EnglishRSSkontaktyčlenstvísitemapinzerce a reklama
Biom.cz
biomasa, biopaliva, bioplyn, pelety, kompostování a jejich využití

ODBORNÉ ČLÁNKY

Tuhá biopaliva z místních zdrojů

Tuhá biopaliva z biomasy jako nosič energie jsou v současné době diskutovaným tématem. Na jedné straně je požadavek náhrady části fosilních paliv touto energií, na straně druhé obava, že podpora pěstování energetických rostlin vede ke zvyšování cen potravinářských komodit.

 
Obr. 1: Granulační lis linky na výrobu pelet ze slámy se vstupem materiálu ze šnekového dopravníku
Obr. 2: Kotel pro spalování alternativních pelet s automatickým odpopelněním
 

Kritika za nepřiměřené využití zemědělské komodity pro biopaliva se týká především řepky olejky, která se v ČR pěstuje asi na 370 000 ha. V porovnání s tím je význam energetických rostlin jako zdrojů fytomasy pro tuhá paliva prozatím menší.

Energetické plodiny

Energetický šťovík se pěstuje asi na 1000 ha, což je rozloha prakticky marginální. Jiné energetické rostliny, například chrastice rákosovitá, miscanthus, saflor či topinambur zaujímají plochy ještě menší. Pro pěstování nejvýnosnější známé energetické rostliny – křídlatky naproti tomu stojí legislativní překážky. Tato plodina je označována jako invazní plevel a podpora pro její pěstování je v současném společenském klimatu nereálná. Dalším perspektivním zdrojem biomasy mohou být plantáže rychlerostoucích dřevin. Zvyšování takto využívaných ploch má v praxi dva základní aspekty. Podpora pro jejich pěstování je možná ze strukturálních fondů EU, především z Programu rozvoje venkova. Tento program obsahuje podopatření I.1.1.3 umožňující založení porostů RRD (2). Druhým aspektem jsou ale problémy při sklizni: Náklady při manuální sklizni RRD jsou oproti mechanizované sklizni speciální řezačkou velmi vysoké. Při použití sklízecí mechanizace je však z ekonomického pohledu nutné její dostatečné časové využití, což při malých pěstebních plochách není možné.

 
Obr. 3: Topné pelety (příklady)
Obr. 4: Topné pelety (příklady): z pšeničné slámy s aditivem hnědého uhlí
 

Druhotná biomasa

Vedle uvedených potenciálních zdrojů biomasy je však v agrárních oblastech k dispozici množství fytomasy, která je nevyužita a kterou můžeme označit jako druhotnou agrární surovinu. Jedná se především o obilní slámu, řepkovou slámu, trvalé travní porosty aj. Obiloviny jsou naprosto převažujícími plodinami v zemědělství ČR. Z nich pšenice se pěstuje na více než 50 % takto osetých ploch. Přehledně jsou tyto údaje spolu s řepkou uvedeny v tabulce 1.

Tab. 1 – Bilanční hodnoty obilovin a řepky v ČR v roce 2007 (1, 3)

Plodina Osevní plocha (ha) Výnos (t/ha) Poměr hmotnosti zrna a slámy
Pšenice 811 000 4,88 1 : 1,85
Ječmen 499 000 3,85 1 : 1,08
Žito 37 500 4,72 1 : 1,70
Oves 59 000 2,91 1 : 1,40
Tritikale 50 000 4,29 1 : 1,75
Řepka 337 500 3,10 1 : 1,20 až 1,80

Mimo potravinářského využití přinášejí tyto plodiny i významný energetický zdroj pro výrobu tuhých biopaliv ve formě slámy. Řepka olejka je v této souvislosti uváděna rovněž jako především potravinářská plodina, neboť podíl řepkového semene na výrobu biopaliv tvoří v ČR pouze 23,3 % (3). Vezmeme- li v úvahu, že část sklizené slámy zůstává na poli, a to ať již z důvodů techniky sklizně, či záměrně pro zvýšení podílu organické hmoty v půdě, je možno uvažovat energeticky využitelné množství asi 3 t/ha. Z toho pak vyplývá, že použitelné množství obilní slámy je v ČR asi 4,5 mil. tun, množství řepkové slámy asi 1 mil. tun.

