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

ODBORNÉ ČLÁNKY

Výroba syntézního plynu z pevné biomasy

V zemích jako Německo a Česká republika se může výroba kapalných biopaliv z řepkového oleje a obilí dostat do střetu s výrobou potravin. Německá firma Choren přišla s řešením: V roce 2009 otevřela závod, jehož výrobní program je založen na komerční technologii BtL (Biomas to Liquid). Sídlo továrny je ve Freibergu v Sasku, dalších pět závodů se plánuje v Německu a nejméně jeden v Norsku.

Obr. 1: Firma Choren vyrábí motorové biopalivo Sun-Diesel z nepotravinářských surovinFirma Choren vyrábí motorové biopalivo Sun-Diesel z nepotravinářských surovin

Při technologii výroby kapalného paliva z biomasy Biomass to Liquid (BtL) je biomasa nejprve přeměněna na syntetický plyn, který obsahuje převážně CO, H2, CH4 a H2O. Tento plyn je pak metodou Fischer-Tropsch pomocí kobaltového katalyzátoru přeměněn na směs kapalných uhlovodíků.

V továrně Choren zpracovávají zejména nepotravinářské suroviny, především dřevo a slámu. Produkují výjimečně čistou motorovou bionaftu (Sundiesel), určenou pro silniční dopravu, s cílem snížení emisí CO2 z fosilních zdrojů. Vlastnosti kapalin vyrobených technologií BtL jsou v hlavních ukazatelích, jako je výhřevnost, kouřivost atd, dokonce lepší, než u fosilních motorových paliv. Úspora CO2 v přepočtu na množství vyrobeného paliva dosahuje až 90 % (zbývajících 10 % jsou emise CO2 z fosilních zdrojů energie při výrobě).

Obr. 2a: Schéma výroby syntézního plynu (a) a bilance CO2 při použití biopaliva Sun-Diesel (b)

Technologie byla vyvinuta a realizována i proto, aby se dokázalo, že nová motorová biopaliva budou v budoucnu možno vyrábět v mnohem větším rozsahu. Vhodná je také pro malé a střední zpracovatele biomasy.

Obdobný závod v Norsku má krýt až 14 % tamní potřeby motorových paliv a emise CO2 z fosilních motorových paliv by se měla snížit ročně až 7 %.

Vývoj spotřeby paliv

Realizace projektu se aktivně účastní také společnosti WV, Daimler a také Shell, přestože výrobní kapacita firmy Choren zatím je, v porovnání s německou a zejména světovou spotřebou motorových paliv, poměrně malá: V plném provozu se bude v prvním závodě vyrábět 13 500 tun biopaliva ročně (tj. asi 18 mil. litrů), zatímco roční spotřeba fosilních motorových paliv jen v Německu je asi 30 mil tun. V ČR se nyní spotřebovává něco přes 6,6 mil. tun motorových paliv ročně (viz. tabulka). V roce 2010 s u nás předpokládá spotřeba 6 894 500 motorových paliv, z toho bude 6 610 000 tun fosilních kapalných paliv (tj. 96 %) a 282 500 tun kapalných biopaliv (4 %).

Tabulka: Vývoj spotřeby kapalných fosilních paliv a biopaliv v letech 2006 až 2010 (tuny)

Palivo 2006 2007 2008 2009 2010
Benzin 2 297 000 2 361 000 2 428 000 2 476 000 2 514 000
Motorová nafta 3 704 000 3 856 000 3 968 000 4 045 000 4 108 000
Fosilní celkem 6 001 000 6 217 000 6 396 000 6 521 000 6 612 000
Bionafta. 65 000 81 000 125 000 127 000 173 000
Bioetanol 0 54 100 79 300 107 800 109 500
Biopaliva celkem 65 000 135 000 204 300 234 800 282 500
Paliva celkem 6 270 300 6 352 000 6 600 300 6 755 800 6 894 500

Nepotravinářské suroviny

Odborníci obecně doporučují větší různost vstupních surovin i vyrobených biopaliv, ale varují před přehnaným očekáváním, neboť dodávka může být limitována například soupeřením mezi zemědělskými komoditami, jako je kukuřice a řepka olejka.

Obr. 2b: Schéma výroby syntézního plynu (a) a bilance CO2 při použití biopaliva Sun-Diesel (b)

K výrobě biopaliv by ale postupně měla být používána hlavně nepotravinářská surovina. Závod Choren tak bude zpočátku zpracovávat odpadní dřevo: Z pěti tun suché suroviny vyrobí asi jednu tunu kapalného paliva, takže pro plánovaný objem výroby potřebuje asi 70 000 tun odpadového dřeva (což není tak snadné zajistit).

V případně nedostatku dřeva lze ale zpracovat i slámu, stonky, listí, lusky, plevy, mohou to být i některé traviny, byliny, poškozené zrniny a průmyslové odpady jako piliny, dřevní štěpka, slupky, výlisky ovoce a olejnin a podobně. Využíváním těchto surovin se zlepší využití i zemědělské půdy dočasně ležící ladem (v EU je to nyní asi 10 % z celkové výměry.) Ve výrobně-klimatických podmínkách Střední Evropy je reálné očekávat, že z ročního výnosu organické hmoty z jednoho hektaru lze vyrobit až 4000 litrů biopaliv, což je asi třikrát více, než z řepky olejky.

Obr. 3a: Kovová retorta pro nízkoteplotní pyrolýzu vstupní suroviny (a) a vertikální reaktor pro vysokoteplotní pyrolýzu vznikající směsi horkých plynů (b)

Výroba syntézního plynu

Technologie výroby synténího plynu (Carbo-Vr Process) zahrnuje tři hlavní výrobní stupně, doplněné čtvrtým (koncovým) stupněm zahrnujícím chlazení, odprášení, čistění, případně stlačování plynu.

Třístupňová (resp. čtyřstupňová) technologie řeší problém odstraňování dehtů i zplyňování pevného podílu při pyrolýze vznikajícího dřevního uhlí. To stávající metody pyrolýzy (shodné s I. stupněm Carbo-Vr Process) neumožňují. Použití kyslíku k dokončení zplyňování je výhodnější, než použití vzduchu, což je běžné při stávající výrobě dřevního plynu: Nedochází k „ředění plynu“ vzdušným dusíkem a snižování výhřevnosti.

Kompletní zařízení je sice investičně nákladnější, než zařízení jen pro samotnou pyrolýzu (představovanou zde I. stupněm), ale i tak se předpokládá dosažení dlouhodobé efektivity a přiměřené návratnosti investičních prostředků.

I. Nízkoteplotní zplyňování (pyrolýza)

V průběhu procesu technologie I stupně je biomasa s obsahem vody 15 až 20 % odplyněna (karbonizována) relativně nízkou pyrolýzní teplotou 400 až 500 °C parciální oxidací za účasti určitého množství kyslíku. Je rozložena na plyn obsahující i plynný dehet a na pevný podíl s vysokým obsahem uhlíku (a popelovin).

Základním zařízením je pevná kovová retorta válcového tvaru o průměru asi 3 m, délky do asi 10 m, do které jsou ve spodní části zavedeny vyústky plynových nebo olejových hořáků. Nad nimi je zabudována jedna nebo více rour se šnekovými dopravníky, do kterých je přiváděna přes vzduchotěsné uzávěry na si 5 cm homogenizovaná surovina – biomasa, zde přestavovaná dřevní štěpkou. Spaliny s regulovanou účinnou teplotou kolem 400 °C procházejí kolem těchto rour, nahřívají je i procházející materiál a způsobují únik těkavých látek, které se ve formě horkého plynu s vysokým obsahem CO, H2 a s určitým podílem CH4 a H2O a dehtových par odvádějí do horní části II. výrobního stupně.

Z výstupu posledního ohřívaného šnekového dopravníku II. stupně – retorty vypadává dole přes plynotěsné uzávěry zbývající „dřevní“ uhlí, které relativně nízkou teplotou nebylo zplyněno. Spolu s popelovinami jsou druhou dopravní cestou po rozemletí předávány do spodní části druhého dílu zařízení II. stupně, který je vlastně počátkem III. stupně. Na těkavé látky se v I. stupni přemění asi 70 až 75 % hmoty vstupní suroviny. Udržení relativně nízké teploty pyrolýzy je důležité pro zachování kvality plynu s nízkým obsahem dehtu a kvality zbylého uhlí.

