Využití fermentačních zbytků anaerobní digesce jako paliva

Anotace

V současné době se začínají na jednotlivých bioplynových stanicích (BPS) v ČR, zpracovávajících kejdu hospodářských zvířat, zpracovávat spolu s kejdou i různé BRO, a to jednak vedlejší produkty živočišného původu, odpady z potravinářských výrob a prodejních řetězců včetně produktů a vedlejších produktů rostlinné výroby (biomasy). Rozbíhají se i projekty bioplynových stanic na rostlinnou, především kukuřičnou biomasu. Tím narůstá množství digestátu z bioplynového procesu. Digestát se v současné době uplatňuje jako hnojivo v rostlinné výrobě (RV), popř. po separaci jeho tuhá složka k výrobě kompostů. Především u velkých farem pro odchov a výkrm prasat, které nemají vlastní RV, je problém s uplatněním, popř. s likvidací digestátu. Stejný problém může vznikat i u podniku, který nemá bioplynovou stanici s pouhou kejdou. V poslední době se zvyšuje tlak na uplatňování výroby alternativních paliv z obnovitelných zdrojů. Jedním z těchto zdrojů je dřevní odpad z těžby dřeva, nábytkářských výrob, nebo dřevní hmota z plantáží rychle rostoucích dřevin, použit lze i slámu obilovin a energetické byliny . První měření mechanicko-fyzikálních a palivářských vlastností těchto kompozitních paliv jsou nadějná.

Úvod

V současné době se začínají na jednotlivých bioplynových stanicích (BPS) v ČR, zpracovávajících kejdu hospodářských zvířat, zpracovávat spolu s kejdou i různé BRO a to jednak vedlejší produkty živočišného původu, odpady z potravinářských výrob a prodejních řetězců včetně produktů a vedlejších produktů rostlinné výroby (biomasy). Rozbíhají se i projekty bioplynových stanic na kukuřičnou biomasu. Tím narůstá množství digestátu z bioplynového procesu. Digestát se v současné době uplatňuje jako hnojivo v rostlinné výrobě (RV), popř. po separaci jeho tuhá složka k výrobě kompostů. Především u velkých farem pro odchov a výkrm prasat, které nemají vlastní RV, je problém s uplatněním, popř. s likvidací digestátu. Stejný problém může vznikat i u podniku, který nemá bioplynovou stanici s pouhou kejdou. V poslední době se v EU zvyšuje tlak na uplatňování výroby alternativních paliv z obnovitelných zdrojů. Možným způsobem zpracování digestátu je separace a usušení tuhého podílu s následným využitím pro výrobu tuhých alternativních paliv. Separát se může pro výrobu tuhých paliv vhodně kombinovat s dalšími druhy biomasy. Může to být dřevní odpad z lesní těžby, nebo dřevní hmota z plantáží rychle rostoucích dřevin, odpady z dřevařských a nábytkářských provozů, seno, sláma, či jiné záměrně pěstované energetické plodiny.

K dispozici jsme měli vzorky separované vepřové kejdy ze školního statku ČZU Praha v Červeném Újezdě, dřevěné piliny, luční seno a topolovou štěpku. V omezeném množství byl k dispozici i separát z bioplynové stanice na kukuřici v Utzenaichu (Rakousko).

Materiál a metody

Po nadrcení a přípravě jednotlivých komponentů byly nalisovány vzorky briket ze separátu z vepřové kejdy, směsi separátu z vepřové kejdy s dřevěnými pilinami a jako etalon byly použity brikety pouze z dřevěných pilin. Vzorků s přídavkem lučního sena a topolové štěpky nebylo možné vyrobit dostatečné množství pro spalovací zkoušky.

U všech vzorků byly stanoveny vlhkosti vstupních komponentů a výsledné vlhkosti hotových briket. U vzorků briket různého složení byly stanoveny výhřevnost a emisní parametry při spalování. Při spalování se měřila ve spalinách koncentrace CO, CO₂, NO_x,SO₂, O₂ a přebytek vzduchu. Provozní zkoušky proběhly podle ČSN EN 13229 „Vestavné spotřebiče k vytápění a krbové vložky na pevná paliva – Požadavky a zkušební metody“. Protože bylo zkoušeno topné zařízení s uzavíratelným ohništěm, hodnoty tahu komína v závislosti na jmenovitém tepelném výkonu se pohybovaly v předepsaném rozmezí 12 ± 2 Pa (hodnoty statického tlaku v měřícím úseku spalin). Při měřeních byla průměrná koncentrace oxidu uhelnatého a dalších plynných emisí přepočtena na 13 % obsah kyslíku (O₂). Podle zmíněné normy musí průměrné hodnoty oxidu uhelnatého ve spalinách splňovat mezní hodnoty pro příslušnou třídu CO, tak jak uvádí tab. 1.

Výsledky a diskuse

Na laboratorním lisovacím zařízení VÚZT bylo zkoušeno lisování briket ze separátu z vepřové kejdy (dále jen separát), směsi separátu z vepřové kejdy s dřevěnými pilinami a jako etalon pro spalovací zkoušky byly vyrobeny brikety pouze z dřevěných pilin.

Zároveň jsme ověřovali lisovatelnost směsí separátu a několika rostlinných materiálů. Jako příklad uvádíme seno a topolovou štěpku, viz obr. 3. Jak jsme již uvedli, vzorků s přídavkem lučního sena a topolové štěpky nebylo možné vyrobit dostatečné množství pro spalovací zkoušky. Ověřili jsme však relativně dobré vlastnosti těchto směsí pro výrobu briket, případně pelet. Nalisované vzorky briket ze separátu a pilin byly podrobeny palivářskému rozboru a spalovacím zkouškám.

Složení všech tří vzorků s vepřovým separátem a pilinami je velmi podobné, trochu jiné je to u vzorku z rakouského Utzenaichu, kde je vyšší koncentrace popelovin, dusíku, síry a chloru.

Je nutno poznamenat, že se jedná o první ověření podobného paliva při spalovacích zkouškách. Emise CO i NO_x se při spalování těchto kombinovaných paliv z biomasy překvapivě pohybovaly na nižších hodnotách, než měly dřevěné brikety. Emise rovněž nedosahují kritických hodnot a vejdou se do limitu emisí oxidu uhelnatého pro lokální spotřebiče na pevná paliva podle ČSN EN 13229.

Závěr

Vypracovaný metodický postup výroby biopaliv ze separátu a rostlinné biomasy biomasy umožňuje pokračovat v dalším laboratorním a poloprovozním ověřování výroby a využití těchto kombinovaných paliv k energetickým účelům. Pro jednotlivá paliva je vhodné hledat optimální složení z hlediska výhřevnosti, mechanicko-fyzikálních vlastností a přepraví odolnosti (otěr, odrol). Z ekonomických důvodů může být účelné tato paliva vyrábět ze separátu z bioplynových stanic, nebo z dlouhodobě skladované kejdy velkochovů hospodářských zvířat. Bilančně se jeví výhodné tato biopaliva vyrábět u bioplynových stanic s elektrickým výkonem 500 až 1000 kW_el, kde je k dispozici téměř stejně velký využitelný tepelný výkon.

Tyto výsledky byly získány s přispěním grantového projektu NAZV QF 3160 “ Výzkum nových technologických postupů pro efektivnější využití zemědělských a potravinářských odpadů” a výzkumného záměru MZE 0002703101 ”Výzkum nových poznatků vědního oboru zemědělské technologie a technika a aplikace inovací oboru do zemědělství České republiky financovaných z výdajů na výzkum a vývoj z rozpočtové kapitoly Ministerstva zemědělství ČR.

Literatura

[1] Hutla P.: QF 3153 Energetické využití odpadů z agrárního sektoru ve formě standardizovaných paliv, výzkumná zpráva Z-2472, VÚZT v.v.i., Praha 2006

Tento článek byl převzat v rámci spolupráce s magazínem Agritech Science.

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu