Biologicky dosoušená biomasa na bázi bioodpadů jako palivo pro biokotelny a bioelektrárny

Úvod

Ve vyhlášce č. 482/2005, „o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy“ je uvedeno jako biopalivo kompost nevyhovující jakosti nebo určený k energetickému využití (energetický kompost) a tvarované nebo jiné biopalivo z něj vyrobené včetně vyplozených substrátů z pěstování hub v podobě energetického kompostu. Výroba podobných biopaliv se setkává se zájmem obcí a podnikatelů, kteří mají vybudovanou bioteplárnu nebo provozují roštovou uhelnou kotelnu typu Kolbach. Zároveň provozovatelé některých kompostáren s minimálním odbytem kompostu plánují využití svých kompostáren k výrobě biopaliva. Informace o energetickém využívání kompostů se dostává do zahraničí a Evropský kompostářský svaz varuje před podobnými praktikami, ohrožujícími úrodnost půdy a výživu obyvatel. Evropská Komise v „Zelené knize nakládání s biologicky rozložitelným odpadem v Evropské unii“ varuje, že kompost, který je spalován, není produktem recyklace, ale pouze upraveným odpadem. Stanovisko MŽP opírající se o výklad legislativního odboru uvádí, že takový výstup ze zařízení k využití bioodpadů je možno klasifikovat pouze jako upravený odpad, který musí být spalován nebo spoluspalován v režimu odpadů. Jde však o zásadní omyl, při kterém byla zaměněna technologie kompostování bioodpadů s novou technologií biologického dosoušení biomasy, která vznikla v České republice. V tomto sdělení chceme seznámit odbornou veřejnost s výsledky poloprovozních pokusů s přípravou a využitím biologicky dosoušené biomasy (BDB) a vysvětlit rozdíly mezi kompostováním a biologickým dosoušením.

Obr. 1: Kompostovací hala z gumotextilie (fi. Seiringer ve Wieselburgu)

Materiál a metody

Příprava BDB byla zabezpečena v laboratorních a poloprovozních podmínkách. Laboratorní příprava byla prováděna v aerovaných fermentorech o objemu 50 l, poloprovozní zkoušky byly zabezpečeny ve fermentačním reaktoru EWA – FERM, na referenčním zařízení fi AGRO – EKO umístěném na kompostárně v Jarošovicích u Týna nad Vltavou a dále na rakouské kompostárně fi Seiringer Umweltservice GmbH ve Wieselburgu. Obě poloprovozní zkoušky zajišťovala fi. TRIGAD s.r.o. Praha 2 a větší část výsledků poloprovozních zkoušek je čerpána ze závěrečné zprávy zkoušek [1]. Důvodem pro provedení zkoušek v zahraničí byl zájem zahraniční firmy vyzkoušet možnost výroby BDB na kompostárně vybavené řízenou aerací, kterou dodala další rakouská firma Compost Systems GmbH se sídlem ve Welsu. U této technologie je průběh fermentačních teplot monitorován a řízen vzdušením nebo odsáváním vzduchu z krechtových hromad substrátu o šířce 4 m a výšce 2-2,5 m prostřednictvím provzdušňovacích kanálků pod zakládkou kompostu.

Cílem těchto zkoušek bylo potvrzení vědecké hypotézy, že přídavkem vhodných biodegradabilních odpadů k rostlinné biomase je možné provést stabilizaci a vysušení této směsi teplem navozeného aerobního exotermického rozkladu. Druhá vědecká hypotéza má potvrdit, že stabilizovaná vysušená směs rostlinné biomasy a vhodných biodegradabilních odpadů vykazuje při spalování emise odpovídající požadavku na spalování biomasy.

Tabulka 1: Surovinová skladba BDB pro jednotlivé lokality v % hmotnosti

Spalovací zkoušky s BDB byly provedený v teplárně v Trhových Svinech na teplovodním roštovém kotlu K8-2500 (Kolbach-2,5 MW) a ve fluidní kotelně FK1-2 MW v Roztokách u Křivoklátu. Byla snaha zajistit měření emisí jako standardní šestihodinové měření v rozsahu měření CO, SO₂, NO₂, TZL (tuhé znečišťující látky) a TOC. U vzorků paliv BDB byla hodnocena vlhkost, popel, S, Cl a spalné teplo a dále obsah stopových toxických prvků Cd, Cr, Hg, Pb, Cu a Zn. Byly testovány 4 surovinové skladby BDB, které byly navrženy na základě místních podmínek v předpokládaných lokalitách nové výroby a využívání BDB (Luhačovice, Vansdorf, Sedlčany, Wieselburg). Kaly a další biodegradabilní přidávané odpady do připravovaných směsí BDB byly vždy dovezeny z konkrétní ČOV nebo z konkrétního místa svozu bioodpadů. V BDB vyrobené v Rakousku byl použit odvodněný čistírenský kal z ČOV Purgstall s nízkým obsahem stopových toxických prvků (Cd 0,7; Hg 0,6 mg/kg suš.) stabilizovaný polymery.

Výsledky vlastní práce

Při přípravě BDB pro jednotlivé zájmové lokality byla použita surovinová skladba zahrnující disponibilní biomasu v lokalitě včetně přídavků biodegradabilních odpadů (tab. č. 1). Surovinové skladby pro jednotlivé lokality byly navrženy na základě matematické optimalizace vycházející z chemického složení, dalších vlastností a disponibility jednotlivých surovin.

Použitý čistírenský kal byl anaerobně stabilizovaný, odvodněný na sušinu 24 – 26 %. Kuchyňské odpady pro surovinovou skladbu BDB Luhačovice byly odebrány jako průměrný vzorek svozu kuchyňských odpadů z města Luhačovice o sušině 35,1 %.

