Profity a úskalia výroby ušľachtilých biopalív

1. Úvod

Výroba ušľachtilých tuhých biopalív je vhodnou cestou ako energeticky efektívne zhodnotiť biomasu a ďalší energetický odpad. Palivo v 21. storočí musí okrem energetických, environmentálnych a ekonomických kritérií spĺňať aj kritérium vysokého komfortu a bezpečnosti pri jeho spaľovaní. Moderný energonosič musí mať rovnomernú veľkosť frakcie, hustotu, vlhkosť a vhodný tvar. Technológiami transformujúcimi biomasu do biopalív s požadovanými vlastnosťami sú technológie zhutňovania, medzi ktoré patrí hlavne briketovanie a peletovanie.

2. Technológie zhutňovania

Technológie zhutňovania sú jedným z možných riešení ako transformovať drevný odpad na moderné palivo. V minulosti bola na Slovensku rozšírená najmä technológia briketovania. Na domácom trhu sú rozšírenejšie brikety v tvare valca alebo kvádra. Veľmi progresívne sa v poslednom období rozvíja technológia peletovania.

Pelety (obr.1) sú vysoko komprimované výlisky výhradne valcového tvaru s priemerom maximálne 25 milimetrov, tab. 1. Výnimočnou výhodou peliet v porovnaní s briketami či palivovým drevom je, že majú niektoré vlastnosti voľne sypaných materiálov. To umožňuje plnú automatizáciu paliva v procese spaľovania aj v malých kotloch. Majú vysokú homogenitu, horia ustáleným a plynulým plameňom 10-20 minút.

V porovnaní so štiepkou majú zaručenú nízku relatívnu vlhkosť (12 %), tab. 1 aj z toho dôvodu, že pelety s vyššou vlhkosťou prakticky nie je možné vôbec vyrobiť. Nízka hodnota vlhkosti má priaznivý vplyv aj na životnosť samotných kotlov. Medzi nevýhody môžeme zaradiť ich nižšiu mernú hmotnosť a vysoký pomer povrchu k objemu. V dôsledku tohto pomeru horí peleta v porovnaní s briketou podstatne kratšiu dobu a súčasne má vysoký pomer povrchu k objemu nepriaznivý vplyv na životnosť otvorov lisovacích matríc.

Zavedenie technológie peletovania je v porovnaní s briketovaním spojené s vyššími investíciami tak pri samotnom nákupe technológie, ako aj u konečného užívateľa paliva. Pre efektívne spaľovanie peliet potrebujeme špeciálne spaľovacie zariadenie na strane spotrebiteľa. Aj napriek tejto nevýhode môžeme konštatovať, že v porovnaní s briketami, kde trh už kulminuje k vrcholu, je výroba peliet veľmi dynamicky sa rozvíjajúcim odvetvím palív.

Tab.1 Porovnanie európskych noriem pre pelety [1]

	DIN 51 731 Nemecko	Ö-Norm M 7135 Rakúsko	DINplus Nemecko	SS 18 71 20 Švédsko
Priemer [mm].	4 -10	4 –10	nie je určený	25
Dĺžka [mm].	50	5 x d	5 x d	5 x d
Hustota [kg/dm3].	1,0-1,4	1,12	1,12	nie je určená
Relat. vlhkosť [%].	12	10	10	10
Sypaná hustota [kg/dm3].	Nie je určená	Nie je určená	nie je určená	500
Oter [%]	Nie je určený	2,3	2,3	nie je určený
Obsah popola [%]	1,5	0,5	0,5	1,5
Výhrevnosť [MJ/kg]	17,5 - 19,5	> 18	> 18	> 16,9
Obsah síry [%]	< 0,08	< 0,04	< 0,04	< 0,08
Obsah dusíka [%]	< 0,3	< 0 ,3	< 0 ,3	nie je určený
Obsah chlóru [%]	< 0,03	0,02	< 0,02	< 0,03
Obsah arzénu [mg / kg]	< 0,8	Nie je určený	< 0,8	nie je určený
Obsah olova [mg / kg]	< 10	Nie je určený	< 10	nie je určený
Obsah kadmia [mg / kg]	< 0,5	nie je určený	< 0,5	nie je určený
Obsah chrómu [mg / kg]	< 8	nie je určený	< 8	nie je určený
Obsah medi [mg / kg]	< 5	nie je určený	< 5	nie je určený
Obsah striebra [mg / kg]	< 0,05	nie je určený	< 0,05	nie je určený
Obsah zinku [mg / kg]	< 100	nie je určený	< 100	nie je určený
Aditíva [%]	nepovoľuje	< 2	< 2	druh a množstvo musí byť uvedené