Obr. 3b: Kovová retorta pro nízkoteplotní pyrolýzu vstupní suroviny (a) a vertikální reaktor pro vysokoteplotní pyrolýzu vznikající směsi horkých plynů (b)

II. Vysokoteplotní pyrolýza plynných dehtů

V průběhu procesu technologie II. stupně je vytvořený pyrolýzní plyn s podílem plynného dehtu znovu zoxidován (přídavkem kyslíku) v prvním dílu speciálního spalujícího válcového, vertikálního reaktoru tzv.hypostoichiometrikální metodou při teplotách o něco vyšších než je teplota tavení popelovin. Tak vzniká horké zplyňující medium, ve kterém se mění nevhodné dehtové páry oxidací na přijatelný plyn, který v horkém stavu přechází do druhého dílu tohoto reaktoru. Zde se směšuje s vháněným rozemletým práškovým dřevním uhlím.

III. Vysokoteplotní zplyňování práškového uhlí

V průběhu procesu technologie III. stupně je před tím v I. stupni vzniklé organické uhlí (např. dřevní uhlí) rozemleto na jemný prášek a vháněno spolu s určitým množstvím vzduchu (v poslední době se používá O2) do horkého zplyňujícího media, vytvořeného ve II. stupni. Horké medium, kyslík a práškové uhlí reagují endotermicky (CO) a vzniká tak požadovaný surový syntetický plyn.

IV. Chlazení, odprášení, čistění, stlačování

Výrobní technologie je zakončena linkou konečných úprav, kde plyn zbavený dehtových par je v chladiči podstatně ochlazen (odpadní teplo odchází zpravidla v horké vodě nebo páře (a je technologicky využíváno např. k sušení suroviny). Dále je ochlazený plyn veden do odprašovače, ve filtrech je zbaven prachových částic (prach se vrací do II. stupně, kde je zoxidován). Po přiměřené úpravě může být syntézní plyn využit přímo k pohonu motorů nebo turbin elektrických generátorů, k vyhřívání parních kotlů a k vytápění. Po vyčištění kondenzací a destilací je metodou Tropsch-Fischer přeměněn na kapalné biopalivo Sun-Diesel.

Autor článku: Markk Björkman (zdroj: The Bioenergy International, překlad Ing. Václav Sladký, CSc.) Foto archiv/Energie 21

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

Související články:

Katalytické vysokoteplotní odstraňování dehtu z plynu z alotermního zplyňování biomasy
Sesuvný zplyňovač s řízeným podáváním paliva
Využití vodíku k regulaci výkonu obnovitelných zdrojů energie
Kvalita plynu produkovaného zplyňováním odpadní biomasy
Zplyňování biomasy s kogenerací
Vakuová pyrolýza a její realizace v ČR
Možnosti využití pokrutiny z výroby rostlinného oleje pro energetické účely
Energie z odpadů I
Energetické využitie rastlinnej biomasy 2 – Termické procesy
Étery získávané z biomasy jako alternativní automobilová paliva
Zplyňování biomasy – možnosti uplatnění

Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva, Obnovitelné zdroje energie

Datum uveřejnění: 15.12.2010
Poslední změna: 12.12.2010
Počet shlédnutí: 7912

Citace tohoto článku:
SLADKÝ, Václav: Výroba syntézního plynu z pevné biomasy. Biom.cz [online]. 2010-12-15 [cit. 2017-08-20]. Dostupné z WWW: <http://biom.cz/cz/odborne-clanky/vyroba-syntezniho-plynu-z-pevne-biomasy>. ISSN: 1801-2655.

Komentáře:
15 Dec 2010 09:31 Marek Slavik
- Choren
20 Dec 2010 16:14 Petr Gabriel
- Pochybnosti
23 Dec 2010 11:19 Marek Slavik
- Pochybnosti
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