Příprava BDB Luhačovice byla provedena v laboratorních podmínkách v 50 litrovém fermentoru, aerovaným vzduchem o teplotě 30 °C v množství 30 l/hod. Vysušení vsázky z původní vlhkosti směsi 61,23 % na 26,15 % bylo provedeno za 7 dnů při průměrné teplotě substrátu 66,10 °C.

Tabulka 2: Chemické složení a další parametry vyrobené BDB pro jednotlivé lokality

Při přípravě BDB Vansdorf a Sedlčany byl využit fermentor EWA-FERM výrobce AGROEKO Ostrava. Směs podle surovinové skladby byla namíchána v homogenizátoru SEKO. Po naskladnění byl fermentor uzavřen a aerován a po dosažení teploty 65 °C, k čemuž došlo po 12-14 hod, byl substrát frézovacím zařízením fermentoru překopán a uvolněná vodní pára byla odváděna přes tepelné výměníky do biofiltrů. Po 72-74 hod od naplnění fermentoru byla u vsázky 8,5 t BDB snížena vlhkost z 62,50-64,43 % na 25,96-27,91 %.

Při přípravě BDB u fi. Seiringer ve Wieselburgu byla surovinová skladba BDB zhomogenizována frezovým překopávačem kompostu a naskladněna do kompostovací haly z gumotextilie (obr. č. 1) na kanálkové podloží umožňující aeraci zakládky. Za 20 hod po zapnutí aerace byla dosažena teplota 70 °C a uvolňovaná vodní pára a další plyny byly odváděny do biofiltru (obr. č. 2). Na základě automatického měření teplot byla vzdušením ve střední vrstvě zakládky udržována teplota 70 °C. Pokles vlhkosti z 67,2 % na 26,55 % byl dosažen po 20 dnech biologického sušení. I když intenzita biologického sušení na zařízení ve Wieselburgu nedosahuje intenzity biologického sušení ve fermentoru EWA-FERM, výhodou je vysoká výrobní kapacita a nižší jednotkové náklady. Chemické složení a další parametry BDB jsou uvedeny v tab. č. 2.

Obr. 2: Kompostovací hala uvnitř (fi. Seiringer ve Wieselburgu)

Spalovací zkoušky byly provedeny u BDB ze čtvrtprovozních experimentů zohledňujících surovinovou skladbu jednotlivých lokalit. U spalovací zkoušky s BDB připravenou v Rakousku se nepodařilo z technických důvodů zajistit standartní 6 hodinové měření emisí. Výsledky emisního měření jsou uvedeny v tab. č. 3, kde jsou zároveň srovnávány s emisními limity dle NV č. 146/2007 Sb. příloha č. 4. Je možné konstatovat, že sledované znečisťující látky na výstupu z kotle nedosáhly limitních hodnot. Za předpokladu, že bioodpad přidávaný k rostlinné biomase nebude obsahovat nadlimitní množství rtuti, je možné považovat spalování BDB v režimu energeticky využitelné biomasy za bezrizikové. Testované surovinové skladby BDB obsahovaly pouze 2,270,47 mg Hg/ kg sušiny jak vyplývá z tab. č. 2.

Tabulka 3: Měření znečisťujících látek na výstupu z kotle při spalování BDB jednotlivých lokalit v mg/m3 a srovnání hodnot s emisními limity(dle NV č. 146/2007 Sb. příloha č.4)

Diskuse a závěr

K energetickému využití BDB panuje značná nedůvěra jak odborníků ve spalování odpadů a následně i úředníků. Všeobecně se hovoří o spalování kompostů, které by měly být použity pro hnojení nebo dokonce o neověřených technologiích spalování čistírenských kalů [2]. Demonstrované výsledky dokazují, že nejde o spalování kompostů, pro které není odbyt, ale o cílené biologické dosoušení rostlinné biomasy. U kompostů požadujeme vysokou stabilitu dosaženou vyzráním a zvýšený obsah humusových látek a rostlinných živin. U BDB je stabilita zabezpečována sušením, které se snažíme zajistit v co nejkratší době za minimálních ztrát uhlíku a energetického obsahu. Aby exotermický fermentační proces nastartoval je třeba k rostlinné biomase zajistit přídavek vhodných biologicky rozložitelných odpadů. V případě, že se použijí čistírenské kaly je zapotřebí prověřit, zda neobsahují cizorodé látky, které by negativně ovlivnily emise při spalování BDB. Toto nebezpečí nehrozí, použije li se místo čistírenských kalů kuchyňské odpady nebo gastroodpady, což bylo prokázáno u surovinové skladby BDB Luhačovice. Na příkladu rakouské surovinové skladby BDB je možné konstatovat, že existují čistírenské kaly, použitelné jako přídavek k rostlinné biomase bez rizika nadlimitní přítomnosti cizorodých látek. V době útlumu zemědělské výroby by měla být poskytnuta technologii BDB stejná šance jako má biozplynování nebo kompostování [3]. Tato technologie nám zajistí další obnovitelnou energii [4], umožní vyšší využití zemědělské půdy a navíc nám pomůže řešit odklon bioodpadů od skládek odpadů.

Literatura

1. Trigad, s.r.o.: Závěrečná zpráva z výroby paliva a palivových zkoušek, Praha, 2009
2. Hyžík J.: Neověřené technologie pro spalování čistírenských kalů. Odpady č. 1, 2007
3. Váňa J.: Současné možnosti a limity využití a uplatnění kompostů. In: Odpady 21, str. 61-63, Ostrava 2008
4. Váňa J.: Biologicky dosoušená biomasa s podílem bioodpadů - biopalivo nebo upravený odpad? Odpadové forum., 10: 13-15, 2009

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