Jak se staví malá bioplynka

Bioplynová stanice již není výsadou jen velkých zemědělských podniků. I na malých farmách lze postavit a provozovat tato zařízení v menším rozsahu. Malé bioplynové stanice jsou zařízení na kombinovanou výrobu elektřiny a tepla z bioplynu přímo v areálu farmy s instalovaným elektrickým výkonem do 250 kW. Takové zařízení ročně pojme statková hnojiva od několika desítek dojnic či stovek prasat anebo pár tisíc tun organického odpadu. Malé bioplynové stanice jsou klíčovou technologií pro vlastní výrobu stále dražších energií při zpracování statkových hnojiv a zbytkové biomasy z malých farem. Jejich role bude zajímavá i jako základní prvek komunitní energetiky zpracovávající bioodpad z obcí.

Často se řeší, kde najít vstupní substráty pro rozvoj dalších bioplynek. Pravdou je, že oficiálně ČR nemá k dispozici žádná přesná data o tom, kolik statkových hnojiv je již v bioplynových stanicích využíváno a kolik jich je stále ještě dostupných. Sdružení CZ Biom provedlo rozsáhlou analýzu vstupních substrátů u statisticky tříděného vzorku více jak 80 bioplynek. Z této analýzy vychází, že nyní je bioplynkami využito necelých 20 % z celkové produkce statkových hnojiv v ČR. Dlouhodobě má tento potenciál klesající tendenci, a to kvůli neustálému snižování stavu hospodářských zvířat. 

V současné době jsou hnůj a kejda primárně používány jako cenné organické hnojivo na zemědělské půdě. Skladování a manipulace s těmito hnojivy je však považována za významný zdroj emisí skleníkových plynů, a to přímo ve formě metanu (CH4) a nepřímo ve formě oxidu dusného (N2O) po aplikaci na zemědělskou půdu. Kromě negativních emisí, ztráty dusíku při skladování snižují jeho hnojivé účinky. Výstavba malých bioplynových stanic by mohla tyto dopady podstatně zmírnit. 

Dalším zdrojem biomasy dobře využitelným právě jen v malém rozsahu je zbytková hmota z farem v podobě nedožerků, odběrů siláže, ale třeba i biomasy z údržby zeleně nebo meziplodin, předplodin či z oddělovacích pásů. 

Přednosti bioplynové technologie na malých farmách jsou:

• Snížení emisí skleníkových plynů související se skladováním hnoje a spotřebou externí energie.
• Snížení zápachu spojené s používáním neupravených statkových hnojiv na zemědělské půdě.
• Možnost spoluzpracování odpadů a zbytků z živočišné i rostlinné výroby.
• Zpracování organických vstupů v těsné blízkosti místa původu.
• Výstupní produkt – digestát, organominerální hnojivo s vyšším obsahem dusíku.

Navíc k výše zmíněným výhodám, výstupy z kogenerace v podobě elektrické energie a tepla výrazně přispívají k úspoře finančních nákladů podniku.

Situace v Německu a v Česku

Pro praxi se nemusí chodit daleko. Hned za hranicemi v sousedním Německu se nachází zhruba 1 000 malých zemědělských bioplynových stanic s instalovaným elektrickým výkonem do 75 kW, které dostávají speciální garantovanou výkupní cenu pro výrobu elektřiny, pokud alespoň 80 % vstupního substrátu tvoří statková hnojiva. Pro představu, na bioplyn, který lze vyrobit z kejdy o 100 dobytčích jednotkách (DJ), stačí instalovaný výkon cca 15 až 18 kWel. I takto malých bioplynových stanic se dá v Německu najít hodně a některé z nich byly postaveny v počátcích bioplynového rozvoje jako rozšíření kejdového hospodářství svépomocí. Později pro takto malé bioplynky vzniklo několik “prefabrikovaných” řešení, která měla za cíl snížit investiční náklady na možné minimum. 

Pár příkladů najdeme i v ČR. Asi nejmenší bioplynka byla svého času v Letohradě a začínala na výkonu kolem dvou desítek kW. Časem však trochu povyrostla a původní výkon znásobila. Dle evidence je tedy nejmenší bioplynka v ČR o výkonu necelých 50 kW na farmě Zavidov. To je ale do výkonu jednoho sta kW vše. Dobře fungující zařízení se v ČR pohybují až kolem 200 kW a ani těch není mnoho. Dokonce je zde i smutný příběh dvou stanic, které byly odstaveny (BPS Vysoké Mýto a Úpice). Na druhou stranu jsou zde krásné příklady skloubení rodinné farmy a bioplynu jako např. Farma Basařovi a Farma Basíkovi. Obě bioplynové stanice napájí i okolní rodinné domy teplem a elektřinou a postupně se rozrostly.

Vstupní substráty

V podmínkách malých farem lze efektivně zpracovat nejčastěji statková hnojiva a další zbytky z živočišné výroby. Vhodnými substráty rostlinného charakteru jsou také odpady a zbytky ze zemědělství (nedožerky, shrabky kukuřičné siláže nebo travní senáže, odpadní brambory, meziplodiny atd.). Velmi vhodná je také kofermentace substrátu živočišného původu s doplňkem přebytečné senáže, nebo plodin bez tržního uplatnění, ale zlepšující půdu a obohacující osevní postup. 

Technologie aneb kolik taková bioplynka stojí

Bioplynová stanice slouží jako palivový zdroj, v rámci kterého dochází k transformaci energie ze vstupní biomasy na bioplyn jako meziproduktu, který je následně přeměněn v kogeneračních jednotkách na elektrickou energii jako hlavní produkt, teplo jako vedlejší produkt a zbytkem výroby je digestát, který vzniká biologickou přeměnou vstupního materiálu. 

Modelový příklad kalkulace jednoduché technologie bioplynky zpracovávající statková hnojiva anebo i další substráty ze zemědělství

U bioplynových stanic platí pravidlo výhody z velikosti. Nejmenší stanice o výkonu 50–75 kW je tedy rozumně realizovatelná jen ve velmi zjednodušeném provedení bez dávkovače tuhých substrátů a převážně jen na kejdu. Případné tuhé vstupy pak musí zvládnout zpracovat a nadávkovat homogenizační jímka. 

U výkonu 100 kW a výše již může být tuhý vstupní materiál vkládán do fermentoru prostřednictvím vstupního dávkovače. Vzniklý surový bioplyn je jímán v nasazených plynojemech. Přebytečný plyn z bezpečnostního hlediska je spálen prostřednictvím nouzového hořáku anebo alternativně v plynovém kotli. 

Surový bioplyn je dále s ohledem na velikost zařízení, pokud možno co nejjednodušším způsobem upraven (odsíření, vysušení, vyčištění) a spotřebován v kogeneračních jednotkách za vzniku elektrické a tepelné energie. Vyprodukovaná elektrická i tepelná energie je z malé zčásti vrácena do procesu bioplynové stanice jako technologická vlastní spotřeba. Většinu produkované energie lze využít pro lokální spotřebu a v případě elektřiny přebytek dodat do sítě. Technologická vlastní spotřeba tepla se využívá k udržení provozní teploty fermentoru a její výše závisí na vstupním substrátu, protože něco jiného je nahřát z 15 °C na 40 °C např. 5 tun kejdy anebo tunu siláže, a přitom z obou materiálů vznikne stejné množství bioplynu. Zbylé teplo lze využít na vytápění objektů farmy a přilehlých budov, sušení všeho možného, ale třeba i na chlazení mléka a klimatizování stájí pro zlepšení welfare.

Taková malá bioplynka s elektrickým výkonem do 250 kW se všemi výše tučně uvedenými komponenty by stála odhadem od 15–60 mil. Kč v závislosti na instalovaném výkonu zařízení. Podrobnosti jednotlivých položek jsou vypsané v tabulce 1.

Tabulka 1: Orientační nacenění malých bioplynových stanic podle elektrického výkonu

instalovaný výkon	fermentor	dávkovač	čerpání	řízení	hořák	skladovací nádrž	odhadovaná cena
kW	m3	m3	-	-	-	m3	mil. Kč
50	500	-	čerpadlo	-	hořák/kotel	-	15
100	1 200	16	čerpací kontejner	4 BO	nouzový hořák	1 800	35
250	2 500	35	čerpací kontejner	4 BO	nouzový hořák	3 000	60

Nicméně je třeba podotknout, že v případě bioplynové stanice o výkonu 50 kW musí být vše řešeno co nejjednodušším způsobem za využití vstupních substrátů produkovaných bez velkých nákladů, tzn. aby zařízení bylo schopné zpracovávat například pouze kejdu nebo materiál, který je na farmě k dispozici jako odpad nebo zbytek. Ceny energií však dosahují takových výšin, že je třeba přepočítat všechny dosavadní výpočty a při ekonomickém posouzení nezapomenout zhodnotit bezpečnost a stabilitu dodávek energií.

Článek byl publikován v časopisu Biom 2/2022 Jak na výstavbu bioplynové stanice.

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