 
Obr. 5: Topné pelety (příklady): z řepkové slámy s aditivem kakaových slupek
Obr. 6: Briketovací lis BrikStar 50
 

Významným zdrojem fytomasy, kterou lze využít energeticky jsou sklizené trvalé travní porosty. V ČR je takto obhospodařováno asi 1 milion ha ploch. Fytomasa z těchto pozemků je jen z malé části využívána tradičním způsobem jako krmivo, převážná část je hospodářům na obtíž. Nechceme-li tento materiál označit přímo jako agrární odpad, lze jej využít pro kompostování, nebo jako energetický zdroj.

Mimo uvedené zdroje spalitelné fytomasy existuje v agrárním sektoru množství druhotných surovin vznikajících při pěstování a zpracování různých plodin. Jde např. o réví z prořezu vinic, makovinu, slunečnice, pazdeří lnu, konopí a mnohé jiné materiály. Vedle toho existuje značné množství fytomasy z nejrůznější údržby zeleně, zbytků při těžbě dřeva a při jeho zpracování.

Důležité parametry

Při porovnání zdrojů fytomasy je významným parametrem její dostupnost v dostatečném množství a obsah vody v čase a místě dodávky. Pokud je obsah vody vyšší než asi 20 %, vznikají tím požadavky na sušení, tzn. další náklady.

Z uvedených zdrojů fytomasy těmto požadavkům přednostně vyhovuje sláma obilovin a řepková sláma. Tyto suroviny jsou k dispozici ve značném množství, vysoké kvalitě, tzn. s nízkým obsahem vody, který nepřekračuje 15 %. Vhodnost těchto surovin pro energetické využití umocňuje i rozvinutá technika sklizně a manipulace s materiálem.

 
Obr. 7: Topné pelety z travní fytomasy kombinované (příklady): s topolovou štěpkou
Obr. 8: Topné pelety z travní fytomasy kombinované (příklady): s energetickým šťovíkem
 

Sláma v balících

Sláma se z pole expeduje nejčastěji ve formě balíků, a to válcových nebo hranolových. V tab. 2 jsou uvedeny typické parametry balíků slámy zjištěné při sklizni lisy Case (4). Stupeň slisování, tj. dosažená hustota závisí na konstrukci lisovacího zařízení a na zkrácení materiálu. Takto upravenou slámu lze již označit jako tuhé biopalivo dle ČSN P CEN/TS 14961 (5).

Tab. 2 – Průměrné rozměry a hmotnosti balíků

Ukazatel Jednotka Válcový balík Hranolový balík
bez řezání s řezáním bez řezání s řezáním
Počet nožů kus - 15 - 33
Hmotnost balíku kg 328 375 303 313
Rozměr průměr/délka mm 1780 2300
šířka mm 1200 1200
výška mm - 700
Objem balíku m3 2,99 1,93
Objemová hmotnost slisované slámy kg/ m3 110 126 157 162

Standardní forma paliva ve formě balíků má výhodu ve snadné manipulaci, v použití i v obchodování. Toto palivo je vhodné pro centrální kotelny, kde jsou použity kotle nad 1 MW. Většina těchto kotelen ovšem preferuje palivo ve formě balíků hranolových. Pro spalování balíků slámy byly vyvinuty i kotle pro menší výkony.

Obr. 9: Topné pelety z travní fytomasy kombinované (příklady): se smrkovou kůrou

Např. firma STEP Trutnov a.s. dodává kotle pro spalování celých balíků slámy s výkonem 175 až 600 kW. Výhodou oproti kotlům s rozdružováním slámy je jednodušší technické provedení celého zařízení a z toho vyplývající nižší cena. Rovněž odpadá požadavek na energii pro rozdružení balíků, což představuje elektrický příkon v desítkách kW.

Linky na pelety

Slámu ve formě balíků lze ovšem zpracovat do hodnotnějších forem tuhých biopaliv, do briket nebo pelet. Ze struktury slámy se jeví jako vhodnější výroba topných pelet. Pro tuto produkci jsou dodávány výrobní linky s nejrůznějším výkonem.

