Energetická efektivita a snižování emisí bioplynových stanic

Snižování emisí z veškeré lidské činnosti je nutným předpokladem dosažení takzvaného udržitelného rozvoje. Tedy stavu, ve kterém lidstvo nebude ničit zdroje a životní prostředí takovou měrou, která znemožňuje dlouhodobé udržení života lidí na Zemi. Výzvy vědců, aktivistů a některých politiků k dobrovolné změně chování již desetiletí prokazatelně nefungují, a tak pro záchranu života na Zemi je nutné přijímat a vymáhat dodržování úspory emisí na základě zákonných povinností a mezinárodních úmluv. 

Cíl snižovat emise skleníkových plynů je zanesen od vzniku Kjótského protokolu také v Pařížské dohodě, Zelené dohodě, v balíčku Fit for 55 a ve všech dalších navazujících dokumentech a především v posledních letech je stále více zdůrazňován. Pozorujíc probíhající změnu klimatu jsou stanovovány stále přísnější limity a termíny pro dosažení požadovaných procent snížení produkce emisí oproti hodnotám z roku 1990. V současné době to je pro ČR zavazujících 55 % do roku 2030 a cílem evropského právního rámce pro klima je začlenit cíl klimaticky neutrální EU do roku 2050 do právních předpisů. 

Tyto cíle se dotýkají všech sektorů, včetně výroby energie z obnovitelných zdrojů, které Česká republika upravuje vyhláškou č. 110/2022 Sb. o stanovení druhů a parametrů podporovaných obnovitelných zdrojů a kritérií udržitelnosti a úspory emisí skleníkových plynů pro biokapaliny a paliva z biomasy. Zlepšení energetické účinnosti a snižování emisí skleníkových plynů v průmyslu v EU ETS (ENERG ETS) je také součástí programu Ministerstva životního prostředí pro poskytování podpory z prostředků Modernizačního fondu, který financuje modernizace (rekonstrukce nebo náhrady) stávajících zařízení vyrábějících energie, a to s prioritou podpořit projekty využívající vysokoúčinnou kombinovanou výrobu elektřiny a tepla (KVET). 

Snižování emisí tak není jen naší zákonnou povinností, bude i podmínkou pro čerpání mnohých investičních a provozních podpor a je především normální lidskou reakcí k udržení podmínek pro život na Zemi. 

Emise z pěstování: osivo, hnojivo, půda

Zemědělství a hospodaření s půdou se bezesporu významně podílí na emisích skleníkových plynů. Zpráva IPCC o změně klimatu a půdě (2019) odhaduje, že zemědělství je přímo odpovědné až za 8,5 % všech emisí skleníkových plynů a dalších 14,5 % pochází ze změn ve využívání půdy (odlesňování v rozvojovém světě za účelem vytvoření půdy pro potravinovou výrobu). Sektor zemědělství byl v roce 2018 „zodpovědný za 8,61 mil. tun CO_2eq (6,7 % celkových emisí, 810 kg CO_2eq na obyvatele ročně). Emise v zemědělství pochází především z chovu hospodářských zvířat (4,1 mil. tun) v podobě emisí metanu a také z obdělávání půdy a s tím spojenými emisemi N₂O (4,23 mil. tun CO_2eq). K omezení emisí metanu ze zemědělství by pomohlo snížení počtu chovaného dobytka (a s tím související snížení spotřeby hovězího masa a mléčných výrobků), správné nakládání se statkovými hnojivy (například jejich stabilizací v bioplynových stanicích) a méně intenzivní hnojení průmyslovými hnojivy.

Emise z dopravy

Na emise z dopravy související s provozem bioplynové stanice mají vliv užité pohonné hmoty, vzdálenosti, efektivita svozových tras a vytíženost.

Pohonné hmoty lze v blízké budoucnosti nahradit BioCNG, které si bioplynové stanice s čištěním bioplynu mohou samy produkovat a tankovat „na dvoře“.

