Zpráva spoluřešitele IRSM o průběhu řešení projektu v roce 2009

Zpráva spoluřešitele IRSM o průběhu řešení projektu v roce 2009 Zpráva spoluřešitele : Ústav struktury a mechaniky hornin AV ČR, v.v.i. V Holešovičkách 41, 18209 Praha 8 Zpracovali : Ing. T. Hanzlíček, Ing. Ivana Perná, Ph.D., Rndr. Pavel Straka CSc. Program : IMPULS Projekt : FI-IM5/146 Název: Využití a likvidace popelů ze spalování dřevních hmot a spalování bio-odpadů

4. etapa – VaV syntézy kompozitu Úvod

Obecně je využívání bio paliv, jako součásti programu obnovitelných zdrojů energie, úkolem, kterým se zabývá jak EU, tak i energetický program USA. Obě velké světové ekonomiky souhlasně a nezávisle na sobě vyhlašují programy úspor fosilních paliv na roky 2020, resp. 2025 (USA), kde obnovitelné zdroje mají představovat až 13 %, resp. 25 % (USA) z veškeré spotřeby energie v těchto letech. Nedílnou součástí programu snížení spotřeby fosilních paliv je i výroba tepla a elektrické energie ze spalování a využití biomasy obecně, včetně výroby lihu (Brazílie) jako aditiva či náhrady nafty a benzinu. V ČR je spalování biomasy využíváno hlavně pro výrobu tepla a teplé vody, ale v poslední době (2009) se rozšiřuje i výroba elektrické energie spalováním obilní slámy (J. Hradec). Úkolem tohoto projektu je najít a realizovat způsob jak likvidovat rostoucí objem popelů vznikajících při spalování tak, aby nemuselo docházet ke skládkování a produkty spalování, vedle unikajícího CO2 do ovzduší, nezabíraly větší a větší plochy skládek. Nedílnou součástí je specifikace nejen zdrojů popela, ale především zjištění chemického a mineralogického složení k určení návrhu a způsobu jeho likvidace.

1

Chemické a mineralogické složení popelů z různých druhů spalovacích kotlů a spalování různých výchozích surovin Použité analytické metody

Mineralogické složení popelů ze spalování biomasy bylo zkoumáno pomocí rentgenové difrakční analýzy (XRD). Měření krystalických fází bylo zjišťováno na přístroji Philips Source Data digitálním záznamem naměřených intenzit (krok 0.050°, v úhlech od 3.000 do 65.000, s využitím Cu-lampy). Přístroj se skládá z goniometru, řídícího počítače a vyhodnocovacího počítače s databází PDF2. Naměřená difrakční spektra byla zpracována pomocí programu X‘Pert High Score. Bylo provedeno zpřehlednění spekter, odečtení pozadí a byly zjištěny intenzity jednotlivých píků, reprezentujících odezvy krystalických látek. Pomocí databáze byly identifikovány krystalické fáze ve zkoumaných popelových hmotách. Pro analýzu hlavních a stopových prvků pevných materiálů se nejčastěji používá rentgenová fluorescenční analýza (XRF). Z vzorku utřeného na analytickou jemnost se připravují lisované tablety nebo tavené perly, které se dále analyzují. Chemické analýzy byly naměřeny pomocí rentgen-fluorescenčního analyzátoru Spectro IQ od firmy Spectro, Kleve, Německo. Tento přístroj má terčík vyrobený z palladia, úhel terčíku je 90° od centrálního paprsku a ohnisko má velikost 1 mm x 1 mm. (Maximální anodový rozptyl je 50 Wattů s se vzdušným chlazením anody). Měření probíhá v inertní heliové atmosféře. Získaná data byla vyhodnocena pomocí počítačového programu XLabPro. XRF metoda vždy zjišťuje intenzitu, kterou vyzařuje odražený specifický svazek paprsků pro každý prvek. Program XLabPro umožňuje automatické přepočítání prvkového zastoupení ve vzorku na jeho oxidickou formu.

U všech vzorků popelů byly před zahájením práce pomocí analytických metod zjištěny tzv. ztráty žíháním (L.O.I.), které jsou dále v textu komentovány. Ztráta žíháním byla provedena následující metodou: Vzorek popela byl namlet na analytickou jemnost a navážen s přesností na 4 desetinná místa do porcelánového kelímku. Ten byl umístěn do muflové elektrické pece s automatickou regulací náběhu teploty a její koncové výdrže. Maximální teplota, při které se v normálních tlakových poměrech spálí veškerý uhlík, je 1000 °C. Proto byl zvolen náběh teploty 10 °C /min a po dosažení maximální teploty byla pec vyrovnána časovou prodlevou 10 minut. Po úplném vychlazení pece byl kelímek převážen a z rozdílu hmotnosti byla stanovena ztráta žíháním.

2

Přehled základních informací a chemického složení popelů v abecedním řazení provozoven spalujících biomasu. Bouzov Město disponuje 2 kotly od firmy Verner o výkonu 1,8 MW a 0,6 MW. Spalovací zařízení je doplněno výměníky od firmy Step Trutnov. Tímto provozem vytápí celé město. Palivem je dřevěná štěpka, která je uskladněná v krytém skladu a tím má i malou vlhkost. Spotřeba dřevěné směsné štěpky je 2200t/rok. V rámci hledání nových zdrojů paliv byl vyzkoušen i rychle rostoucí šťovík. Tato surovina má bohužel velmi malou životnost – dochází k tlení a rozpadu. Vlhkost šťovíku je vysoká, pohybuje se v hodnotách 8 – 9 hm.%. Dále spalování šťovíku způsobuje velmi vysoké zanášení kotle sazemi a tím se snižuje účinnost spalování. V budoucnosti plánují rozšíření kapacity o další kotel s účinností 1 MW a vybudování akumulační nádrže na teplo Vzorky roštového a úletového popela byly odebrány 24.6.2008 a jedná se o popeloviny vzniklé spalováním dřevěné štěpky a šťovíku v poměru 1:1.

Tabulka č. 1 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Úletový 2,62 popel Roštový 2,92 popel

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

CaO

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

3,73

21,14 3,38

13,66 37,11 2,07

3,93

0,09

8,3

1,88

9,40

14,32 26,23 1,26

1,79

0,09

35,20

4,12

Z hlediska mineralogického složení je v příloze č.1 záznam rentgenové difrakce úletového popela z kotlů v teplárně Bouzov. Hlavní fáze : -

kalcit (CaCO3),

-

křemen (SiO2),

-

arkanit (K2SO4),

-

a malé množství uhličitanu vápenato-draselného K2Ca (CO3)2.

Z přehledu vyplývá, že popel neobsahuje žádné cizorodé látky a převaha vápence a křemene v popelu by měla být využita při jeho recyklaci.

3

Brno - Bystrc Provozovatel teplárny a její majitel Teplárna Brno, a.s. zásobuje teplem převážnou část oblasti Brno Bystrc. Používá kotle a výměníky od firmy TTS Třebíč o kapacitě 1,5 MW a 1,1 MW. Palivo (dřevěné štěpky a piliny) mají uskladněné pod střechou. Posun paliva je hydraulický, ale nevýhodou je dlouhá dráha ze skladiště paliva ke kotlům. Teploty spalování jsou přibližně 1000-1100°C. Vzorky roštového popela byly odebrány 31.7.2008 a jedná se o vzorky odebrané během sníženého letního provozu. Úletový popel nebyl v den odběru k dispozici. Tabulka č. 2 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Roštový 3,63 5,49 24,50 2,33 7,58 38,82 4,52 3,77 0,05 popel

L.O.I 7,36

Bystřice nad Pernštejnem Velmi moderní teplárna z roku 2002 vytápějící prakticky celou Bystřici nad Pernštejnem je vybavena dvěma rakouskými kotli firmy Urbas o výkonu 4,5 MW. Český software řídí hydraulický posun paliva a laserový paprsek hlídá prohoření paliva na pohyblivém roštu (dojde k zastavení roštu, dokud palivo neshoří). Maximální teplota spalování je 1100°C, běžná teplota spalování se pohybuje v rozmezí 500-800°C. Palivem je směs kůry, dřevěné štěpky a pilin. Nárazově se spaluje i řepková sláma smíchaná s pilinami. Teplota spalování této směsi je pouze 300°C, ale stejně dochází ke tvorbě jednoduchého skla a zanášení roštů. Popílek je tříděn přes cyklonový odlučovač, který vrací příliš velké částice zpět do kotle na dopal. Roštový popel je ve formě slinuté škváry. Vzorky obou uvedených odpadů byly odebrány 16.4.2008.

Tabulka č. 3 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 2,66 9,54 42,71 1,47 7,14 23,58 1,70 6,02 0,08 popel Roštový 1,72 10,59 56,12 0,51 5,55 14,17 1,10 8,47 0,03 popel (škvára)

L.O.I 2,00 0,10

Mineralogické složení škváry je uvedeno opět v příloze č.1 a identifikuje tyto látky:

4

-

křemen SiO2,

-

magnetite Fe3O4 ve stopách,

-

další složky jsou zbytková množství živců, vysokoteplotních modifikací křemene a křemičitany hořečnato-vápenaté.

Lze konstatovat, že jak hlavní tak všechny vedlejší produkty (minoritní obsahy látek) nepředstavují žádné nebezpečí pro životní prostředí a jsou obsahem běžných minerálů.

Dešná, okr. Jindřichův Hradec Obec provozuje 2 kotle firmy Verner o výkonu 1,8 MW a 0,9 MW s výměníky od firmy Step Trutnov, a.s., kterými vytápí celé město. Součástí tepelného okruhu je i akumulační věž s teplotou vody 90°C – jedná se o zásobu na 1 – 2 dny dle ročního období. Palivem je pšeničná sláma s vlhkostí 17-21 hm. %, která se spaluje při teplotě 1000°C. Celé balíky slámy posunuje pásový přepravník k rozdružovači, kde dojde k rozdružení a drcení a do kotle přichází 10 – 15 cm vrstva slámy.Výjimečně se spalují i dřevěné štěpky nebo ječmenná a řepková sláma. Úletový a roštový popel jsou vyváděny z kotle ve směsi. Vzorek byl odebrán 13.5.2008. Tabulka č. 4 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 1,86 1,29 61,65 2,23 20,76 7,97 0,13 0,55 0,01 popel

L.O.I 2,04

Analýza rentgenové difrakce slámového popela obsahuje především: -

křemen (SiO2),

-

sylvit (KCl),

-

magnezit (MgCO3),

-

arkanit (K2SO4) – minoritní,

-

další složkou, který obsahuje tento popel je stopa dolomitu (MgCO3. CaCO3).

Stejně jako v předchozích případech i tento popel nepředstavuje zátěž pro životní prostředí a všechny složky jsou potřebné při výživě rostlin a obnově minerálně chudých půd. Hartmanice Teplárna předělaná z uhelné kotelny je v majetku města a vytápí prakticky celé město. V roce 1995 zde byly nainstalovány 3 dánské kotle DanStokers se softwarem Siemens o

5

výkonu 1x 0,88MWa 2x 1,75 MW. Palivem je směs dřevěné štěpky a pilin a spaluje se při teplotě spalování do 900°C. Zásobu paliva mají uskladněnou v krytém skladu, odkud je dřevěná štěpka podávána pomocí nakladače na dopravníky. Oba druhy popela byly odebrány 3.6.2008. Tabulka č. 5 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 3,10 2,02 6,19 2,05 9,22 35,18 2,89 2,09 0,39 popel Roštový 5,75 4,03 17,71 2,99 5,33 51,68 5,51 2,99 0,05 popel

L.O.I 31,63 1,98

Mineralogické složení roštového popela v tomto případě na rozdíl od všech ostatních analýz ukazuje na značný obsah částečně zreagovaných vápenatých a hořečnatých minerálů, kdy se ukazuje, že hlavní složkou je portlandit (Ca(OH)2) – tedy v podstatě vápenný hydrát, ale vedle toho se objevuje i kalcit (CaCO3) i jeho rozložený oxid – pálené vápno (CaO). Jistou výjimku zde tvoří i minerál periklas (MgO) jako oxid vznikající při rozkladu dolomitu nebo dolomitického vápence (viz shora uvedená tabulka č. 5, kde chemická analýza dokazuje celkem 5,75 hm.% MgO). Zde se ukazuje, že použití čerstvého roštového popela by mohlo případně zvýšit pH půd a bude třeba ho nechat přirozenou cestou hydratovat, tj. všechny vápenaté a hořečnaté podíly převést na hydroxidy a dále na karbonáty působením vzdušného CO2. V té chvíli je možné opět konstatovat, že popel nemůže způsobit žádné škody na životním prostředí. Úletový popel pak obsahuje: -

kalcit (CaCO3),

-

křemen (SiO2),

-

portlandit (Ca(OH)2),

-

minoritní periklas (MgO), arkanit (K2SO4) a magnetit (Fe3O4).

Stejně jako shora je třeba tento materiál, především však periklas a portlandit nechat zreagovat se vzdušnou vlhkostí a oxidem uhličitým a převodem na uhličitany zmizí vysoké pH výluhu a tím i případná nebezpečnost tohoto popela. Popel pak bude vhodný pro obohacení jak lesních půd, tak půd pro pěstování kulturních rostlin. Horka u Staré Paky Společnost JILOS HORKA, s.r.o. sídlící v Horce u Staré Paky vyrábí dřevěné přepravní palety a speciální dřevěné přepravní obaly. Dalšími produkty jsou řezivo, hranoly, 6

paletové přířezy, piliny, štěpky a kůra. Obchodují také s dřevními peletkami určenými na vytápění v kotlích na spalování biomasy. Vzhledem k množství dřevěných odpadů se v roce 2003 rozhodli vybavit svůj závod 3 kotli na spalování biomasy od firmy ELBH. V roce 1999 začínali s kotem o výkonu 1,05 MW, v roce 2002 uvedli do provozu zařízení s výkonem 0,3 MW a v roce 2006 zvýšili svůj výkon o další 1 MW kotel. Kotle jsou vybaveny odlučovači popílku. Uvedené tepelné zařízení vytápí celý podnik včetně soustavy sušáren. Jako palivo používají vlastní odpad – piliny. Posun paliva je zprostředkován pomocí šnekového dopravníku. Vzorek popela byl odebrán 3.7.2008. Tabulka č. 6 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 2,80 0,41 2,32 0,66 4,15 31,77 6,27 2,81 0,12 popel

L.O.I 46,44

Hostouň Společnost LST a.s. se zabývá lesnictvím, pilařskou výrobou a výrobou spárovky. V rámci této činnosti provozuje i pilu v obci Hostouň. Tato pila je vybavena kotlem na spalování biomasy od firmy ELBH s.r.o. o výkonu 2,5 MW. Palivo je podáváno hydraulickými dopravníky a kotel je vybaven roštovým vyprazdňováním typu MVR. Jako palivo slouží směsná dřevní štěpka, která je tvořena zejména odpadem z pilařské výroby. Veškeré vyrobené teplo je využíváno v areálu pily, a to v administrativních budovách, ale i v sušárnách typu Mühlbock na řezivo. Vzorek směsného popela byl odebrán 30.9.2008 Tabulka č. 7 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 4,64 6,42 17,16 2,63 4,84 34,78 3,05 5,12 0,41 popel

L.O.I 15,75

Jindřichův Hradec Teplárnu v Jindřichově Hradci provozuje Energetické centrum, s.r.o. Zařízení bylo uvedeno do provozu v roce 2008 a v současné době probíhá zkušební provoz. Kotelna vyrábí teplo i elektrickou energii a je vybavena membránovým kotlem s výkonem 20 MW a parní vysokotlakou turbínou s kondenzační částí od firmy Dotec Energo. Jako palivo slouží balíkovaná sláma, která je dovážena z okruhu 50 km a je uskladňována v kryté hale. Celý balík slámy je pomocí dopravníků posunován ke kotli, kde dochází k částečnému 7

rozdružování balíku – vrstva slámy je odkrojena a posunuta do kotle. Spalovací teploty se pohybují v rozmezí 600°C až 700°C podle vlhkosti spalované slámy. Vzorky úletového i roštového popela byly odebrány 11.6.2009.

Tabulka č. 8 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 0,57 0 0 1,21 44,50* 9,18 0 0,15 0,04 popel Roštový 2,59 2,43 56,54 3,53 19,06 7,90 0,15 1,49 0,01 popel */

L.O.I 15,91 5,28

anionem je síran, případně chlorid

Součástí sledování bylo zjištění rozdělení frakcí popelů, kde je výrazný rozdíl mezi tzv. „úletovým“ popelem a popelem z roštu (škvárou). Vyplývá z toho, že pro případné využití je třeba škváru umlít na předem stanovenou velikost částic.

Tabulka č. 9 Granulometrické složení neupravených popelů Jindřichův Hradec

Frakce Nad 1,6 mm Nad 0,8 mm Nad 0,5mm Nad 0,315 mm Nad 0,25 mm Nad 0,06 mm Pod 0,06 mm Σ (hm. %)

Zastoupení frakcí (hm. %) Jindřichův Hradec Jindřichův Hradec – úletový popel – roštový popel 0,1 41,8 8,0 31,7 8,32 6,8 7,98 5,2 6,66 4,8 59,84 2,8 7,92 4,9 98,82 98,00

Malé Svatoňovice Firma Protheus a.s. v Malých Svatoňovicích se zabývá výrobou spárovkových desek z tvrdých listnatých dřevin, exotů a okrajově i dřevin jehličnatých. Závod je vybaven kotlem Verner z roku 1998 o výkonu 0,9 MW s výměníkem od firmy Step Trutnov. Toto tepelné zařízení vytápí kromě celého závodu i sušárnu dřeva. Jako palivo slouží odpad z truhlářské výroby, tj. směs pilin a dřevěné štěpky. Směs je obohacena pomocí dřevěných briket. Dřevěná štěpka v tomto závodě je specifická svým složením. Obsahuje přes 60 hm. % bukového dřeva

8

a zbytek je doplněn dřevem z jehličnanů. V ostatních provozovnách převažuje ve dřevěné štěpce dřevo z jehličnatých stromů. Vzorek směsného popela byl odebrán 18.8.2008.