Například linka LSP 1800 m, výrobce Atea Praha, s. r. o., (obr. 1ab), umožňuje výrobu pelet s obchodním označením Granofyt o průměru od 6 do 30 mm. Výkonnost linky je 1500 až 1800 kg/h a ročně zpracovává asi 10 000 t slámy. Jde o finančně náročnou investici v řádech miliónů Kč. Proto je nutno v podnikatelském záměru uvážit všechny souvislosti, tzn. nejen zajištění zdroje suroviny a odbyt produkce, ale i skladování slámy v období od sklizně do zpracování. Je nutné, aby sláma v hranolových balících byla nařezána a především aby v průběhu skladování nenavlhla. Z důvodů požární bezpečnosti je třeba materiál skladovat v menších stozích, které musí být zakryty a zajištěny. Produkované pelety odpovídají normě ČSN (5) a splňují i požadavky ochranné známky pro ekologicky šetrný výrobek (6). Palivoenergetické parametry topných pelet z obilní slámy a ze slámy řepky, jak byly zjištěny v laboratoři Výzkumného ústavu zemědělské techniky, v.v.i., jsou v tab. 3.

Tab. 3 – Palivoenergetické parametry topných pelet Granofyt

Parametr Jednotka Pelety z obilní slámy Pelety z řepkové slámy
Voda % 6,40 7,85
Prchavá hořlavina % 69,81 70,11
Neprchavá hořlavina % 17,46 16,40
Popel % 6,33 5,64
C % 43,04 43,64
H % 6,51 6,11
N % 0,72 0,84
S % 0,05 0,14
O % 36,89 35,64
Cl % 0,09 0,14
Spalné teplo MJ/kg 16,93 16,75
Výhřevnost MJ/kg 15,45 15,23
Popel (bod t): °C 780 1050
Měknutí (bod t) °C 800 > 1300
Tání (bod t) °C 1020 > 1300
Tečení (bod t) °C 1050 > 1300
Hustota (bod t) kg/dm3 1,34 1,23
Otěr dle ÖNORM M 7135 % 0,98 2,28

Linka LSP 1800 zpracovává surovinu ze zhruba 3000 ha a produkce pelet směřuje především do velkoobchodu či k velkým odběratelům.

Obr. 10: Popel z topných briket vytvořených z TTP po jejich spálení

Jinou variantou výroby pelet je zařízení s malou produkcí hlavně pro místní použití. Linka MGL 200, výrobce Kovo Novák Cítonice, má výkonnost 100 kg pelet za hodinu, je finančně dostupná a zpracovává surovinu z malých hospodářství. Granulační lis má plochou matrici o průměru 198 mm.

Technologie výroby topných pelet ze slámy je odlišná od výroby pelet ze dřeva. Je třeba použít jiný typ lisovací matrice, specifikum je v dopravních cestách a odlišná je i skladba strojního vybavení celé linky. V současné době jsou však již tyto technologie zvládnuty a kvalita vyráběných produktů je na vysoké úrovni.

Spalování pelet

Pro spalování pelet ze slámy jsou na trhu vhodná spalovací zařízení. Pelety z jiných než dřevěných materiálů se vyznačují výrazně vyšším obsahem popela, s čímž je nutno počítat při konstrukci kotlů i při jejich provozu.

Vhodným typem pro použití v rodinných domcích je například typ A25, výrobce Verner, a. s. (obr. 2). Tento kotel má konstrukčně upraveno automatické odpopelnění a umožňuje spalovat pelety z různých typů biomasy.

Při použití pelet z řepkové slámy v praxi není problém při spalování, neboť teplota tavení, resp. spékání popela, je obdobná jako u pelet ze dřeva. Oproti tomu pelety z obilní slámy mají teplotu spékání popela nižší a spalovací zařízení musí být pro toto palivo ověřeno. Zlepšení tohoto parametru je možno docílit přidáním aditiv. Dobrých výsledků bylo dosaženo přidáním drceného hnědého uhlí v množství 8 % hm. Teplota stavování popele byla zvýšena na 850 °C.

Byly rovněž zkoušeny pelety z pšeničné slámy, v nichž byly jako aditivum proti struskování použity slupky z kakaových bobů v množství 5 % hm (obr. 3). V tomto případě se teplota stavování zvýšila na 900 °C.

Pokud chceme výrazně zvýšit teplotu spékání popela, nabízí se možnost míchání s vysokým podílem uhlí. Jinou možností je přidávání uhelných jílů. Závislost spékání popela na množství inhibitoru (7) je na grafu 1. Uhelné jíly (černouhelné kaly) mají na zvýšení teploty spékání ještě výraznější vliv než hnědé uhlí a již malé množství tohoto aditiva výrazně zlepšuje užitné vlastnosti vytvořených topných pelet.

Brikety z travní biomasy

Dalším významným zdrojem fytomasy jsou trvalé travní porosty. Tyto plochy je třeba sklízet a usušenou travní hmotu je možno výhodně zpracovávat do formy tuhých paliv. Pro vytápění rodinných domů nebo malých farem je vhodnější použití topných briket, pro jejichž výrobu jsou na trhu kompaktní briketovací lisy s vhodným výkonem. Například lisy řady BrikStar, výrobce Briklis, s. r. o., jsou určeny pro lokální výrobu briket z místních zdrojů (na obr. 4 je typ BrikStar 50 s výkonem asi 40 až 60 kg/h).

Brikety s lepšími užitnými vlastnostmi získáme při použití travní fytomasy v kombinaci s jinými rostlinnými materiály. K tomu je možno použít např. štěpku z plantáží energetických dřevin, nebo jiné energetické rostliny. Na obr. 5 jsou topné brikety vytvořené z travní fytomasy kombinované s jinou fytomasou. V tabulce 4 jsou uvedeny některé mechanické a palivoenergetické vlastnosti těchto briket.

Tab. 4 – Mechanické a palivoenergetické vlastnosti topných briket na bázi fytomasy z trvalých travních porostů (TTP)

Složení Hustota kg/m3 Destrukční síla N.mm-1 Popel % Výhřevnost MJ/kg Obsah S % Obsah Cl %
TTP 720 10 5,21 15,81 0,09 0,23
TTP + topolová štěpka (1:1) 790 34 4,62 16,33 0,06 0,13
TTP + topolová štěpka (1:3) 790 25 4,33 16,58 0,04 0,08
TTP + energetický šťovík (1:1) 600 7 5,35 15,56 0,07 0,15
TTP + energetický šťovík (1:3) 820 21 5,42 15,43 0,06 0,11
TTP + smrková kůra (1:1) 890 21 4,27 16,00 0,06 0,12
TTP + smrková kůra (1:3) 890 22 3,80 16,09 0,05 0,07

Z údajů je zřejmý pozitivní vliv přídavných materiálů: topolová štěpka zvyšuje hustotu briket a jejich pevnost, přičemž postačuje její množství ve směsi 50 %. Je též možno snižovat obsah síry a chloru, což je důležité v případech, kdy se výrobce bude snažit dosáhnout parametrů výrobku dle EN (5) či jiného předpisu.

Pro spalování topných briket z TTP i v kombinacích s jinými rostlinnými materiály se používají běžné kotle na kusové dřevo. Všechna uvedená paliva byla zkoušena například v kotli KTP 49, výrobce Rojek, a. s.

Částečným problémem při spalování briket z TTP je spékání popele. Na obr. 6 je zřejmá struktura popele po spékání. Tento jev se dá odstranit již uvedeným mícháním materiálu TTP s jinými fotomateriály. V tabulce 5 jsou uvedeny hodnoty tavitelnosti popele z takto vytvořených briket.

Tab. 5 – Tavitelnost popele topných briket

Složení Teplota spékání °C Bod měknutí °C Bod tání °C Bod tečení °C
TTP 850 990 1000 1190
TTP + topolová štěpka (1 : 1) > 950 1210 1230 1240
TTP + topolová štěpka (1 : 3) 900 1260 1270 1280
TTP + energetický šťovík (1 : 1) 780 1150 1180 1200
TTP + energetický šťovík (1 : 3) 900 1140 1180 1200
TTP + smrková kůra (1 : 1) 870 1200 1200 1200
TTP + smrková kůra (1 : 3) 900 1010 1050 1080

Přidáním topolové štěpky se hodnoty tavitelnosti popela významně zvýšily. Pro výrobu topných briket je tedy vždy vhodné uvážit kombinaci surovin, jednak těch, které jsou v dané lokalitě k dispozici, dále možnosti získání doplňkové suroviny. Pěstování rychlerostoucích energetických dřevin se tak ukazuje jako vhodná aktivita pro získání takovýchto materiálů.

Závěr

Obě uvedené technologie zhodnocení biopaliv, tj. peletování i briketování slámy a TTP, umožňují využití těchto zdrojů v lokálních topeništích na biomasu. To je významný aspekt při uvážení těchto paliv jako alternativy k používání uhlí, zvláště při předpokládaném výrazném zvýšení cen veškerého uhlí v nejbližší budoucnosti.

Graf: Závislost teploty spékání popele pšeničné slámy na množství inhibitoru

Dá se tedy předpokládat, že tato paliva si najdou místo na trhu s palivy. Je však třeba, aby veškeré znalosti a technologie výroby i užití těchto paliv byly budovány a využívány na úrovni odpovídající získaným poznatkům.

Tento článek byl vytvořen na základě výsledků projektu Národního programu výzkumu II č. 2B06131 ,,Nepotravinářské využití biomasy v energetice“.

Literatura

  1. Situační a výhledová zpráva Obiloviny. Praha, MZe ČR 2007. 98 s. ISBN 978-80-7084-599-8, ISSN 1211-7692
  2. Trnka, J.: Financování energetiky sídel ze strukturálních fondů v období 2007-2013. In: Obnovitelné zdroje v energetice sídel. Praha, 2007, ISBN 978-80-254-0841-4
  3. Jevič, P.: Nepotravinářské využití olejnin. Studie MZe ČR. Praha, 2008
  4. Jílek, L., Pražan, R., Gerndtová, I.: Porovnání lisů na válcové a hranolové balíky. Mechanizace zemědělství, 57 (2007), č. 4, s. 44-50, ISSN 0373-6776
  5. ČSN P CEN/TS 14961. Tuhá biopaliva – Specifikace a třídy paliv. Praha, ČNI 2005, 46 s.
  6. Topné pelety z bylinné fytomasy. Technická směrnice č. 55 – 2008 s požadavky pro propůjčení ochranné známky ,,Ekologicky šetrný výrobek“. Praha, MŽP 2008. 4 s.
  7. Hutla, P.: Energetické využití odpadů z agrárního sektoru ve formě standardizovaných paliv. [Výzkumná zpráva]. Praha, VÚZT 2006. 77 s.

Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem

Související články:

Výroba pelet z biomasy - technické a ekonomické aspekty
Model regionálního systému vytápění pevnými biopalivy
Vytápět biomasou ekologicky nebo ekonomicky? Nejlépe obojí
Zkušenosti s pěstováním rychle rostoucích dřevin pro vlastní potřebu
Aditivace pro efektivnější spalování slámy
Výskum progresívnych konštrukcií zhutňovacích strojov
Úsporná vychytávka – vytápění peletami
Současná situace trhu s lesní energetickou štěpkou a prognóza vývoje v kontextu návrhu nové státní energetické koncepce České republiky
Topinambur lze využít k mnoha účelům
Porovnání produkce a výhřevnosti u réví z vinic
Historie dřevních pelet v zalesněném a úspěšném Rakousku
Spoluspalování biomasy s fosilními palivy – od výzkumu k praktickému využití
Dotace na kotel na biomasu a dovoz pelet zdarma - pohodové topení
Kotel na pelety - peletový kotel pro ústřední vytápění
Kvalita pelet - certifikace a normy pro pelety

Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie, Pelety a brikety, Spalování biomasy

Datum uveřejnění: 1.11.2010
Poslední změna: 2.11.2010
Počet shlédnutí: 5460

Citace tohoto článku:
HUTLA, Petr: Tuhá biopaliva z místních zdrojů. Biom.cz [online]. 2010-11-01 [cit. 2017-05-30]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/tuha-biopaliva-z-mistnich-zdroju>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
05 Nov 2010 13:26 Marek Slavik
- Biomasa
18 Nov 2010 08:50 Michael Rada
- Alternativní zdroje
ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto ilustrační foto


 
© 2001-2009, CZ Biom  -  České sdružení pro biomasu,  Opletalova 7/918, 111 44 Praha 1,   Tel.: 604 856 036,   E-mail: sekretariat@biom.cz
Webhosting/ webdesign / publikační systém TOOLKIT - Econnect
Treti ruka energieplus Česká peleta Ekologie, pasivní domy, solární energie, alternativní zdroje, zelené bydlení EnviWeb - portál pro ochranu a tvorbu životního prostředí Ekolist po drátě Portál Energetika Internetové energetické konzultační a poradenské středisko Lesnicko-dřevařský www server