrem pro ověření správnosti vedení kompostovacího procesu. Jak již bylo řečeno, musí být splněny optimální podmínky – skladba živin vlhkost surovinové skladby a dostatečná koncentrace kyslíku v zakládce. Po ukončení kompostovacího procesu, na které je možno usuzovat jednak podle senzorických znaků – hnědá, šedohnědá až černá barva, drobtovitá až hrudkovitá struktura, houbovitá vůně, podle průběhu teploty kompostu – ustálení teploty v posledních asi 14 dnech kompostovacího procesu na teplotu korespondující s teplotou okolí podle klimatických podmínek, a také podle testu fytotoxicity (řeřichový test), je provedeno hodnocení kvality hotového faremního kompostu: chemické analýzy – podle ČSN 465735 Průmyslové komposty mikrobiální testy. Velice perspektivní a přesnou metodou pro stanovení stupně stabilizace biologicky rozložitelných látek jsou respirometrické testy a především dynamický respirační index. Zařízení na stanovení této veličiny je v současné době experimentálně vyráběno na našem pracovišti.

Třídiče s rotačními rošty Tyto rošty jsou tvořeny soustavou hřídelí, na kterých jsou v pravidelných roztečích nasazeny ocelové nebo pryžové elementy kotoučovitého, hvězdicového či jiného tvaru. Při otáčení hřídelí vždy stejným směrem dochází k pohybu materiálu po pracovních plochách elementů a jeho třídění propadem mezi elementy, řazenými za sebou podle roztečí elementů od nejmenší po největší. Hlavní výhodou rotačních roštů je jejich vysoká výkonnost, která je dána dobrou průchodností materiálu přes samočistící elementy. Pozn.: Speciálním separačním zařízením, které si prozatím v našich podmínkách hledá uplatnění, je drticí a třídicí lopata, kterou je možné vybavit běžný nakladač a s jejíž pomocí je možno současně promíchávat a drtit zpracovávané suroviny a po ukončení kompostovacího procesu lze tímto zařízením třídit i hotový kompost (viz obr 3).

5. Závěr Kompostování biodegradabilních surovin by v blízké budoucnosti mělo být využíváno nejen v zemědělské výrobě, ale také zajišťovat efektivní zpracování veškeré zbytkové biomasy, vznikající v komunální sféře. Tedy zejména zbytková biomasa, vznikající při údržbě městské zeleně a sportovišť, živnostenský biologický odpad, zbytková biomasa vznikající při zpracovávání potravin a bioodpad získaný odděleným sběrem z domácností. Je zřejmé, že investiční náklady do vybavení kompostáren tvoří nejvyšší nákladovou položku. Snížení této položky volbou vhodných kombinací jedné energetické jednotky s řadou přídavných zařízení můžeme značně usnadnit rozvoj zejména menších kompostáren.

Obr. 3 Drtící lopata (celkový pohled), foto Jan Habart, 2002, Finsko 3.5 Ostatní zařízení a kontrola procesu K zabezpečení optimálního procesu kompostování je možné použít též zakrývací fólie, které snižují výpar a tím pomáhají udržet optimální vlhkost. Zároveň snižují ztráty tepla (zejména ve větrných podmínkách). Tyto fólie jsou většinou konstruovány tak, že nezabraňují průchodu vzduch, takže nesnižují aeraci. Na vnitřních stěnách těchto fólií dochází ke koncentraci zápašných plynů, což přispívá k omezení zápachu a částečně i ke snížení emisí. Pokládání těchto textilií lze provádět manuálně, ale rychlejší a kvalitnější práci umožní zařízení na zakrývání hromad, které může být jako samojízdný stroj, a nebo je se používá jako adaptér nesený překopávačem (viz obr. 2). K optimalizaci průběhu kompostování lze též použít různá aditiva jako enzymatické přípravky, mikrobiální kultury, nebo přípravky, které fungují jako „potravní doplňky“ pro rychlejší rozvoj mikrobiálních společenstev. Tyto mohou snižovat zápach a urychlit přeměnu surovin na vyzrálý kompost. Avšak někteří odborníci jsou k pozitivnímu efektu těchto aditiv skeptičtí. Dalších stroje a zařízení, patřící do malé mechanizace, vynecháme, neboť jsou to stroje buď běžně používané i při jiné zemědělské činnosti – např. stroje pro manipulaci se surovinami - nakladače

57

Tab. 2: Výběr z databáze malé mechanizace – Překopávače kompostu připojitelné PŘEKOPÁVAČE KOMPOSTU TECHNICKÉ ÚDAJE AGREGACE PŘIPOJITELNÉ Pracovní Rozměry strojeZpůsob připojení Řada prostor přepravní poloha Výkonnost Požadovaný Výrobce Typ stroje příkon nesený (m3.h-1) (kW) (návěsný) šířka výška šířka délka výška přívěsný (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) zadní zadní a čelní AGRA Přelouč * ČR PKS-2,8 2 800 1 600 4 765 1 200 1 700 450 40 BROWN BEAR R24C 1 800 1 200 1 800 1 600 1 000 400 35 * USA MORAWETZ Fold II 2 500 1 600 2 800 1 500 1 900 500 37,5 * Rakousko TAK II 2 500 1 450 2 200 3 850 3 470 800 22,5 * TAK III 3 000 1 700 2 200 3 850 3 970 1 000 30 * OSTRATICKÝ NPK 150 1 500 1 000 2 000 1 500 800 375 20 * ČR NPK 200 2 000 1 200 2 500 1 500 1 000 400 40 * PEZZOLATO PRT2500 2 500 1 400 600 37,5 * Itálie SANDBERGER ST 250 2 500 1 300 4 900 4 100 1 400 800 26 * Rakousko Tab.3: výběr z databáze malé mechanizace – Překopávače kompostu samojízdné PŘEKOPÁVAČE KOMPOSTU SAMOJÍZDNÉ

TECHNICKÉ ÚDAJE Pracovní prostor

Výrobce AEBI Švýcarsko BACKHUS SRN PEZZOLATO Itálie SANDBERGER Rakousko

Řada Typ

šířka (mm) 2 500 3 000 3 100

výška (mm) 1 750 1 750 2 950

Výkon motoru (kW)

Druh paliva

250 500 800

16,5 34,5 40

benzin nafta nafta

KWM-200-SF KWH-250-SF 15.30 PRS 2500

2 500 1 400 3 600 2 240 2 400

450

36,8

nafta

2 500 1 300 3 000 1 600 1 900

450

37,5

nafta

1 500 1 100 2 050 1 500 1 200

170

3,5

380 V

2 000 1 100 2 550 1 500 1 200

240

4,5

380 V

6. LITERATURA 1. Jelínek, A. a kolektiv autorů: Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem. Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy, Praha 2002, ISBN: 80–238-8539-1 2. Jelínek, A. a kol.: Malá mechanizace. AGROSPOJ, „Zemědělská knižnice Agrospoje – semafor na křižovatce Vašich cest a plánů“, r. 2000. 4. ZEMÁNEK, P.: Speciální mechanizace mechanizační prostředky pro kompostování – skripta, MZLU v Brně, r. 2001

délka (mm) 1 200 1 500 1 750

Výkonnost stroje 3 -1 (m .h )

šířka (mm) 2 000 2 500 3 000

SF 250 Industrial BABY BABY 150 BABY 200

výška (mm) 1 000 1 400 1 500

Rozměry strojepřepravní poloha

5. Kolektiv autorů, Bioodpad 2002, sborník se semináře, 2002, viz internet www.bioodpad2002.biom.cz 6. HABART, J.: Jan Habart: Odpadové hospodářství Finska (2) Region Tampere (Pirkanmaan Jätehuolto OY). Biom.cz, 24.1.2003, http://www.biom.cz/index.shtml?x=109428 – ilustrativní fotografie

Kontaktní adresa: Ing. Petr Plíva,CSc Výzkumný ústav zemědělské techniky, odbor ekologie zemědělských technologických systémů, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Telefon 233022367, e-mail [email protected]

58

Výzkum snížení emisí zátěžových plynů procesem řízeného mikrobiálního kompostování Petr Plíva, Antonín Jelínek Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha vznikají plynné emise. Při experimentech byly zjištěny následné plynné emise: NH3, CH4, CO2, CO, NOx, H2S. Je zřejmé, že obsah plynných emisí se bude lišit podle jednotlivých surovin použitých do skladby zakládky kompostu, ale vzhledem k potřebě zachovat vhodné podmínky pro průběh kompostovacího procesu je optimální dodržet poměr C : N = 30 : 1.

Abstrakt Mikrobiální řízené kompostování je jednou z možností, jak výrazně snížit nepříznivý vliv organické zbytkové biomasy na životní prostředí. Proces mikrobiálního řízeného kompostování je však hlavně v první části procesu provázen vznikem zátěžových a skleníkových plynů. Snížení vývoje těchto plynů dává předpoklad k širšímu rozšíření této technologie.

Výsledky experimentu snížení emisí procesem řízeného mikrobiálního kompostování Při experimentech bylo zjištěno, že na 1 t sušiny kompostu je při klasickém způsobu kompostování (doba kompostování cca 12 měsíců, 2x překopávka) vyprodukováno 6 kg metanu za rok. Při rychlokompostování, při kterém je kompost vyroben za 8 – 12 týdnů a provedeno cca 8 překopávek, se množství vyprodukovaného metanu sníží o polovinu, tj. na 3 kg za rok. Je zajímavé také porovnat tvorbu metanu a amoniaku po překopávce. Tento vztah ukazují grafy na obr. č. 1 a 2, pořízené při experimentech prováděných na kompostárně ve Velkých Přílepech. Experimenty byly prováděny v rámci mezinárodní spolupráce při řešení problematiky omezení emisí plynů ze zemědělské činnosti se spolupracovníky ze SRN jejich přístrojem na principu fotoakustické spektroskopie (FAS) Brüel & Kjaer 1302. Z porovnání naměřených hodnot po překopávce kompostu je zřejmé, že v průběhu několika hodin se únik emisí snižuje, metan se na rozdíl od amoniaku stále částečně vyvíjí. Po každé překopávce se však snižuje maximální dosažená hodnota emisí, až ke konci procesu se již žádný amoniak ani metan netvoří. Z těchto měření lze celkem dobře usoudit na rychlost přeměny organických odpadů na humusové látky a tím pádem posoudit správnost průběhu kompostovacího procesu.

Úvod Emise plynů ze zemědělské činnosti výrazně ovlivňují životní prostředí. Zemědělství je nejen významným producentem toxického amoniaku (NH3), ale při zemědělské činnosti vzniká i celá řada dalších plynů, zvláště pak metan (CH4), oxid uhličitý (CO2), oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOx), sirovodík (H2S) a další odérové plyny. Hlavním producentem těchto plynů je jednak chov hospodářských zvířat a na něj navazující manipulace, skladování a aplikace organických odpadů – chlévského hnoje, kejdy nebo trusu a v rostlinné výrobě je to zejména používání pesticidů a herbicidů, ale také proces dlouhodobého kompostování. Jedna z možností, jak snížit poměrně velké úniky amoniaku a metanu do ovzduší, je využití procesu řízeného mikrobiálního kompostování, někdy také nazývaným jako proces rychlokompostování. Omezeni emisí metanu procesem řízeného mikrobiálního kompostování Kompost je všestranné statkové hnojivo obsahující všechny druhy rostlinných živin včetně humusových a půdotvorných látek oživeným edafonem. V současné době se vyrábí buď klasickým způsobem na zemědělských a kompostářských závodech, nebo procesem řízeného mikrobiálního kompostování na malých hromadách ve formě tzv. faremního kompostování. Proces rychlokompostování umožňuje významně snížit emise amoniaku a metanu. Při výrobě kompostu lze zužitkovat nejrůznější zbytkové suroviny, vyskytující se nejen v zemědělství, ale i v komunálních službách. Dobrý kompost musí být složen z minerálních látek (např. z dobré zeminy), organických látek (rašeliny, rostlinných zbytků, natě apod.) a jejich směs oživena. Aby tyto složky na sebe mohly působit co nejúčinněji, mají být ještě před zakládáním kompostu dobře rozmělněny a smíchány, aby jejich styčný povrch byl co největší. Kompostování je biologický proces. Je to aerobní termofilní samozáhřevný biologický rozklad biologicky degradovatelného materiálu. Při kompostování přeměňují mikroorganismy surový materiál na humus a jeho složky. Řádné kompostování vyvíjí dostačující teplo k ničení semen plevelů, patogenních baktérií, redukuje obsah vody a objem materiálu. Je to jednoduchý proces ovlivňovaný základními podmínkami prostředí, které ovlivňují všechny biologické činnosti. Při procesu zrání kompostu

Omezení zápachu při rychlokompostování Rychlokompostování je jedna z možností, jak snížit emise zátěžových plynů z degradačních procesů do ovzduší. Avšak aby mohl být ještě více rozšiřován a to nejen v oblasti zemědělství, je třeba omezit jeho některé negativní vlivy na okolní prostředí. Jedním z takových vlivů je nežádoucí zápach rychlokompostu, vznikající zejména na kompostárnách na území obcí, v městské zástavbě. Rychlokompostování je technologie, která dobře umožňuje využívat a jednoduše aplikovat nejrůznější přípravky jednak ke stimulaci mikroorganismů čili urychlení celého procesu a jednak pro potlačení zápachu, který vzniká v první fázi kompostovacího procesu. Výsledky experimentu potlačení zápachu vznikajícího při procesu řízeného mikrobiálního kompostování Za účelem ověření technologie kompostování na malých hromadách a účinků přípravků pro ošetření kompostů bylo zřízeno experimentální pracoviště, kde byl zjišťován vliv různých přípravků na průběh zrání a

59

snižování emisí, vznikajících během kompostovacího procesu. Hlavním ukazatelem pro určení míry zapáchání jednotlivých hromad, ošetřených různými přípravky, byla hodnota emisí produkovaných procesem aerobního rozkladu organických surovin, jíž největší měrou ovlivňuje amoniak (NH3). Mimo to bylo provedeno měření metanu (CH4), oxidu uhličitého (CO2), oxidu dusíku (N2O) a vlhkosti měřených plynů. Měření probíhala podle schválené metodiky VÚZT pro měření zátěžových plynů v zemědělské činnosti. Pro ilustraci jsou na obr. 3 zaznamenány průběhy uvolňovaného amoniaku 4.den po založení zakládky. Kompostované suroviny byly navezeny na tři hromady, z.nichž hromada č. 1 byla kontrolní – ničím neošetřená, zakrytá geotextílií, hromada č. 2 byla ošetřená jedním z přípravků a také byla zakrytá geotextílií a hromada č. 3 byla ošetřená přípravkem, avšak v průběhu kompostovacího procesu nebyla zakrývána. Z naměřených průběhů je viditelný pozitivní účinek přípravku na snížení produkce nežádoucích plynů. Jeho účinnost lze ještě zvýšit použitím zakrývací geotextílie.