Tabulka č.10 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Směsný 5,83 popel

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

2,70

2,02

13,19 30,51 2,37

6,47

CaO

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

3,74

27,52

0,29

Nová Pec Teplárna v majetku obce je vybavená 2 dánskými kotli DanStockers z roku 1996. Kotle mají výkon 1,1 MW a 2,2 MW. Větší kotel byl v době návštěvy a odběru vzorků odstaven z důvodu nutnosti opravy poškozené vyzdívky pece a renovace zařízení na přísun paliva. Jako palivo slouží piliny – i zařízení na přísun paliva je typem omezen pouze na podávání pilin. Teploty spalování jsou velmi nízké - pod 200°C. Vzhledem k rozlehlosti města Nová Pec má teplárna velmi velké tepelné ztráty potrubím. Celkově je provoz této teplárny ztrátový a je dotován z rozpočtu obce. Odběr popele byl proveden 13.5.2008.

Tabulka č. 11. Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Směsný 4,23 popel

Al2O3 SiO2 4,99

P2O5

K2O

CaO

MnO

20,83 1,87

4,85

38,79 2,99

Fe2O3 ZnO

L.O.I

4,44

15,39

0,12

Pelhřimov Teplárna je majetkem soukromé firmy IROMEZ, s.r.o vyrábějící dřevěné brikety. Firma vyrábí elektřinu i teplo, teplem zásobují většinu města Pelhřimov, elektřinu dodávají do el. Sítě. Pára je podle potřeby regulována poměrem městský parovod/ turbína. Provoz je vybaven rakouským kotlem Kolbach o výkonu 6 MW z roku 2003 s teplotou spalování 780°C a dánským kotlem Clauhan o výkonu 5 MW s teplotou spalování 400 - 500°C. Tento kotel slouží i k výrobě elektrické energie. Předehřátá pára (165-230°C) je vedena na turbínu. Mimo to jsou v provozu i 4 plynové záložní kotle. Oba kotle na biomasu spalují směs dřevěných štěpků pilin, kůry a odpadu z výroby briket. Oba typy popelů jsou na výstupu zkrápěny vodou ke snížení teploty a prašnosti. Odběr vzorků proběhl 30.7.2008 a k dispozici byl pouze úletový popel. 9

Tabulka č. 12 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 2,2 12,67 56,22 0,79 4,93 9,86 0,51 5,81 0,07 popel

L.O.I 4,77

Planá u Mariánských Lázní Teplárna, která patří městu (investice města a EU), je provozována firmou Tenza. Vytápí 850 bytů. V provozovně jsou celkem 3 kotle. První z nich je záložní kotel na plyn. Druhý je kotel Vesko B na dřevěnou štěpku od firmy TTS Třebíč s výkonem 1,7 MW. Dřevěná štěpka je dodávaná hydraulikou, která umožňuje spalování i větších větví. Třetí kotel spalující slámu je od firmy Tenza Brno (www.tenza.cz) a spojuje výhody fluidního a roštového spalování. Kotel má malý objem ohřívané vody (3 cm3), což je výhodné pro rychlý náběh a ohřev v denních špičkách. Jako palivo jsou používány balíky lisované slámy (cca 280 kg), které putují na rozdružovač a dále šnekovým posunem na hořák. Vzorky z obou kotlů na biomasu byly odebrány 20.5.2008.

Tabulka č. 13 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) dřevo Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 2,78 6,72 21,39 3,00 7,45 19,96 1,99 10,79 0,31 popel Roštový 0,31 5,54 29,85 3,68 9,28 33,11 5,21 4,62 0,06 popel Tabulka č. 14. Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) sláma Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 2,26 1,23 60,23 2,65 15,65 7,39 0,1 0,97 0,02 popel

L.O.I 17,7 2,49

L.O.I 2,4

Rentgenová analýza v případě směsného popela ze slámy identifikuje: -

křemen i v teplotní modifikaci crystbalit (SiO2),

10

-

minoritně potom magnezit (MgCO3) a arkanit ( K2SO4), sylvit (KCl)

Ukazuje se, že jak draselné, tak i hořečnaté sole jsou opět látkami, které jsou vhodné a dokonce potřebné pro minerální výživu rostlin.

Polička Dřevozávod Pražan vlastní rakouské kotel Kohlbach s výkonem 2 MW instalovaný roku 2000. Palivem je směs pilin a kůry (35%). Kůra pochází z větší části z provozu dřevozávodu. Je možné zpracovávat i velké kusy kůry, podavač je nastříhá na 8 cm kousky. Podávání a dávkování paliva je pomocí hydraulického systému. Úletový popel i roštový popel ve formě škváry byly odebrány 24.6.2008.

Tabulka č. 15 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Úletový 2,46 popel Roštový 1,76 popel

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

CaO

6,31

31,82 1,42

4,78

9,49

61,58 0,59

4,33

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

23,60 2,00

8,42

0,37

11,80

14,35 1,08

5,16

0,04

0,1

Polná u Jihlavy Firma Sapeli, a.s. se zabývá výrobou oken, dveří a zárubní již 150 let. Pro svou vlastní potřebu mají v závodě v Polné u Jihlavy dva kotle na bio-paliva. Jsou používány na výrobu tepla a horké vody (technologie, topení). První kotel s výkonem 1 MW je z roku 1920 a spaluje kusové dřevo při teplotě 800°C. Druhý kotel byl zařazen do provozu roku 2006 a jedná se o dánský kotel firmy DanStokers o výkonu 2,5 MW. Teplota spalování je přes 1000°C. Jako palivo využívají odpad z výroby – dřevěné štěpky, piliny, odřezky, zmetky (i celé dveře). Jedná se hlavně o smrkové dříví: 60% štěpky, 20% prach, 15 – 20% dřevotříska, dále: papír, piliny, lepidla (močovina, formaldehydové lepidlo). V prvním kroku jdou větší kusy přes drtič (SG Strojírna, s.r.o, Sušice). Vzorky z kotle DanStokers byly odebrány 30.7.2008.

Tabulka č. 16 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %)

L.O.I

11

Směsný popel

4,05

10,04

20,48 1,48

5,36

29,64 2,13

2,61

0,16

12,41

Rokytnice v Orlických Horách Teplárna na bio-paliva vznikla předělávkou uhelných kotelen. Provoz disponuje 2 kotli firmy Verner s výkonem po 2,5 MW a kotlem od firmy Step KB s výkonem 1 MW, který je využíván mimo topnou sezonu. Jako záložní zdroj slouží kotel Slatina V 2500 s výkonem 2,89 MW, který spaluje uhlí. Teplota spalování je v kotlích na bio-paliva přibližně 800°C. Velkou nevýhodou provozu jsou dopravní cesty, které jsou koncipovány pouze pro štěpku, příp. jemné uhlí. Pro ostatní typy bio-paliv mají příliš hladké pásy. V současné době spalují směs dřevěné štěpky a pilin. V době odběru (12.6.2008) byl proces spalování velmi nevyvážený a popel měl viditelně velký obsah nedopalu (spíše zuhelnatělé zbytky dřeva než popel). Z tohoto důvodu byl vzorek popela nejdříve vypálen na 1000°C v laboratorní peci a teprve po té analyzován.

Tabulka č. 17 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) MgO Oxidy (hm. %) Směsný 2,30 popel

Al2O3 SiO2 6,87

P2O5

K2O

CaO

MnO

47,68 1,63

7,25

18,81 1,41

Fe2O3 ZnO

L.O.I

8,32

0,1

0,20

Roštín Bioenergetické centrum Roštín je vybaveno zařízením na spalování slámy od dánské firmy Lin-ka. Kotel má výkon 4 MW. Sláma je podávána ve formě balíků, které jsou u kotle rozdružovány (viz obrázek 1 a 2). Vzorky směsného popela byly zaslány 5.5.2008. Obrázek 1 Schéma linky na spalování balíků slámy

12

Obrázek 2 Detail přiblížení balíku slámy

Tabulka č.18 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 1,53 0,58 49,61 2,51 21,09 8,05 0,08 1,07 0,04 popel

L.O.I 10,00

Rybniště Firma Lenoxa provozuje od roku 2002 dva kotle na spalování biomasy. Jedná se o kotle od firmy Verner s výkonem 0,6 MW a 0,9 MW. Teplota spalování je přibližně 850°C. Jako palivo využívají směs dřevěných štěpků a pilin. Vlhkost pilin může být maximálně 35 %, vlhkost štěpky 55 – 60%. Uvedenými kotli vytápí cca 25 obecních objektů, př. škola, obchod a stanice dobrovolných hasičů atp. Vzorky obou popelovin byly odebrány 27.5.2008.

Tabulka č. 19 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Úletový 5,32 popel Roštový 5,00 popel

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

CaO

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

3,90

13,37 3,22

10,91 44,20 5,99

3,20

0,23

5,00

2,59

11,13 2,84

9,35

2,71

0,13

5,00

51,91 7,26

Slavonice

13

Závod ve Slavonicích patří pod firmu Lesy Český Rudolec. Používají rakouský kotel Polytechnic s výkonem 2,6 MW, který má sestupný rošt, plamencové spalování a pístový posun paliva. Jako palivo slouží směs kůry a pilin. Teploty spalování jsou 900 – 1100°C. Elektřinu vyrábí pomocí německého parního pístového stroje – Spillingwerk (Hamburk) od firmy Polytechnic. Jedná se o pomaloběžný parní stroj pro lodní motory. Veškeré vyrobené teplo i elektřina jsou zcela pro vlastní spotřebu. Vzorek směsného popela byl odebrán 13.5.2008.

