Předchozí článek Obsah časopisu Domovská stránka CZ BIOMu Akce - semináře, exkurze ... Časopis BIOM, sborníky a další odborné publikace Články dle data umístění na web Články dle témat Články dle autora Fotogalerie Výpočty a JavaSkripty Další článek

Zdroje biomasy využitelné pro energetické účely v ČR

Ing. Zdeněk Strašil, CSc., VÚRV Praha, CZ BIOM

V době před rozšířením průmyslu byly v Evropě pěstovány velké plochy přadných rostlin a olejnin, které sloužily pro zpracovatelský průmysl. Obecným zdrojem energie bylo tenkrát dřevo. Také velké množství obilovin a krmných plodin bylo dříve pěstováno k výživě a jako energetický zdroj hospodářských tažných zvířat (koně, voli).

S rozšiřováním průmyslu začaly být zemědělské suroviny nahrazovány chemickými výrobky a tažná zvířata traktory. To byl vedle stupňování výnosů jeden z faktorů, který zapříčiňuje současnou nadprodukci potravin.

S nadprodukcí potravin a s dohlednou vyčerpatelností fosilních energetických zdrojů se nyní začíná ve světě v poslední době klást znovu zvýšený důraz, vedle využití jaderné energie, na obnovitelné zdroje energie, z nichž biopaliva jako je dřevo, stébelniny nebo plantáže energetických rostlin budou hrát důležitou roli.

Pokud jde o současnou situaci týkající se obnovitelných zdrojů energie, potom do 21. století se očekává, že k energetickým zdrojům významně přispěje i rostlinná biomasa. Evropská komise přijala 26.11.1997 dokument s názvem “White paper” pro zahájení prvních kroků v souborné strategii a akční plán určený k tomu, aby se dosáhlo zdvojnásobení ze současných 6 % (průměr za EU) na celkových 12 % celkového podílu obnovitelných zdrojů na produkci energie EU z toho v roce 1995 připadal na biomasu podíl 60 % z celkových obnovitelných zdrojů energie a v roce 2010 se počítá s navýšením na 80 %.

Podíl energie z biomasy na celkové produkci energie k roku 1997 států přidružených v AE BIOM byl následující: Finsko 23%, Švédsko 18%, Rakousko 12,6%, Irsko 12%, Dánsko 7%, Francie 4,6%, Norsko 4,4%, Itálie 2,1%, Slovensko 1,5%, Holandsko 1,1%, Belgie 0,7%, ČR 0,6%.

V ČR energetická potřeba představuje cca 1750 PJ.r-1 a je ze 62,9% kryta ekologicky nevhodným hnědým uhlím, z 26% zemním plynem a naftou z dovozu, z 10,5% jadernou a vodní energií a pouze z 0,6% energií z biomasy. Do budoucna se počítá s rozšířením využití energie z biomasy (Strašil, Šimon, 1998).

Jak je vidět z uvedeného, situace ve využívání biomasy v ČR není v porovnání se státy EU nejlepší, i když u nás jsou celkem vydatné zdroje biomasy, které by se daly daleko lépe využívat. Ministerstvo životního prostředí ČR chce v souladu s plány EU do roku 2010 ztrojnásobit obnovitelné zdroje energie u nás ze současných 2 % na 6 %. Také v ČR bude perspektivní hlavně využívání biomasy.

V prvé fázi využívání rostlinných energetických zdrojů bude u nás nejjednodušší využívat stávající a v současné době málo využívané zdroje, jako jsou odpady z lesů nebo slámu z některých zemědělských komodit. V druhé fázi bude potřebné nastartovat program s využíváním nadbytečné zemědělské půdy nově zakládanými plantážemi energetických rostlin.

Jednou z možností je lépe a intenzivněji využívat zdroje lesní biomasy. V ČR bylo k roku 1997 2.025.653 ha obhospodařované lesní půdy. V současné době se v ČR těží cca 13,2 mil. m3 dřeva (viz tab. 1). Z těžby je v různých fázích od kácení až do zpracování velké množství odpadu, který by se dal využít v energetice. Jenom v dřevozpracujících podnicích ČR vzniklo 350 tis. tun technologicky a energeticky nezužitkovatelné odpadové suroviny, z níž je asi 50% jemného odpadu (piliny, hobliny apod.). Nezužitkované odpady vznikají především v malých a středních zpracovatelských podnicích. Důvodem je nízká spotřeba tepla na technologické účely daná výrobní činností menších podniků nebo nedostatek finančních prostředků na vybudování bezodpadových technologií.

V ČR bylo zatím nejobvyklejší úpravou dřeva pro energetické využití štěpkování. Cena vstupního materiálu se neuvažovala, protože se předpokládalo, že jde o využití odpadního jinak neprodejného materiálu. Průměrná hodnota úplných vlastních nákladů na výrobu lesní štěpky v ČR je odhadována na cca 400 Kč.m-3 (Simanov, 1993).

Další možností využití stávajících zdrojů pro energetické účely je sláma ze zemědělské produkce. Zemědělský půdní fond v České republice podle údajů Českého statistického úřadu k 1. lednu 1996 vykazoval výměru zemědělské půdy 4,28 mil. ha, z toho orná půda činila 3,143 mil. ha, louky 630 tis. ha a pastviny 272 tis. ha. Ve všech zemědělských podnicích je ještě cca 50% zastoupení obilnin. Odečteme-li slámu potřebnou pro krmení a stlaní (cca 4.160.000 tun) a dále slámu zaoranou potřebnou pro tvorbu organické hmoty v půdě a dále různé ztráty při manipulacích se slámou, je možné využít nejméně 277.000 tun slámy obilovin pro spalování (viz tab. I). Dále je možné spalovat všechnu slámu vytvořenou olejninami hlavně řepkou, která nemá většího praktického využití.

Pokud jde o ekonomiku, potom např. přímé náklady na sklizeň, uskladnění včetně dopravy slámy k topeništi jsou vypočteny v průměru na cca 300 Kč.t-1. Pro briketování řepkové slámy při výkonnosti linky 0,6 t za hodinu uvádí Sladký (1993) předpokládanou cenu paliva pro vlastní potřebu podniku 618 Kč.t-1.

V neposlední řadě je možné spalovat pevný domovní odpad, jehož roční produkce z celkových odpadů v ČR je 0,4 %, což představuje cca 2,6 mil. tun (viz tab. I).

Důležité na všech uvedených komoditách je, že v sobě obsahují relativně vysoký obsah energie. Jejich výhřevnost na hmotnostní jednotku je větší než u běžného hnědého uhlí (viz tab. II). Výhřevnost dřeva a slámy však obecně klesá se zvyšující se vlhkostí. Přesto však např. dřevo s obsahem vody kolem 25 % má v průměru výhřevnost 13,5MJ.kg-1, což je podobná výhřevnost jakou má běžné hnědé uhlí.

Tab. I: Zdroje možné biomasy k energetickému využití v ČR. (Podle různých autorů)

Surovinový zdroj

Plocha (ha)

Výnos z plochy
celkem

Zdroje lesní biomasy:
těžba v lesích celkem

2 024 653

13 200 000 m3 dřeva

produkce klestu celkem  

590 860 m3

odpad při manipulaci na místech odvozu  

80 000 m3

odpad při manipulaci na manipulačně-expedičních skladech  

139 000 m3

palivové dřevo  

780 000 m3

biomasa z prořezávek  

60 000 m3

odpady v dřevo-zpracujícím průmyslu  

350 000 tun

Zdroje slámy ze zemědělství:
Sláma obilovin celkem

1 586 600

7 774 000 tun

Sláma obilovin pro energii (1/4 produkce)

277 000

1 357 300 tun

Sláma kukuřice na zrno

36 000

207 400 tun

Sláma olejnin celkem

300 000

1 350 000 tun

Pevný domovní odpad

2 600 000 tun

 

Tab. II: Porovnání výhřevnosti některých paliv (podle Sladkého, 1989)

Druh paliva

Výhřevnost (MJ.kg-1)

Motorová nafta

42,5

LTO

42,5

TTO

41,45

Uhlí černé1

29,3

Uhlí hnědé (české)

10 - 16

Dřevo palivové při obsahu vody 20 %

14,23

Dřevo palivové při obsahu vody 50 %

8,1

Sláma obilovin (obsah vody 10 %)

15,5

Poznámka: 1/nejlepší světová kvalita

Kromě nejjednoduššího energetického využívání spalováním je možné využívat pro každoročně narůstající biomasu (hlavně dřeva) i dalších možností jako je zplyňování, zkapalňování a chemické zpracování některých derivátů, kdy se vytvářejí zušlechtěná paliva.

Dalšími možnostmi, jak ze zemědělských komodit vytvářet ušlechtilá paliva, je výroba bionafty a etanolu, kde je možné využít běžně pěstované plodiny.

V roce 1995 byla ukončena výstavba výroben bionafty v rámci oleoprogramu MZe ČR, které tento program dotovalo celkovou částkou 750 mil. Kč. Byly vytvořeny kapacity na výrobu cca 60 tis. tun metylesteru. V současné době je u nás kolem 20 výrobců bionafty včetně soukromých. Největším z nich je akciová společnost Milo Olomouc, která má výrobní roční kapacitu 30 000 tun.

V roce 1997 dosáhla produkce metylesteru řepkového oleje (MEŘO) 28 000 tun, což představuje využití zpracovatelských kapacit na 47%. Podle platných předpisů se používá pro produkci bionafty směs s více než 30 % MEŘO zpravidla 31-35 % MEŘO a 66-65 % ropných látek. Při započtení dovozu MEŘO a bionafty dosáhl v roce 1997 prodej bionafty přibližně 170 000 t což představuje kolem 7 % z celkové spotřeby nafty pro vznětové motory v ČR.

V důsledku daňových úlev (5 % DPH u metylesteru řepkového oleje a bionafty) je při prodeji cena bionafty v současné době (navíc při jejich ekologických přednostech) výhodnější ve srovnání s motorovou naftou. Navíc byl v březnu 1999 schválen pro podporu domácí produkce MEŘO (metylester řepkového oleje) dotační titul, zajišťující domácím výrobcům MEŘO přímou dotaci do výše 3 000 Kč.t-1 vyrobeného a prodaného MEŘO. (Situační a výhledová zpráva MZe ČR - olejniny, květen 1999).

Dalším biopalivem, o kterém je v současné době jednáno je bioetanol. Jedná se obdržení státní podpory z výnosu spotřební daně. Uvažuje se, že v první etapě bude bioetanol využíván k přípravě etyl-terciál-butyl-éteru (ETEBE) jako přípravku do bezolovnatých benzínů. V druhé etapě bude bioetanol přidáván do směsí pro dieselové motory. Bioetanol je v ČR také získáván poloprovozně na zařízení s kyselou hydrolýzou slámy při současném získávání ligninu.

Průmyslové lihovary v ČR disponují kapacitou na výrobu 900 000 hl kvasného lihu za rok. Současná roční výroba lihu činí cca 600.000 hl. V programu “lihobenzín” se uvažuje navýšení současných kapacit lihovarů na 1.250.000 hl za rok.

V poslední době se začíná rozvíjet i využívání fytomasy k výrobě fytopaliv pro přímé spalování nebo zplyňování za účelem výroby tepla a popř. i elektřiny. V ČR je vyráběn kompletní sortiment zařízení na spalování fytopaliv až do tepelného výkonu 3 MW včetně energobloků na zplyňování fytomasy pro výrobu tepla a elektrické energie do výkonu 650 kW. Největší rozvoj představuje výroba zplyňujících kotlů na biomasu pro rodinné domky 20-50 kW, kterých bylo vyrobeno více než 30 000 (polovina byla prodána do zahraničí).

Pokud jde o výrobu lihu, lze v současných podmínkách v ČR vyrobit 1 litr bezvodého lihu za 19,63 Kč, tj. za 24,85 Kč za 1 kg. Za předpokladu optimalizace technologií, využití odpadů a při tvorbě cen surovin způsobem obvyklým v zemích EU (kvotace, cenové intervence), bude možné vytvořit podmínky pro snížení ceny lihu na cca 13,50 Kč za 1 litr resp. 16,20 Kč za 1 kg. Podle současných výpočtů vychází celkové náklady na 1 hl etanolu na cca 770 Kč (při zhodnocení výpalků).

V současné době se kromě výše uvedeného klasického upotřebení věnuje velká pozornost využití škrobu i na výrobu etanolu (viz tab. III).

Tab. III. Výtěžnost etanolu u různých polních plodin (Dambroth, 1980)

Plodina

% škrobu (cukru)
v čerstvé hmotě

Výnos produktu (t.ha-1)

Výtěžnost etanolu

(l.t-1 )

(hl.ha-1)

Pšenice

62,0

2–5

370-420

8-20

Ječmen

52,0

2-4

310-350

7-13

Žito

55,5

3,5

360

13

Proso zrno

70,0

2-5

330-370

7-18

Čirok zrno

70,0

1-6

340

3,4-20

Kukuřice zrno

60,0

4-8

360-400

15-30

Kukuřice na zeleno

11,0

47

67

31,9

Řepa krmná

9,7

90

59

53

Řepa cukrová

16,0

30-50

90-100

38-48

Brambory

18,0

20-30

100-120

22-33

Topinambur

17,0

20

77

15

Bataty

26,0

10-20

140-170

16-31

Maniok

28,0

12-15

175-190

22-23

Pro naše podmínky jsou zcela využitelné pro výrobu etanolu především obilniny a kukuřice, částečně i brambory.

Vedle již uvedených zdrojů, které mohou sloužit k energetickému využití se v současné době začínají speciálně pěstovat rostliny za účelem produkce fytomasy. V literatuře se uvádí kolem jednoho sta rostlinných druhů rostoucích po celém světě, které byly vytipovány jako potenciální zdroj pro energetické využití. Zakládají se tzv. energetické plantáže jednoletých nebo víceletých bylin nebo dřevin.

Hlavní rozdíl při pěstování energetických dřevin na plantážích oproti běžnému způsobu, je v době mezi sázením stromů a těžbou dřeva, která je u energetických plantáží kratší (2-8 let). Pro zřizování plantáží rychle rostoucích dřevin se nejlépe hodí eukalypty, platany, topoly, akáty, vrby a olše. Pro naše podmínky nejlépe vyhovuje pěstování topolů (nejvýznamnější jsou topol černý - Populus nigra L., topol balzámový - Populus balsamifera L. a dále kříženci mezi topolem černým a bavlníkovým - Populus x euroamerikana Dode Guinier.) a vrb. Z ostatních druhů, které jsou však málo výkonné, je možno uvažovat o akátu, bříze, olši a osice. Zakládáním plantáží rychle rostoucích dřevin (RRD) je možno účelně využít uvolněnou zemědělskou půdu nebo nevyužívanou půdu např. kolem dálnic, silnic, na důlních výsypkách nebo složištích popele, lokalitách ohrožených imisemi apod.

Při délce trvání obmýtí do 5 let, kdy bývá tloušťka rostlin asi 10 cm, se udává průměrný roční výnos 10 - 20 t hmoty v absolutní sušině z plochy 1 ha. Počet řízků se pohybuje od 3 do 30 tis. (dle druhu dřeviny a sponu). Pařezy se po sklizni nechávají obrazit a cyklus se opakuje 3 - 4x.

Předpokládané normativní náklady spojené s pouhým založením energetické plantáže rychle rostoucích dřevin jsou podle Součkové (1996) následující: provozní náklady v roce založení 6.375 Kč.ha-1, minimální materiálové náklady bez oplocení 41.800 Kč.ha-1, s oplocením 91.800 Kč.ha-1.

Přímo pro účely spalování se ve světě ověřuje několik desítek vybraných jednoletých nebo vytrvalých druhů. Uvažuje se hlavně s využíváním druhů jako jsou ozdobnice čínská (Miscanthus sinensis), Spartina pectinata, Arundo donax, rákos (Phragmites australis), rdesno (Polygonum), vousatice (Andropogon gerardii), vousatec (Pennisetum alopecurdides), milička (Eragnostis trichodes), třtinovec (Erianthus ravene), proso (Panicum virgatum), konopí seté (Cannabis sativa), artyčok (Cynara cardunculus) apod. V podmínkách ČR se dále v polních pokusech ověřují další jednoleté nebo víceleté rostliny jako např. šťovík krmný (Rumex tianshanicus x Rumex patientia), topolovka růžová (Altea rosea), mužák prorostlý (Silphium perfoliatum), bělotrn modrý (Echinops ritro), pelyněk černobýl (Arthemisia vulgaris), lebeda rozkladitá (Artiplex patula), chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea), mračňák (Abutilon) apod.

Výše uvedené rostliny jsou převážně víceleté a u některých se prvním rokem musí vynaložit značné náklady při zakládání porostu. Plné využití připadá v úvahu až druhým nebo třetím rokem. Doba sklizně je obvykle v zimě, kdy mají uschlé rostliny nejmenší vlhkost (kolem 15 až 22 %). U víceletých kultur se předpokládá, že po fázi rozrůstání poskytnou vyšší výnosy než kultury jednoleté. Jednoleté rostliny mají tu přednost, že jsou určeny pro rychlou produkci, jejich setí a sklizeň se provádí pomocí běžné zemědělské techniky. V našich podmínkách připadá z jednoletých nebo víceletých do úvahy pro pěstování ozdobnice, křídlatka, chrastice rákosovitá, rákos, čirok, konopí apod. V současné době je u nás pěstování těchto rostlin v počátku. V ČR je zatím pouze několik hektarů energetických plantáží.