Z dosažených výsledků je zřejmé, že při zajištění podmínek pro optimální průběh kompostovacího procesu, je možné do určité míry potlačit nežádoucí zápach kompostu, vznikající v jeho počáteční fázi. U všech použitých přípravků lze konstatovat, že více nežli jako stimulátory pro urychlení kompostovacího procesu, lépe plní funkci prostředku pro potlačení zápachu. Seznam a charakteristika přípravků pro ošetření kompostů, které byly zahrnuty do ověřovacích zkoušek a u kterých byly potvrzeny vlastnosti uváděné výrobcem, jsou uvedeny v tabulce č. 1 Závěr Protože je rychlokompostování jedna z možností, jak snížit emise zátěžových plynů z degradačních procesů do ovzduší, bude jeho význam v příštím období stále narůstat a pokud se podaří omezit jeho negativní vlivy na okolní prostředí, bude patřit mezi nejvýznamnější technologie pro zpracování organických zbytků ze zemědělské činnosti v rámci zákona o odpadech a zákona o ochraně ovzduší.

Tab. 1: Přípravky pro ošetření kompostu Název výrobku

Distributor

Amalgerol Premium

JIHOSPOL Kostelní 34 Č. Budějovice

BIOALGEEN Rychlokompostovač

BIO-ALLVIA Oldřichova 33 Praha 2

BIOALGEEN G 40

BIO-ALLVIA Oldřichova 33 Praha 2

OXYGENÁTOR (BGS) Legenda

Stručná charakteristika výrobu Obsahuje přírodní látky: výtažky z mořských řas,rostlinné oleje, parafíny a jiné. Hydrolyzát mořské řasy,který obsahuje široké spektru biologicky účinných látek v poměru Hydrolyzát mořské řasy,který obsahuje široké spektru biologicky účinných látek v poměru

Stimulace kompost. procesu

Potlačení zápachu

Snížení stavu emisí

BAT technik

Cena

2*

1*

40%

ANO

1 l přípravku stojí cca 180,00 Kč

2*

3*

40%

ANO

1 l přípravku stojí cca 200,00 Kč

3*

1*

45%

ANO

1 l přípravku stojí cca 200,00 Kč

SANBIEN 50 g přípravku Bio-enzymatický Nádražní 19 3* 2* 40% ANO stojí přípravek. Praha 5cca 90,00 Kč 1*) urychluje kompostovací proces na polovinu doby zrání zcela potlačuje zápach 2*) částečně napomáhá rozkladným kompostovacím procesům významně snižuje zápac 3*) do kompostovacího procesu se nezapojuje a ničím jej neovlivňujepouze částečně potlačuje zápach

Obr. 1: Koncentrace metanu – Velké Přílepy

60

Obr. 2: Koncentrace amoniaku – Velké Přílepy

Obr. 3: Produkce amoniaku u zakládky ošetřené přípravkem Literatura: 1. JELÍNEK, A.; ČEŠPIVA, M.; PLÍVA, P.; HÖRNIG, G.: Composting as possibility of toxic gases emissions reduction, mainly ammonia, generated during manure storage. Zemědělská technika, 2001, č. 3, s. 82 – 91 2. JELÍNEK, A.; ČEŠPIVA, M.; PLÍVA, P.: „Omezení vlivu emisí toxických plynů ze stájí na životní

prostředí“. Výroční zpráva za řešení projektu EP0960006510. VÚZT Z-2357, 1999. 3. JELÍNEK, A.: „Kvalitativní a kvantitativní analýza nejnovějších zdrojů, dotčených závazky protokolu ACETO a Legislativy EU“. Zpráva za etapu 2., VÚZT, říjen 2000.

Kontaktní adresa Ing.Petr Plíva,CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01, Praha 6, Telefon 233 022 367, E-mail [email protected];

61

Desintegrace biomasy rostlinného původu Jiří Souček, Petr Kocán Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha ÚVOD Desintegrace je proces, při kterém dochází rozpojováním velkých celků ke vzniku nových menších celků (Bradnová, 1993). V praxi je desintegrace používána k dosažení potřebné velikosti částic. Je to jedna z technologií, která přináší základní změny z hlediska možnosti využívání zdrojů suroviny, i z hlediska strojního vybavení, technologie výroby a organizace práce. (Šályová, 2000). Rozměrové úpravy jsou většinou nutným krokem. Výhoda těchto operací tkví především ve zjednodušení manipulace a snazším určení a popsání vlastností takto upravené suroviny.

A)

B)

C)

Mechanické úpravy jsou však energeticky náročné (Souček, 2000). V závislosti na vlastnostech desintegrovaného materiálu, desintegračním zařízení, stupni rozmělnění a technologickém postupu se v praxi jen na desintegraci spotřebuje u stébelnatých materiálů 0,5-7 % a u dřevin dokonce 0,75-10 % celkového energetického obsahu v materiálu. Autoři příspěvku provedli na šrotovníku ŠK 300 měření energie spotřebované na desintegraci. Velikost výstupních částic byla dána velikostí otvorů používaných výměnných sít. Obecně lze definovat typ desintegrace v závislosti na směrech působení sil na drcenou granuli. Základní typy desintegrace jsou uvedeny na obrázku 1.

D)

E)

F)

Obr. 1: Základní typy desintegrace: A) – tlak, B) – trhání, C) – střih, D) – roztírání, E) – nárazy, F) – lom

Lignocelulozové materiály jsou značně heterogenní a jejich fyzikální vlastnosti se v závislosti na působení okolních vlivů mění. Mezi tyto vlivy patří zejména teplota, vlhkost, proudění vzduchu, což jsou faktory na nichž závisí obsah sušiny v materiálu a rychlost jeho vysoušení, případně navlhání (Kafka, 1989).

Pro teoretický popis nárůstu povrchu při desintegraci se používá značně zjednodušené geometrické představy. Původní částici si lze představit jako krychli o straně lk (m). Proces desintegrace pak zjednodušeně lze chápat jako rozdělení původní krychle na menší o straně ld (m). Pro tento případ je definován stupeň rozmělnění:

Aby bylo posouzení důležitých vlastností objektivní je třeba při uvádění naměřených či laboratorně zjištěných hodnot vždy doplnit i okamžitý obsah sušiny. V oblasti zpracování a využívání zemědělské produkce je desintegrace nezastupitelná operace využívaná k několika efektům.

2

i=

A) rozpojování velkých částic

kde:

Efekt desintegrace můžeme nejvýstižněji posoudit pomocí stupně rozmělnění:

A i= 2 A1 kde:

lk 2 ld

(-)

(2)

lk je délka strany krychle před rozmělněním (m) ld je délka strany krychle

(-)

po rozmělnění

(1)

(m)

A2 je celkový povrch částic v jednom kg

A1 je celkový povrch částic v jednom kg

po rozmělnění

2 -1 před rozmělněním (m .kg )

62

(m2.kg-1)

ηr = B) nárůst povrchu v materiálu

WA .100% W0 + W A + Wel

(%)

(5)

(Souček, 1999)

Celkový nárůst povrchu v materiálu pak je :

METODY A PŘEDMĚT MĚŘENÍ

∆A =

6 ⎛1 1⎞ .⎜ . ⎟ ρ ⎜⎝ l d l k ⎟⎠

(m2.kg-1)

Všechna měření proběhla na kladívkovém šrotovníku ŠK 300 (viz obr. 2), který je od výrobce určen k drcení zrnin a stébelnin. Použitím jednoho zařízení byl eliminován vliv vlastností drtícího zařízení na absolutní hodnotu energetické spotřeby.

(3)

-3 ρ je sypná hmotnost materiálu (kg.m )

kde:

(Valter a kol., 1988)

C) spotřebovaná energie

Celkovou měrnou práci na desintegraci lze vyjádřit: Obr. 2: Kladívkový šrotovník ŠK 300

W = ndef .Wel + W A + W0

kde:

-1

(J.kg )

(4)

Spotřebovávaná elektrická energie byla měřena na programovatelném analyzátoru elektrického výkonu a energie PROWATT-3, Chauvin Arnoux. Vkládání materiálu do šrotovníku je ruční. Rotor otáčející se kolem horizontální osy uložené kolmo ke vstupnímu otvoru s násypkou je osazen kladívky otočně upevněnými k rotoru pomocí čepů. Pohon rotoru je řešen převodem klínovým řemenem od elektromotoru. Výrobce šrotovníku udává výkonnost zařízení 300 – -1 500 kg.h , v průběhu experimentů však výkonnost nepřekročila 50 kg.h-1. Šrotovník je poháněn elektromotorem 4 kW.

ndef je počet pružných mechanických cyklů před rozdružením částice (-) -1 W0 je měrná ztrátová energie (J.kg )

Wel

je měrná energie na pružnou deformaci částic (J.kg-1)

WA

Velikost výstupní frakce je volena velikostí ok výměnného síta. Pro účely měření byla k dispozici síta ∅1, 3, 5, 8 a 10 mm. Úhel opásání síta je 180°. Pro všechna měření byly zvoleny jednotné otáčky rotoru. Tím došlo k eliminaci případných chyb vzniklých rozdílnou úhlovou rychlostí kladívek rotoru a účinností převodu. Parametry desintegrovaných surovin jsou v tabulce 1.

je měrná energie na vznik nového povrchu (J.kg-1)

D) účinnost desintegračního zařízení K vyjádření účinnosti desintegrace se používá relativní účinnost:

63

sítové analýzy na obrázku 3 je patrné vysoké množství jemné frakce v nadrceném materiálu.

T01: Měřené materiály a jejich základní parametry drcená surovina sušina velikost částic s (hm. %) x (mm) smrková kůra 88,88 30 cypřišek 93,19 10 jabloň – výřez 89,99 10 sláma ovesná 86,29 80 Šťovík Uteuša OK - 2 86,91 30 chrastice 91.94 30 topol – štěpka 89,54 >25 vrba – výřez 88,83 30 miscanthus 85,80 30

hm otnostní podíl frakce (%)

25

Energie spotřebovaná na desintegraci byla vztažena na hmotnost sušiny v surovinách. Desintegrace všech surovin probíhala dvoustupňově. První stupeň desintegrace - rozměrová příprava použitých surovin byla provedena zahradním drtičem VIKING GE115. Spotřeba energie se v prvním stupni drcení pohybovala pro jednotlivé plodiny v intervalu 3,5 – 7,3 Wh.kg-1. Topolová štěpka >25, která byla naštěpkována na mobilním deskovém štěpkovači -1 TOMAHAWK M-P-180 (71 Wh.kg ) a následně vytříděna na sítech na danou velikost frakce. Ovesná sláma byla pořezána sklízecí řezačkou Claas jaguar 840 na řezanku 80 mm (17 Wh.kg-1 včetně sběru ze řádku). Všechny potřebné rozbory pro stanovení sušiny, spalného tepla a sítové analýzy byly provedeny v agrolaboratoři Výzkumného ústavu zemědělské techniky Praha.

20 15 10 5 0 0,4

0,7

2,5

T 02: Průměrná délka částic po desintegraci pro jednotlivá síta Průměr ok síta (mm) Průměrná délka částice po desintegraci x (mm) 1 0,660 3 0,896 5 1,260 8 3,220 10 6,662 Podle předpokladů se spotřeba energie při desintegraci zvětšuje se zmenšováním průměrné délky výstupních částic (průměru ok síta), ale též s vyšším obsahem vody. Při obsahu vody vyšším než 12 % se spotřeba energie pro malé průměry ok síta stává při použití kladívkového šrotovníku neúměrně vysokou.

-1,6527

2

R = 0,9907

0,200

y = 0,237x

-0,8805

2

R = 0,7165

-1

(kWh.kg )

měrná spotřebovaná energie

y = 0,2211x

0,150

y = 0,1073x

-0,9513

2

R = 0,8554 y = 0,1632x

0,100

y = 0,1911x

0,050 0,000 4

5

6

7

8

9

vrba cypřišek jabloň

-0,8411

2

R = 0,971

3

kůra smrk

-0,847

2

R = 0,9876

2

9

Obr. 3: Příklad výsledku sítové analýzy částic podle ČSN ISO 9276-1 (průměr ok síta 5 mm, ovesná sláma)

0,250

1

7

prům ěr ok třídicího síta (m m )

VÝSLEDKY A DISKUZE Měření energetické náročnosti jemné desintegrace biomasy bylo provedeno jako součást dlouhodobé činnosti Výzkumného ústavu zemědělské techniky zaměřené na výzkum a vývoj výrobních technologií a fyzikálních vlastností biopaliv. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou zaneseny v grafech na obrázcích 3-5. Z grafického vyjádření

0

5

10

průměr ok síta v drtiči (mm) Obr. 4: Měrná energetická spotřeba desintegrace dřevin na kladívkovém šrotovníku

topol

měrná spotřebovan á en ergie -1 (kWh.kg )

0,450 0,400 0,350 0,300

-1,0114

y = 0,1205x

sláma ovesná

2

0,250

R = 0,8698 -0,5305

y = 0,0198x

0,200

chrastice

2

R = 0,8204 -1,8803

y = 0,4158x

0,150

miscanthus

2

R = 0,9554 -1,2862

0,100

y = 0,1029x

šťovík Uteuša OK-2

2

R = 0,9301

0,050 0,000 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

průměr ok síta v drtiči (mm) Obr. 5: Měrná energetická spotřeba desintegrace bylin na kladívkovém šrotovníku ZÁVĚR

agentury zemědělského výzkumu QE 1206, Kompozitní lisovaná biopaliva.

Pomocí praktických měření byly potvrzeny teoretické předpoklady, že se spotřeba energie při desintegraci zvětšuje se zmenšující se velikostí výstupních částic a rostoucí velikostí vstupní frakce. - Při desintegraci na průměrnou délku částic 0,66 mm (síto 1 mm) se množství spotřebované energie -1 pohybuje mezi 0,02 kWh.kg (chrastice, sušina 91,9 %) -1 (miscanthus, sušina 85,8 %) a 0,304 kWh.kg celkového energetického obsahu materiálu. - Při desintegraci na průměrnou délku částic 6,66 mm (síto 10 mm) se množství spotřebované energie pohybuje mezi 0,004 kWh.kg-1 (šťovík, sušina 86,91 %) -1 a 0,021 kWh.kg (jabloň, sušina 89,99 %). - Výsledný průběh závislosti měrné spotřebované energie na velikosti frakce lze popsat pro každou plodinu jako individuální mocninnou funkci (obecný tvar b y=a.x ). - Desintegrovaný materiál obsahuje nadměrné množství malých až prachových částic proto lze při praktickém využívání kladívkového drtiče předpokládat nízkou účinnost a nelze jej doporučit k použití v prostředí se zvýšenými nároky na prašnost. Výsledky výzkumu prezentované v tomto článku byly získány v rámci řešení projektu Národní

POUŽITÁ LITERATURA CELJAK, I.: Wood chips production from fast growing woody plants, Farmer, 3/99, 16-18, 1999 CENEK, M. a kol.: Obnovitelné zdroje energie, FCC public, Praha, 2001 DANIELSSON, B-O.: Chunkwood as wood fuel, The IEA Bioenergy Agreement Summary Reports, ELSEVIER APPLIED SCIENCE, New York, 1990 KAFKA, E.: Dřevařská příručka, SNTL Praha, 1989 SOUČEK, J, Návrh modernizace linky na zpracování dřevního odpadu, diplomová práce, ČZU, Praha,1999 SOUČEK, J,: Méně tradiční způsoby získávání dřeva jako náhrady běžně používaných surovin, Nový venkov, č. 11, s. 52-53, 2000 ŠÁLYOVÁ, H.: Spracovanie drevnej biomasy pomocou sekačiek, Technika a technologie pro nepotravinářské využití půdy a její udržování v klidu, sborník mezinárodního veletrhu TECHAGRO 2000, Brno, 2000 VALTER, V. A KOL.: Výpočetní metody a modelování III, VŠCHT, Praha, 1988

Kontaktní adresa: Ing. Jiří Souček, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, P.O. Box 54, 161 01, Praha 6 – Ruzyně, Česká republika Tel.: 233 022 214, fax.:233 312 507, e-mail: [email protected]

65

Emise metanu ze zemědělské činnosti Antonín Jelínek, Petr Plíva, Jiří Souček Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Abstrakt Emise skleníkových plynů jsou v současné době velmi sledovanou skupinou zátěžových plynů. Zemědělství produkuje velké množství metanu (CH4), které je nutné v rámci mezinárodních závazků ČR snížit do r. 2010 o 8 %. Proto bylo započato s výzkumem možností snížit emise metanu a v první části výzkumu byla provedena jejich inventura. Výsledky jsou uvedeny Úvod Zemědělství je nejen významným producentem toxického amoniaku, ale při zemědělské činnosti vzniká i celá řada dalších plynů, zvláště pak CH4, CO2, CO, , NOx, H2S a další odérové plyny. Nejznámějšími zdroji z celého spektra zemědělské výroby jsou v živočišné výrobě chov skotu, prasat, ovcí, koz, drůbeže, skladování a manipulace s chlévským hnojem, kejdou a drůbežím trusem. V rostlinné výrobě je významným zdrojem proces kompostování a používání pesticidů a herbicidů. Fyziologické základy gastrointestinálních fermentačních procesů a hlavní vlivy, usměrňující výši vzniku jejich produktů Fermentační děje v organismu hospodářských zvířat probíhají jak ve fázi žaludečního zpracovávání přijaté potravy, tak i při jejím dalším průchodu celou navazující střevní trubicí a to specificky v úsecích tenkého a posléze i tlustého střeva. Podstatnou odlišností je charakter a průběh gastroenterální fermentace u monogastrických a naproti tomu u polygastrických živočichů. Velice specifické znaky, vlastnosti a posléze i produkty takového procesu vykazuje kategorie ptáků (hrabavá i vodní drůbež). U monogastrických druhů dochází v žaludku ke trávení sacharidů, škrobu i bílkovinných struktur. Na celém tomto procesu se podílejí nejenom humorální fenomény enzymatických složek, ale i specifická a často i druhově významně odlišená mikroflóra zažívací trubice. Její biochemická aktivita při procesu rozkladu přijaté potravní směsi ve hmotě procházející zažitiny je doprovázena tvorbou celé skupiny organických plynů. Ty za normálních okolností ze zažívacího traktu plynule odcházejí per vias naturales, (tj. oběma konci zažívací trubice a případně i dechem), pouze za patologických krizí (meteorismus při bouřlivém metanovém kvašení obsahu žaludku, případně někdy i tlustého střeva) musí být jejich odvod chirurgicky upravován umělými cestami. Zmiňované plyny jsou organickou součástí běžného procesu trávení a zažívání. Významně odlišen je tento postup u polygastrických živočichů, jmenovitě u přežvýkavců. Ti - na rozdíl od ostatních býložravých organismů – přijímají zřetelně větší kvanta potravní hmoty (krmiva), které zpracovávají především ve složité struktuře třech předžaludků a vlastního žaludku. Teprve následně a v relativně menší míře dochází k trávení v tenkém střevě a hlavně pak v kolónu. Mikroorganismy se aktivně a ve značném rozsahu účastní procesu biochemické dekompozice přijaté potravy, a to jak v oblasti předžaludků (bachor, čepec a kniha) a žaludku (sléz), tak i v poměrně dlouhém úseku obou druhů střev. Jejich početní

66

zastoupení ve zpracovávané zažitině je tak významné, že dle literárních údajů tvoří asi 10 % tekutého obsahu bachoru. Působí však průběžně i v celém rozsahu tenkého a zejména pak velmi intenzívně v celém tlustém střevě. Pozoruhodnou a velmi významnou kategorií zde jsou tzv. bakterie celulózového štěpení (Bact. succionogenes, Ruminococcus, Cillobacterieae a Clostridia). Neméně důležitou a funkčně nenahraditelnou je i skupina saprofytických bachorových nálevníků. U ptáků (u drůbeže) je chemismus a jmenovitě pak biochemismus zažívání a trávení podstatněji odlišen. Jednak digestivního traktu a posléze i specifičností vlastního délka celé zažívací trubuce mimožádně dlouhá, je u ptáků naopak mimožádně krátká. Proto proces gastroenterální exploatace musí být velmi rychlý, efektní a intenzívní. Rámcově tedy lze problematiku produkce CH4 z fyziologických procesů uvnitř těl hospodářských a domácích zvířat zjednodušit a prezentovat následovně: zatímco v žaludeční sféře dochází zejména ke vzniku a uvolňování metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2) a u přežvýkavců v bachorovém úseku dokonce i čpavku (NH3), je oblast střeva, jmenovitě pak střeva tlustého, masivním zdrojem především čpavku a metanu s doprovodem dalších, méně významných, plynů a těkavých látek. Ty se podílejí na pachové specifikaci exkrementů. V luminu tlustého střeva se při přeměně potravní hmoty v použitelné živiny prostřednictvím souboru enzymů a také prostřednictvím mikrobiální aktivity uvolňuje oxid uhličitý (CO2), metan (CH4), vodík (H), dusík (N) a dobře orgnolepticky patrný sirovodík (H2S). Určitý podíl těchto těkavých látek z těla odchází jednak za fyziologických poměrů a jednak ve stavu funkčních poruch organismu rovněž dechem. Shrneme-li předchozí úvahy, můžeme urči, že zdrojem emisí CH4 je: I. Zdrojem jsou vlastní zdravé živočišné organismy: a) procesem zažívání a trávení v digestivním ústrojí, b) procesem extrakorporálních rozkladů exkrementů, c) procesem dýchání (exhalace). II. Zdrojem jsou nemocné živočišné organismy: a) procesem patologického trávení a zažívání, b) procesem extrakorporálních rozkladů chorobou pozměněných výkalů, c) procesem patologické plicní ventilace (exhalace). III. Zdrojem jsou technologie, přímo navazující na chov: a) evaporací CH4 z krmivových komponent, b) odparem a odvětráváním asanačních médií, c) dalšími – vedlejšími – technologiemi živočišné výroby. IV. Navazující zdroje CH4 v živočišné výrobě: a) polní a statková hnojiště, b) močůvkové a kejdové jímky, c) senážní a silážní jámy a věže, d) kafilerní boxy a trezory.

Provedeme-li porovnání emisní bilance za r. 1995 a 2002 zjistíme, že poklesem stavu hospodářských zvířat došlo k celkovému snížení emisí. (Tab. č. 1, Tab. č. 2). Porovnáním zjistíme, že došlo ke snížení o 91,118 kt CH4. Přesto je celoroční celkové množství metanu poměrně vysoké. V porovnání s podstatně více sledovaným plynem – amoniakem (Tab. č. 3) je nutné, stejně jako to bylo u amoniaku, důsledněji zavádět „snižující technologie“ pro omezení emisí metanu. Výzkum a vývoj „snižujících technologií“ se musí zaměřit především na následující oblasti: 1. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech vlivem výskytu metabolických poruch (alkolózy, acidózy, ketózy) – předpokládá se, že tímto způsobem je možné snížit emise až o 15 %. 2. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech likvidací saprofytické mikrobiální flory v zažívadlech léčebnou aplikaci xenobiotik, tj. antibiotik, sulfonomadiů, antiperazitik, - předpoklad snížení emisí až o 10 %. 3. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech změnami krmných dávek – předpoklad snížení emisí až o 10 %. 4. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech v důsledku mikroklimatických změn (ochlazení) – předpoklad snížení emisí až o 5 %. 5. Omezení emise metanu u nuceně větraných stájí (prasata, drůbež) využitím biofiltru – předpoklad snížení emisí o 20 – 40 %. 6. Omezení emisí metanu ze skládek chlévského hnoje, kejdy ošetřením enzymatickými látkami – předpoklad snížení emisí o 35 – 50 %.

Možnosti snížení emisí bod 5., 6. je však nutné experimentálně ověřit a provést ekonomické vyhodnocení. Manipulace s chlévským hnojem, kejdou a ostatními organickými zbytky přináší poměrně velké úniky metanu do ovzduší. Jednou z možností, jak snížit emise metanu je proces kompostování, který výrazně snižuje tvorbu metanu při přeměně organických odpadů na humus. Závěr Emise metanu ze zemědělské činnosti poměrně výrazně ovlivňují životní prostředí. I když dochází redukcí stavů hospodářských zvířat k jejich omezování, přesto by bylo vhodné jim věnovat patřičnou pozornost a stejně jako u amoniaku navrhnout a ověřit „snižující technologie“ chovů hospodářských zvířat. Spolu s metanem bude nutné se intenzivně věnovat i problematice dalších skleníkových plynů ze zemědělské činnosti, aby byly dodrženy mezinárodní závazky ČR k jejich snižování. Literatura: 1. JELÍNEK,A.; PLÍVA, P.; VOSTOUPAL, B.: Stanovení emisí VOC ze zemědělské činnosti v Č“. Studie, VÚZT Praha, září 1996. 2. JELÍNEK, A.; ČEŠPIVA, M.; PLÍVA, P.: Omezení vlivu emisí toxických plynů ze stájí na životní prostředí. Výroční zpráva za řešení projektu EP0960006510. VÚZT Z-2357, 1999. 3. JELÍNEK, A.: Kvalitativní a kvantitativní analýza nejnovějších zdrojů, dotčených závazky protokolu ACETO a Legislativy EU“. Zpráva za etapu 2., VÚZT, říjen 2000.

Tab. 1. Celkový stav hospodářských zvířat k 1.3.2002 ( území Česká republika ), celkové množství metanu v roce 2001 Kategorie zvířat

Počet ( ks)

( dle EU ) Skot celkem dojnice jalovice telata býci Ovce a berani Kozy a kozli Prasata celkem selata prasnice březí prasnice prasata výkrm Králíci* Drůbež celkem nosnice brojleři krůty,krocani,krůťata kachny,kačeři,kachňata husy,houseři,housata Koně a hříbata Celkové množství CH4 za rok 2001 ( kt )

1 520 136 596 295 298 362 460 921 164 558 96 286 13 574 3 440 925 665 570 289 195 125 083 2 361 077 14 000 000 29 973 846 6 995 888 21 784 583 886 900 278 596 27 879 20 891

emisní faktor -1 -1 ( kgCH4.zvíře .rok ) střevní hnůj fermentace

koeficient respektující stáří zvířat v v turnus. chovech ( - )

celkové roční množství CH4 ( kt )

67,00 22,00 18,40 34,64 5,77 4,13

3,29 1,04 0,83 1,33 0,28 0,19

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

2,75 3,80 3,80 4,33

5,50 14,31 14,31 9,90

1,00 1,00 1,00 0,90 0,85

0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 47,20

0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 3,63

1,00 0,85 0,80 0,80 0,80 1,00

63,570 41,914 6,874 8,864 5,919 0,583 0,059 43,232 5,491 5,237 2,265 30,238 0,000 2,382 0,630 1,667 0,064 0,020 0,002 1,062 110,887

zdroj: 1) soupis hospodářských zvířat k 1.3. 2002 ČSÚ, 2) Internet - www.mze.cz/cz/statinfo poznámka: *odhad

67

Tab. 2: Celkový stav hospodářských zvířat k 1. 3 .1995 ( území Česká republika ), celkové množství metanu v roce 1995 Kategorie zvířat emisní faktor koeficient respektující celkové roční počet ( ks ) ( kgCH4.zvíře-1.rok-1 ) stáří zvířat v množství CH4 ( dle EU ) střevní fermentace hnůj v turnus. chovech ( - ) ( kt ) Skot celkem 2 029 000 87,577 dojnice 768 000 67,00 3,29 1,00 53,983 jalovice 385 000 22,00 1,04 1,00 8,870 telata 649 000 18,40 0,83 1,00 12,480 býci 227 000 34,64 1,33 1,00 12,244 165 000 5,77 0,28 1,00 0,998 Ovce a berani 45 000 4,13 0,19 1,00 0,198 Kozy a kozli Prasata celkem 2 009 000 111,391 selata 205 200 2,75 5,50 1,00 16,930 prasnice 159 000 3,80 14,31 1,00 28,795 březí prasnice 265 000 3,80 14,31 1,00 47,992 prasata výkrm 1 380 000 4,33 9,90 0,90 17,674 Drůbež celkem 26 688 000 nosnice 6 244 992 brojleři 19 348 800 krůty,krocani,krůťata 800 640 kachny,kačeři,kachňata 266 880 husy,houseři,housata 26 688 Koně a hříbata 18 000 Celkové množství CH4 za rok 1995 ( kt )

0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 47,20

0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 3,63

1,00 0,85 0,80 0,80 0,80 1,00

2,122 0,562 1,480 0,058 0,020 0,002 0,915 202,005

Tab. 3: Celkový stav hospodářských zvířat k 1. 3. 2000 (území Česká republika), celkové množství amoniaku v roce 1999 [3 Kategorie zvířat počet ( ks ) emisní faktor koeficient respektující stáří celkové roční ( dle EU ) ( kgNH3.zvíře-1.rok-1 ) zvířat v turnus. chovech ( - ) množství NH3 ( kt ) Skot celkem 1 573 530 28,197 dojnice 614 787 24,50 1,00 15,062 jalovice 311 581 13,70 1,00 4,269 telata 483 019 13,70 1,00 6,617 býci 164 143 13,70 1,00 2,249 0,88 1,00 Ovce a berani 84 108 0,074 0,88 1,00 Kozy a kozli 31 988 0,028 Prasata celkem 3 687 967 29,543 selata 748 034 6,50 1,00 4,862 prasnice 296 811 11,90 1,00 3,532 březí prasnice 114 856 19,70 1,00 2,263 prasata výkrm 2 528 266 8,30 0,90 18,886 0,97 0,85 Králíci 14 723 000 12,139 Drůbež celkem 30 784 432 7,101 nosnice 12 033 178 0,27 1,00 3,249 brojleři 17 505 028 0,21 0,85 3,125 krůty,krocani,krůťata 668 560 0,73 0,80 0,390 kachny,kačeři,kachňata 445 589 0,73 0,80 0,260 husy,houseři,housata 132 077 0,73 0,80 0,077 8,00 1,00 Koně a hříbata 23 835 0,191 Celkové množství NH3 za rok 1999 ( kt ) 77,274 zdroj : soupis hospodářských zvířat k 1.3. 2000

Kontaktní adresa: Ing. Antonín Jelínek,CSc, Ing. Petr Plíva,CSc., Ing. Jiří Souček, Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6-Ruzyně Tel.: 233022398, e-mail [email protected]

68

Správná zemědělská praxe z pohledu zákona o ochraně ovzduší a o integrované prevenci Antonín Jelínek, Martin Dědina Výzkumný ústav zemědělské techniky ÚVOD Celosvětový posun k šetrnějšímu zacházení s životním prostředí se nevyhnul ani resortu zemědělství. Zemědělství zásadním způsobem ovlivňuje životní prostředí nejen jako tvůrce krajiny, ale hlavně působí ve třech oblastech tj. působí na půdu, vodu a ovzduší. Zemědělská činnost významně ovlivňuje všechny tři oblasti a zvláště intenzivní chovy hospodářských zvířat svými vedlejšími produkty, což jsou hlavně organické zbytky (chlévský hnůj, kejda, drůbeží trus, podestýlka) a plynné emise (amoniak, metan, oxid uhličitý a další skleníkové a zápašné plyny) rovněž negativně působí na životní prostředí. Bylo proto nutné v souladu se snahou o dlouhodobý udržitelný rozvoj přijmout řadu opatření, které významně sníží nepříznivé vlivy zemědělské činnosti na životní prostředí. V Evropské unii byl vypracován systém směrnic, které převedeny do legislativy jednotlivých členských zemí tvoří základ ekologického chápání provozování zemědělských technologií. V české republice se také před vstupem do EU přijalo několik zákonů a směrnic, které jsou plně v souladu s legislativou EU a významně budou ovlivňovat zemědělství v budoucích letech. Dne 5. února 2002 byl v České republice přijat zákon č. 76/2002 Sb. o integrované prevenci a omezování znečištění, o integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů (zákon o integrované prevenci), který nabyl účinnosti dne 1. ledna 2003. Tímto úkonem je do českého právního řádu implementována směrnice Rady 96/61/EC o integrované prevenci a omezování znečištění (Integrated Pollution Prevention and Control - IPPC), která byla v členských státech EU přijata v září 1996 a od října 1999 je v platnosti. Ještě téhož roku se prostřednictvím Ministerstva životního prostředí – garanta implementace směrnice Rady 96/61/EC do české legislativy, do procesu integrované prevence a omezování znečištění zapojila i Česká republika. V resortu zemědělství se první zmínky o dané problematice začaly objevovat na konci roku 2000, kdy byla pro odbornou a širokou chovatelskou veřejnost uspořádána první konference, týkající se implementace směrnice Rady 96/61/EC do resortu zemědělství. Účelem zákona je ochrana životního prostředí jako celku, tzn. přejít od masového využívání koncových technologií, jež pouze převádějí znečištění z jedné složky životního prostředí do druhé, k prevenci a minimalizaci znečištění přímo u zdroje a životní prostředí brát komplexně v celém kontextu výrobních a zemědělských činností. Zákon č. 76/2002 Sb. uplatňuje několik principů s cílem vyšší ochrany životního prostředí při udržitelném vývoji průmyslové a zemědělské činnosti. Princip prevence nahrazuje dosud uplatňovaný postup sledování výstupů výroby a stupeň znečišťování těmito výstupy zaměřením na vstupy výroby a na efektivnost jejich využívání. Pro prevenci znečištění je tedy důležité řízení materiálových a energetických toků v průběhu výroby, uvážlivá volba vstupů s uplatněním bezodpadových technologií. Je to v podstatě omezení strategie zavádění tzv. koncových technologií, tj. technologií přidávaných na konce

69

výrobního postupu za účelem zachycení anebo úpravy produkovaných nečistot, a jejich nahrazení prevencí vzniku odpadů a zavedením úsporného hospodaření se surovinami a energiemi. Princip integrovaného povolování představuje posun od posuzování vlivu výroby na jednotlivé složky životního prostředí (vzduch, voda, půda) a zaměření se na komplexní zhodnocení výrobní činnosti jako celku. Tento postup vyžaduje podrobnou analýzu jednotlivých výrobních procesů. Princip náhrady škodlivých látek za méně škodlivé dává prostor pro analýzu použitých prostředků a technologií zejména v oblasti sanitace a hygieny, kde vývoj jde v posledních letech prudce vpřed. Princip snižování rizika u zdroje je spojen s modernizací a zdokonalováním výrobních technologií a používaných technik. Úzce souvisí i s principem uplatňování nejlepších dostupných technik (BAT – Best Available Technique). Princip vyjednávání a komunikace spočívá v dialogu mezi žadatelem a povolujícím orgánem. Smyslem tohoto vyjednávání je domluvení podmínek pro provoz zařízení tak, aby vyhovovaly jak životnímu prostředí, tak podnikatelským záměrům provozovatele zařízení a přitom aby výrobce ekonomicky nelikvidovaly. Výsledkem je dohoda o opatřeních a termínech jejich realizace. Princip výměny informací a zveřejňování dat slouží k maximální informovanosti výrobců o technologických a technických možnostech v rámci stanovených BATů, ale také k informovanosti veřejnosti o rizikách ohrožujících životní prostředí a o opatřeních, které mají tato rizika minimalizovat. Na druhé straně veřejné projednávání může ochránit i provozovatele zařízení od nereálných požadavků bez technických možností jejich naplnění. Princip subsidiarity přenáší rozhodovací povinnost na místní orgány, zodpovědné za udržitelný rozvoj ve svém regionu. Zákon IPPC je tzv. horizontálním zákonem, je to předpis speciální, jehož aplikace má přednost před použitím složkových zákonů. Znamená to, že povolovatel provozů (Krajský úřad) bude postupovat podle zákona IPPC při posuzování žádosti o povolení činnosti. Cílem zákona je zpřehlednit, provázat a zjednodušit pracovní postupy v rozhodování podle složkových zákonů v oblasti životního prostředí prostřednictvím tzv. integrovaného povolování, jehož výsledkem má být rozhodnutí o žádosti pro vydání integrovaného povolení. Integrované povolení bude nahrazovat rozhodnutí, stanoviska, vyjádření a souhlasy, které jsou vyžadovány podle jiných právních předpisů, pokud je jimi dáván souhlas k provozu zařízení nebo k činnosti provozované v zařízení, nebo pokud je neopomenutelným podkladem v rámci procesu povolování staveb tzn., že provozovatel nemusí jako doposud žádat o jednotlivá dílčí složková povolení jednotlivé dotčené orgány, ale podá pouze jednu žádost v elektronické a písemné podobě a ty pak vydají svá stanoviska již přímo povolovateli. S tímto tématem souvisí i rozsah novelizovaných předpisů. Ze strany EU je požadováno

jako minimum integraci v oblasti ovzduší, vody, znečišťování půdy a odpadů. Zákon č. 76/2002 Sb. tento minimální požadavek přesahuje o oblast ochrany půdy, ochrany přírody a krajiny, lázeňství, veterinární péče a částečně i o oblast veřejného zdraví. Jedná se o tyto předpisy: • zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) • zákon č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského půdního fondu, ve znění zákona č. 10/1993 Sb., zákona č. 98/1999 Sb. a zákona č. 132/2000 Sb. • zákon č. 289/1995 Sb., o lesích a o změně a doplnění některých zákonů (lesní zákon), ve znění zákona č. 238/1999 Sb., zákona č. 67/2000 Sb. a zákona č. 132/2000 Sb. • zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší před znečišťujícími látkami (zákon o ovzduší). • zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny, ve znění zákona č. 347/1992 Sb., zákona č. 289/1995 Sb., zákona č. 3/1997 Sb., zákona č. 16/1997 Sb., zákona č. 123/1998 Sb., zákona č. 161/1999 Sb., zákona č. 238/1999 Sb. a zákona č. 132/2000 Sb. • zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů • zákon č. 164/2001 Sb., o přírodních léčivých zdrojích, zdrojích přírodních minerálních vod, přírodních léčebných lázních a lázeňských místech a o změně některých souvisejících zákonů (lázeňský zákon) • zákon č. 166/1999 Sb., o veterinární péči a o změně některých souvisejících zákonů (veterinární zákon), ve znění zákona č. 29/2000 Sb., zákona č. 154/2000 Sb. a zákona č. 102/2001 Sb. • zákon č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů, ve znění zákona č. 254/2001 Sb. a zákona č. 274/2001 Sb. Zákon č. 76/2002 Sb. o integrované prevenci a omezování znečištění, o integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů (zákon o integrované prevenci) rozlišuje dva druhy zařízení: Za tzv. stávající zařízení je považováno takové, pro které byla podána žádost o stavební povolení podle stavebního zákona do 30. října 1999 a které bylo uvedeno do provozu do 30. října 2000. Po nabytí účinnosti zákona bude muset stávající zařízení získat integrované povolení do 30. října roku 2007. Na první pohled se může zdát, že je to dostatečně dlouhá doba na zajištění povolení, ale vzhledem k počtu zařízení, kterých je v současnosti pouze v sektoru zemědělství okolo 460 a na lhůtách určených k projednání žádosti, nelze tuto problematiku v žádném případě podcenit. Za tzv. nové zařízení je považováno takové, jež bylo uvedeno do provozu mezi 30. říjnem 2000 a 1. lednem 2003 a zařízení, které ještě nebylo uvedeno do provozu do 1. ledna 2003, ale bylo pro něj vydáno stavební povolení. U těchto zařízení bude muset provozovatel podat žádost o integrované povolení do 3 měsíců od nabytí účinnosti zákona, tím dojde k revizi již vydaného stavebního povolení a zařízení bude muset získat i integrované povolení. Provozovatel zařízení, který podal žádost o stavební povolení do dne nabytí účinnosti zákona a jestliže pro toto zařízení ještě stavební povolení nebylo vydáno, je povinen doložit integrované povolení současně s návrhem na zahájení kolaudačního řízení.

70

Sankce za neplnění litery zákona o integrované prevenci jsou značné a pro ilustraci jsou citovány články 4 a 5 §37. (4) Pokutu do výše 4 000 000 Kč Česká inspekce životního prostředí uloží provozovateli zařízení, jestliže provozuje zařízení bez platného integrovaného povolení nebo neplní podmínky integrovaného povolení. (5) Pokutu do výše 7 000 000 Kč Česká inspekce životního prostředí uloží provozovateli zařízení, jestliže neplněním podmínek integrovaného povolení nebo provozováním zařízení bez platného integrovaného povolení ohrozil nebo ohrožuje životní prostředí. Integrované povolení je vydáváno na dobu 8 let. Jestliže v průběhu těchto 8 let dojde ke změně v provozu, funkci či rozsahu funkce zařízení, která může mít důsledky pro životní prostředí, nebo která může mít podle názoru příslušného orgánu významné nepříznivé účinky na člověka nebo životní prostředí, je provozovatel povinen tuto změnu neprodleně hlásit příslušnému krajskému úřadu a zažádat o revizi integrovaného povolení. Účastníky řízení o vydání integrovaného povolení jsou na jedné straně provozovatel zařízení, na straně druhé příslušný Krajský úřad na jehož území má být zařízení provozováno. Do procesu dále vstupuje obec a všechna občanská sdružení, která mají potřebu se k danému problému vyjádřit. Má-li zařízení přeshraniční vlivy i zástupci příslušného dotčeného státu, prostřednictvím Ministerstva zahraničních věcí. Dle přílohy č. 1 zákona 76/2002 Sb. do působnosti resortu zemědělství spadají následující kategorie zařízení: 6.4. a) jatka o kapacitě porážky větší než 50 t opracovaných těl denně, b) zařízení na úpravu a zpracování za účelem výroby potravin nebo krmiv - z živočišných surovin (jiných než mléka), o výrobní kapacitě větší než 75 t hotových výrobků denně, - z rostlinných surovin, o výrobní kapacitě větší než 300 t hotových výrobků denně (v průměru za čtvrtletí), c) zařízení na úpravu a zpracování mléka, kde množství odebíraného mléka je větší než 200 t denně (v průměru za rok). 6.5. Zařízení na zneškodňování nebo zhodnocování zvířecích těl a živočišného odpadu o kapacitě zpracování větší než 10 t denně. 6.6. Zařízení intenzivního chovu drůbeže nebo prasat mající prostor pro více než a) 40 000 kusů drůbeže, b) 2 000 kusů prasat na porážku (nad 30 kg), nebo c) 750 kusů prasnic. O tom co bude nebo nebude považováno za nejlepší dostupnou techniku se rozhoduje v technických pracovních skupinách (TWG), sídlících v Evropské kanceláři pro IPPC v Seville. Na přípravě těchto dokumentů se podílí kromě zástupců Komise, členských a kandidátských států i zástupci průmyslových svazů. Výsledky jednání a výměny informací jsou shrnuty do tzv. referenčních dokumentů nejlepších dostupných technik (BREF) pro jednotlivé kategorie zařízení. Ty jsou nezávaznými dokumenty, které slouží příslušným orgánům k posouzení technologií chovů

uváděných provozovatelem a nejsou právně závazné ani vymáhatelné, nicméně povolovatel k nim musí přihlédnout. Střední a velké zdroje znečišťování, jsou v zákoně č.86/2002 Sb. – zákon o ochraně ovzduší, definovány dle počtu kusů: - střední zdroj: zařízení chovu prasat na porážku (nad 30 kg) s projektovanou kapacitou ustájení od 500 do 999 kusů nebo od 180 do 299 prasnic. - velký zdroj: zařízení pro chov prasat na porážku (nad 30 kg) s projektovanou kapacitou ustájení od 1000 do 1999 kusů nebo od 300 do 749 prasnic. Pro tyto zdroje znečišťování platí povinnost zpracovat plán Správné zemědělské praxe, která je v Příloze č.2 k nařízení vlády č. 353/2002 Sb. definována v následujících bodech, které provozovatel uvede: a. kategorii, skupinu, název, umístění a popis zdroje podle údajů provozní evidence, b. podrobný technický popis zdroje a používaných technologických postupů, c. způsob ustájení a projektovanou kapacitu ustájení hospodářských zvířat, d. způsob odvádění znečišťujících látek do vnějšího ovzduší, e. dosavadní provozní řád zpracovaný podle § 11 odst. 2 zákona, jedná-li se o zvláště velký či velký zdroj, f. návrh provozního řádu pro období uplatňování plánu, g. dosavadní způsob zjišťování emisních koncentrací znečišťujících látek a množství vypouštěných znečišťujících látek, h. kopie protokolů o autorizovaných měřeních emisí provedených u zdroje podle právních předpisů platných do dne nabytí účinnosti zákona, i. údaje v souhrnné provozní evidenci, zejména celkové množství vypuštěných emisí amoniaku vykazované za uplynulé 2 roky, j. referenční a snižující technologie pro chovy hospodářských zvířat, skládky chlévského hnoje a kejdy a způsoby zapravení na pole, u kterých je

deklarován emisní hmotnostní tok amoniaku do vnějšího ovzduší, a které budou v rámci plánu u zdroje instalovány. Porovnání stávající technologie chovu s navrženou snižující technologií. Uvedení termínu realizace jako změny při využívání technologického zařízení zdroje ve smyslu § 17, odst. 2, písm. f) zákona, k. další technickoorganizační opatření l. spalovací zdroje, zdroje nezemědělských technologií, případně spalovny odpadů provozované v areálu zemědělského zdroje, m. vyhodnocení snížení emisí amoniaku a pachových látek jako výsledku plnění plánu, n. termín zahájení plnění plánu, o. termíny a způsob kontrol průběžného plnění plánu, p. termíny či lhůty doplňování plánu, q. jména, adresy a podpisy provozovatele zdroje a krajského úřadu Plán Správné zemědělské praxe zpracovaný podle těchto bodů se předává na Krajský úřad ve třech vyhotoveních. Krajský úřad do 90 dnů plán schválí nebo zamítne. Plán platí na dobu určenou Krajským úřadem a může být zrušen pouze tímto úřadem nebo na základě žádosti provozovatele. Závěr Zákon o integrované prevenci a Správná zemědělská praxe vytvářejí předpoklad pro zlepšení vztahu zemědělců k životnímu prostředí. I když se mnohým zdá, že některé části zákonů jsou příliš přísné a realizace opatření vedoucích k jejich splnění je příliš investičně náročná, je nutné si uvědomit, že pouze drastické omezení tvorby amoniaku a skleníkových plynů umožní snížení nebezpečí klimatických změn, kterých jsme v poslední době svědky. Proto je nutné se na řešení této problematiky maximálně soustředit a vyjednat si takové podmínky provozu, které jsou pro chovatele z hlediska technického i ekonomického nejvýhodnější.

Kontaktní adresa: Ing. Antonín Jelínek,CSc, vedoucí odboru Ekologie zemědělských technologických systémů Ing. Martin Dědina Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6-Ruzyně Tel.: 233022398, e-mail [email protected]

71

Briketování biomasy David PLÍŠTIL Katedra materiálu a strojírenské technologie Česká zemědělská univerzita v Praze Resumé V příspěvku jsou porovnávány vzorky biomasy v závislosti na vstupní vlhkosti, která je základním kritériem pro briketování materiálů. Na tomto základě byl vyroben model briketovacího lisu, který je svojí cenou přijatelný pro výzkum a skládá se pouze z lisovací komory, dna a tlačky, která materiál zhutňuje do kompaktního celku. Klíčová slova: spalitelný odpad,

biomasa,

vlhkost,

briketa,

1 Úvod Technologie briketování využívá mechanických a chemických vlastností materiálů, které se za použití tlaku v lisovací komoře zhutní do kompaktního tvaru. Pro své vlastnosti jsou brikety z biomasy označovány za ekologické palivo, které minimálně zatěžuje životní prostředí. Při briketování bez pojidel proběhne přiblížení jednotlivých částeček na minimální molekulovou vzdálenost. Mluví se o vzdálenosti, při které jsou účinné valenční síly ve formě Van der Walsových sil. Uvedené pohyby molekul mohou proběhnout jen za velmi vysokých tlaků. Při briketování pomocí pojidel probíhá spojování chemicko - hydraulickou cestou. Pro dřevní odpady se používají pryskyřice a následně lignin, které se uvolňují za působení zvyšujícího tlaku a tepla a spojují nám finální briketu. Briketovací lisy se využívají pro zpracování odpadů na ekologicky čisté a vysoce výhřevné palivo bez použití pojiv. Zpracovávají tradiční surovinu určenou k přímému spalování, např. dřevní odpady, kterými jsou: dřevní piliny, hobliny, prach, štěpka a kůra. Výhodou této technologie je zmenšení objemu odpadu, pro následné skladování, přepravu, využití skladovacích prostor a spalování. Další výhodou je vysoká výhřevnost takto zlisovaných dřevních materiálů, kterými jsou (biopaliva 18 – 19 MJ/kg dřevní brikety 14 – 18 MJ/kg, papírové 15 MJ/kg, sláma 16 MJ/kg), výhodou je malý obsah popela po spalování (0,5 – 1 %). Nezatěžují životní prostřední vedlejšími produkty při spalování. Navíc je takto vzniklý popel možno použít jako minerální hnojivo. Při lisování dochází k vytvoření tepla, které má vliv na částečné zatavení povrchu brikety, která se tímto stává odolnější proti vzdušné vlhkosti. Dle tvarů výstupních briket je lze rozdělit na: válcové, osmihranné, obdélníkové, čtvercové. Dále se rozdělují na brikety bez vnitřního otvoru a s vnitřním otvorem, který podporuje lepší hoření. 2. Model briketovacího lisu 2.1 Na katedře materiálu a strojírenské technologie byl zhotoven model briketovacího lisu, který je oproti vyráběným briketovacím lisům zjednodušen pouze na lisovací komoru, dno a tlačku, která materiál zhutňuje. Tento model je obsluhován univerzálním

72

trhacím strojem ZDM – 50, který vyvine maximální lisovací sílu 50 tun. Na tomto základě byly vyhodnoceny základní parametry briketování. Výsledné brikety mají rozdílnou výšku, která závisí na stupni zatížení. Z toho vyplývá, že při větší zátěži je briketa více zhutněna a její výška je menší. Zhutnění briket závisí hlavně na vlhkosti. Při překročení doporučené vlhkosti lze provést pouze zhutnění minimální zatěžovací silou. Výsledná briketa nebývá kompaktní a uvolněná vlhkost se projeví ve vyloučení vody z lisu již při zhutňování, kterým je doprovázeno i vytlačení dna z modelu briketovacího lisu. Při vyšších vlhkostech se projeví zákon o nestlačitelnosti kapalin a jejím výsledkem je deformace lisu. Postup přípravy vzorků: zjištění vstupní vlhkosti (zkušební vzorek je odměřen na vahách s cílem odečtení hmotnosti, po dobu 1 hod. se zahřívá v sušárně, poté je opět odečtena hmotnost, matematickým vzorcem se vypočítá vlhkost), příprava 9 navážek materiálu pro lisování, lisování vzorků (zatěžování od 5 – 45 tun odstupňováno po 5 tunách), odečtení výšky brikety pomocí posuvného pravítka, brikety se poruší při zkoušce na rozštěp na univerzálním trhacím stroji s cílem odečtení potřebné síly na porušení, vyhodnocení parametrů v programu Excel. 3. Výsledky měření Na obr. 1 je znázorněna závislost hustoty ρ [kg.m 3 ] zkoumaného materiálu na briketovacím tlaku p [MPa]. Na obr. 2 je znázorněna závislost síly F [N], která je potřebná pro porušení brikety zkouškou na rozštěp, přepočítaná na jednotku délky l [mm] v závislosti na briketovacím tlaku. 3. Naměřené údaje viz grafy 4. Závěr Se zvyšujícím se zatížením u briket z dřevěného odpadu se docílí: růstu síly na porušení brikety, zmenšení výšky brikety, uvolnění ligninu, který má funkci pojiva, zvýšení aroma odpadu, Pokud jsou briketovány hobliny většího rozměru, nedosahují takového zhutnění, jako brikety z jemných hoblin a tudíž i jejich výška je vyšší. Pokud je vstupní odpad více rozmělněn, dochází k většímu zhutnění (nižší výška brikety) než u materiálu větších vstupních rozměrů. Dle normy DIN 51731 by se mněla hustota briket a hoblin pohybovat v rozmezí 1 000 až 1 400 kg.m

Obr. 1 Závislost hustoty zkoumaných materiálů na briketovacím tlaku: (seshora) dřevo-piliny (vlhkost 3,1 %), dřevo-štěpka (vlhkost 15,7 %), dřevo-piliny (vlhkost 11 %), dřevo-piliny (vlhkost 6,3 %), dřevo-hobliny (vlhkost 6,3 %). 1800

-3

hustota ρ [kg.m ]

1600 1400 1200 1000 800 600 20

70

120

170

220

270

320

briketovací tlak p [MPa] Obr. 2 Závislost síly potřebné k porušení brikety v závislosti na briketovacím tlaku (seshora): dřevo-piliny (vlhkost 11 %), dřevo-piliny (vlhkost 3,1 %), dřevo-piliny (vlhkost 6,3 %), dřevo-hobliny (vlhkost 6,3 %), dřevo-štěpka (vlhkost 15,7 %),

-1

síla na porušení F [N.mm ]

120 100 80 60 40 20 0 0

50

100

1 50

200

250

briketovací tlak p [MPa]

Tento příspěvek vznikl na základě grantu číslo 311 40/ 1312 / 31 31 11. Kontaktní adresa: Ing. David PLÍŠTIL, Katedra materiálu a strojírenské technologie Česká zemědělská univerzita v Praze tel. 22438 3271 e-mail [email protected]

73

300

35 0

400

Mechanické drcení zbytkové těžební biomasy v lesním hospodářství Jiří Dvořák ČZU v Praze, Lesnická fakulta biomasy a ochuzení humusové vrstvy, ale i ekonomické ztráty se stále se zvyšujícími především mzdovými náklady. Drtiče odpadu se stávají v lesním hospodářství stále zajímavější mechanizací pro zpracování pasečného odpadu, nejčastěji klestu, stromových vrcholů nebo nežádoucího nárostu příp. jiného pro dřevozpracující průmysl neatraktivního materiálu a představují tak jednu z technologických postupů pro zpracování potěžebního odpadu a biomasy. Zpracovávaný odpad zůstává na ploše a stává se tak významnou složkou pro obohacení humusové vrstvy. Na obnovované ploše nedochází k produkční ztrátě vzhledem k úbytku plochy v porovnáním se shrnováním klestu do valů.

ÚVOD V lesním hospodářství je stále otevřená otázka jak nejlépe likvidovat klest a další potěžební odpad, 3 který činí z roční těžby cca 2,5 mil. m . Likvidace pasečného odpadu a čištění potěžebních ploch není prováděno pouze z estetického hlediska v krajině, ale především pro její asanaci. Kusý dřevní odpad není možné na pasece ponechávat z několika důvodů: - stal by se cílem pro škůdce a sekundárně by tak došlo k šíření a k ohrožení sousedících porostů, - vzniká nebezpečí šíření tracheomykózních onemocnění, - byl by překážkou pro další mechanizované zalesňování plochy, - rozdrcením (popř. rozštěpkováním) dřevního odpadu urychlíme rozklad suroviny, která zůstává lesní půdě živným organickým materiálem. V současné době ztrácí společnost o odpadovou biomasu zájem. Je velice těžké vést zájem o individuální využití zbytkové biomasy např. k energetickým účelům. Potěžební biomasa z pasek se v současnosti pro další průmyslové zpracování, za účelem výroby lisovaných briket, pelet apd., nejeví ekonomicky výhodná natolik jako výroba z rychlerostoucích dřeviny. Všechny tyto důvody spojené se vštěpováním nového ekologického a efektivního ekonomického smýšlení nás nutí nasazovat nové zpracovatelské technologie. Běžný postup likvidace klestu, mezi které patří především spalování přímo na ploše, znamená nejenom zbytečně velkou ztrátu

NESENÉ DRTIČE Pro provozní lesnictví jsou nejběžnější a nejvíce atraktivní nesené drtiče klestu s aktivním pohonem pracovního ústrojí - rotátoru (viz. schéma na obr. č. 1). Adaptéry jsou ve většině případech nesené na tříbodovém závěsu traktoru (vzadu nebo vpředu), další možností je aplikace adaptéru na hydromanipulátor. Rotátory jsou jednokusé nebo složeny z dílčích částí. Jejich průměr se pohybuje u běžně používaných strojů 40 – 60 cm. Pracovní nástroje tj. kladiva jsou výkyvná nebo pevná na rotátorech (viz. obr.2), v obou případech výměnná. Rotátor s navařenými drtícími nástroji musí být v případě nenávratného poškození určitého podílu pracovních nástrojů vyměněn jako celek. Počet kladiv je závislý na pracovním záběru stroje a rozložení na rotárotu. U vyráběných typů se pohybuje počet kladiv běžně od 20 do 50 kusů. Pracovní nástroj je vyráběn celý z tvrdokovu, ve většině případech je ovšem z tvrdokovu pouze návar na špici kladiva. Životnost kladiva závisí na terénních překážkách tj. předevších kamenech. Podle výrobce je uváděna životnost od 50 do 500 hodin.

DISKUSE Základní rozdělení drtičů, které veškerý odpad rozlamují a štípají: 1.) nesené 2.) samochodné 3.) tažené 4.) stacionární (likvidace dřevního odpadu v dřevozpracujících závodech) Nejjednodušším typem drtiče jsou tažené válce. Váha válce, na kterém jsou navařeny podélně ocelové lišty dosahuje až 5 tun. Při pojezdu je veškerý odpad do průměru cca 8 cm rozštípán.

Obr. č. 1: Schéma drtiče. 1. Protisměrný drtící buben, 2. Zadní válec, 3. Výkyvný rám, 4. Vodící kola, 5. Hydraulika pro ovládání (2) a (3).

74

Obr. č. 2: Kladiva drtiče.Pevné

Výkyvné

Pracovní ústrojí (rotátor) je poháněn mechanicky, od vývodového hřídele, přes kloubový teleskopický hřídel. Od vývodového hřídele je přenášen výkon na jeden nebo dva hnací hřídele rotátoru přes ozubený kuželový převod a klínové řemenové převody (popř. řetězové). Pro zajištění přenášeného kroutícího momentu dostatečným třením jsou víceřemenové převody. Klínové řemeny jsou využívány častěji, neboť slouží zároveň jako pojistka proti přetížení stroje, kdy při zablokování rotátoru v terénu dochází k prokluzu řemenů. Neméně častý je hydrostatický pohon pracovního ústrojí tj. pohon rotátoru hydromotorem, ať již u neseného drtiče na tříbodovém závěsu a vždy je hydromotorem aktivován stroj na výložníku. Rotátor -1 pohybující se obvodovou rychlostí 40 – 50 m.s je poháněn od vývodového hřídele hnacími otáčkami 1000 -1 -1 ot.min nebo 540 ot.min . Pracovní záběr adaptéru je nejčastěji do 2,5 m, což je vždy přibližně o 15 % méně než jeho celková šíře. Podrobné parametry k vybraným typům strojů viz. tab. č. 1.

Obr. 3: FAE UML 175. doporučený výkon 51-74 kW, pracovní záběr 1690 mm, m = 850 kg, 34 kladiv, hloubka zapracování do 250 mm

75

Drtič (obr. č. 3), představuje do jisté míry funkční kombinaci drtič – půdní fréza. Veškerý klest a potěžební odpad je zapracován podle typu stroje až do hloubky 50 centimetrů. Toto umožňuje boční nastavení skluzů a tím i výšková regulace rotátoru. Stroje je potom možné používat nejenom k přímé likvidaci pasečného odpadu, ale i zarovnávání mikroreliéfu, obnově a údržbě cest, zakládání protipožárních pásů, příprava záhonů v lesních školkách. Nemálo důležitou roli umožňuje nasazení speciálně upraveného rámu na nesený adaptér. Rám ovládaný hydromotorem předklání při rozčleňování porostu stromy v mlazině. Kladivy na rotátoru dochází k podsekání stromu a jeho následnému rozdrcení s možným zapracováním do půdy. Adaptér může být nasazen na různé typy jeřábů, nejčastěji s výložníkem, zlamovacím a případně teleskopickým ramenem. Nasazení je potom možné v hůře dostupných terénech či k likvidaci nárostu. Pracovní ústrojí je v tomto případě poháněno hydrostaticky. Při nasazení nesených drtičů v provozu je nutné vycházet ze základních technologických vlastností traktorů, kterými je především stabilita. Maximální svahová dostupnost univerzálních kolových traktorů, které nesou drtiče na tříbodových závěsech, se nejčastěji pohybuje při jízdě po vrstevnici do 10 % a při pohybu po spádnici do 25 %. Pasečný odpad není možné likvidovat na celoplošných kamenitých plochách, kde dochází k poškození pracovních nástrojů. Stejně tak by neměli být drtiče nasazovány na plochách s výskytem oddenkových plevelů (např. pýru), neboť rozsekáním se plevel rychle množí a musel by být intenzivně likvidován po zalesnění daných ploch. Dalšími podmínkami je dostatečná únosnost půdního povrchu. Terén nesmí být podmáčen. Přirozenou rohoží na pracovišti je v tomto případě likvidovaný klest, přes který traktor přejíždí a následně jej drtí. Pokud vycházíme z terénních typizace Lesprojektu, lze za optimální podmínky nasazení stroje považovat terénní skupinu A. Před rozčleňováním porostu je nutno předem vyznačit vjezd do porostu. Doporučuje se provádět pouze rozdrcení podseknutých dřevin na půdním povrchu bez dalšího zapracování do půdy. Zapracováním dřevních třísek a kousků dřeva přímo v porostu do půdy hrozí porušení kořenového systémů okolních stromů a přes mechanické poranění nebezpečí proniknutí houbové infekce. Kvalita práce a maximální průměr rozdrcených potěžebních zbytků závisí na rychlosti traktoru (1,0 – 2,0 km.h-1), otáčkách rotátoru a pracovních nástrojích.

SAMOCHODNÉ DRTIČE Dosud v naší lesnické praxi nepoužívané jsou samochodné drtiče, pro své pořizovací náklady. Tvoří nástavbu na podvozku vyvážecích traktorů (viz. obr. 4). Pracovní ústrojí je sestaveno ze dvou podélně vložených .-1 rotátorů, pohybujících se rychlostí 15 ot.min . Drtící ústrojí s trojúhelníkovitými pracovními nástroji je hydrostaticky poháněné. Klest a další odpad je vkládán do násypky hydraulickou rukou. Stroj se tak pohybuje po pasece v odstupech cca 15 - 20 m. Rozdrcené dřevní kousky vypadávají z dopravníku přímo na zem nebo jsou rozprášeny po ploše prostřednictvím rotujícího disku, na který je drť vynášena. Na rozdíl od nesených drtičů nedochází k tak intenzivnímu zhutňování půdy. Intenzita přejezdů na pracovní ploše je nižší a navíc je tlak rozkládán na nízkotlaké pneumatiky u vícenápravového stroje. Celkové zatížení na půdu se tak pohybuje kolem 80 kPa, na rozdíl od běžných provozní traktorů (UKT), u kterých se pohybuje tlak cca 200 kPa. TAŽENÉ DRTIČE Tažené drtiče příliš v současnosti v provozu používané nejsou. Díky své mobilitě jsou nasazeny na odvozním místě, dočasných manipulačních skladech a dalších místech s dřevním odpadem (viz. obr. č. 5). Drtič potěžebního odpadu, který je tažený zpravidla UKT nebo automobilem má vlastní pohonnou jednotku. Rotátor s výkyvnými noži je s hydrostatickým pohonem. Pasečný odpad, který je nutné shrnovači shrnout a vyvážecí soupravou svést na odvozní místo se do násypky drtiče

vkládá hydraulickou rukou. Kladiva jsou vyrobena z tvrdokovu, není proto nutné se obávat poškození v případě přimíšení dalšího materiálu, který se společně se dřevní hmotou dostane do drtiče (hlína a kamení). Životnost pracovních nástrojů je minimálně 250 motohodin. Obr. č. 5: Drtič 95 MTS, výkon motoru 207 kW, ∅ rotátoru 1100 mm, šířka rotátoru 1600 mm, otáčky 1100 ot./min., počet kladiv 28, objem palivové nádrže 250 l, objem hydrauliky 250 l. ZÁVĚR Drtiče klestu a dalšího potěžebního odpadu u nás zaznamenávají v současnosti počátky provozního rozvoje. Progresivnější nasazení brzdí poměrně vysoké pořizovací náklady a nízké náklady nasazených pracovních sil, které jsou využívány v jiných technologických způsobech likvidace klestu, především spalování, i když stále více z bezpečnostního hlediska omezovaného. Výhodami nasazení drtičů pro lesní hospodářství je: nasazení efektivní pracovní technologie na zpracování pasečného odpadu, podíl biomasy na vytváření humusové vrstvy zůstávající na lesních plochách, rychlé vysychání drtě a tím zamezení šíření hnilob, zastavení vývoje hmyzu, pokud již nebude ve stádiu imaga.

Obr. 4: Samochodný drtič HB 175 F na podvozku vyvážecího traktoru FMG 678 MINI, provozní výkon 119 kW, pracovní záběr drtícího ústrojí 1100-1700 mm, váha 16,2 t, dosah HR 6,65 m

Obr. č. 5: Drtič 95 MTS, výkon motoru 207 kW, ∅ rotátoru 1100 mm, šířka rotátoru 1600 mm, otáčky 1100 ot./min., počet kladiv 28, objem palivové nádrže 250 l, objem hydrauliky 250 l.

Drtiče a mulčovací frézy

76

TYPOVÁ RADA

STÁT

VÝKON TRAKTORU

SUOKONE MERI MJ

Finsko

22 - 132 60 - 160

ZNAČKA

[kW]

MAX. PRŮMĚR ODPADU [mm]

[mm]

[kg]

200 - 250

645 - 1360

UMÍSTĚNÍ

PRACOVNÍ ZÁBĚR

POČET KLADIV

[mm]

[ks]

N

1000 - 2500

36 - 93

AHWI

FM

Německo

BUGNOT

BF

Německo min. 80 -132

FAE

FML

Německo min. 26 - 46

150

FAE

FMM

Německo min. 44 - 80

250

FAE

FMH

Německo min. 66 - 125

400

FAE

UML

Německo

35 - 74

250

FAE

UMM

Německo

59 - 132

FAE

UMH

Německo

88 - 279

NFB

WALDMEISTER WA

Německo

66 - 162

SEPPI

MIDIFORST

Německo

44 - 81

150

0-100

850-1250

N

1250-2000

20-33

SEPPI

FORST

Německo

max. 117

300

0-100

1950-2950

N

1500-2500

24-42

SEPPI

BMS

Německo 144-250l/min.

150

0-100

900-1130

H

1000-1500

15-24

WILLIBALD

UFK

Německo

63-132

100-150

0

940-1150

N

1550-2150

30-42

WILLIBALD

UFM

Německo

77-132

180-200

0

1420-1650

N

1890-2290

36-45

STS PRACHATICE

NUD

ČR

45-110

200

910-1900

N

1300-1900

10-24

GANDINI

MTS

Itálie

P motoru drtiče 15-289

13-50

700-17000

T

1550-2500

5-28

250-420 bar

50

HLOUBKA HMOTNOST ZAPRAC.

50

1750-2600

N

2300

48

100

2560-3100

N

1400-2240

24-32

30

600-900

N, H

1210-1930

20-32

10-100

1050-1900

N

1210-2410

20-40

10-100

2400 - 3300

N, H

1450-2410

24-40

80

730-1030

N

1210-1930

26-38

300-400

80

1500-2250

N

1450-2410

36-52

500

150

2400-3500

N

1450-2410

36-50"C", 48-96"A"

60-100

1100-1760

N

1500-2300

28-36

Kontaktní adresa: Ing. Jiří Dvořák Česká zemědělská univerzita v Praze Lesnická fakulta, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, PSČ 165 21

77

0

Reologie v technologických procesech Jana Andertová Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha Úvod Znalost tokového chování systémů hraje důležitou roli při řešení procesů v mnoha biotechnologiích. Tokové chování systémů biomasy lze popsat na základě informací získaných reologickými studiemi těchto systémů. Reologie se obecně zabývá tokem a deformací hmoty vlivem vnějších mechanických sil. Jsou možné dva mezní typy chování. Jestliže deformace vratně vymizí po odstranění vnější síly, mluvíme o elastickém chování. Je vykazováno tuhými látkami. Energie vynaložená na deformaci se ukládá, a po relaxaci tuhé látky se uvolní. Jestliže hmota teče a tok se zastaví (ale neobrátí), je-li síla odstraněna, mluvíme o viskozním chování. Je charakteristické pro jednoduché kapaliny. Energie potřebná k udržení toku je disipována jako teplo. Mezi těmito dvěma extrémy jsou systémy, jejichž odezva na aplikovanou sílu záleží na době pozorování; nazývají se viskoelastické. Přesná povaha pozorovaných jevů závisí na poměru času potřebného na relaxaci systému k času potřebnému pro provedení měření. Je-li tento poměr velký, systém se chová jako tuhá látka a má elastické vlastnosti, je-li malý, systém teče jako kapalina. Viskozita Viskozita tekutiny je mírou vnitřního odporu, kladeného relativnímu pohybu různých části tekutiny. Brzdící síla mezi nestejně rychlými vrstvami vzniká tím, že molekuly přecházející z rychlejší vrstvy do pomalejší přenášejí v průměru víc hybnosti mux (ux je rychlost ve směru proudu, nikoliv rychlost termického neuspořádaného pohybu molekul) než molekuly přecházející směrem opačným. Výsledkem je úhrnný tok hybnosti z rychlejší vrstvy do pomalejší; přírůstek hybnosti v pomalejší vrstvě se projevuje jako síla ve směru proudu, úbytek ve vrstvě rychlejší jako síla působící v protisměru. Tečné napětí (síla působící na jednotku plochy), které působí k vyrovnání proměnlivé rychlosti v tekutině je tím větší, čím více se mění rychlost od vrstvy k vrstvě. Tato změna rychlosti je charakterizována gradientem rychlosti dux/dy, kde dux je přírůstek rychlosti mezi dvěma sousedními vrstvami kapaliny vzdálenými od sebe o dy ve směru kolmém k proudu. Viskozita je popisována jako newtonská, je-li tečné napětí mezi dvěma paralelními rovinami tekutiny v relativním pohybu přímo úměrné gradientu rychlosti mezi vrstvami tekutiny (Newtonův zákon):

τ xy = - η

du x dy

(1)

kde τxy (= Fx /A) je tečné napětí (N m–2) působící ve směru osy x v rovině kolmé k ose y. Konstanta úměrnosti η - dynamická viskozita - má rozměr kg m–1 s– 1 = Pa.s (1 Poise (značka P) = 0,1 Pa.s). Podíl dynamické viskozity a hustoty je kinematická viskozita, ν = η/ρ ; s rozměrem m2 s–1. Reciproká dynamická viskozita se nazývá fluidita. Pro všechny plyny, většinu čistých kapalin a mnoho roztoků a disperzí je pro danou teplotu a tlak viskozita

78

dobře definovanou veličinou, která je za předpokladu laminárního toku nezávislá na ani na tečném napětí, ani na rychlostním gradientu - je konstantní charakteristikou dané tekutiny. Viskozita závisí na teplotě. U plynů s rostoucí teplotou stoupá, viskozita kapalin s rostoucí teplotou klesá. S rostoucím tlakem viskozita vzrůstá; jeho vliv na viskozitu kapalin je však většinou zanedbatelný. U mnohých roztoků a disperzí , zvláště jsou-li koncentrované nebo obsahují asymetrické částice, jsou pozorovány odchylky od newtonského toku. Viskozita těchto, tzv. nenewtonských systémů závisí na rychlostním gradientu. Viskozita, vypočtená podle Newtonova zákona jako poměr tečného napětí a rychlostního gradientu je pak označována jako zdánlivá viskozita. Newtonské a nenewtonské kapaliny Reologie charakterizuje chování tekutin jako deformaci látky při působení napětí, tedy jako závislost smykového (tečného) napětí τ na gradientu rychlosti & . Pomocí charakteru této deformace dux/dy resp. γ závislosti lze tekutiny rozdělit na newtonské a nenewtonské kapaliny. Kapaliny vyznačující se lineární závislostí napětí na gradientu rychlosti deformace se nazývají newtonské kapaliny. Kapaliny, u nichž je průběh této závislosti nelineární jsou označovány jako nenewtonské. Jestliže závislost napětí na gradientu rychlosti deformace nenewtonských kapalin vykazuje hysterezní smyčku, která je mírou časové závislosti, jsou tyto kapaliny popisovány jako časově závislé, ostatní kapaliny jako časově nezávislé.

Obr.1. Závislost napětí a viskozity na gradientu rychlosti deformace pro newtonské a nenewtonské kapaliny

A. Časově nezávislé kapaliny Mezi časově nezávislé nenewtonské kapaliny řadíme kapaliny pseudoplastické (obr.1.), u nichž závislost viskozity na gradientu rychlosti deformace se & klesá. Takto se chová velmi mnoho vzrůstajícím γ

kapalin jako emulse, suspenze nebo disperze obsahující např. neuspořádané částice, které se se vzrůstajícím napětím uspořádají do jednoho směru, nebo aglomeráty, které se rozrušují a naopak při klesajícím napětí znovu tvoří . Dalším typem jsou dilatantní kapaliny, u kterých s rostoucím gradientem rychlosti deformace roste hodnota viskozity. Jsou to většinou vysoce koncentrované suspenze obsahující pevné částice. Látky, které tvoří intermolekulární / interčásticovou síť působením vazných sil (Van der Waalsovy síly, hydrofóbní síly, atd.), mají díky těmto silám charakter pevné látky s nekonečnou viskozitou. Vnější síla, která je tak velká, aby rozrušila síťovou strukturu částic, se nazývá mez toku. Při působení další síly se molekuly / částice otáčí spolu s tekoucí kapalinou . Mez toku lze definovat také jako minimální smykové napětí, které je nutné použít k tomu, aby látka začala téci. Materiály vykazující mez toku, jsou většinou vícefázové systémy. Nejvíce příkladů lze nalézt v disperzích, které obsahují pevné částice v kapalném mediu. Mezi látky vykazující mez toku patří např. gelovité látky, tmely, barvy, pasty, těsta, farmaceutické krémy a masti a velké množství látek z oblasti potravin jako jsou dressingy, omáčky a pomazánky. Hodnota meze toku má velký vliv na vlastnosti konečného produktu a může být jedním z parametrů používaných ke kontrolování kvality výrobků . Materiály s mezí toku jsou často označovány jako plastické. B. Časově závislé kapaliny Závislost napětí nebo viskozity na gradientu rychlosti deformace pro časově závislé látky vykazuje hysterezi, která je mírou časové závislosti. Mezi časově závislé kapaliny patří tixotropní látky. Při působení síly na suspenzi se porušuje síťová struktura částic a tím se

Kontaktní adresa: Ing. Jana Andertová,CSc. Ústav skla a keramiky VŠCHT Technická 5, Praha 6 166 28 E-mail: [email protected]

79

snižuje hodnota zdánlivé viskozity s časem. Po určité době klidu se struktura znovu vytvoří a zvýší se i její zdánlivá viskozita. Tixotropii vykazují látky tvořící síťové struktury, gely, soly atd. Tzv. reopektní kapaliny jsou charakterizovány zvyšující se zdánlivou viskozitou při působení napětí. Tokové chování podobné reopektnímu někdy vykazují koncentrovanější suspenze nebo těsta, u nichž dochází k regeneraci struktury. Žádný známý materiál nevykazuje skutečné reopektní chování. Závěrem je notné zdůraznit, že pro nenewtonské kapaliny, jejichž počet v průmyslovém inženýrství neustále roste, nemá pojem viskozity jako látkové konstanty fyzikální význam je třeba jej nahradit tokovou křivkou v potřebném rozsahu tečných napětí. Vzhledem k tomu, že dosud nebyla vypracována obecně platná rovnice toku, je třeba pracovat s experimentálně změřenými tokovými křivkami, resp. s rovnicemi obsahujícími empiricky stanovené parametry. [4]. LITERATURA: [1] Bartovská L., Šišková M.: Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav, Skripta VŠCHT, VŠCHT Praha (1999) [2] Schramm G.: A Practical Approach to Rheology and Rheometry, Gebrueder HAAKE GmbH, Karlsruhe (1994) [3] Mezger T.: Das Rheologie Handbuch, Vincentz (2000) [4] Ulbrecht J., Mitschka P.: Chemické inženýrství nenewtonských kapalin, ČSAV, Praha (1965)

Racionalizace mobilního terénního systému z hlediska ekologické čistoty práce A. Janeček,, ČZU v Praze, M. Mikleš Technická univerzita Zvolen Souhrn V příspěvku se z pohledu výše zpracované biomasy a celkové výše těžebně dopravní eroze hodnotí optimální konstrukční a provozní výkonnost mobilního terénního sytému pracujícího v lesním hospodářství. Sledovaný terénní systém pracující v lesním ekosystému chápeme jako systém výrobní, do kterého vstupuje energetický či materiálový tok. Řídící veličinou, která optimalizuje výrobní režim pracovního systému je provozní a konstrukční výkonnost. V článku se analyzuje množství eroze v závislosti na vytěžené hmotě systémově a matematicky. Stanoví se podmínky pro práci mobilního terénního systému, pomocí kterých se dosáhne optimální tj. minimální množství těžebně dopravní eroze, vztažené na jednotku objemu zpracovaného dřeva. Teoretické vývody jsou experimentálně verifikované, sledováním vyvážecích souprav TERRI 2020 a TERRI 20-40. Monitorováním vyvážecích souprav bylo zjištěno, že změní-li se výkonnost výrobních systémů TERRI 20-20 a TERRI 20-40 o 5 – 10 %, nastává přírůst měrné eroze o 15 – 30 %. Je proto důležité důsledně zvážit čas a místo nasazení jejich práce, které je dané jejich provozní výkonností. Teoretický rozbor a provedený experiment potvrzuje obecně platnou tezi: (DUVIENNAUT, 1980). Množství disipativní energie provázející výrobní proces práce mobilního terénního systému je mírou ekologické čistoty (těžebně-dopravní eroze) práce mobilního terénního systému. Minimalizací této disipativní energie je možné zajistit optimální režim práce mobilního terénního systému z hlediska daného kriteria těžebně dopravní eroze. Introduction The logging transport and subsequent water erosion cause devastion of forest ecosystems (Šach 1986). It thereby suffer not only productive, but also unproductive forest functions, including contamination of surface water sources. The devastation of forest soils is problem mainly in air-polluted regions by dieback of forest stands, as well as their subsequent cutting (Skýpala 1987). The exploitation of transport technique, technique for mechanical preparation of soil, mainly in upland of air-polluted regions results to increased devastation of soil surface of forest ecosystems (Šach 1986). The erosion processes then conduct not only to the decreasing of forest soil, but also to it degradation and degradation of water relations of soil (Holý 1988). The preventive wood-technical measurents, serve us for decreasing of damages caused by erosion (Kubelka 1991). They consist of choice of ecological canny technologies (Janeček 1992) by using a suitable technique with rational performance. This paper discussis about possibilities of its determining. The verification is carried out by experimental monitoring of logging transport erosion caused by skidding units TERRI 20-20 and TERRI 20-40.

80

The task of the paper is also to confirm the known theses of ecological synthesis (Duvignfaud 1980). The dissipative energy produced by a production system (in our case it is a mobile system working in forestry) is a rate of ecological cleanliness of the system’s work. Specification of factors that affect the logging transport erosion With the analysis of the logging transport technique with various performance we can ascertain, that this performance is commensurable to the amount of damages caused by logging transport erosion. 1.1 The factors that affect the specific consumption of energy and material: a) The increase of constructional performance does not respond directly to dimensions of parts of logging transport and afforestation systems, which exercise an influence on energy, material and working components. b) The change of parts of these systems which demand a lot of investments is not directly commensurable to performance change. c) The changes of material flow due to changes of system’s performance do not always actuate to change of energy and material demands and consequently not even to total amount of damages caused by erosion. 1.2 The possible increases of the constructional performance of forest systems: a) increase an interaction space for material flow (chopping, cutting area, etc.) or increase the maximal work performance, b) increase the cross sections within roads on which a material is transported. 2. Optimal mode of logging transport system from point of view of relationship between erosion and unit of performance During productional process of logging transport systems energy and material are transformed. The transformation of energy and material results in final product – machined wood, see Fig. 1. constructional performance

operational performanc

energy

material

logging transport system

machined wood

A regulation of intensity of logging transport work is carry out by regulators, which specified the constructional and operationl performance. At the same time, during work the systems the logging transport erosion is rising. It depends on intensity of whole process and it is a result of the loss energies whitch rise during this process.

Verification of the mathematical model The above mentioned analysis was used as a basis for evaluation experiments. The mathematical model of forest production systems allows optimization of their main constructional and operational parameters from point of view of ecological need – see Fig. 2,3. Physical models were used for the systems – working machine in logging, afforestration and transport activities. It was found that the optimization of the system performance can lead to decreases of the logging transport erosion about 5- 15 %. The locality, were the verification was carried out, was specified by following significant attributes. Characteristics of natural conditions - altitude 900 m - expose NW - terrain inclination 11 – 20 % - average soil condition during monitoring humidity 30% - predisposition to erosion easier erodable - soil bearing elatively bearing (50-200 MPa) - terrain capacity obstacles smaller than 50 cm in distance more than 5 m. - terrain segmentation middle rangy (configuration coeficient 0,25-0,49) - soil condition middle weedy (cover 26-50% of area) Characteristics of natural intervention - salvage cutting, group of trees Wood type - conifers Average mass 0,9 m3 (form of expression of wood volume or forest coppice) Force of intervention 12% Technological characterisation of work places - log dump - out of coppice border in distance of 50 m - logging method - wood assortments of standard lengths of 2 m

dimensions – length 6500 mm, width 1460 mm, height 2350 mm weight – 3390 kg transport weight – 1690 kg scope of hydraulic crane – 4,2 m TERRI 20-40: engien – Kubota, type D 1105, 4-takt, diesel power - output – 17,6 kW at 3000 rpm dimensions – length 6500 mm, width 1470 mm, height 2250 mm weight – 4950 kg transport weight – 2960 kg scope of hydraulic crane – 7 m Damages of forrest soil Procedure of measuring and evaluating A measurement of planar damage was carried out. The measurement was carried out by measuring-tape with digital display. A damage of soil surface was ploted in scale 1:100. Similarly, by measuring-tape were carried out the measurements of skidding trajectories "li". Areas of trajectory damages was read by digital planimeter. The volumes of skidded wood was sumarized by volumes "Vi" per time unit of one month. By calculation were determined the coeficients of 2 damage which indicate the damage in area 1 m per 1 3 m of transported wood and 1 m of length of wood transport. The calculation of relative damage was carried out by formula:

∑F K= ∑l V i

i

i

[m2.m-1.m-3]

i

i

Technical characteristics of mobile terrain systems TERRI 20-20: engine – Kubota, type DH 850-B, 4-takt, diesel, power - 17 kW at 3600 rpm

K

2 -1 -3 coeficient of relative damage [m .m .m ]

ΣFi

total damaged area

[m2]

Σli

total traveled lenght during wood transport

ΣVi

total volume of skidded wood

[m3]

Results in graphical form

4 -1

3 2

2

-3

[m .m .m ]

Specific damage of surface Q

Breach of soil surface stand TERRI 20-20

1 0 0

Wop

200

400

3

600

800

-1

W [m .month ]

Fig.2. Depence between specific amount of damages and operational performance TERRI 20-20

81

[m]

4 3

2

-1

-3

Q [m .m .m ]

Specific damage of surface

Breach of soil surface of stand TERRI 20-40

2 1 0 0

500

Wopt 3

1000

1500

-1

W [m .month ] Fig.3. Depence beween specific amount of damages and operational performance TERRI 20-40

Skidding unit TERRI 20-20 is designed for total month 3 capacity cca 200-400 m . In conditions at which the mesurements was carried out the optimal operational 3 performance (see Fig. 2) was at level of cca 400m . It is the upper border of operational performance which is refered by manufacturer. Considering the criterion of logging transport erosion there is a need to operate the unit TERRI 20-20 on this value of the optimal performance. In case of increasing or decreasing of the performance by 5 – 10 % the specific erosion will increase by 30 –40 %. The similar results we obtained in case of experimental measurements eith the unit TERRI 20-40. Conclusion By mathematical analysis it was found that logging transport erosion rising during work of the system has minimum value in the work mode, which can be characterized by optimal operational and constructional performance. This conclusion was verifed by experimental observation of the skidding units TERRI 20-20 and TERRI 20-40. When the optimal values of work of above mentioned systems are changed by 5 – 10 %, there will occur the growth of erosion by 15 –30 %. Because of it there id need of fairly consideration of the localities of their employment and intesity of work, that are given by their operational performance. Literature: 1. Bellmann, R.E., 1956: On the bong-bong control problem. Annals of Applied XIV, pp. 11-18, 1956 2. Holý, M., 1988 : Simulační model povrchového odtoku a erozního procesu. Vod. Hospodářství, 10 s. 3, 1988/A

3. Janeček, A. et all., 1991: Úvodní systémová analýza modelování negativního působení techniky na lesní ekosystémy. Výzkumná zpráva VÚLHM, 143 s. 4. Janeček, A. et all., 1992: Úvodní systémová analýza modelování negativního působení techiky na lesní ekosystémy. Závěrečná zpráva VÚLHM, 155 s. 5. Janeček, A., 2001: Racionální matematický model optimalizující podstatné konstrukční a provozní parametry vyvážecího soupravy z hlediska kritéria těžebně dopravní eroze. ISBN 80-213-0811-7, s. 86 6. Kolmogoroff, A. N., 1931: Über die analytischen Metoden in der Wahrscheinlichkeitsrechnung, Math. Ann. 104. 7. Kubelka, B., 1991 : Osobní sdělení. 8. Pontrjagin, L. S., 1964: Matematická teorie optimálních procesů. Praha 1964, s. 354. 9. Skýpala, J., 1987 : Oceňování škod způsobených civizačními faktory v LH. Výzkumná zpráva VÚLHM, s. 86. 10. Slodičák, M., 1986: Zvyšování odolnosti mladých smrkových porostů proti škodám sněhem. VÚLHM 1986, KDP, s. 96. 11. Šach, F., 1986: Vliv obnovných způsobů těžebně dopravních technologií na erozi půdy. VÚLHM, KDP, 106 s. 12. Wiener, N., 1954: Cybernetiks and Society 2. ed. New York 1954. s. 365. 13. Duvigneaud, P., 1980: La syntése ecologigue Dion édituers, Paris, 400 s.

Kontaktní adresa: Prof. Ing. Adolf Janeček, DrSc. Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 16521, Praha Prof. Ing. Milan Mikleš, DrSc. Technická univerzita Zvolen, Masarykova 24, 96053, Zvolen

82

Optimalizace výkonnosti mobilního terénního systému pracujícího v lesním hospodářství, z hlediska minima emisí cizorodých látek. Milan Mikleš Technická univerzita Zvole Adolf Janeček, ČZU v Praze, Abstrakt Článek rozebírá možnosti, které byly objeveny při konstrukční a provozní výkonnosti mobilního terénního systému pracujícího v lesním hospodářství z hlediska minima emise činorodých látek (SO2, NOx, CO, CO2, atd.), vztahujících se na jednotku objemu opracovaného dřeva.Lesní výrobní systém je chápán jako výrobní systém,, do kterého vstupuje materiálový, energetický tok a případně tok pracovních sil. V době výrobního procesu je tok materiálu, energie nebo pracovní síly transformovaný na konečný produkt (opracované dřevo, základní zpracování půdy, sázení semenáčků atd.).Řídící veličinou optimalizující pracovní režim lesního výrobního systému je provozní, případně konstrukční výkonnost.Kriteriální funkci specifikující optimalizaci parametrů mobilního terénního systému pracujícímu v lesním hospodářství je množství emitovaných činorodých látek vztahujících se na jednotku práce vykonané výrobním systémem. Jsou stanovené podmínky pro režim práce (výkonnosti) mobilního terénního systému pracujícího v lesním hospodářství, za kterých je dosáhnuté minimum emitovaných, cizorodých látekvztahujících se na jednotku práce vykonané lesním výrobním systémem. Teoretické závěry jsou experimentálně verifikované. 1.0 Úvod Výrobní procesy vznikající v důsledku realizace pěstební či těžební činnosti v lesním hospodářství jsou provázeny množstvím emitovaných cizorodých látek (CO2, CO, NOx, oleje atd.). Řada cizorodých látek znečišťuje ovzduší, případně půdu či povrchové nebo podzemní vody (únik olejů, nafty atd.). Ohroženost lesních půd (úniky olejů) nabývá významu hlaavně v imisních oblastech v souvislosti s odumíráním lesních porostů (Skoupý, 2000). Využití těžební a pěstební techniky v lesním hospodářství nabývá na rozsahu zejména v horských imisních oblastech, což se projevuje ve zvýšené kontaminaci povrchu lesního porostu cizorodými látkami (oleje) (Skoupý, 2000). Procesy vedoucí ke kontaminaci půd mají za následek nejen degradaci lesních půd, ale kontaminace cizorodými látkami se projevuje i ve zhoršení fyzikálně chemických vlastností půd a zhoršováním vodního režimu (Holý, 1988). Mezi nejzávažnější opatření patří preventivní opatření, kompenzující kontaminaci cizorodými látkami, která se může uplatnit na převážné ploše lesních ekosystémů ohrožených cizorodými látkami (Kubelka, 1991). Opatření spočívají (Janeček, 1992) ve volbě vhodných, ekologicky šetrných technologií včetně strojového osazení, dále ve využití vhodných způsobů nasazení techniky pracující s racionální výkonností. O možnosti stanovení této výkonnosti pojednává předkládaná práce. Jinými slovy, cílem předkládané práce (Optimalizace konstrukční a provozní výkonnosti mobilního těžebního systému pracujícího v lesním hospodářství z hlediska minima emise cizorodých látek je podat některé výsledky analytického rozboru (Janeček, 1991), stanovení matematických podmínek nutných (Bellmann, 1956) k tomu, aby bylo dosaženo