Průměrná výměra pozemků jedné bioplynové stanice je 2 700 ha a 10 % z nich je přímo využito pro pěstování biomasy pro kofermentaci. V ideálním případě, kdy jsou obhospodařované plochy soustředěné v blízkosti bioplynové stanice je perimetr dopravy necelých 6 km. V praxi má spousta bioplynových stanic své obhospodařované pozemky roztroušené mnohdy ve větší vzdálenosti. Odhaduje se proto průměrný perimetr dopravy do 10 km.

Zastřešení skladu digestátu: rozdíl

Nezakrytý sklad digestátu představuje jeden z nejvýznamnějších faktorů nežádoucích emisí metanu a také amoniaku (čpavku). Investice do zakrytí koncového skladu se však často finančně nevyplatí, přitom představuje velký přínos pro ochranu životního prostředí a klimatu díky zachycení metanu, významného skleníkového plynu. Navíc zastřešením skladu digestátu lze jímat plyn (cca 2,2 %) vznikající dokvašováním fermentačního zbytku. Odhadujeme, že počet zemědělských bioplynových stanic, které v Česku mají plynotěsně uzavřený sklad digestátu se pohybuje v rozmezí 20-30 %, což je ve srovnání se sousedním Německem necelá polovina. 

Náklady na zakrytí koncového skladu průměrné bioplynové stanice v ČR by činily zhruba 4 mil. Kč, z toho 2,5 mil. na dvoumembránový plynojem a 1,5 mil. na rozšíření ochrany proti atmosférické energii, dokumentaci atd. Celé opatření by přineslo úspory v podobě zachycení metanu zhruba CO_2eq 560 t/rok, resp. 80 %. Dále zastřešení koncového skladu přispívá k zachycení dalších 54 tis. m³ bioplynu za rok vhodných k dalšímu využití. Navíc příjemným bonusem v podobě úspory vstupních substrátů 216 tis. Kč/rok dělá 4 Kč/m³ náklad na bioplyn.

Zachytávání uhlíku

Zachytávání uhlíku a jeho následné využití nebo skladování umožní maximalizovat emisní úsporu energetického zdroje, což bude pro provoz nebo jeho podporu v následujících letech klíčové. Zachycený uhlík přímo z průmyslových procesů nebo atmosféry se v případě potřeby ve formě plynného CO₂ dočistí na průmyslovou či potravinářskou kvalitu podle sektoru jeho konečného využití. Po dosažení potřebné kvality se plyn pomocí kompresoru stlačí, aby se mohl efektivně transportovat do místa jeho spotřeby nebo skladování. 

Škála získávání CO₂ je skutečně rozmanitá, nejčastěji se separuje pomocí fyzikálně-chemických technologických procesů, jako je chemická adsorpce, případně fyzikální nebo membránová separace. Nejčastěji využívané metody jsou založeny na přímé spotřebě neupraveného oxidu uhličitého a dále jsou využívány procesy konverze za pomocí chemických nebo biologických pochodů. V případě, že se CO₂ nespotřebuje, následuje jeho trvalé uskladnění do geologických útvarů, vzniklých například těžbou fosilních paliv, jako je zemní plyn. V současnosti se celosvětově spotřebuje okolo 230 Mt CO₂ ročně, ze kterého se vyrobí zhruba 125 Mt hnojiv a 70-80 Mt aditiv k úpravě ropy. Tyto aktivity lze shrnout zkratkou CCUS, což znamená Carbon capture, utilisation and storage. Komerčně velmi zajímavou aplikací je využívání oxidu uhličitého z odpadního proudu membránové separace při úpravě bioplynu na biometan. Odpadní plyn z tzv. upgradingu je velmi bohatý na CO₂ a v některých případech je jeho kvalita tak vysoká, že už není potřeba další čištění. Pro výrobce biometanu tak prodej BioCO₂ představuje možnost dalších příjmů. 

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

¹G. Szabó, I. Fazekas, S. Szabó, G. Szabó, Tamás Buday, M. Paládi, K. Kisari, A. Kerényi less. 2014. THE CARBON FOOTPRINT OF A BIOGAS POWER PLANT

Tweet

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