Zajímavé jsou vypočtené ceny některých zemědělských komodit, které lze využít na pěstování pro energetické využití. Např. odhadnutá cena celkových nákladů na pěstování a přípravu chrastice rákosovité pro spalování je při současných cenách 400-500 Kč.t-1 výrazně nižší, než cena stejně výhřevného uhlí včetně případných poplatků vztažených na jeho spalování – viz tab. II (Sladký, 1995). Přímé náklady na pěstování ozdobnice čínské jsou naproti tomu značně vysoké. Za předpokladu, že rostlina bude na pozemku 20 let, vychází náklady v přepočtu cca na 6 250 Kč.ha-1.rok-1 . Je to za předpokladu, že se jako sadby použijí sazenice vypěstované z tkáňových kultur, které jsou drahé. Pokud budeme při založení porostu používat rhizomy cena se až 5x sníží. Také energetická výtěžnost některých rostlin pěstovaných na zemědělské půdě není zanedbatelná jak je uvedeno v tab. IV.

Tab. IV: Energetická výtěžnost některých energetických rostlin (Strašil et al., 1994)

Plodina

Průměrný výnos (t.ha-1) (různé plochy)

Energetický obsah
(MJ.kg-1)

Energetická výtěžnost
(GJ.ha-1)

Miscanthus

15,00

17,887

268,3

Konopí

10,52

18,060

190,0

Hyso

10,66

17,657

188,2

Čirok zrnový

5,78

17,633

101,9

Čirok cukrový

11,48

17,588

201,9

Křídlatka

20,43

19,444

397,2

Slunečnice

8,31

16,700

38,8

Len (sláma)

3,78

18,580

70,2

Koriandr

5,14

18,882

97,0

Řepka ozimá (sláma)

4,74

17,484

82,8

Lnička

4,71

18,840

88,9

Porovnání:      
Sláma obilovin

4,50

15,200

68,4

Hnědé uhlí  

8 – 12

 

Obecně lze říci, že při dosažení hranice 12 t.ha-1 sušiny rostlinné biomasy lze již plodiny považovat za "energeticky" významné. Existují však některé rostliny jako např. chrastice (lesknice) rákosovitá, jejichž pěstování je ekonomicky výhodné i při nižších výnosech. Pokud jde o pěstování tzv. "energetických plodin" je třeba také klást důraz na splnění kvalitativních norem požadovaných průmyslem.

Závěrem je možné konstatovat, že u nás existuje značné množství komodit využitelných pro energetické účely, které jsou zatím z různých důvodů nedostatečně využívány. Tyto důvody jsou hlavně zapříčiněny nedostatečnou legislativou a nedobrou ekonomickou situací, které zatím nedovolují širší využití zmíněných energetických obnovitelných surovin.

Také pokračující nadprodukce potravin může uspíšit zavedení netradičních rostlin pěstovaných pro průmyslové a energetické účely, které na zemědělské půdě nahradí tradiční plodiny.

Literatura:

DAMBROTH, M.: Kann die Landwirtschaft das Erdől (teilweise) ersetzen? DLG – Mitt. 1980, č. 24, s. 1397-1398.

SIMANOV, V.: Dříví jako energetická surovina. Ed. MZeČR, Agrospoj, 1993, 116 s.

SLADKÝ V.: Využití dřevního odpadu k energetickým účelům v zemědělství. SI ÚVTIZ, 3, 1989, 80 s.

SLADKÝ, V.: Spalování biomasy. Agrospoj, č. 19, 1993, 16 s.

SLADKÝ, V.: Příprava paliva z biomasy. Stud. Inform., Ř. Zeměd. Techn. a Stavby, 1995, č. 3, 50 s.

STRAŠIL, Z. - PETŘÍKOVÁ, V. - SKALA, J. - ŠIMON, J.: Present and future possibilities of energy crop production in Czech Republic. FAO-SREN-Workshop, Freising 1994, abstract s. 54.

STRAŠIL, Z. - ŠIMON, J.: The present state and trends of the plant biomass production for energy and industry utilization in Czech Republic. In: Biomass for energy and industry. Proceedings of the 10th European conference and technology exhibition. Würzburg, Germany, 1998, s.800-801.

Předchozí článek     Obsah časopisu       Časopis BIOM, články a sborníky       Domovská stránka CZ BIOMu     Následující článek