Rozvoj výstavby linek mechanicko - biologické úpravy komunálních odpadů v České republice

Společnost Bioprofit s.r.o. zpracovala v červenci 2009 pro Ministerstvo životního prostředí studii týkající se potenciálu rozvoje výstavby linek mechanicko – biologické úpravy (MBÚ) komunálních odpadů (KO) v České republice. Studie je součástí přípravy podkladů pro výzvu na podporu zařízení pro využití komunálních odpadů v rámci OPŽP, prioritní osy 4 a vychází především z výsledků využití MBÚ komunálních odpadů v Německu a Rakousku, provedeného vlastního šetření a analýzy situace v České republice.

Kromě cíle snížit množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů ukládaných na skládky, který je dán směrnicí 1999/31 (ES) o skládkách odpadů, je záměrem MŽP, v souladu se směrnicí č. 98/2008 (ES) a Plánem odpadového hospodářství České republiky, zabezpečit snížení množství komunálních odpadů ukládaných na skládky tak, aby bylo zajištěno využití 50 % hmotnosti papíru, plastů, kovů a skla jako složky komunálního odpadu. Cílovou hodnotou pro MŽP je pak odklonění 1 mil. t SKO v roce 2020 od skládek. Jako potenciální technologie zpracování komunálních odpadů připadají v úvahu především technologie MBÚ se spoluspalováním produkovaného tuhého alternativního paliva (TAP) a přímé energetické využití KO při zabezpečení energetické účinnosti zdroje dle směrnice 98/2008 (ES).

Technologie mechanicko-biologické úpravy odpadů není bohužel doposud definována v legislativě odpadového hospodářství v ČR, jediná definice se nachází ve vyhlášce č. 5/2007 Sb., kterou se mění vyhláška č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy.

Mechanicko-biologická úprava odpadu není sama o sobě technologií na využití komunálního odpadu, ale na jeho úpravu. Mechanickými procesy drcení, sítování a separace je vytříděná spalitelná frakce, nazývaná dle TNI 83 83 02 jako tuhé alternativní palivo (v angličtině je tento materiál nazýván jako SRF - soil recovered fuel, někdy rovněž jako RDF - refuse derived fuels, v němčině pak EBS - Ersatzbrennstoffe) a ta je následně v režimu spoluspalování odpadů dle nařízení č. 354/2002 Sb., ve znění 206/2006 Sb., spálena ve vhodném zařízení. Režim spoluspalování vzniklého TAP je pak jedním ze základních atributů rozvoje této technologie. Kromě TAP jsou technologií vytříděny využitelné magnetické a nemagnetické kovy, a dále je biologicky stabilizován výstup z technologie, tzv. CLO (compost like output) frakce, která je ukládána na skládce odpadů. U CLO frakce je důležitý především ukazatel její biologické stability, který definuje celkovou účinnost systému. Problematiku MBÚ je tedy nutné posuzovat pouze společně se spoluspálením vzniklého TAP.

V současné době lze sledovat v zemích, kde je technologie MBÚ dlouhodobě provozována, trend rozdělení produkovaných paliv z MBÚ KO do dvou základních kvalitativních tříd.

TAP kvality B představují paliva podrobená základní technologické úpravě obvykle sítováním, odstraněním kovů, případně jiným jednoduchým procesem (dle využité technologie). Obvykle se jedná o alternativní paliva svým charakterem stále připomínající odpad. Typický příklad je uveden v následujícím obrázku.

Výhřevnost se obvykle pohybuje mezi 12,5 – 18 MJ/kg. Některé vlastnosti TAP jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka 1: Některé vlastnosti TAP kvality B

Obrázek 1: Některé vlastnosti TAP kvality B

Obr. 1: Některé vlastnosti TAP kvality B

Tento materiál je obvykle spalován ve spalovnách odpadů, monozdrojích a v kotlích s cirkulujícím fluidním ložem. Jeho využití v ostatních spalovacích zdrojích je limitováno zejména jeho mechanickými vlastnostmi, v menší míře pak obsahem nežádoucích příměsí.

TAP kvality A představuje významně kvalitnější materiál, jak s ohledem na mechanické vlastnosti, tak s ohledem na obsah nežádoucích příměsí. Materiál již ztrácí charakteristiku odpadu, jak je patrné z následujícího obrázku. Někdy je zaváděn pojem RDF – premium. Při výrobě tohoto TAP jsou nasazeny další technologie úpravy materiálu – obvykle pneumatická nebo balistická separace, sekundární drcení, odstranění látek bohatých na chlor a další. Některé vlastnosti materiálu jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka 2: TAP kvality A

Obrázek 2: Některé vlastnosti TAP kvality A

Obr. 2: Některé vlastnosti TAP kvality A

TAP kvality A lze spoluspalovat na většině typů elektrárenských uhelných kotlů a v cementárnách. Jak již bylo uvedeno, pro využitelnost technologie MBÚ pro zpracování KO je nezbytné především nalezení vhodného spoluspalovacího zdroje pro produkované TAP v režimu spoluspalování odpadů. Z tohoto důvodu bylo v rámci studie provedeno šetření zájmu o zpracování TAP mezi spalovacím zdroji s výkonem nad 50 MW zahrnujícím především:

• elektrárenská zařízení s fluidními a granulačními (práškovými) kotli a ojediněle se zplynováním
• teplárenské zdroje s fluidními, granulačními (práškovými) nebo roštovými kotli
• cementárny, vápenky a výrobny lupku s pecemi

K vytipování potenciálně vhodných spalovacích zdrojů o jmenovitém tepelném výkonu nad 50 MW byly využity databáze REZZO, IPPC a ERÚ s tím, že původní výčet subjektů byl eliminován s ohledem na použitou technologii spalování. Vyloučeny byly spalovací zdroje pracující na kapalná či plynná paliva, jako je topný olej, zemní plyn apod. Cílem výběru pak byly zvláště velké a velké zdroje znečištění, u kterých je spoluspalování odpadu legislativně možné.

Celkový instalovaný jmenovitý tepelný výkon ve výše specifikovaných existujících potenciálně vhodných spalovacích zařízeních činí cca 32,5 GW. Podíl počtu jednotlivých potenciálně vhodných typů spalovacích zařízení je vidět z následující tabulky.

Tabulka 3: Podíl počtu jednotlivých typů spalovacích zařízení

Z hlediska vhodných typů spalovací technologie je podle instalovaného tepelného výkonu mezi potenciálně využitelnými spalovacími zdroji rozdělení následující.

Graf 1: Instalovaný výkon podle jednotlivých typů kotlů

Graf 1: Instalovaný výkon podle jednotlivých typů kotlů

Z hlediska instalovaného jmenovitého tepelného výkonu potenciálně využitelných zařízení je v jednotlivých krajích tento stav.

Tabulka 4: Podíl instalovaného jmenovitého tepelného výkonu v jednotlivých krajích

Podle zkušeností s přechodem na spoluspalování v Německu a Rakousku činí % podíl využití TAP na celkové hmotnosti spáleného paliva u spoluspalovacích zdrojů na bázi fluidních či granulačních kotlů max. cca 25 %, v průměru se pohybuje kolem 10 %. Pokud se použije analogie spoluspálení 10 % TAP z MBÚ, činí teoretická kapacita spotřeby TAP ve stávajících technologicky potenciálně vhodných spalovacích zdrojích v České republice cca 5 mil. t/rok. Pro zjednodušení předpokládáme stejnou průměrnou výhřevnost TAP jako průměrnou výhřevnost použitých paliv (v průměru hnědé a černé uhlí). Jedná se však o teoretickou hodnotu, kterou je nezbytné korigovat s ohledem na skutečný zájem jednotlivých provozovatelů spalovacích zdrojů. Připravena tedy byla dotazníková akce oslovující v počtu několika desítek hlavní potenciálně vhodné spalovací zdroje a jejich provozovatele. Výsledky úspěšnosti dotazníkové akce jsou shrnuty v následující tabulce.

Tabulka 5: Výsledky průzkumu spalovacích zdrojů

Pozn. U Provozovatele ČEZ byla zjištěna vedle písemné odpovědi týkající se provozovaných tepláren i hromadná odpověď u provozovaných elektráren

Na základě provedeného šetření bylo možné ve studii konstatovat následující informace důležité pro využití TAP:

• obecný zájem mezi provozovateli stávajících klasických spalovacích zdrojů nad 50 MW o využití TAP z MBÚ KO v režimu spoluspalování odpadů je mimo cementáren omezený (např. přetrvává nezájem ze strany ČEZ a.s.), přesto se vyskytují níže uvedené 2 reálné projekty
• vážným zájemcem o zpracování TAP z MBÚ je elektrárna Vřesová vybavená zplyňovacími tlakovými generátory se sesuvným ložem. Potenciální kapacita zpracování TAP z MBÚ činí cca 175.000 t za rok (cca 10 % vsádky paliva). Podmínkou zpracování je dodávka TAP v granulovaném stavu
• dále je připravován projekt přestavby stávajícího granulačního kotle podniku Plzeňská teplárenská a.s. na možnost příjmu TAP v objemu až cca 2x15 tis. t za rok v režimu spoluspalování odpadů, požadovaná minimální výhřevnost 11 MG/kg. Projekt je rozdělen na dvě fáze, každá po 15.000 t za rok. V rámci první fáze je úprava dopravních cest připravena k realizaci v roce 2009 s již vybraným dodavatelem. Druhá část – úprava spalovacího kotle se připravuje k realizaci ve druhém kvartále roku 2010. Na základě výsledků první fáze poté bude přistoupeno k realizaci fáze druhé zahrnující dalších 15 tis. t TAP za rok (horizont cca 2011)
• u cementáren je zájem především o zpracování vysoce energetických alternativních paliv (např. tuky, masokostní moučka, drcené pneumatiky), zájem o TAP z MBÚ je podmíněn jeho vyšší výhřevností. Jako minimální výhřevnost byla požadována hodnota 18 – 22 MJ/kg, což odpovídá produkci jeho vysoce kvalitní části (odpovídá výše popsanému TAP kvality A – RDF premium). Výjimku tvoří cementárna Prachovice, která požaduje minimální výhřevnost 15 MJ/kg, a je tedy schopná zpracovat i TAP z MBÚ nižší kvality. Bylo by tedy nutné v rámci MBÚ instalovat technologie zaměřené na produkci části kvalitnějšího paliva, jak tomuto je často v Německu a Rakousku. Potenciál zpracování vysoce kvalitní části TAP z MBÚ se pohybuje díky technologii rotačních pecí od 15 do 50 % vsádky paliva a pro jedno zařízení tak činí cca 15 – 50 tis. t za rok. Celkem by se tak mohl pohybovat na cementárnách reálný potenciál zpracování TAP z MBÚ v České republice ve výši min. 125.000 t za rok, jedná se však většinou o jeho vysoce kvalitní část (kvalita A). Zbývající ostatní TAP z MBÚ s nižší výhřevností v množství cca 75 tis. tun za rok by muselo být řešeno v rámci jiných spalovacích zdrojů (tyto jsou však potenciálně tři – Vřesová, Plzeňská teplárenská a Prachovice). Cementárny již zpracovávají tuhá alternativní paliva dlouhodobě, není třeba generelně vysokých investičních nákladů na úpravy, přesto na některých zařízeních může dojít k potřebě úpravy dopravních cest a k rozšíření kapacity jeho skladování.

Hlavním důvodem nezájmu převážné části provozovatelů klasických spalovacích zdrojů o spoluspalování TAP z MBÚ KO jsou především:

• legislativa požadující spalování TAP v režimu spoluspalování odpadů, což znamená nutnost instalace kontinuálního měření emisí, úpravy na dopravních cestách. Pro provozovatele toto přináší značná provozní a ekonomická rizika
• nutnost provedení změny Integrovaného povolení na zdroj, což s sebou může nést negativní skutečnosti ve vztahu k veřejnosti a orgánům státní správy
• nedotažená legislativa v oblasti definice tuhých alternativních paliv, požadavků na jejich kvalitu, implementace evropských norem do naší legislativy
• obavy z dodržení kvality TAP na vstupu do zařízení zejména s ohledem na obsah chloru, který se pohybuje v řádu cca 0,5 - 1,2 %, což je cca 1000x více, než např. klasická biomasa
• obavy z technologických rizik zpracování TAP (např. koroze fluidních kotlů, ohrožení dalšího použití energosádrovce, škváry apod. )
• nutnost případných investic do úprav technologie, čištění spalin a měření kvality souvisejících s přechodem na režim spoluspalování odpadu. Tyto investice se předem velmi obtížně odhadují, neboť závisí na účinnosti spalování TAP v reálném prostředí.
• nízká cena klasických fosilních paliv, která brání významnějšímu využití TAP, chybějící pozitivní podpora využívání tuhých alternativních paliv ve srovnání s biomasou
• provozovatelé klasických spalovacích zdrojů (s výjimkou cementáren) vidí převážně v tuto chvíli jako perspektivnější investice do spoluspalování biomasy a to díky dopracované legislativě a systému podpory výroby elektrické energie a tepla ze strany státu

Z hlediska koncepcí krajů a Integrovaných systémů pro nakládání s odpady pak má největší potenciál využití TAP z MBÚ v Karlovarském, Ústeckém, Plzeňském a částečně i Středočeském kraji, a to díky elektrárně Vřesová se zplyňováním TAP na tlakovém generátoru se sesuvným ložem, a dále díky připravované přestavbě kotle v podniku Plzeňská teplárenská. Kapacita zpracování 205.000 t TAP z MBÚ za rok na těchto dvou zařízeních odpovídá kapacitě MBÚ KO ve výši min. 510.000 t za rok (cca 6 velkých zařízení). Dále byla zjištěna možnost využití TAP z MBÚ v Pardubickém kraji a to s kapacitou cca 50.000 t za rok v cementárně Prachovice odpovídající kapacitě linky MBÚ min. cca 125 tis. t za rok.

Obecně převažující zájem cementáren o zpracování vysoce kvalitního TAP z MBÚ pak dává prostor pro rozvoj linek MBÚ i v dalších regionech. Tento zájem je však vázán na nutnost vyřešení využití i části TAP s nižší výhřevností, které doprovází produkci vysoce kvalitního TAP. U vápenek a výroby lupku je situace složitější, jejich technologie neumožňují přímé spoluspalování TAP a vyžadují instalaci přípravných zplyňovacích jednotek. Nejdále se úvahy o regionálním využití MBÚ dostaly na Karlovarském kraji, kde je v tuto chvíli řešena krajská koncepce nakládání s odpady, která počítá s výstavbou linky (linek) MBÚ.

Lze tedy reálně předpokládat, že v období min. prvních 5 let bude v západní části republiky zpracovatelská kapacita na TAP z MBÚ dostatečná. Pro zpracování vysoce kvalitního TAP z MBÚ je v republice dostatečný prostor v existujících cementárnách, zde je však nutné řešit i odbyt zbývající části TAP z MBÚ s nižší výhřevností, spalovací zdroje pro tuto část však neexistují s výjimkou elektrárny Vřesová, připravované přestavby Plzeňská teplárenská a.s. a cementárny Prachovice.

Další část studie byla věnována otázce legislativního rámce v České republice definujícího otázku MBÚ KO a spoluspalování vzniklého TAP. Provedenou analýzou legislativního prostředí byly zjištěny následující skutečnosti:

• chybějící implementace pojmu mechanicko – biologická úprava odpadů do legislativy odpadového hospodářství (např. vyhláška č. 294/2005 Sb.)
• problémy se zákonem č. 76/2002 Sb. v platném znění o integrované prevenci spočívající v problematické definici zařízení na „zneškodnění odpadů“. Linky na MBÚ s kapacitou nad 50 t/den (tj. cca 10.000 – 15.000 t odpadů za rok) by podle názoru zpracovatele měly spadat díky komplexnosti technologie pod tzv. Integrované povolení.
• legislativní problémy s uložením CLO frakce na skládky kategorie S-OO na úrovni vyhlášky č. 294/2005 Sb. a to díky reálně vysokému obsahu DOC, který překračuje limity výluhové třídy II (80 mg/l). Z toho vyplývající komplikace a nemožnost umožnění uložení CLO frakce na skládce komunálního odpadu, např. v samostatné oddělené sekci nevyžadující odplynění bez míchání s ostatním komunálním odpadem. Proto je nutné tuto problematiku řešit např. vypuštěním sledování výluhových ukazatelů u CLO. Dále je třeba řešit úroveň respirační aktivity CLO, např. podle metody AT4 či GS21, GB 21, DRI pro uložení na skládku. Pokud vyjdeme z požadavku vyhlášky č. 341/2008 Sb. o bioodpadech, mělo by toto být méně než 10 mg O₂/g sušiny, což je vyhovující. Další otevřeným problémem je aplikace jednotlivých ustanovení vyhlášky č. 341/2008 Sb. na biologickou části technologie MBÚ. Tyto části se týkají potřebné teploty a doby fermentace materiálu. Nutností je rovněž definice výhřevnosti CLO frakce, což vlastně určuje účinnost vytřídění výhřevných látek v technologii MBÚ. S ohledem na zkušenosti ze zahraničí jej navrhuje zpracovatel studie nastavit na úroveň cca 8 MJ/kg.
• nutnost dořešení provozní legislativy zařízení na úpravu odpadů a to zejména v oblasti zápachu. Lze předpokládat značné kolize s veřejností v rámci přípravy a provozu zařízení s kapacitou v řádu mnoha desítek tisíc tun za rok. Další otázkou je přijetí metodického materiálu, např. Metodického pokynu (jako tomu bylo u bioplynových stanic) k přípravě a navrhování, realizaci a provozu těchto zařízení, aby se předešlo problémům při výstavbě a státní správa by měla k dispozici podklad pro posuzování a povolování těchto staveb. V tomto materiálu řešit otázky volby technologie, procesu aerobní či anaerobní fáze apod. U procesu aerobní fáze stanovit požadavek na kompostování s první fází v uzavřeném prostoru s řízenou aerací a odsáváním vzduchu na biofiltry, po dosažení určitého hodnoty limitu AT4, např. 20 mg O₂/g sušiny možnost přechodu na venkovní kompostovací krechty. Je třeba počítat s tím, že v případě problémů bude negativní dopad těchto zařízení větší, než tomu bylo u bioplynových stanic.
• nutnost dořešení legislativy tuhých alternativních paliv a implementace evropských norem týkajících se této oblasti do našeho práva. V tuto chvíli náš právní řád pojem tuhé alternativní palivo zrušením vyhlášky č. 357/2002 Sb. nezná, zná pouze pojem alternativní palivo v nařízení vlády č. 146/2007 Sb. (toto však má být zrušeno). Implementací TNI by bylo možné využít požadavků na monitoring a management kvality TAP a to v režimu spoluspalování odpadů apod.

Jak již bylo konstatováno, cílem MŽP je zabezpečení zvýšení úrovně využití jednotlivých složek KO v souladu se Směrnicí 98/2008 (ES), zvýšení množství využitelné biologicky rozložitelné části komunálního odpadu. Z tohoto důvodu stanovilo MŽP v rámci OPŽP požadavek na zpracování max. 50 % produkce KO v zařízení MBÚ, ve studii byla proto provedena podrobná analýza dopadů tohoto požadavku na možnost realizace zařízení v jednotlivých krajích.

Při vyhodnocení studie vycházela z produkce KO a SKO v České republice. Produkce KO se v roce 2007 pohybovala v jednotlivých krajích následně

Tabulka 6: Produkce komunálních odpadů v roce 2007

Z hlediska vyhodnocení potenciálu rozvoje MBÚ KO je nutné zohlednit kapacitu existujících spaloven KO v Hlavním Městě Praha, Libereckém a Jihomoravském kraji , která je velmi vysoká a v podstatě řeší většinu produkce SKO, resp. podstatnou část produkce KO.