3. Situácia na trhu - profity

Technológie zhutňovania sú rozšírené najmä v USA, Nemecku, Rakúsku, Švédsku či Dánsku. Obľúbeným biopalivom v susednom Rakúsku v minulosti boli hlavne brikety. Pelety sa objavili na trhu s palivami pred dvanástimi rokmi a viacerí odborníci a inštitúcie im nedávali veľké šance. V roku 2000 sa v Rakúsku vyrobilo už asi 60 000 ton, v roku 2003 už 200 000 ton. Prognózy uvádzajú, že v roku 2006 by sa malo v Rakúsku vyrábať už 700 000 ton a podľa predpovede Energieverwertungsagentur, [1] sa ich spotreba do roku 2009 zvýši na neuveriteľných 900 000 ton. Vo Švédsku sa v súčasnosti vyrába asi 700 000 ton ročne a v Spojených štátoch až 750 000 ton.

Na Slovensku a v Českej republike sú tieto technológie málo rozšírené a zďaleka nevyužívajú surovinový potenciál, ktorý im poskytuje pôdohospodárstvo. V obidvoch štátoch pritom ide o veľmi dynamicky rozvíjajúce sa odvetvie podnikania. Dôkazom toho je každý rok zvyšujúca sa produkcia týchto palív a narastajúci záujem podnikateľov o vypracovanie nových projektov v tejto oblasti. Brikety a pelety vyrobené na Slovensku či v Čechách sa na domácom trhu predávajú len v minimálnom objeme a viac ako 90 % vyrobenej produkcie sa exportuje. Faktom je, že záujem o nákup je obrovský. Svedči o tom aj fakt, že cena ušľachtilých biopalív medziročne vzrástla o 80 percent. Na Slovensku je v súčasnosti asi 18 výrobcov brikiet a 5 výrobcov peliet. V roku 2005 sa u nás vyrobilo približne 60 tisíc ton brikiet a asi 40 tisíc ton peliet. Medzi známych výrobcov peliet so stabilne zavedenou výrobou patria firmy Drevomax v Oravskom Podzámku, PALI-ENERGY v Sládkovičove, Amico Drevo v Oravskom Podzámku, Biomasa v Kysuckom Lieskovci a AVS Plus v Bratislave. Pritom výrobná kapacita inštalovaných liniek je podstatne vyššia. Napríklad len linka firmy PALI-ENERGY v Sládkovičove má kapacitu viac ako 20 tisíc ton peliet ročne, AVS Plus viac ako 40 tisíc ton peliet, Biomasa v Kysuckom Lieskovci 12 tisíc ton.

Medzi firmy, ktoré začali vyrábať pelety v poslednom období, môžeme zaradiť aj firmy ZS-Holz v Nálepkove a JUGI v Poltári. Firma ZS-Holz začala reálne výrobu v júli minulého roku na peletovacom stroji TL 700 B s výkonom 1400 kilogramov za hodinu. Žiaľ musím konštatovať, že výroba nie je ani takmer po roku zabehnutá a firma sa skôr trápi ako vyrába pelety.

4. spolupráca katedry s praxou

Katedra výrobnej techniky sa už niekoľko rokov venuje materiálovému a energetickému zhodnocovaniu biomasy. Naše aktivity môžeme rozdeliť do troch oblasti, na vývoj technológií, vývoj strojov a návrhy projektov. Za prvú oblasť treba spomenúť, že sme spracovali viac ako 30 druhov rôznych materiálov. V oblasti vývoja strojov sme na katedre vyvinuli modulový drviaci stroj DZ 240, bubnový rotačný triedič TR 2000 a modulový dopravný a skladovací systém. Komerčne úspešný je aj mechanický briketovací lis BZ 50-250. Z prebiehajúcich výskumných aktivít sú významné hlavne skúšky nového konštrukčného princípu peletovacieho stroja či vývoj zhuťnovacieho stroja novej generácie, produktom ktorého bude úplne nový tvar výlisku, obr. 2. Významná je aj tretia oblasť – návrhy projektov. Na katedre sme doposiaľ riešili 16 projektov briketovacích a peletovacích liniek, z toho 11 pre slovenských a 5 pre zahraničných partnerov. Návrh optimálnej technológie je závislý od finančných zdrojov, množstva, druhu a kvality spracovávanej suroviny, od dodavateľsko - odberateľských vzťahov, atď. Pre konkrétneho záujemcu preto robíme expertný posudok zameraný na výber technológie a ekonomiku budúcej výroby.

Napríklad projekt firmy JUGI vznikol aj v dôsledku významnej finančnej pomoci Európskej únie a celý projekt sme vypracovali na našom pracovisku. Prednosťou linky je, že umožňuje vyrábať súčasne brikety aj pelety. Linka produkuje za hodinu približne 900 kilogramov peliet a 700 kilogramov brikiet. Na linke práve v týchto dňoch začala skúšobná prevádzka. Pohľad na návrh technológie je zrejmý z obrázka 3, reálny pohľad na linku je na obr. 4.

Z pripravovaných projektov je vhodné spomenúť aspoň tie najväčšie. Peletáreň v Martine je projektovaná na ročnú kapacitu 30 tisíc ton peliet a projekt v Polomke počíta s výrobou až 60 tisíc ton peliet ročne. O veľkom boome v peletovaní svedčí aj počet firiem, ktoré chcú v blízkej budúcnosti spustiť výrobu. Patria sem firmy SLOVPELLET Banská Bystrica či PELLETS ZIPSER Spišská Nová Ves.

Obr. 3: Projekt technologickej linky na výrobu brikiet pre firmu JUGI Lučenec

Obr. 4: Pohľad na linku na výrobu peliet a brikiet pre firmu JUGI Lučenec

5. Úskalia

Podľa nášho názoru sú tri základné problémy, ktoré vplývajú na reálne vyrábané množstvá, konečnú cenu a rozšírenie využívania tuhých biopalív na Slovensku. Sú to: kvalita, množstvo a cena spracovanej suroviny, správne navrhnutá technológia, absencia podporných opatrení.

Správnym postupom v procese prípravy dosiahneme to, že náš projekt bude skutočne kvalitne vypracovaný a budúca prevádzka bude prosperovať. Veľmi často sa vo fáze rozhodovania zabúda na samotnú expertízu. Ta v sebe zahrňuje: voľbu vhodnej lokality, analýzu množstva a kvality reálnej suroviny, analýzu vhodných typov strojov a ich výkonu, analýzu odbytu, spôsob financovania projektu, etapy výstavby projektu, skúšky spracovanej suroviny, ekonomiku budúcej výroby, zisky a návratnosť vložených investícií.

Až na základe výsledkov vykonanej expertízy by malo padnúť definitívne rozhodnutie o budúcej investícii. Podcenenie ktoréhokoľvek kroku môže mať v budúcnosti veľmi vážne dôsledky.

Kvalita a množstvo spracovanej suroviny

Kvalita spracovanej suroviny má významný vplyv na kvalitu konečného biopaliva. Treba si uvedomiť, že existuje veľký rozdiel medzi spracovávanými surovinami. Platí to napríklad aj pri spracovaní samotnej drevnej suroviny. Je rozdiel či vyrábame výlisky z mäkkého alebo tvrdého dreva. Dokonca sú lisy, ktoré nedokážu surovinu z tvrdého dreva vôbec lisovať. Pri peletovaní sú nároky na spracovávanú surovinu ešte vyššie ako pri briketovaní. Surovina musí byť čistá, bez kôry či cudzích prísad, nesmie byť začernalá, kontaminovaná. Na trhu sú, na rozdiel od brikiet, požadované takmer výlučne biele pelety. A tu je druhý problém - nedostatok vhodnej drevnej suroviny. Kvalitné drevné piliny sa už dnes predávajú aj za cenu 240 korún za kubický meter. V prepočte je cena za tonu suchých pilín až 1500 korún.

Vysoké náklady za drevnú surovinu a náklady za energiu môžu položiť viacerých producentov peliet či brikiet. Preto sa stále viac treba orientovať aj na nové zdroje suroviny. Rýchlorastúce dreviny sú zatiaľ náročné na vstupné investície spojené so založením plantáže a s nákupom špeciálnej techniky. V Čechách a na Slovensku zatiaľ ani jeden producent ušľachtilých tuhých biopalív nevyužíva pre ich výrobu surovinu z rýchlorastúcich drevín. Perspektívna je z tohto pohľadu fytomasa. Pri relatívne vysokých hektárových výnosoch nevyžaduje špeciálnu techniku, je spojená a malými nákladmi na sušenie. Optimálnym riešením je, keď lisovaná fytomasa je odpadovým produktom pestovanej kultúry, ako napríklad slama z obilia.

Správne navrhnutá technológia

V našej spoločnosti existuje pomýlená predstava, že briketovať či peletovať môže každý, že lisovať je možné takmer všetko a hlavne pri minimálnych požiadavkách na vynaložené investície. Budúci producenti majú často málo informácií či už o technológii alebo o reálnej ekonomike výroby ušľachtilých tuhých biopalív. Potom dochádza k rozčarovaniu, keď linka nie je zisková, či dokonca vykazuje stratu. Pri porovnaní technológií briketovania a peletovania môžeme konštatovať, že peletovanie je podstatne náročnejšie ako briketovanie. Pri peletovaní sú vyššie nároky na vynaložené investície, kvalitu spracovanej suroviny a technologickú disciplínu výroby.

Výber vhodného lisu prakticky najdôležitejším krokom pri návrhu celej linky. Ovplyvňuje kvalitu a množstvo vyrobenej produkcie. Základným kritériom pri výbere lisu je druh spracovaného materiálu. Ak uvažujeme lisovať drevnú hmotu musíme vyberať z lisov, ktoré sú určené na lisovanie dendromasy, keď plánujeme lisovať trávnatú hmotu, musíme vyberať medzi strojmi, ktoré sú určené na lisovanie fytomasy. Vystríhame pred použitím lisov radu TL či granulátora Gr6, ktoré majú vo svojej ponuke Gama Pardubice a Vzduchotechnika Rokycany na lisovanie drevnej hmoty. Stroje nie sú konštrukčne zlé, ale boli vyvinuté pre peletovanie trávnatých porastov (lucerna, ďatelina ... ). Nie sú dimenzované na tak veľké zaťaženia a tlaky, aké sa vyžadujú pri lisovaní dreva. Často potom dochádza k závažným poruchám a haváriám na týchto strojoch. O problémoch a haváriách pri peletovaní drevnej biomasy na uvedených strojoch sa môžete informovať u firiem HOLZ Produkt v Prešove či v PD Jabloňové. Posledným dôkazom môjho tvrdenia je už spomínaná firma ZS-Holz z Nálepkova, ktorá použiva na výrobu peliet z dreva lis TL 700. Preto neodporúčame potenciálnym producentom peliet orientovať sa týmto smerom.

Najviac používanými peletovacími lismi sú stroje od firmy CPM Europe, obr. 5. Na uvedených strojoch vyrábajú pelety firmy PALI-ENERGY Sládkovičovo, Amico Drevo Oravský Podzámok a Biomasa Kysucký Lieskovec. Je reálny predpoklad, že aj v oblasti výroby peletovacích strojov sa situácia na Slovensku zmení k lepšiemu. Okrem už spomínanej prípravy výroby malého peletovacieho lisu v TOPOS Továrniky v Topolčanoch, začali sa vyrábať veľké peletovacie lisy vo firme TS MOTORY v Martine. Ide o lisy s výkonmi 1000 až 5000 kilogramov, s progresívnou konštrukciou dvoch po sebe sa odvaľujúcich valcových matríc, ktoré sú súčasne aj lisovacími nástrojmi. Na uvedenú konštrukciu EcoTre System vlastní firma AVS Plus Bratislava výhradnú licenciu. Významné aktivity v príprave výroby peletovacích strojov začali aj v Matadore Púchov a ZŤS Dubnica.

Absencia podporných opatrení

Jednotlivé štáty EÚ pristupujú k podporným opatreniam využívania OZE diferencovane, ale so spoločným cieľom splniť záväzok EÚ, dosiahnuť 12 % podiel OZE na celkovej spotrebe primárnych energetických zdrojov. Za zmienku stoja najmä:

• garantované výkupné ceny pri výrobe bioplynu, tepla a elektrickej energie z biomasy, (Česká republika, Rakúsko, Nemecko, Maďarsko, Slovinsko, Holandsko),
• bonusy pri energetickom zhodnocovaní odpadov s vysokým podielom biologickej zložky, (Rakúsko, Nemecko),
• bonusy pre necentralizovanú výrobu tepla a elektrickej energie (Česká republika),
• investičná podpora projektov až do výšky 30 % pri nových projektoch (Rakúsko, Nemecko, Fínsko),
• vrátenie daní za energiu (Fínsko, Holandsko),
• odpustená daň z CO₂ pri zhodnocovaní biomasy (Slovinsko).

Medzi hlavné prekážky rýchlejšieho rozšírenia technológií zhutňovania podľa nášho názoru patria:

• Malá ochota štátu finančne podporiť formou dotácií, resp. daňových úľav, tak na budovanie nových technológií zhutňovania, ako aj rozšírenie podielu biopalív na celkovej energetickej spotrebe štátu.
• Nie sú vypracované, resp. oficiálne prevzaté normy pre zušľachtené palivá. Medzinárodné normy na pelety nepoznajú pojem priemyselné pelety, ktoré by mohli byť vyrobené aj z inej suroviny ako drevný odpad (fytomasa, vhodný organický odpad). Veľa projektov ostáva nedoriešených len preto, že nie sú normy na alternatívne biopalivá.
• Neexistuje vnútorný trh so zušľachteným biopalivom. Nie je vybudovaná logistika dopravy, distribúcie a predaja s peletami. Trh s biopalivami je pritom náročnejší ako napr. trh s uhlím alebo s plynom, pri ktorom je vybudovaná distribučná sieť.
• Technológie sú investične nákladné pri relatívne dlhej dobe návratnosti. Reálna doba návratnosti investícií do technológií zhutňovania vychádza na 4-8 rokov,
• Klesajúce množstvo drevnej biomasy neúmerne zvyšujú jeho cenu. Pri materiálovom zhodnotení drevných pilín sa dosahuje vyššia miera zisku ako pri energetickom zhodnotení. Napríklad výrobcovia aglomerovaných dosiek (Kronospan, Swedwood) ponúkajú pri nákupe až o 30 % vyššiu ceny. Tým sa množstvo pilín znižuje a neúmerne rastie ich cena.

Literatúra

[1] World Sustainable Energy Days. [Zborník prednášok] Wels, Horné Rakousko, 8-9. 3. 2005, 572 s.
[2] Projekt vedy a výskumu číslo: 2003 SP 26 028 0C 04. Technológia výroby a zariadenie na výrobu modifikovaného energonosiča. Bratislava December 2003, 84 s. Zodpovedný riešiteľ: ŠOOŠ, Ľ.
[3] Šooš, Ľ. a kol.: Drevný odpad... čo s ním?. Energetické centrum Bratislava, , EC august 2001, 120 s.
[4] ŠOOŠ, Ľ. a kol.: Komplexný projekt briketovacej linky. HZ 9/2003, Bratislava, marec 2003, štyri súčasti, 50/42/45/16 s, a príslušná výkresová dokumentácia

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.

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