Tabulka č. 20 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 3,40 5,18 21,02 2,33 6,81 46,08 4,17 3,61 0,11 popel

L.O.I 4,79

Štětí Firma Mondi Packard Paper Štětí, a.s. vlastní cirkulační fluidní kotel od finské firmy Foster Wheeler, který vznikl rekonstrukcí starého kotle v roce 1998. Teplota spalování je 850°C a parní výkon 220t/hod. Tlak páry je 9,32 MPa a její teplota 535°C. V roce 2006 byla nainstalovaná 50 MW kondenzační turbína TG6. Získaná energie je využívána ve výrobě, přebytky jsou občas prodávány do sítí ČEZu. Jako palivo slouží směs hnědého uhlí (zrnitost 0 – 10 mm) a biopaliva – kůry (50 – 60%). Uhlí je nutné pro vytvoření fluidního lože. Odsíření probíhá pomocí drceného vápence 10%. Používaná kůra je převážně z vlastní výroby (100 tis. tun ročně). Vzorky úletového a ložového popela byly odebrány 27.5.2008.

Tabulka č.21 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 1,26 21,99 44,35 0,38 2,85 12,29 0,25 6,05 0,08 popel Ložový 1,09 18,00 43,97 0,18 2,35 16,25 0,16 4,15 0,05 popel

L.O.I 2,00 2,00

Tento směsný produkt spalování uhlí a dřeva není dále diskutován a není zahrnut ani v dalších úvahách o možnosti využití popelů z biomasy. Také příkladně obsahy oxidů a jejich vliv na další zpracování nejsou v následujícím textu brány do úvahy. Třebíč

14

Firma TTS z Třebíče je firma zabývající se vývojem, stavbou kotlů a také provozem kotlů na biomasu. V Třebíči zajišťují teplo pro větší část města a vyrábí i energii. Palivo je uskladněno ve vlastních skladech. Slámu balíkují sami přímo na polích vlastním strojem. V první navštívené kotelně mají 2 kotle s výkonem 5 MW na slámu (i řepkovou). Celé balíky slámy jsou posunovány na dopravnících, u kotle jsou otočeny o 90° a jsou v časových intervalech odřezány 3 části, které jdou postupně do kotle. Spalovací teplota je měřena na roštu a pohybuje se v hodnotách 900 – 1000 °C. Druhá kotelna je vybavena 4 náhradními plynovými kotli, 3 kotli na bio-paliva s výkonem 3 MW, 5 MW a 7 MW a turbínou na elektřinu (u 7 MW). Kotel 5 MW je uzpůsoben na spalování slámy. Zbylé dva kotle spalují směs z pilin, kůry a štěpky, která je dodávána do kotlů hydraulickým posunem. Kotel s výkonem 7 MW je uzpůsoben i na spalování větších kusů dřeva (upravené podávací cesty). Zároveň je toto zařízení připojeno na turbínu na elektřinu a z tohoto důvodu je vybaveno olejovým okruhem ve výměníku. U ostatních kotlů je používána voda. Vzorky byly dne 30.7.2008 odebrány z 5 MW kotle na slámu z kotelny 1 a z 3 MW kotle na dřevěné štěpky z kotelny 2. Zbylé kotle byly odstaveny z důvodu snížené spotřeby tepla během letních měsíců. Tabulka č.22 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) 3 MW - dřevo Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 3,64 6,94 31,59 5,55 7,50 24,08 1,22 5,02 0,15 popel Roštový 2,73 9,34 48,68 2,57 8,12 20,57 1,34 4,46 0,02 popel

L.O.I 7,89 0,10

Mineralogické složení úletového popela bylo zjištěno XRD analýzou s tím, že byly identifikovány tyto hlavní podíly: - křemen ( SiO2) - minoritní složky jsou vápno (CaO), albit (živec sodný), mikroklin (živec draselný). V tomto případě je výluh výrazně zásaditý a po hydrataci a karbonací na vzduchu je materiál ihned použitelný pro obohacení minerály chudých půd.

Tabulka č. 23 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) 5 MW sláma Oxidy MgO (hm. %) Směsný 1,80

Al2O3 SiO2 0,29

P2O5

60,11 1,92

K2O

CaO

14,55 5,02

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

0,05

0,54

10,60

0,02

15

popel XRD analýza určuje tyto hlavní podíly: -

křemen (SiO2) a vysokoteplotní modifikaci crystobalit,

-

minoritní složkou je kacit (CaO) s minimálními dalšími obsahy jako je rutil (TiO2) a komplexním křermičitanem vápenato- hořečnato- železnato- manganatým.

Ani v tomto případě není žádné nebezpečí vyplývající z chemického nebo mineralogického složení, které by mohlo kontaminovat půdu nebo podzemní vody při použití tohoto popela. Trhové Sviny Kotelna na biopaliva je v majetku města a byla uvedena do provozu 30.6.2005. Vyrábí mimo tepla i elektrickou energii a je schopná zásobit teplem přibližně polovinu města, hlavně veřejné budovy. Provozovna je vybavena kotli Kohlbach a výkonem 2,5 MW a 3,5 MW a turbínou Turboden, Brecia Italy. Jedná se o kotle a turbínu s uzavřeným olejovým okruhem – výměníky olej/olej (turbína), olej/voda (teplo pro město).Teplota spalování se pohybuje do maximálně 300°C. Jako palivo je používána směs dřevěné štěpky, pilin a kůry. Hydraulický podavač paliva umožňuje spalování i větších dřevěných kusů. Popel byl odebrán 13.5.2008.

Tabulka č.24 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Směsný 1,62 popel

Al2O3 SiO2 11,83

P2O5

K2O

CaO

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

52,79 0,51

5,43

9,73

0,51

5,59

9,81

0,08

Valašská Bystřice Teplárna ve Valašské Bystřici je v majetku obce a byla zprovozněna v roce 2005. Je vybavena 2 kotli od firmy Verner s výkonem 0,9 MW a 0,6 MW. Oba kotle jsou vybaveny výměníky od firmy Step Trutnov. Výkon obou kotlů stačí na vytápění cca 50 rodinných domků a některých veřejných budov, např. škola, školka. Palivem jsou piliny, které jsou uskladněny v kryté hale. Odtud jsou pomocí šnekových dopravníků dodávány do spalovacího zařízení. V současné době řeší částečné problémy a praskáním betonové vyzdívky kotle. Vzorky úletového a roštového popela byly odebrány 4.7.2008. Tabulka č. 25 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy

MgO

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

CaO

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

16

(hm. %) Úletový 9,51 popel Roštový 5,19 popel Vimperk

1,14

4,18

3,98

23,72 35,20 1,91

1,33

0,06

13,86

4,85

27,53 2,24

16,29 23,51 0,79

4,86

0,04

12,27

Toto zařízení bylo v roce 2006 předělané z uhelné teplárny na teplárnu na biopaliva. Byl zde nainstalován kotel VESKO od firmy TTS Třebíč s výkonem 3 MW. Je specializován na spalování dřevěné štěpky s velikostí do 10 cm. Pro lepší zásobování palivem si pořídili vlastní výkonný štěpkovač na dřevo, a tím jsou schopni zpracovávat i kusové dřevo do průměru 15 cm. To otvírá i širší možnosti vzhledem k dodavatelům. V době návštěvy teplárny probíhalo jednání o změně majitele. Vzorky roštového i úletového popela byly odebrány 3.6.2008.

Tabulka č.26 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Úletový 2,27 13,72 48,42 1,34 7,22 9,81 0,88 8,01 0,10 popel Roštový 1,65 13,03 62,12 0,63 6,24 7,41 0,46 5,77 0,02 popel

L.O.I 5,55 1,07

Zlaté Hory Město Zlaté Hory je majitelem zařízení na spalování biomasy, které bylo uvedeno do provozu v roce 2003. Dánský kotel DanStockers o výkonu 2,5 MW vytápí přes 500 bytů a další obecní budovy – škola, dům s pečovatelskou službou, atd. Kromě tepla se vyrábí i elektrická energie. Jako palivo slouží dřevěná štěpka, převážně ze smrkového dřeva. Ta je do kotle dopravována pomocí hrabicového dopravníku a v kotli dále hydraulickými pásy. Palivo je skladováno v kryté hale i na otevřeném úložišti. Vzorky obou popelů, roštového i úletového, byly odebrány 4.7.2008.

Tabulka č.27 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO (hm. %) Úletový 2,63 popel Roštový 3,34 popel

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

CaO

1,82

6,61

1,93

7,45

3,03

13,49 2,16

6,12

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

38,92 4,00

2,41

0,20

31,47

42,55 3,87

3,25

0,12

20,07

17

Zruč nad Sázavou Teplárnu v tomto městě provozuje firma TEDOM, s.r.o. Byla uvedena do provozu v roce 2004 a nachází se v prostoru bývalých Baťových závodů. Teplárna je vybavena dvěma kotli Vesko od firmy TTS s výkonem 2,5 MW a 1,8 MW. Provoz těchto kotlů je dostačující do teploty -5°C, pak je nutné přitápět na plynových záložních kotlích. Ke 3 plynovým kotlům o výkonu 3,3 MW je připojena i akumulační nádrž. Možnou příčinou nedostatečné kapacity kotlů na biomasu je dlouhá doprava tepla. Dále 25% tepla odebírají tovární budovy v okolí, které nejsou dostatečně tepelně zaizolované a dochází zde k velkým ztrátám tepla. Jako palivo slouží směs

dřevní štěpky, kůry a peletizovaný odpad z čištění a třídění obilí, který je

prodáván jako alternativní palivo pod názvem Ekover. V omezeném množství se spalují i piliny. Dávkování v poměru kůra:štěpky:ekover je 2 : 2 : 1. Teploty spalování se pohybují od 500°C do 800°C. Určitou nevýhodou provozu je pouze částečně kryté úložiště a tím dochází k vlhnutí paliva a případně i k jeho znehodnocení. Vzorky popelovin byly odebrány 23.4.2008. Jednalo se směsný popel, který byl k velkému rozdílu ve velikostech částic roztříděn na jednotlivé frakce, které byly samostatně analyzovány.

Tabulka č. 28 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy (hm. %) Směsný popel nad 0,8 Směsný popel pod 0,23 Směsný popel škvára

MgO

Al2O3 SiO2

P2O5

K2O

CaO

MnO

Fe2O3 ZnO

L.O.I

3,29

9,31

41,18 1,56

4,69

9,96

0,57

7,75

0,05

20,00

3,74

10,45

36,27 3,04

6,06

19,00 1,07

7,06

0,12

10,00

4,84

10,44

47,58 1,43

4,45

12,28 0,67

11,51

0,05

5,00

Žlutice Majitelem a provozovatelem kotelny na biomasu je město. Toto zařízení je vybaveno 4 kotli firmy Verner, typ Plamenec. V tomto typu dochází nejprve na začátku kotle k zplyňování paliva, teprve poté k hoření v nadbytku kyslíku (cca 10%). Jako palivo je pro dva

18

kotle využívána sláma. Ta je dopravována v balících pomocí dopravníkových pásů do rozdružovače a odtud do kotle. Zbylé dva kotle jsou uzpůsobeny na spalování dřevěné štěpky (teplota spalování cca 850°C). V době odběru (20.5.2008) probíhala za letního provozu pravidelná revize kotlů na spalování slámy a proto byl odebrán pouze vzorek směsného popela ze spalování dřevěných štěpků.

Tabulka č. 29 Chemické složení (uvedeny jsou hlavní oxidy a ztráta žíháním) Oxidy MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO MnO Fe2O3 ZnO (hm. %) Směsný 1,30 3,18 12,17 0,95 4,81 13,04 1,62 4,03 0,13 popel

L.O.I 56,45

Dřevný směsný popel byl analyzován pomoci XRD analýzy s tímto zjištěním: -

křemen a crystobalit jako zástupci SiO2 modifikací,

-

kalcit nebo-li vápenec (CaCO3),

-

vápno CaO – minoritní zastoupení v popelu a stejně tak i halit (NaCl), který je obsažen jen v minimálním množství.

V tomto případě je zjištění mineralogických fází nepodstatné, protože nejdůležitějším zjištěním je obsah ZnO chemickou analýzou, kdy bude zapotřebí při případném využití popela jeho zásadní ředění tak, aby byl obsah oxidu zinečnatého výrazně snížen. Mineralogicky látky nepředstavují žádné omezení nebo riziko k využití tohoto popela při eventuelní kultivaci půdy.

Poměry Si/Na resp. Si/K a stanovení a diskuse LOI (ztráty žíháním na 1000 °C) v souvislosti s technologií geopolymerních soustav.

Při zadávání úkolu byly stanoveny podmínky, které se vztahují k základní technologii geopolymerní syntézy s tím, že jedním z limitujících je právě poměr alkalických kovů a křemíku v souvislosti na obsahy hlinitého iontu. Bylo tedy předpokládáno, že podobně jako v popelech fosilních paliv, především však uhlí, bude převládající složkou popela zbytek aluminium-silikátový. Bylo však zjištěno, že v zásadě lze rozdělit bio-popely do dvou výrazných skupin takto: -

Skupina popelů ze spalování směsného dřeva (štěpky, piliny, zbytkové a stavební dřevo atp. s výjimkou dřeva nebo dřevní hmoty z výroby dveří, oken a těch výrobků,

19

které obsahují laky a nátěry – viz Polná u Jihlavy, kde se objevuje nepřípustný obsah olova). -

Skupina popelů z obilní slámy

Tabulka ukazuje výrazný rozdíl u popelů ze slámy (podle druhu), kde je výrazný podíl draslíku, a u popelů ze dřeva potom obsah vápníku přesahuje 50 hm. %. Tabulka č.30 Rozdíl v obsazích draslíku a vápníku v popelu ze dřeva a slámy K2O CaO Min. (hm. %) Max. (hm. %) Min. (hm. %) Max. (hm. %) Popel ze 2,35 23,72 7,41 51,91 spalování dřeva Popel ze 14,55 44,50 5,02 9,18 spalování slámy

Obě skupiny se liší především v obsahu draslíku a vápníku a současně jsou rozdíly i v mineralogickém složení, kde na jedné straně vedle vždy výrazného křemene převládá vápenec (CaCO3) a na druhé straně se objevují arkanit (K2SO4) a sylvit (KCl) – tedy zástupci draselného podílu. Výraznou výjimkou je potom analýza dřevního směsného popela ze spalovny Třebíč, kde jsou zaznamenány XRD signály odpovídající albitu, tj. Na2O.Al2O3. 6SiO2 (živec sodný) a mikroklinu, tj. živci draselnému K2O. Al2O3. 6SiO2. To je také jediný případ, kdy byl zaznamenán iont sodný, který je v jiných popelech prakticky neidentifikovatelný. Pro geopolymerní syntézu však podmínky Si/K obilních popelů nemají valný význam, protože i když vzniká ve vodném prostředí výrazný alkalický roztok pH = 12,0 – 12,5, tak se draslík neuvolňuje pro zamýšlenou reakci s aktivovaným jílovým minerálem. Draslík ihned opětovně a přednostně vytváří jak sírany, tak chloridy. Všechny změny a především rentgenové analýzy směsí s aktivovaným kaolinem jsou zaznamenány na následujícím grafu (obr.3).Zde je vidět, že jílová složka (aktivovaný kaolin) je zaznamenáván jen doprovodným minerálem – muskovitem, tedy zbytkovou slídou a po nevýrazném peaku na 11,32 pozice [°2 Theta], který přísluší hydrocalumitu se objevuje výrazný peak arkanitu (K2SO4) následován dalším potvrzením slídy (muskovitu), aby se dále objevil křemen spolu se síranem draselnosodným. Stále se objevuje další a další potvrzení přítomnosti arkanitu a po nejvýraznějším peaku křemene na 26,6 [ °2 Theta] se objevuje velmi jednoznačný peak syvitu (KCl), poté kalcit s opětovným potvrzením síranu draselno-sodného (K3Na(SO4)2).

20

Můžeme konstatovat, že i když všechny podmínky reakce byly splněny, tj. byl míchán aktivovaný jílový minerál s roztokem draselných solí s výrazným alkalickým pH, nebylo dosaženo žádaného výsledku – nebyla vytvořena, a to ani náznakem, aluminium-silikátová polymerní síť, která by vytvořila základ geopolymerní struktury. Této situace nebylo dosaženo ani v případě, že byl do směsi vmíchán další aktivátor (zelená linie na grafu) a žádoucího efektu nebylo dosaženo ani v pokusu E5, kdy směs byla dále aktivována dalšími alkáliemi (červená linie grafu). Následně uvedený srovnávací graf (obr.3) porovnává křivky směsí popela, aktivovaného kaolinu a aktivátorů (E3 a E5) s křivkou E1, která obsahuje pouze popel a aktivovaný jíl. Průběh i složky jsou prakticky identické a vždy krystalizují arkanity a sylvity vedle výrazného odrazu příslušejícímu křemenu. Obr. 3 Srovnávací graf E1 – E3 – E5

Z tohoto zjištění vyplývá, že i když jsou přítomny všechny potřebné látky pro očekávanou reakci nelze vždy a za každých okolností očekávat, že soli silných kyselin K2SO4 nebo KCl budou uvolňovat svoje kationy k reakci, která je evidentně pomalejší, tj. k polymeraci a vyrovnání náboje čtyř-koordinovaného hliníkového iontu. Tyto zkoušky a testy prokázaly, že přímé využití popela (především popela z obilí s vysokým až velmi vysokým obsahem draslíku) se zatím nejeví jako možné a bude třeba dalších testů a zkoušek, které zajistí účinek tak, jak ho předpokládá teorie geopolymerních syntéz. 21

Ještě složitější by bylo využití popelů, př. Třebíč, kde sodné, resp. draselné ionty jsou vázány ve vznikajících živcích – tedy minerálů nerozpustných. Opět poměr draslík/křemík nebo poměr sodík/křemík, tak jak byl původně zamýšlen nevystihuje možnost využití alkálií pro geopolymerní reakci, neboť jsou všechny vázány na stabilní minerály. V následují tabulce jsou přehledně uvedeny ztráty žíháním všech zkoumaných popelů pro identifikaci spalitelných látek, látek karbonátových a k určení případného množství vody. Tabulka 31 – Přehled ztrát žíháním v jednotlivých spalovnách biomasy Druh popela L.O.I. (hm. %) Bouzov - úletový popel 8,3 Bouzov - roštový popel 35,20 Brno Bystrc - roštový popel 7,36 Bystřice nad Pernštejnem - úletový popel 2,00 Bystřice nad Pernštejnem - roštový popel (škvára) 0,10 Dešná - směsný popel 2,04 Hartmanice - úletový popel 31,63 Hartmanice - roštový popel 1,98 Horka u Staré Paky - směsný popel 46,44 Hostouň - směsný popel 15,75 Jindřichův Hradec - úletový popel 15,91 Jindřichův Hradec - roštový popel 5,28 Malé Svatoňovice - směsný popel 27,52 Nová Pec – směsný popel 15,39 Pelhřimov - úletový popel 4,77 Planá - úletový popel ze dřeva 17,7 Planá - roštový popel ze dřeva 2,49 Planá - směsný popel ze slámy 2,4 Polička - úletový popel 11,80 Polička - roštový popel 0,1 Polná u Jihlavy - směsný popel 12,41 Rokytnice v O.H. - směsný popel 0,1 Roštín - směsný popel 10,00 Rybniště - úletový popel 5,00 Rybniště - roštový popel 5,00 Slavonice – směsný popel 4,79 Štětí - úletový popel 2,00 Štětí - ložový popel 2,00 Třebíč - úletový popel ze dřeva (3 MW kotel) 7,89 Třebíč - roštový popel ze dřeva (3 MW kotel) 0,10 Třebíč - směsný popel ze slámy (5 MW kotel) 10,60 Trhové Sviny - směsný popel 9,81 Valašská Bystřice - úletový popel 13,86 Valašská Bystřice - roštový popel 12,27 Vimperk - úletový popel 5,55 Vimperk - roštový popel 1,07 Zlaté Hory - úletový popel 31,47 22

Zlaté Hory - roštový popel Zruč nad Sázavou - směsný popel nad 0,8 Zruč nad Sázavou - směsný popel pod 0,23 Zruč nad Sázavou - směsný popel - škvára Žlutice - směsný popel ze dřeva

20,07 20,00 10,00 5,00 56,45

Diskuse ke zjištěným ztrátám žíhání (L.O.I.) – ztráta žíháním popelů je dána především obsahem spalitelných látek nebo-li nedopalem způsobeným především technologií spalování, typem kotlů, nepřipraveností nebo nedokonalou pozorností obsluhy apod. Je-li zkoumán již popel nebo popelovina po vyhoření všech spalitelných látek, pak L.O.I. zahrnuje jak rozpad krystalické struktury jílů (odchod krystalické vody), tak rozpad karbonátů (vápence, dolomitického vápence, dolomitu) a případných dalších látek, které jsou někdy identifikovány (halit – NaCl, který však většinou odchází ve spalinách). Běžné kotle spalující biomasu nepřekračují teplotu nad 1200°C a tedy nedochází k případným rozpadům bezvodé formy sádrovce – anhydritu (Ca SO4). V uložených popelech, kdy případná množství CaO (přesahují 50,0 hm. %) konvertují na vápenec (CaCO3), bude L.O.I. odpovídat množství korespondujícího CO2 a bude tvořit 99,0 % LOI. CaO + CO2 = CaCO3 56

+ 44 = 100

Tedy na každý gram CaO je L.O.I. rovna poměru 44/56. U velmi nízkých hodnot ztráty žíháním, viz příkladně roštové popely Polička, lze usuzovat na vysoký obsah ztavených jednoduchých skel, která se přes obsah draselných a vápenatých oxidů nerozkládají. Výskyt vyšší ztráty žíháním (nad 7 hm. %) může být způsoben i neregulovaným nebo příliš vysokým tahem spalin komínem, kdy do odlučovače popílku odchází i podstatná část spalovaných pilin nebo slámy. Z hlediska dalšího využití v geopolymerních strukturách je dávána přednost materiálům z roštů, částečně zpevněným sklovinou, které se výborně pojí s geopolymerní strukturou a vytvářejí hmoty s vysokou pevností (> 50 MPa). Pro jiné využití, tj. v případě, kdy popel bude vracen nebo použit pro regeneraci půd, obsahy částečně zuhelnatělých nebo nedokonale spálených materiálů nejsou obecně závadné.

23

Stanovení způsobu přípravy nových materiálů (teplotní režim, vlhkostní podmínky, způsoby míchání) s cílem optimalizace podmínek přípravy. Zejména bude věnována pozornost možnosti přípravy nových materiálů za běžných teplot okolí 20-30 °C, bez nutnosti ohřevu směsí. Dlouhodobé zaměření laboratoře úpravy nerostných surovin ÚSMH AV ČR je zaměřeno na zpracování odpadových a druhotných surovin metodami při kterých není spotřebovávána další energie a převážná část solidifikátů a inhibitorů škodlivin splňuje podmínky tuhnutí a tvrdnutí za normálních teploty okolí a normálního tlaku. Takovým typickým příkladem je právě geopolymerní syntéza, kdy se chemickou cestou dosahuje tvorba pevných látek. Mimo vynikající vlastnosti pevnostní jsou schopné do vznikajících polymerních sítí absorbovat velká množství odpadových látek a škodlivin a to tak, že výluhy nových hmot jsou prakticky čisté. To platí i v případech, kdy do geopolymerních sítí byly zabudovány radioaktivní materiály (udělený patent CZ 299909 B6 zveřejněný dne 29.12.2008). Na podobném principu je možné zabudovat do geopolymerních sítí i popely z biomasy a to jak popely úletové, tak roštové s diskusí, která bude rozebrána v části této zprávy – výzkum granulometrie částic na vlastnosti geopolymerních a dalších směsí. Zásadně lze konstatovat, že tímto způsobem lze likvidovat 15 – 65 hm. % popelů a získat tak pevné a stabilní materiály vhodné příkladně pro jednoduché stavby nebo v případě materiálů pěněných i materiály tepelně, resp. zvukově izolační. Takové materiály zásadně nehoří a nevydávají žádné toxické zplodiny během ohřevu či pod atakem přímého plamene. Další oblastí pro využití bio-popelů je historicky ověřená zkušenost z mnoha dávných i nedávných kultur. Popel ze spalování dřeva, které pro mnoho a mnoho století představovalo hlavní zdroj tepla především v Evropě a Americe. Na historických územích Středního Východu lze ke vzácnému dřevu připočítat další biomasu – slámu a další odpady zemědělské produkce včetně trusu hospodářských zvířat. U všech civilizací byl takový popel dále používán především proto, co bylo i v tomto projektu zjištěno: vysoký obsah draselných solí a významný podíl solí vápníku. Především draselné soli měly mimořádný význam – již v dobách velmi a velmi vzdálených (cca 25 000 let) bylo zjištěno, že tuky ulpívající na kůžích je možné namočit do lázně tvořené z vody a

24

popela – dnes víme, že takto vzniká vysoce alkalická lázeň, která rozpustí tuky a vytvoří mýdelnatou směs. Tuky se odstraní a kůže jsou tzv.“vyčiněny“. To je velmi logické využití a velmi, velmi staré poznání – další je potom zkušenost století, kdy na vesnicích nebyl nikdy popel ze dřeva vyhazován, ale vždy pečlivě ukládán do kompostu, nebo se jím přímo přihnojovalo. Znalost takového užití přímo kontrastuje se stávajícím stavem, kdy ve většině případů navštívených spaloven a kotelen biomasy se popel vyváží jako nepotřebný odpad. Vracíme-li se ke složení a to jak chemickému, tak mineralogickému, pak užití ve směsích s kompostem je nasnadě – zásaditý popel a kyselý produkt kompostování biologických hmot může být ideálním stavem pro využití bio-popelů. Další možností mimo popsané kompostování je zpracování popela jednoduchou metodou tak, aby vznikly malé granule, které budou rozpustné látky postupně uvolňovat do půdy a které zamezí: a) rozfoukání popela větrem, je-li aplikován přímo bez solidifikace, b) nárazové a místní změně pH půdy, protože jak shora uvedeno, popely mají pH vyšší než 12. Byla navržena technologie podle PV 2009-697 a PV 2009-698 s názvem „Organicko minerální hnojivo“, která vytváří za normální teploty a tlaku malé granule z popelové hmoty (popel představuje až 70 hm. %) a tyto granule současně snižují pH popela a uvolňují potřebné látky do půdy pozvolna (K, Ca). Jedná se tedy o řešení, které se vrací k dávnému poznání, že popel ze dřeva může obsahovat jen ty látky, které při růstu rostliny (dřeviny) do něho půda předala. Obava, že půdy jsou znečištěny průmyslovým spadem nebo dokonce těžkými kovy nebyla prokázána. Zvýšené obsahy zinku byly již diskutovány a jsou místní, tj. oblastní výjimkou, která může být řešena rozředěním obsahu při využití v kompostech. Bylo však zjištěno, že většina nebo základní zkoumání kvality půdy se odehrává při sledování průmyslové zátěže polí a luk, nikoliv lesních porostů. Půdy na kterých roste 90 procent spalovaného bio-paliva nejsou nijak monitorovány a představa (úvaha), že tyto půdy obsahují těžké kovy, není podložena žádným sledováním a měřením. V této souvislosti jsou oba průmyslové vzory chráněny navíc ještě přihláškou vynálezu pro udělení patentu ze dne 12.10.2009 pod číslem PVU 2009-21804 s názvem „Organicko minerální hnojivo“. Navržený způsob využití, nikoliv likvidace, je připraven tak, aby výroba byla možná u každého původce popela – tedy místně, bez nutnosti převážení a další prašné manipulace s popely.

25

V neposlední řadě je zkoumána a sledována další oblast možnosti využití popelů z biomasy – opět ve spojení s historickou zkušeností. Bylo konstatováno, že již 4000 let před naším letopočtem byly z křídových masivů odebírány kameny a jejich pálením vznikly první maltové směsi. Jak dnes řada laboratoří a odborných pracovišť zjišťuje, jsou takové malty a omítky daleko pevnější a stabilnější než moderní průmyslově vyráběné maltové směsi. Novodobé maltové směsi jsou navíc nekompatibilní s historickými. To znamená, že je-li na původní historickou omítku aplikována nová, „moderně“ vyráběná směs pak dojde zpravidla ke znehodnocení původní vrstvy. V té souvislosti byla publikována práce „Historické souvislosti - použití popelů z biomasy“ www.WasteForum.cz , stránky 65 – 69. Z ní plyne, že je více než pravděpodobné, že jednoduché konstrukce neolitických pecí nebo možná jen navršených kamenů ve stylu milířů nerozdělovaly prostory spalování od prostoru pro vyhřátí materiálu – tedy á priory vznikala směs, kde lze důvodně odhadnout množství dřevěného (obilního) popela na cca 10 hm.%. Bylo prokázáno, že pálení cca 1 tuny páleného vápna bylo nutno spotřebovat 2 tuny dřeva, které při hoření (nekontrolovaném) dává cca 10 – 15 hm. % popela. Tedy popel byl vždy součástí maltových směsí a je dnes běžně nalézán ve vzorcích jak zbytků neolitických staveb (Izrael), tak ve stavbách předdřímských a římských, stejně jako je tomu u vápenných omítek a malt Aztéckých na druhém konci světa. Máme tedy třetí možnost – využít a použít bio-popely v naprosto netradičním (z pohledu tzv. „moderní technologie“) oboru – stavebnictví. Tato oblast bude předmětem především pokračujících prací ÚSMH AV ČR, v.v.i. v roce 2010, který jako spolupříjemce grantu uplatňuje poznatky z všech shora uvedených oborů tak, aby se v maximální míře naplnilo zadání, tj. zpracování a příprava nových materiálů vznikajících za normální teploty a tlaku. Stanovení vlivu a obsahu jednotlivých prvků na vlastnosti nových materiálů Jak bylo shora uvedeno, obsah jednotlivých prvků je pouze indikativní informace, která má smysl jen tehdy je-li doplněna informací o konfiguraci takového prvku v chemické sloučenině nebo v teplotní modifikaci. Přesto, je naprosto jasné, že v případě popelů z biomasy jsou rozhodující procesy hydratační a karbonizační a to u převážené části alkalických zemin, které jsou nejvíce ovlivněny teplotní změnou při spalování biopaliv. Obsah CaO případně MgO, který tvoří následně Ca(OH)2 a nebo Mg(OH)2 s případným dalším přijímáním CO2 do konečné podoby

26

karbonátů. Tento proces je pozorovatelný ve všech případech pomocí XRD analýzy a obsahy alkalických zemin jsou tedy převážně definovány jako hydroxidy, resp. karbonáty. Jak bylo uvedeno, převážná většina především draselných iontů na rozdíl od iontů sodíku (jen v jednom případě – viz Třebíč, tvorba sodného živce v popelu) vytvářejí výrazné soli silných kyselin KCl a K2SO4 u všech popelů z obilní slámy. Pro následnou tvorbu geopolymerních řetězců více méně k tvorbě sítě nepřispívají, ale při využití popela jako minerálně-organického hnojiva jsou jeho nejpodstatnější částí. Význam dalších prvků je v případě geopolymerních reakcí omezen v případech, kdy křemík není amorfní, nebo je jen v konfiguraci Q4 (definuje se pomocí MAS-NMR analýzy v pevném stavu). Je-li působením teploty při spalování možnost identifikovat část křemíku ve formě Q3am nebo Q3cr, pak je předpoklad, že taková modifikace bude dále reagovat s alkalickým prostředím a vytvářet podmínky pro zřetězování struktur, které jsou odpovědné za pevnost materiálu. Zcela výjimečné postavení má v té souvislosti hliník, který ovšem v případě biopopelů nepatří k prvkům, které by představovaly hlavní podíl. Jeho množství se pohybuje v oblasti 2 – 5 hm. % (počítáno jako Al2O3) a jen ve výjimečných případech se jeho množství zvyšuje nad 10 hm. %. Hliník a jeho konfigurace – oktaedrická se působením tepla mění na tetraedrickou a v tom případě se v alkalickém prostředí hliník hydratuje a často spojuje do řetězových struktur společně s převládajícím křemíkem. Je potvrzeno, že v tomto stavu je jeho negativní náboj ( Al3+ obklopen čtyřmi OH-) vyrovnáván kladným nábojem alkalického kovu. Protože ale v popelech z biomasy není jeho obsah významný je i jeho vliv na celkovou kvalitu konečného geopolymerního prvku s obsahem bio-popela minimální. Všechny další prvky (v tabulkách uvedeny jako oxidy) jsou pevně a neoddělitelně zakomponovány do geopolymerní matrice a prakticky nemohou být uvolněny ve výluhu. Lze konstatovat, že v případě použití popela jako plniva geopolymerních matric je hlavním pomocníkem zvyšující pevnost především křemík, je-li nalezena jeho teplotní modifikace označovaná v literatuře jako Q3 nebo Q2. ( MAS-NMR specifikace resonančního intervalu v ppm 93 – 101 a 82-91 pro krystalický, 99-102 a 80-85 pro amorfní podíl). V takovém případě bude křemík reagovat s alkáliemi a vytvářet nejdříve vysoce hydratované formy, které se později budou zřetězovat a vázat na soustavu geopolymerního charakteru. V případě použití popelů pro organicko-minerální hnojivo je naopak velmi důležitý a zásadní obsah rozpustných solí draslíku a pomalé rozpouštění stabilizovaného vápníku a ostatní prvky jen doplňují obohacování půdy. Je pravděpodobné vzhledem k obsahu tzv. stopových prvků, že některé z nich mohou být růstu rostlin velmi prospěšné. Bio-popely 27

představují směsi a chemická analýza zaznamenává prakticky celou škálu prvků periodické soustavy, které byly čerpány rostlinou, pak je zřetelné, že se opět a ve stejném množství do půdy vracejí. Poslední možné využití popela jako aktivátoru vápenatých směsí omítek musí být jednoznačně dokázáno a bude, jak shora uvedeno, jednou z činností ÚSMH AV ČR pro rok 2010. Vliv řady typů alkalických aktivátorů, tj. alkalických uhličitanů, hydroxidů, křemičitanů a síranů na vlastnosti nových materiálů. Tato část úkolu opět vycházela ze původního zadání, tj. z hlavního směru – umístění bio-popelů jako aditiva ke geopolymerním směsím. Z provedených testů a všech zkoušek z bio-popely bylo jednoznačně dokázáno, že krystalografické zkoumání popelů a jejich komponentů ukazuje na takové skladby hmoty, které jen v nepatrné míře nebo dokonce vůbec, neovlivňují tvorbu geopolymerních solidifikátů. Alkalické uhličitany jako Na2CO3 nebo K2CO3, případně jejich hydráty nebyly nikde v popelech dokázány a zcela jistě by výrazně ovlivnily tvorbu geopolymerní struktury jak bylo dokázáno v jiné, související práci, při použití Cs2CO3. (Stabilizace a inhibice radioaktivních elementů v geopolymerních strukturách, Řež 2005-7). Tedy lze konstatovat, že karbonáty první skupiny periodické soustavy jsou vhodné pro nastartování geopolymerní soustavy a jako takové mohou být alternačním aktivátorem za běžně používané hydroxidy. Opačný případ nastává u karbonátů druhé skupiny, kde hlavním representantem je CaCO3 a MgCO3 nebo jejich kombinace dolomitická.Tyto karbonáty jsou nejběžnějšími přírodními sedimenty a jejich rozpustnost je mnohonásobně nižší než karbonátů alkalických kovů (Na, K, Cs) – tedy pro geopolymerní aktivátory se nehodí a slouží ve velké většině jako velmi vhodná plniva – vápencový, příkladně mušlákový vápenec lze nahradit takřka nerozpoznatelně geopolymerní soustavou naplněnou směsí z originálního kamene. Jak bylo dokázáno při shora uvedených pokusech s rozpouštěním K2SO4 je dosud prakticky vyloučeno, aby tento sice velmi rychle rozpustný materiál sloužil jako aktivátor nebo startovací materiál pro geopolymerní syntézu – sůl silné kyseliny se sice rozpouští, ale při úbytku vody ihned krystalizuje zpátky (viz obr.č 3). Ještě složitější je to v případě síranů vápenatých, které jako CaSO4 (anhydrit) mohou být jen velmi obtížně zdrojem volného Ca2+ protože tato látka je jen velmi málo rozpustná. Bylo zjištěno, že jen jedna jeho forma, tzv. γ- CaSO4 se za určitých okolností rozpouští.