Graf 2: Využití komunálních odpadů a SKO ve spalovnách (v krajích kde se tato zařízení nacházejí)

Graf 2: Využití komunálních odpadů a SKO ve spalovnách (v krajích kde se tato zařízení nacházejí)

Procento zpracování produkovaného KO v jednotlivých krajích se spalovnami činí cca 50,6 – 54,5 % čímž splňuje podmínku MŽP v rámci OPŽP na zpracování cca 50 % produkce KO (formou MBÚ a energetického využití TAP či přímého energetického využití). Procento využití produkovaného SKO se pohybuje mezi 74 – 91 % a ve výše uvedených krajích tedy nelze reálně počítat s rozvojem větších kapacit MBÚ směsného komunálního odpadu. Ve vazbě na uvažovaný pokles produkce SKO v následujícím období se pak bude kapacita spaloven ještě více přibližovat reálné produkci.

Potenciál rozvoje MBÚ v jednotlivých krajích ve vazbě na požadavek 50 % zpracování KO ve svozové oblasti v rámci OPŽP je shrnut v následujícím grafu:

Graf 3: Maximální možné kapacity MBÚ v jednotlivých krajích (zpracováno 50 % KO v rámci OPŽP) včetně produkce TAP z těchto zařízení (t/rok)

Graf 3: Maximální možné kapacity MBÚ v jednotlivých krajích (zpracováno 50 % KO v rámci OPŽP) včetně produkce TAP z těchto zařízení (t/rok)

Z výše uvedeného přehledu vyplývá, že bez uvážení krajů se spalovnami, mají největší potenciál produkce KO pro MBÚ (zpracování 50 % produkce KO v kraji v rámci OPŽP) Středočeský, Ústecký a Moravskoslezský kraj. V Moravskoslezském kraji se však připravuje zařízení pro přímé energetické využití KO.

Je nutné poznamenat, že krajské bilance nakládání s KO nejsou v tomto ohledu zcela rozhodující, neboť kraje nejsou původci odpadů. Jako investoři budou vystupovat pravděpodobně sdružení měst a obcí, či podnikatelské subjekty v oblasti nakládání s odpady a jejich působnost bude mezi jednotlivými kraji v návaznosti na optimalizaci svozových tras apod.

Teoretická produkce TAP z MBÚ zpracovávajícího KO při dodržení podmínky MŽP (50 % zpracování produkovaného KO oři podpoře projektu z OPŽP) se pohybuje v České republice kolem 712 tis. t za rok. Z toho činí teoretická produkce vysoce kvalitního TAP s výhřevností nad 20 MJ/kg cca 356 tis. t za rok a produkce méně kvalitního TAP s výhřevností kolem 12,5-18 MJ/kg cca 356 tis. t za rok, pokud uvážíme instalaci odpovídajících technologií MBÚ.

Porovnání potenciálu produkce TAP z MBÚ KO při zajištění podmínky MŽP na zpracování 50 % produkce KO s možnou spalovací kapacitou je patrné z následujícího grafu.

Graf 4: Potenciální produkce TAP a spalovací kapacity v jednotlivých krajích

Graf 4: Potenciální produkce TAP a spalovací kapacity v jednotlivých krajích

Ze zpracované studie sloužící k přípravě podkladů pro výzvu k předkládání žádostí na projekty zařízení mechanicko-biologické úpravy odpadů a příslušné infrastruktury a výzvy na úpravu kotlů za účelem splnění podmínek pro spoluspalování odpadů vyplývá, že v České republice existuje reálný potenciál rozvoje této technologie v nejbližším období. Omezujícím faktorem rozvoje jsou však některé legislativní mezery a nedostatky, které je třeba dořešit. Jedná se zejména o problematiku výstupů z MBÚ a kvality TAP.

Největší potenciál rozvoje MBÚ mají Ústecký, Karlovarský, Středočeský, Plzeňský a Pardubický kraj v návaznost na existenci vhodných spalovacích zdrojů na TAP. Technologie MBÚ může na území ČR existovat vedle zařízení na přímé energetické využití komunálních odpadů ve spalovnách. MBÚ pak může představovat vhodné řešení otázky snížení množství KO ukládaných na skládky zejména pro aplikace do cca 100.000 t za rok, ve vazbě na spoluspalovací zdroje. Společnou koexistenci technologií MBÚ a spaloven KO pak dokazuje i vývoj na trhu odpadového hospodářství v Německu a Rakousku, jako nám nejbližších sousedů.

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky