Alternativní termické procesy využití biomasy

V oblasti biomasy, která je známá jako obnovitelný zdroj určený k přímé výrobě energie, se rozvíjí také komerčně a technicky dostupné technologie alternativních termických procesů její úpravy. Škála produktů, které je možné vyrábět nejčastěji ze suché lesní biomasy, je poměrně široká. Jedná se například o biochar, pyrolýzní oleje nebo tzv. syntézní plyny. Výstupem často není jen jeden produkt, ale hned dva nebo tři z výše uvedených. Změnou technologických parametrů je také možné určovat podíl a kvalitu jednotlivých výstupů. 

Technologie termické úpravy biomasy získávají více pozornosti zejména díky dalším požadavkům na postupnou dekarbonizaci technologicky a energeticky náročných odvětví. Po roce 2030 bude dle dekarbonizačních scénářů růst také potřeba záporných emisí, které mohou tyto technologie také zajistit. 

Biochar, též nazývaný biouhel, vzniká při substechiometrickém spalování biomasy nebo při zahřívání biomasy v inertní atmosféře při 280–700 °C. Výsledkem je materiál na první pohled velmi podobný dřevěnému uhlí používanému ke grilování. Obvykle je však výrazně lehčí. Obsahuje zhruba 90 % uhlíku. 

Biochar může být použit jako: 

1. Sorbent při úpravě plynů a kapalin: Zejména při vyšších teplotách vzniká biochar se specifickým povrchem až 500 m2/g a lze tedy říci, že se svými vlastnostmi blíží aktivnímu uhlí. 
2. Přísada do betonu: porézní struktura biocharu zlepšuje některé vlastnosti betonu a dává mu tmavší barvu s jemnou strukturou, proto se využívá i v pohledových betonech.
3. Přísada do pryže: například při výrobě pneumatik se přidávají tzv. plnidla obvykle na bázi sazí. Ty lze do určité míry nahradit právě biocharem.  
4. Náhrada koksu v ocelárnách nebo cementárnách.
5. Své uplatnění nachází také v kosmetice, potravinářství nebo krmivářství.
6. Prostředek pro zlepšení vlastností půdy či pěstebních substrátů.

Biochar je navíc možné použít jako materiál pro zachycování uhlíku. Evropská unie nyní připravuje směrnici a metodiku ke kalkulaci záporných emisí. Na základě těchto připravovaných pravidel by pak bylo možné získat záporné emisní kredity právě při produkci a využití biocharu. Z diskuze lze zatím odhadovat, že podmínkou bude trvalé uložení biocharu. Jako nejjednodušší řešení by se jevilo zapravení do orné půdy, to však zřejmě nebude shledáno za trvalé uložení, neboť není zaručeno, že se biochar z půdy například nevyplaví. Zatím jsou však podobné materiály předmětem vyjednávání.  

Pokud byste chtěli biochar začít vyrábět, komu ho nejlépe prodat? 

To je dosud poměrně složitá otázka. Ze zahraničních příkladů lze soudit, že je nejperspektivnějším segment sorbentů a uplatnění biocharu v betonech. Zajímavý je také sektor potravinářství, kosmetika a krmivářství, ale biochar používaný v tomto sektoru musí splňovat poměrně náročné požadavky na čistotu vstupů a kvalitu biocharu, jako je např. absence PAHů (polycyklických aromatických uhlovodíků), použití pouze čistých vstupních materiálů nikoli odpadních či jiných vstupů s rizikem potenciálně závadných příměsí apod. 

Pyrolýzní olej a podobné kapalné výstupy zahrnují celkem široké spektrum uhlovodíků od metanolu až po látky podobné dehtu. Častým technologickým problémem je právě nežádoucí vznik dehtu, který si někdy vyžádá odstavení výrobního zařízení. Starší technologie často produkovaly syntézní olej s příliš nízkým pH, což výrazně komplikovalo jeho další využití. Dnes jsou již k dispozici technologie vyrábějící naftu nebo udržitelná letecká paliva (Sustainable Aviation Fuels – SAF). Tyto technologie jsou však velmi drahé. 

Syntézní plyny (syngas) se obvykle využívají přímo v místě výroby k produkci tepla, někdy v kombinaci s výrobou elektřiny. Některá zařízení dále využívají syntézní plyn k výrobě biometanu, a to fyzikálně-chemickou cestou nebo biologickou cestou v prostředí bioplynové stanice.  

Náročnost technologie výroby jednotlivých vstupů

Některé z popisovaných výrobních postupů výše uvedených materiálů jsou používány již několik desetiletí. Jsou však příležitostí k vyladění všech aspektů ve spolehlivý funkční celek respektující podmínky ochrany životního prostředí i bezpečnosti provozu v moderních technologiích. Dostupné jsou například speciální jednotky na výrobu syntézního plynu s jeho přímým využitím na plynové turbíně nebo v pístovém motoru. 

Výroba biocharu je vlastně tradičním řemeslem, kterému se dříve říkalo výroba dřevěného uhlí v milířích.  Dnešní výrobní postupy z této tradice prakticky vycházejí. Jsou známé technologie, které nabízí poměrně jednoduché způsoby jak vyrobit kvalitní biochar. Mezi termickými procesy zpracování biomasy jde v případě výroby biocharu navíc o nejjednodušší technologii s nejmenším rizikem přímého kontaktu s jedovatými plyny. 

Na trhu jsou také technologie zaměřené na výrobu kapalných produktů, jejichž hlavním motivem je výroba udržitelných paliv pro leteckou dopravu SAF, popř. pokročilých biopaliv pro pozemní dopravu. Tyto technologie nabízí velmi zajímavé zhodnocení různých typů biomasy do podoby paliv, které má sektor letecké i pozemní dopravy povinnost zařadit do svého palivového mixu. Zároveň jde o nejkomplexnější výrobu s vysokou technologickou náročností a její nástup do praxe teprve začíná.

Článek byl publikován v časopisu Biom 2/2025 Na cestě s biomasou a bioplynem.

Tweet

IEA: stále nevyužíváme plný potenciál bioplynu a biometanu

Alternativní termické procesy využití biomasy

Pfeifer Holz v Chanovicích: dřevozpracující závod zaměřený na udržitelnost

Biomasa a bioplyn: cesta pro uhlíkově neutrální Česko

Biometanová stanice Krakořice mění hnůj na zelený plyn