28

Protože další forma, tj. křemičitany nebyly v popelech identifikovány je možné v té souvislosti konstatovat, že rozpustným a tedy využívaným křemičitanem je běžně dostupný křemičitan sodný a křemičitan draselný, který se dodává jako rozpustné tzv. „vodní sklo“. Jeho účinek na tvorbu geopolymerní soustavy je zásadní a je dodavatelem jak alkálie, tak amorfního podílu křemičité substance, která prodlužuje a zpevňuje řetězce Si - Al. Výzkum vlivu jemnosti (granulometrie) výchozích surovin na konečné vlastnosti materiálů

Konečné vlastnosti jakéhokoliv materiálu jsou ovlivňovány celou řadou faktorů, mezi které patří mimo jiné chemické složení výchozích materiálů a jejich množství, dále granulometrie a způsob přípravy vzorku (doba a způsob míchání, homogenizace ve formě a podmínky tuhnutí). Při sledování vlivu jemnosti popelů ze spalování je potřeba rozlišovat dva základní směry: zda je popel přidáván do pojivového materiálu ve funkci plniva nebo zda je popel použit jako základ pro nový materiál. Problematika jemnosti plniv je známa už u mnoha v současnosti známých materiálů. Nejen v případě betonů se používá několika frakcí plniva, tzv. kamenivo, které spolu s vlastním pojivem tvoří pevnou hmotu. Při použití popelů ze spalování biomasy jako plniva, např. do geopolymerů, bylo zjištěno, že jemnost zásadně ovlivňuje množství, které je možné do směsi zpracovat. Zpracovatelnost směsi na straně jedné a výsledné mechanické vlastnosti materiálu na straně druhé jsou zásadně množstvím a velikostí částic plniva ovlivněny. Jiná plniva, např. písek, jsou inertní - neprobíhá u nich hydratace a nezapojují se přímo do reakce. Oproti tomu popel ze spalování biomasy za přítomnosti vody snadno rozpouští přítomné soli alkalických zemin a alkálií obecně. Tím může být výrazně snížen vodní součinitel směsi a dochází k zhoustnutí materiálu. Tato reakce je úzce spojena i s velikostí částic použitého popela. Čím jsou částice jemnější, tím snadněji reagují, spotřebují více vody a tím menší množství popela je možné zabudovat do pojivové směsi – maximálně 10 hm. % materiálu s pod 0,25 mm. Se zvětšující se velikostí částic stoupá i množství, které jsme schopni umístit do pojiva (je možné použít až 90 hm. % materiálu s velikostí částic větších než 1 mm). Příkladem může být případ úletového popela z Jindřichova Hradce (viz Tabulka č. 9), kde převažuje frakce s velikostí částic od 0,06 mm do 0,25 mm (59,84 hm. %). Experimentálně bylo zjištěno, že je výhodné kombinovat úletový popel s materiály s větší velikostí částic. Navrhovaná řešení v případě geopolymerních směsí je použití křemičitého písku nebo roštového popelu ze stejného zdroje. Ten se vyznačuje velkým 29

zastoupením částic ve frakcích nad 0,8 mm a 1,6 mm (31,7 hm.% a 41,8 hm.%). Kombinací jemných a větších frakcí plniva lze dosáhnout nejlepších mechanických vlastností tak, jako je tomu v případě známých směsí kameniva v betonech. Jiný případ je použití popelu jako minerálního hnojiva. To, co bylo v předchozím případě nevýhodou, je možné využít při přípravě materiálů pouze z popelů ze spalování biomasy. Jemnost materiálu zaručí homogenitu směsi a urychlí následné reakce. To bylo potvrzeno při přípravě minerálních hnojiv z popelů ze spalování biomasy. Byla použita směs neupraveného úletového a roštového popela z Jindřichova Hradce. Větší frakce v roštovém popelu způsobily, že směs byla nestejnorodá a docházelo k problémům se zpracováním hmoty. Z tohoto důvodu bylo vhodnější sjednotit granulometrii obou popelů a roštový popel namlít na jemnost úletového popela. Jednou z dalších možností je využití popela ze spalování biomasy jako součást omítkových směsí. I zde hraje rozhodující roli granulometrie popela. Při větších velikostech částic nedochází k ideální homogenizaci a následným reakcím. Další problém by vznikal při tuhnutí omítky. Větší částice by způsobily kritická místa, kde by docházelo k vytvoření pnutí a praskání tuhnoucí vrstvy. Proto je nutné používat popel s větší jemností, případně upravit granulometrii mletím – jak shora uvedeno, tento problém bude řešen v roce 2010 v rámci prací ÚSMH AV ČR, v.v.i.

Studium obsahu výluhů při různém obsahu těžkých kovů Tato kapitola opět navazuje na některé neověřené uzance vycházející z názorů, že půdy a tedy i rostliny jsou zamořeny těžkými kovy. Není přesně zcela jasné, vezmeme-li v potaz skutečnost, že půdy pro pěstování kulturních rostlin jsou pravidelně monitorovány, kde podobný názor vznikl, ale existuje-li, pak zamoření není otázkou jen půdy, ale veškeré produkce kulturních rostlin a především pak jejich plodů. To by ale bylo velmi zavádějící a dokonce vyvolávající všeobecnou paniku – tak tomu, podle našeho zjištění není. Nezkoumali jsme půdy, ale směsné dřevní štěpky (piliny, nepoužitelné dřevo, směsi větví, kůry a jehličí) a obilní slámu z několika velmi vzdálených oblastí a ani v jenom případě se neobjevily žádné těžké kovy, nepočítáme-li výjimku, kdy v Polné (provoz SAPELI) se spalují zbytky průmyslově zpracovaného a lakovaného dřeva s částí lepených papírových výplní apod. Jen v tomto případě se na XRF analýzách objevilo olovo. (viz Tabulka č. 16)

30

Vzhledem k dokonalé analýze, kterou je metoda XRF a která v průběhu měření identifikuje prakticky všechny prvky periodické soustavy, je vyloučeno, aby v průběhu 18ti měsíců bylo přes šedesát analýz provedeno chybně.

Výzkum vrstevnatých materiálů s anorganickými i organickými vlákny a tkaninami

Vrstevnaté materiály zažívají v posledních letech velký rozvoj. Důvodem je snaha o snížení nákladů na stavbu a provoz nejen obytných domů a zvýšení prostoru uvnitř budov. Řešení nabízejí právě vrstevnaté materiály. Spojují ve své struktuře více funkcí a zároveň mohou být tenčí než doposud používané stavební materiály. Odpadá i náročné a drahé izolování budov, často nevhodnými a nebezpečnými materiály (polystyren). Proto jsou často používány při stavbách tzv. energeticky pasivních domů. V prvním případě (obrázek 4) vidíme vrstevnatý kompozit vyrobený z geopolymerní směsi s přídavkem úletového popela z Bystřice nad Pernštejnem (spalování dřevních štěpků). Touto volbou popela odpadly problémy s úpravou granulometrie a tím bylo možné vyrobit kompozit o tloušťce pouhých 8 mm. Obsahuje 2 vrstvy odpadní tkaniny, které výrazným způsobem zvyšují mechanické vlastnosti tohoto deskového materiálu, zejména pevnost v tlaku za ohybu. Zároveň je tkanina z obou stran chráněna proti přímému ohni a to zvyšuje i celkovou protipožární odolnost výrobku. Obr. č. 4 – vrstvený geopolymerní kompozit s textilií

31

Na dalším obrázku č. 5 je ukázka kompozitu vytvořeného z několika vrstev. Každá z těchto vrstev má svou specifickou funkci: 1. Vrstva papíru: je určena pro finální dekoraci vnitřní stěny (malování, tapetování) 2. Vrstva napěněného materiálu: má tepelnou a zvukově izolační funkci 3. První nosná vrstva: je vyrobena z geopolymerní směsi s přídavkem popela ze spalování biomasy a je vyztužena dřevěným odpadem 4. Vrstva polystyrenu: plní funkci tepelné izolace, ale je chráněna z obou stran proti ohni 5. Druhá nosná vrstva: má stejné složení jako první, ale je možné ji finálně dekorovat klasickými venkovními omítkovými směsi.

Celková tloušťka tohoto vrstevnatého kompozitu nepřekračuje hodnotu 9 cm. Nabízí se tu možnost výroby prefabrikovaných stavebních dílců na nízko nákladové obytné domky s vysokou tepelnou a zvukovou izolací.

Obrázek č. 5 – sendvičový kompozit s vnitřní aplikací polystyrenové izolace

32

Příloha

Difrakční rentgenové analýzy vybraných popelů

33