83

minima měrné těžebně dopravní emise (Wiznner 1954) vytvořené těžebně dopravním systémem, vztažené na jednotku vytěžené hmoty. S ohledem na zmíněný cíl je v článku uveden nástin odvození (Janeček, 1991) kriteriální funkce měrné emise cizorodých látek vztažené na jednotku objemu vytěženého dřeva. Je provedena analýza (Kolmogoroff, 1931) intenzity eroze. Jsou stanoveny matematické podmínky (Pontrjangin, 1964) pro extrém této funkce měrné eroze v závislosti na výkonnosti a vyjádření fyzikálního významu členů nerovností či rovnic specifikujících zmíněný extrém měrné emise cizorodých látek. Teoretické vývody práce jsou ověřovány experimentálním měřením. Verifikace je realizována experimentálním sledováním těžebně dopravní emise způsobené činností vyvážecího systému švédské provenience TERRI 20-20 a TERRI 20-40. 2.0 Kvalitativní specifikace faktorů ovlivňujících emisi cizorodých látek Při těžebně dopravní technice analyzujeme v lesním hospodářství systémy různé konstrukční výkonnosti. Vidíme, že dosahují různé měrné spotřeby energie či materiálu, jímž je úměrná i různá měrná emise cizorodých látek. 1. Faktory ovlivňující měrnou spotřebu energie a materiálu a) Zvýšení konstrukční výkonnosti neodpovídá přímo úměrně i změna všech částí dopravně těžebních a pěstebních systémů majících vliv na jeho energetickou ,materiálovou a pracovní náročnost b) Změna investiční náročnosti těžebně dopravních a pěstebních systémů není úměrná změně výkonnosti. Tento stav je ovlivněn tím, že u těžebních, dopravních a pěstebních systémů je použito různých unifikovaných částí, které jsou vyráběny v různých odstupňovaných velikostech, takže při jejich použití ve výrobních systémech dochází k určitému předimenzování c) Rozměrové změny průchozích cest (materiálových toků zpracovávaných těžebně dopravními a pěstebními systémy), ke kterým dochází změnou výkonnosti systému nepůsobí vždy na změnu energetické a materiálové náročnosti a tím i na výši těžební dopravní a pěstební emise cizorodých látek úměrně s výkonností, která je obecně funkcí rychlosti a průřezu materiálového toku. Při bližším rozboru těchto vlivů je třeba zhodnotit o jaký těžební, dopravní či pěstební systém se jedná a hlavně jakého způsobu je v něm použito při zvyšování jeho konstrukční výkonnosti. 2. Možnosti zvyšování konstrukční výkonnosti lesnických systémů a) zvyšování záběru materiálového toku - zvětšením počtu pracovních orgánů (radlic, sekcí sázecího, řezacího ústrojí atd.) - prodloužení pracovního orgánu (délky řezacího ústrojí) b) zvětšením materiálového průřezu z cest, kterou je materiál dopravován. Tvar průřezu může být zachován nebo se může měnit (těžební ústrojí, dopravní ústrojí atd.) c) zvětšováním maximální pracovní výkonnosti

3 Optimální režim těžebně dopravního systému z hlediska měrné emise cizorodých látek vztažených na jednotku výkonnosti Při práci těžebně dopravních systémů vstupuje do těchto systémů energie, potenciál, materiál, eventuálně pracovní síla. V průběhu výrobního procesu se energie a materiál transformuje. Transformací energie a materiálu systémem (viz obr. 1) vzniká výsledný produkt, opracované dřevo. Regulace intenzity práce u těžebně dopravních a pěstebních systémů je uskutečňována pomocí regulátorů specifikujících konstrukční a provozní výkonnost. konstrukční výkonnost

energie

provozní výkonnost

opracované dřevo, opracovaná půda

Obr. č. 1 Schéma těžebně dopravního a pěstebního systému. Při práci těžebně dopravních a pěstebních systémů vzniká emise cizorodých látek. Těžebně dopravní a pěstební emise cizorodých látek je závislá na intenzitě těžebně dopravního a pěstebního procesu. Je výrazem ztrátových energií, které ve zmíněném procesu nastávají. Pro množství těžebně dopravní emise cizorodých látek vznikajících ve výrobním procesu těžebně dopravních a pěstebních systémů v důsledku energetických transformací platí (Janeček A, Mileš M., 2003):

M EE

m E . QE = .S E (Wk ,W p ) ηCE Wk ,W p

(

)

m E .Q E QV η CE (W k , W p )

[kg]

Za předpokladu, že hodnoty QE, SE, ηE jsou pro analyzovaný čas konstanty, můžeme časové derivace rovnice (1) vyjádřit v následujícím tvaru

Pro celkové množství produkce vyrobené těžebně dopravním systémem při transformaci množství energie QE platí vztah (Janeček A., Mileš M.., 2003) :

[kg.s-1]

Pro množství emise cizorodých látek vztažené na jednotku výkonnosti mobilního terénního systému lze psát vztah (Janeček A., Mikleš M., 2003)

∂mE .QE .S E ∂M EE 1 1 t ∂ Q= . . = ∂t WC (Wk , W p ) ηCE (Wk , W p ) WC (Wk , W p ) kde: t

čas

∂M EE ∂t

[s]

množství těžebně dopravní a pěstební emise

cizorodých látek za jednotku času vzniklé v důsledku transformace [kg.s-1]

∂m E ∂t

množství

jednotku času

MEE množství těžebně dopravní a pěstební emise vzniklé při práci těžebně dopravního systému v důsledku energetických transformací [kg] mEE množství nosiče energie (nafta, benzín atd.) nutné k výrobě těžebně dopravní a pěstební činnosti [kg] [m3.s-1] Wp provozní výkonnost systému [m3.s-1] Wk konstrukční výkonnost systému SE (Wk,Wp) měrná inherentní (vložená) energie vznikající v důsledku energetických a materiálových transformací během výrobního procesu v závislosti na -1 konstrukční a provozní výkonnosti [kg.(kJ) -1 ] QE měrná energie nosiče energie [kJ.kg ] ηCE(Wk, Wp) účinnost transformace energie na výsledný produkt v závislosti na konstrukční a provozní výkonnosti [ - ]

[m3]

kde je: WCE celkové množství produkce systému vyrobené v důsledku transformace energie[m3] měrná výrobní energie, kterou je nutno dodat QV těžebně dopravnímu a pěstebnímu systému na jednotku produkce [kJ.m-3]

∂m E .Q E ∂M EE ∂t = .S E ∂t η CE .(W k , W p )

Výrobní těžebně dopravní, pěstební

materiál

WCE =

nosiče

energie

dodaného

za

-1 [kg.s ]

Pro výkonnost systému platí rovnice

WC =

∂WCE ∂t

[m3.s-1]

Q měrná emise cizorodých látek vztažená na jednotku -3 produkce [kg.m ] Pro extrém funkce měrné emise cizorodých látek, vztažené na jednotku objemu opracované hmoty jako ve funkci konstrukční a provozní výkonnosti platí podmínky nutné:

∂ 2 M EE W k , W p ) ∂t.∂W k

=0

[kg.m-3]

∂ 2 M EE =0 ∂t.∂W p

[kg.m-3]

Po provedení výše naznačených úkonů a úpravách dostáváme výrazy rozhodující o znaménku parciálních derivací ve tvaru (Janeček A., 2003):

∂fE(Wk ,Wp) ∂Wk

∂WC(Wk ,Wp) ∂ηC(Wk ,Wp) fe fE . − . >0 ηCE(Wk ,Wp) WC(Wk ,Wp) ∂Wk ∂Wk

−

platí pro oblast vyšších hodnot konstrukční výkonnosti

84

(8)

∂f E (Wk , W p ) ∂W p

−

∂WC (Wk , W p ) ∂ηC (Wk , W p ) fE fE . − . <0 ηCE (Wk , W p ) WC (Wk , W p ) ∂W p ∂Wk fE =

∂M E .Q E .S (W k , W p ) ∂t

fE tok emise způsobený transformací energie ve výrobním procesu, platí pro oblast nižších hodnot konstrukční výkonnosti. Obdobnou analýzou dospějeme k vztahům specifikujícím chování funkce měrné emise s ohledem na řídící parametr Wp, tj. provozní výkonnost (Janeček A., Mikleš M., 2003) 5. Verifikace V rámci práce byly provedeny základní matematické rozbory dané problematiky. Cílem bylo stanovení optimální provozní výkonnosti těžebních a dopravních výrobních systémů za účelem minimalizace cizorodých látek vznikajících přeměnou energetického toku při jeho transformaci na výsledný produkt. Zkonstruované modely byly verifikovány na provozu vyvážecí soupravy TERRI 20-40 (specifikace podmínek práce systému TERRI 20-20, TERRI 20-40, specifikace způsobu výpočtu a specifikace vyvážecího systému TERRI 20-20, TERRI 20-40 jsou uvedeny v literatuře Janeček A., Mikleš M. 2003) – viz. grafy 1, 2, 3. Experimenty ukázaly, že funkce měrných hodnot emisí vytvoří vždy minimum. Optimální provozní výkonnost kolísá v závislosti na minimalizované emisní složce a to: 3 -1 3. -1 NCX – 1470 m .měs. , SO2 – 1310 m měs. a NOX – 3 -1 2100 m .měs. . Volba výkonnosti vyvážecí soupravy závisí na matematické váze emisních složek dané jejích vlivem na ekosystémy. Kolísání s měnící se provozní výkonností je definováno citlivostní analýzou – viz. tabulka č. 1.

(9)

[kg.s-1]

spalovací účinnost. Obdobně hodnota provozní účinnosti, s kterou pracuje mobilní terénní systém má vliv na transformační účinnost a intenzitu produkce cizorodých látek. Platí obecně teze (P. Duvigneaud, 1980). Množství disipativní energie je mírou ekologické čistoty (emise cizorodých látek) práce výrobního systému, pak tato teze je potvrzena výše uvedenou praktickou analýzou práce mobilního systému v závislosti na jeho intenzitě práce.

Graf . 3 Závislost měrných NOx k provozní výkonnosti

Graf 1… Závislost měrných NCx k provozní výkonnosti Tabulka č. 1:

Graf . 2 Závislost měrného SO2 k provozní výkonnosti Z relací (8), (9) vyplývá, že konstrukce mobilního terénního systému ovlivňuje jak tok emise cizorodých látek tj. ovlivňuje inherentní emisi, tak ovlivňuje účinnost transformace energie na výsledný produkt, ovlivňuje

85

6. Závěr Matematická formulace chování výrobního systému (v těžební, dopravní a pěstební činnosti v lesním hospodářství) uvedená v příspěvku, potvrdila, že na jejím základě lze stanovit podmínky, jejichž splnění vede k optimalizaci z hlediska minima emise cizorodých látek, vztažených na jednotku výkonnosti. Řešení tedy zajišťuje optimalizování činnosti výrobního systému z hlediska minima produkovaných cizorodých látek vztažených na jednotku produkce a minima nákladů vztažených na jednotku produkce, nutných k tomu, aby byl výrobní systém transformován na ekologicky čistší způsob výroby. Potvrzuje se obecná teze (P. Duvigneaud, 1988): Minimalizací disipativních energií produkovaných výrobním systémem docílíme režim práce výrobního

systému, charakterizovaný optimální prací tohoto systému z hlediska ekologické čistoty práce. Experimentálním měřením prováděným na vyvážecích soupravách TERRI 20-20, TERRI 20-40 byla prokázána, že výrobcem doporučená horní hranice provozní 3 -1 výkonnosti Wp ÷ 2000 m . měs je z hlediska emise cizorodých látek nedostačující. Bylo ukázáno, že optimální provozní výkonnost systémů TERRI 20-20, TERRI 20-40 se pohybuje v intervalu 1000 – 1500 m3.měsíc-1. 7Literatura: 1. Skoupý A., Quality of technologies for sustainoble forest managment, Forest and wood technology v s enviroment, Brno 2. HOLÝ, M., Simulační model povrchového odtoku a erozníhoprocesu, Vodní hospodářství, 10/1988 A s. 3 –4 3. Kubelko J., 1991 , Ústní sdělení 4. Bellmann R.E. 1956, On the bong-bong control problem. A nol of Applied XIV. 1956 5. Janeček A. A kol., Úvodní systémová analýza modelování negativního působení lesní techniky na ekosystémy. VÚHLM 1991, s. 143

6. Janeček A. a kol., Úvodní systémová analýza modelování negativního působení lesní techniky na ekosystémy. VÚLHM 1992, s. 155 7. Janeček A., Racionální matematický model optimalizující podstatné konstrukční a provozní parametry vyvážecí soupravy z hlediska kriteria těžebně dopravní eroze 8. Janeček A., Mikleš M, Ecological aspect of mobile operatend in terrein conditions 2003, tisk Agricultoral engeniering Praha 9. Kolmogoroff A. N., 1931: Űber die analytischen Metoden in der Wahrscheinlichkeitsrechnung, Math. Ann 104 10. Pontrjagin L.S., Matematická teorie optimálních procesů, Praha 1964, s. 354 11. Skýpala J., Oceňování škod způsobených civilizačními faktory v lesním hospodářství, VÚLHM 1986, KDP, s. 96 12. Slodičák M., Zvyšování odolnosti mladých smrkových porosstů proti škodám sněhem. VÚLHM 1986, KDP, s. 96 13. Šah F., Vliv obnovních způsobů a těžebně dopravních technologií na erozní půdy. VÚLHM 1986, KDP, s. 106 14. Wiener N., Cybernetiks and Society 2. ed. New York 1954. s. 365 15. Duvigneaudp, La systéme ecologique Dion editerus, Paris 1980, s. 400

Kontaktní adresa: Prof. Ing. Adolf Janeček, DrSc. Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 16521, Praha Prof. Ing. Milan Mikleš, DrSc. Technická univerzita Zvolen, Masarykova 24, 96053, Zvolen

86