Bioenergie se zápornými emisemi skleníkových plynů

Fosilní paliva, ať už se jedná o zemní plyn nebo třeba uhlí, uvolňují při jejich energetickém využití do atmosféry značné množství skleníkových plynů, které byly po miliony let bezpečně uloženy. Jejich spalováním tak vypouštíme do ovzduší zásoby CO₂, které již svůj uhlíkový cyklus dokončily a měly zůstat součástí podloží. Přidáváme tak do oběhu plyny, které planeta nestíhá zpátky zpracovat. Oproti tomu lokálně využitá odpadní biomasa je z hlediska uhlíkového cyklu neutrální. 

Odpadní biomasa uvolňuje do atmosféry jen takové množství emisí uhlíku, které sekvestrovala z atmosféry při vlastním růstu rostliny. Existují navíc moderní technologie, které šly v tomto směru ještě dál a část uhlíku z biomasy při energetickém využití trvale ukládají do vhodného prostředí. Výsledkem je bioenergie se zápornými emisemi skleníkových plynů.

Původ uhlíku v biomase a fosilních palivech je různý

Rostliny z hlediska koloběhu uhlíku během svého růstu pomocí fotosyntézy vstřebávají oxid uhličitý a využívají ho jako stavební kámen pro své buňky. Tím vzniká biomasa, jejíž hlavní součástí je právě uhlík vstřebaný z atmosféry. Zjednodušeně řečeno, biomasa využitá při vytápění uvolňuje do atmosféry ekvivalentní množství emisí uhlíku, které bylo za dobu růstu rostliny do biomasy uloženo. Proto se při dodržení základních principů, jako je energetické využití udržitelné odpadní anebo zbytkové biomasy, můžeme bavit o uhlíkové neutralitě. 

Opačně tomu je pochopitelně u fosilních paliv. Ať už jde o ropné produkty, uhlí, nebo zemní plyn, prvopočátkem byla biomasa, která v sobě uložila velké množství uhlíku z atmosféry a po dobu mnoha milionů let byl tento uhlík bezpečně uložen hluboko v zemském podloží. Spalováním fosilních paliv tak zvyšujeme relativní množství uhlíku v atmosféře a v podstatě vypouštíme emise uhlíku, které byly v atmosféře před miliony let. Zvyšování koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře má pak za následek jevy spojované s globálním oteplováním, které negativně ovlivňují klima na naší planetě. 

Moderní technologie využívající biomasu

Do popředí se nyní dostávají pilotní technologie spojující bioenergii (tedy energii z biomasy) se zachycováním uhlíku a jeho následné využívání anebo ukládání. Jednou z takových technologií je zkráceně BECCS (BioEnergy with Carbon Capture and Storage), tedy bioenergie se zachycováním uhlíku a jeho uložení. Můžeme si ji představit jako klasickou teplárnu na biomasu, nicméně nedochází ke standardnímu vypouštění emisí z kotle přes komín do atmosféry, ale ke koncentrování uhlíku a jeho následnému transportu a uložení do hlubokých uložišť například po zemním plynu. Tam časem dochází k mineralizaci uhlíku a jeho trvalému uložení. 

Tyto technologie staví na principu uhlíkové neutrality biomasy a následné sekvestraci uhlíku, čímž při hodnocení uhlíkového cyklu dochází k tzv. záporným emisím skleníkových plynů. To znamená, že emisní stopa výsledného produktu (například tepla) má emisní stopu ještě nižší, než při klasickém spalování biomasy a napomáhá snižování koncentrace skleníkových plynů v atmosféře. Technologie BECCS jsou vhodné především tam, kde je dobrá dostupnost již existujících hlubinných uložišť po těžbě zemního plynu. 

V případě využití oxidu uhličitého, namísto trvalého uložení, pak existují koncepty nazývané jako BECCU (BioEnergy with Carbon Capture and Utilization), tedy bioenergie se zachycováním uhlíku a jeho využití. Nicméně využití tak velkého množství oxidu uhličitého, které při spalování vzniká, je velmi komplikované.

Inspiraci nalezneme také u Indiánů v Amazonii

Další technologie, vhodná i pro malé a střední výtopny, je zaměřená na energetické využití biomasy, při kterém část paliva zuhelnatí za vzniku tzv. biocharu. Ten si můžeme představit jako obdobu dřevěného uhlí. Jedná se o hydrofobní, mikroporézní formu biomasy, která je chemicky velmi stálá. Technologie, při kterých vzniká biochar, který se následně uplatňuje pro sekvestraci uhlíku, se nazývají BCR (Biochar Carbon Removal), tedy odstraňování uhlíku pomocí biocharu. Podobně jako BECCS/U lze při dodržení specifických podmínek aplikovat záporné emise uhlíku. Ukázalo se totiž, že biochar je velmi stálou formou biomasy, při využití v zemědělství dokáže dlouhodobě sekvestrovat uhlík a má velmi pozitivní vliv na půdu. 

Využití biocharu pro zlepšování vlastností půd přitom není novinkou posledních let. V Amazonii lze na určitých místech deštného pralesa nalézt velmi úrodnou antropogenní půdu, která se nazývá Terra preta. Přirozená půda v deštných pralesech je chudá na živiny a její obhospodařování je poměrně náročné. Původní indiánské kmeny však po stovky let cíleně do obdělávané půdy přidávaly vrstvy mimo jiné i zuhelnatělé biomasy (biocharu) a organických hnojiv. Výsledkem je výrazně úrodnější půda než původní neobdělávaná. Obsahuje mnohem více živin, je odolná vůči vodní erozi a pěstované plodiny mají vyšší výnosy. Mnoho vědců je přesvědčeno, že právě biochar indiáni přidávali do půdy zcela záměrně pro zlepšení vlastností půdy. Dnes je k dispozici řada studií a dlouhodobých výzkumů vlivu biocharu na půdu, které potvrzují zmíněná pozitiva.

Na rozdíl od BECCS/U jsou biocharové technologie BCR využitelné v mnohem širším měřítku. Není potřeba zajišťovat dostupnost hlubinných uložišť nebo sítě zemního plynu, což je velká limitace první zmíněné technologie. U biocharu je klíčem vhodná spalovací technologie, která dokáže energeticky využívat biomasu i bez přístupu vzduchu. Mohou to být například pyrolýzní, nebo zplyňovací jednotky. V malém měřítku lze biochar dokonce vytvořit i v domácích podmínkách podobně, jako se dřív produkovalo dřevěné uhlí. Vzniklý biochar je poté možné lokálně uplatnit jako hnojivo.

Výhled do budoucna a první projekty

Pro uplatnění emisní úspory se budou muset provozy certifikovat dobrovolným certifikačním rámcem. Ten zaručí jednotný přístup a metodiku zhodnocení emisní stopy. Výsledkem budou obchodovatelné úspory emisí, kdy si zákazník v rámci své zelené politiky pořídí výrobek nebo energii s nízkou nebo i zápornou emisní stopou. 

Úsporu emisí nebudou certifikovat pouze technologie BECCS/U nebo BCR. Bude možné ukládat uhlík i jinými způsoby, jako je trvalé ukládání uhlíku z biomasy do určitých skupin výrobků s dlouhou životností. Zejména se jedná o konstrukční materiály na bázi biomasy, kde je předpoklad životnosti v desítkách let. Další možností je tzv. carbon farming, tedy podpora procesů vedoucí k přirozené sekvestraci uhlíku, například v zemědělské půdě nebo v lesích. 

V malém měřítku již fungují první biocharové projekty, nicméně fungujících projektů BECCS/U je prozatím celosvětově málo. To se má ale brzy změnit, s prvními instalacemi BECCS u nás po roce 2040 v rámci snižování emisí počítá například Vnitrostátní plán ČR v oblasti energetiky a klimatu (NEKP). 

Velmi zajímavý projekt se brzy začne budovat ve Švédsku, má se jednat o Stockholm Exergi BECCS projekt. Půjde o lokální teplárnu zásobující město teplem s potenciálem odstranit 800 000 tun CO₂ za rok při zachycení 90–95 % emisí. Spuštění je naplánováno za tři roky a ekonomicky je tento projekt postaven na třech pilířích. Prvním je Evropský inovační fond, druhým je státní podpora a třetím je prodej uhlíkových kreditů, které budou odpovídat uspořenému množství uhlíku. Další projekty v Evropě lze očekávat v průběhu následujících deseti let.

Článek byl publikován v Energii 21 1/2025 a týdeníku Zemědělec 9/2025 a časopisu Biom 1/2025 S bioenergetikou na cestě k uhlíkové neutralitě.

Tweet

Technologie zvyšující efektivitu výroby bioplynu

Bioodpady z našich kuchyní: Cesty k hygienickému a udržitelnému zpracování

Efektivní hospodaření s digestátem

Výpočty úspor emisí v bioplynu, biometanu a pevné biomase

Inovace BPS od Johann Hochreiter s.r.o.