Pravděpodobný energetický zdroj blízké budoucnosti – biomasa

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 23. říjen 2007

Napsal Stanislav Obruča

Česká republika by podle směrnic Evropské unie měla v roce 2010 vyrábět 8 % elektřiny z obnovitelných zdrojů. V současné době je to „pouze“  4,4 %. Odborníci se většinou shodují, že vzhledem ke geografickým podmínkám je u nás z obnovitelných zdrojů největší potenciál právě ve využití biomasy. Potenciál je tedy značný, nyní se jedná o to, jakým způsobem ho dokážeme využít. 

Diskutabilní je přeměna biomasy na tekutá paliva, jako je bioetanol a bionafta. Evropa nemá nadbytek zemědělské půdy, jak se někdy uvádí, ale spíše naopak. Kvůli spotřebě obilí a řepky na výrobu biopaliv nebude dost potravin a jejich ceny porostou. Intenzivní produkce plodin pro výrobu kapalných biopaliv může mít také katastrofální důsledky pro kvalitu půdy (v důsledku utužení, přehnojení nebo přítomnosti zbytků pesticidů). Při tom všem vzniká neúčinné palivo. Například při výrobě etanolu se spotřebuje až 6krát více energie než je z něj možné získat. Ani celková bilance CO2 není neutrální, ale v průběhu výroby se uvolňuje další CO2 (v průběhu setí, hnojení, sklizně, dopravy a zpracování atd.), takže celková bilance je nepříznivá.

Transformace biomasy na kapalná biopaliva je tedy jednoznačně neefektivní. Efektivnější je přímá transformace biomasy na energii procesem přímého spalování, a nebo její transformace na bioplyn v bioplynových stanicích. 

Přímé spalování biomasy

Technologie přímého spalování biomasy pracují obvykle s kotlem určeným pro spalování biomasy. Nejčastěji se energie uvolněná v průběhu spalování využije k ohřevu vody, nebo k výrobě páry a tedy tepla. Přeměna tepelné energie na elektrickou energii není u těchto zařízení častá, ovšem při kombinaci zařízení s parní turbínou je možná.

Při uvažované stavbě bioenergetického centra pro spalování biomasy je třeba vzít v úvahu vlastnosti biomasy, která bude v objektu zpracovávána. Není důležitá jen samotná cena a dostupnost biomasy. Kritické jsou také parametry, jako jsou výhřevnost a objemová hmotnost spalovaného materiálu. Objemová hmotnost pevné biomasy (vztažena na výhřevnost) je 3krát až 10krát vyšší než je tomu u klasických fosilních pevných paliv (např. černé uhlí). Proto může být velikost skladovacího prostoru limitujícím faktorem. Dalšími důležitou vlastností biomasy je její chemické složení. To předurčuje její další vlastnosti jako je třeba obsah a charakter popela.

Materiálů, které mohou být ve spalovně likvidovány, je celá řada. Můžeme zde zařadit různá dřeva, dřevní štěpku, ale také slámu z obilí a řepky, nebo vytříděný komunální odpad. V poslední době se začíná uvažovat také o zakládání plantáží rychle rostoucích dřevin. V takovém případě je třeba uvažovat s reálnými ročními přírůstky a náklady na ošetřování, sklizeň, zpracování a dopravu.

Druh biomasy	Obsah vody %	Výhřevnost MJ/kg	Objemová měrná hmotnost kg/m3
Polena (měkké dřevo)			(volně ložená)
	0	18,56	355
	10	16,40	375
	20	14,28	400
	30	12,18	425
	40	10,10	450
	50	8,10	530
Dřevní štěpka	10	16,40	170
	20	14,28	190
	30	12,18	210
	40	10,10	225
Sláma (obiloviny)	10	15,50	120 (balíky)
Sláma (řepka)	10	16,00	100 (balíky)
Tříděný komunální odpad	20 - 38	9- 14
Bioplyn		cca 25 MJ/m3

Charakteristika některých druhů biomasy (zdroj: Svaz podnikatelů pro využití energetických zdrojů)

Zařízení na spalování biomasy pracuje už od roku 2002 v Roštíně, obci ležící poblíž Kroměříže. Bioenergetické centrum Roštín zpracovává řepnou a především obilnou slámu, tedy odpadní produkty zemědělské výroby. Tuto surovinu spalovně dodávají místní zemědělci. Z tohoto odpadu je spalovna schopna vyrobit ročně 12 000 GJ tepelné energie, které dodá odběratelům a navíc dalších 450 GJ, které spalovna využije pro vlastní potřebu. Cena vyprodukovaného tepla je 250 Kč/GJ. Bioenergetické centrum poskytuje teplo celkem 145 domácnostem (přibližně ze 200, které se v obci nacházejí), obecnímu úřadu, poště, základní a mateřské škole, ale také Sokolovně se saunou a koupalištěm. Dá se říct, že tepelně zajišťuje téměř celou obec.

V současné době pracuje zařízení bez zásadních problémů, celý proces je z velké části řízen automaticky. Součástí projektu je také multifunkční datová síť, která umožňuje monitoring každého připojeného účastníka na centrálním počítači včetně dálkového odečtu spotřeby. Vzhledem k současnému zvyšování cen energií se zvyšuje počet zájemců o tento druh vytápění a tento trend bude s velkou pravděpodobností pokračovat.

Bioplynové stanice

Bioplyn je plyn, který vzniká při anaerobním (bez přístupu vzduchu) rozkladu organických materiálů, v důsledku činnosti mikroorganismů. Jedná se o směs plynů proměnlivého složení.

Složka plynu	Procentuální zastoupení	Složka bioplynu	Procentuální zastoupení
Metan (CH4)	40 - 75%	Kyslík (O2)	0 - 2%
Oxid uhličitý (CO2)	25 - 55%	Vodík (H2)	0 - 1%
Voda (H2O)	0 - 10%	Čpavek (NH3)	0 - 1%
Dusík (N2)	0 - 10%	Sulfan (H2S)	0 - 1%

Procentuální složení bioplynu

Z energetického hlediska je hodnotný především metan. Metan je vysoce výhřevný plyn, známý též jako zemní plyn. Protože bioplyn neobsahuje čistý metan, je jeho výhřevnost nižší, než je tomu u zemního plynu. I přesto se však jedná o velice dobrý energetický zdroj.

Nejstarší bioplynovou stanicí je bachor přežvýkavců, kde právě činností anaerobních mikroorganismů bioplyn vzniká. Lidé při hledání alternativních zdrojů energie svou pozornost k bioplynu obrátili již poměrně dávno. První bioplynová stanice u nás byla postavena už v roce 1974 v Třeboni. Poté jich vzniklo ještě několik, ovšem po roce 1989 byla jejich stavba z různých důvodů (např. privatizačních, rychle se měnící legislativě, téměř nulové podpoře obnovitelných zdrojů energie apod.) pozastavena. Po roce 1994 byla výstavba bioplynových stanic u nás pomalu obnovena.

Vstupní surovinou pro výrobu bioplynu může být jakákoliv organická látka – nejčastěji odpad. Obrovskou výhodu mají zemědělci, kteří mají dostatečný a pravidelný přísun organického substrátu (sláma, kejda, přebytky, odpad z výroby atd.) a výroba bioplynu může pro řadu zemědělců představovat nezanedbatelný vedlejší zdroj příjmu. Na druhou stranu může výroba bioplynu být atraktivní i pro městské aglomerace. Po vytřídění může být původně neužitečný odpad určený k drahému uložení na skládce využit k výrobě energie. O podobné aplikaci uvažuje například město Vsetín, kde by se tímto ekologickým způsobem měla likvidovat část komunálního odpadu.

Bioplyn vyprodukovaný bioplynovou stanicí může být využit pro výrobu tepla a nebo zároveň tepla a elektřiny. Tento proces společné produkce tepla a elektřiny se nazývá kogenerace a je nejčastěji používanou aplikací. Trigenerace, tedy výroba tepla, elektřiny a chladu zároveň je spíše vzácností. Bioplyn je možné využít taky jako motorové palivo pro automobily. Kromě širokého množství odpadních substrátů, které mohou bioplynové stanice zpracovávat, je další velkou výhodou této technologie vedlejší produkt výroby. Tím je fermentovaný odpad (digestát), který lze výborně využít jako hodnotné hnojivo.  

Bioplynová stanice se skládá z několika zařízení. Jednak jsou to zařízení pro skladování surovin. Zemědělci mají tu výhodu, že materiál se skladuje stejně jako krmení pro skot a je tedy možné využít stejná zařízení. Dalším technologickým krokem je transport materiálu do fermentoru. Substrát se nakládá do míchacího vozu, který tento materiál řádně promíchaný přímo dávkuje do fermentoru pro vlastní proces kvašení. Tento úkon je zřejmě nejdůležitějším procesem v celé bioplynové stanici, neboť například při výkonu stanice 500 kW/hod elektrického výkonu spotřebuje za den asi 25 až 30 tun materiálu.

Samotný bioplyn vzniká v anaerobním fermentoru. Fermentor je jakási betonová jímka s horním betonovým víkem, která je zapuštěna do země, umožňuje-li to výška spodní vody. Teplota ve fermentoru musí být vždy kolem 45 °C. Vedle fermentoru jsou umístěny zbytkové sklady také s betonovým víkem, z kterých je stále jímán bioplyn, stejně jako z fermentoru.

Bioplyn se spaluje v kogenerační jednotce. Jedná se o spalovací motor přizpůsobený na spalování bioplynu. Ten je schopen vyhodnotit kvalitu a výkon s ohledem na obsah metanu v bioplynu (čím více metanu, tím lépe). Při výrobě elektřiny spalováním bioplynu vzniká odpadní teplo, které je možné využít například pro vytápění budov, sušení dřeva či zemědělských komodit. Také je možné teplo přeměnit na chladicí médium pro skladování zeleniny, ovoce (trigenerace). Vhodné využití odpadního tepla výrazně zefektivní ekonomiku provozu. Ze zkušeností vyplývá, že při dobrém využití odpadního tepla je návratnost bioplynové stanice přibližně 6 let.

Ze všeobecného hlediska mají bioplynové stanice řadu výhod. Snižují závislost na dodavatelích energie a redukují množství skleníkových plynů. Nabízejí výhodné zásobování domů a podniků teplem. Mají také svůj sociální dopad, protože umožňují obnovu efektivního hospodaření na venkově a vznik nových pracovních míst v oblastech, kde není jiný průmysl.

Další výhodou je, že zpracování kejdy a jiných zapáchajících substrátů je bez pachové zátěže. Na tom nic nemění skutečnost, že v uplynulých měsících se vyskytly poměrně závažné problémy se zápachem v několika bioplynových stanicích zejména na severní a jižní Moravě. Situace vyvolala znepokojení veřejnosti i představitelů samospráv v daných oblastech a vedla i ke zveřejnění několika mediálních reportáží. České sdružení pro biomasu a jeho odborná sekce Bioplyn proto vydala k této problematice tiskovou zprávu. Podle ní problémy vznikly pouze v několika specifických případech bioplynových stanic a za jejich příčinu lze označit zejména potíže s provozní kázní a zpracování problematických vstupních surovin. Analýza stavu ukazuje, že i v těchto provozech dochází k nápravným opatřením a že legislativa umožňuje příslušným kontrolním a schvalovacím orgánům problémy se zápachem řešit. Problémy se zápachem tedy nelze obecně vztahovat na všechna zařízení.

Z podnikatelského hlediska jsou bioplynové stanice schopny dlouhodobě garantovat stabilní příjmy. Podnikatelé zabývající se výrobou bioplynu mají státem dlouhodobě garantovanou minimální výkupní cenu, kterou vždy na rok dopředu stanovuje Energetický regulační úřad (ERU) a podle zákona 180/2005 Sb., o podpoře využívání obnovitelných zdrojů, je tato cena garantována na příštích 15 let od data uvedení zařízení do provozu.

Stejně jako je tomu u spaloven biomasy, také výstavba bioplynové stanice vyžaduje vysokou vstupní investici. Jedná se o investici zhruba v řádech milionů korun. Samozřejmě záleží na konkrétním projektu, podmínkách a rozsahu investice. Zkušenosti ukazují, že je velký zájem o investice do těchto projektů, stejně tak i o možnosti čerpat dotace z fondů EU. Od 9. července 2007 je možné podávat projekty s žádostmi o podporu z nového Programu rozvoje venkova, který je financován Evropským zemědělským fondem pro rozvoj venkova. Na bioplynové stanice je ročně k dispozici přibližně 480 mil. Kč. Dotace na podporu výstavby bioplynových stanic také poskytuje Ministerstvo průmyslu a obchodu přes Agenturu CzechInvest v rámci programu Obnovitelné zdroje energie. Dotace může představovat až 46 % investice maximálně však 30 000 000 korun. Celkem je připraveno 350 mil. Kč.