Využití biomasy pro energii

Současná situace využívání energetických zdrojů směřuje jednoznačně ke hledání nových netradičních zdrojů, včetně zdrojů obnovitelných. Tradiční fosilní zdroje jsou limitovány, neboť jsou vyčerpatelné. Z obnovitelných zdrojů energie má největší význam biomasa, protože zaujímá až 75 % v rámci všech obnovitelných forem biomasy (voda, vítr, solární energie apod.). Její výhodou je i to, že ji lze "konzervovat" - může se usušit, uskladnit a použít v době, kdy je potřeba.

Energie z biomasy není přitom hlavní aspekt jejího využívání. Je jedním z důležitých forem hledání nových přírodních zdrojů, což má mnohem širší a závažnější souvislosti. Je to otázka vlastního přežití celé naší Planety, která musí řešit 3 současné velmi akutní problémy:

1. zajistit výživu pro přelidněnou Zemi,
2. najít náhradu za fosilní zdroje energie,
3. udržet přijatelné životní prostředí bez zásadních změn klimatu.

Všechny 3 aspekty přitom potřebují současně rozvíjet ekonomiku na vysoké úrovni. Pokud se řeší jednotlivé oblasti samostatně, vznikají zcela protichůdné tlaky, což plodí nejen dilema, ale protože se jedná o problémy 3, je to složité trilema. Velmi výstižně na to upozornil již v r. 1995 YODA, ve své přesvědčivé publikaci s příznačným názvem -TRILEMA. Bohužel, zastánci jednotlivých výše zmíněných oblastí zájmů velmi často nejsou ochotni a někdy ani schopni tyto souvislosti vnímat a řešit je komplexně. Např.hrozba skleníkového efektu není často stále ještě brána v úvahu a spoléhá se na to, že tyto problémy jsou zatím velmi vzdálené. Přitom na tuto vážnou situaci upozorňují světové statistiky a studie již celou řadu let. Konkrétní snaha je vyvíjena v zájmu udržení stability klimatu a to omezením skleníkových plynů, jak vyplývá ze známého Kjótského protokolu, z r. 1997. Od jeho vzniku uplynulo již téměř 5 let a některé státy stále ještě nejsou ochotny se na redukci CO₂ podílet. Jedná se přitom zpravidla o ekonomicky silně vyvinuté státy, které tudíž nejvíce zatěžují atmosféru skleníkovými plyny, neboť využívají největší podíl fosilních energetických zdrojů. Bylo totiž prokázáno, že v přímé souvislosti se stoupající spotřebou fosilních paliv a v důsledku toho s rostoucím zatížením ovzduší skleníkovými plyny vzrůstá průměrná teplota ovzduší na celé planetě. Velmi závažné je ale zjištění, že důsledek těchto vlivů se projevuje se značným opožděním a to nebývalým výskytem živelných katastrof. Tuto skutečnost dobře vyjadřují náklady pojistných událostí: zatímco výše uvedené hodnoty vzrůstají od r. 1975 téměř plynule, náklady za živelné pohromy začaly prudce vzrůstat až od r. 1990 a za 8 následujících let se zvýšily o celý řád. Zmíněné statistiky přitom nemohou zohlednit poslední období, což by jistě uvedené údaje zcela jednoznačně potvrdilo. Nemusíme ani nikam daleko, stačí, když si vzpomeneme na letošní povodně v ČR. Snad si už i u nás uvědomíme, že příčinou je neúměrné zatěžování ovzduší skleníkovými plyny a že by se měla tato skutečnost už konečně efektivně řešit. Nejčastější argumenty proti využívání obnovitelných zdrojů energie jsou důvody ekonomické: biomasa je údajně drahá a tak si každý raději koupí levné uhlí. Budou nyní náklady na odstranění následků povodní levné??? Lze namítat, že jsme jen malá země, která planetu nezachrání. Jistě, ale v tom je právě podstata nezbytnosti společného a komplexního řešení, neboť i malé příspěvky k redukci skleníkových plynů jsou důležité. Celou složitou problematiku je třeba řešit souběžně a podle jednotlivých oborů ji kompletovat jako kamínky do mozaiky. Využívání biomasy pro energii je jedním z významných příspěvků k řešení tohoto obrovského problému.

Biomasa má vedle přímého významu - zdroje energie - ještě další důležitý význam: omezuje růst skleníkových plynů v ovzduší. Při jejím spalováním vzniká sice také CO₂ stejně jako spalováním fosilních paliv. Při růstu rostlin je ale naopak CO₂ z ovzduší odčerpáván, neboť je nezbytný pro základní fotosyntetické procesy, bez nichž by nebyl život na Zemi. Fosilní paliva vznikla rovněž z dávných rostlinných společenstev, ale ty již nyní neexistují, takže oxid uhličitý v současné době již nemohou odčerpávat a tak při spalování jeho koncentrace v ovzduší stále více přibývá. Jednou z možností omezování oxidu uhličitého v ovzduší je tudíž i vytváření intenzivních zelených porostů, lesních a zemědělských kultur i nejrůznějších druhů rostlin na všech ostatních plochách.

Biomasa se v současné době využívá zejména pro výrobu tepla, případně i elektřiny (kogenerace), nebo pro výrobu bioplynu, kterým lze rovněž přímo topit, nebo jej dále zpracovávat k výrobě elektřiny. Formou biomasy jsou především nejrůznější rostlinné odpady, nebo vedlejší produkty. Nejčastěji se používá dřevní štěpka, vhodná do větších kotelen, nebo brikety či pelety, které se hodí hlavně pro menší kotle, např. v rodinných domech. Ve velkých kotelnách se často používá k vytápění též sláma, slisovaná do balíků. Ty se dostávají do topeniště buďto po segmentech, nebo se ve velkých kotelnách přikládají i celé balíky. Často se sláma z balíků "rozdružuje" a do topeniště se dopravuje pneumaticky. Způsob přikládání se volí podle konstrukce zvoleného kotle. Brikety nebo pelety je forma vhodná pro menší objekty. Pelety mají další významnou výhodu, neboť umožňují automatické přikládání. Např. v Rakousku mají tento systém již zdokonalený tak, že se pelety rozváží 1x za rok k jednotlivým spotřebitelům, pneumaticky se naskladní a do kotle se přikládají řízeným systémem, který plynule sleduje firma dodávající tyto automatické kotle. Způsob vytápění objektů je tak plně srovnatelný s vytápěním plynem. U nás se již také vyrábí kotle pro automatické přikládání pelet do topeniště, ale zatím jsou poměrně drahé. Usilovně se ale pracuje na vývoji levnějších kotlů, tak aby byly dostupné široké spotřebitelské veřejnosti. Zpracování biomasy na tuto ušlechtilejší formu - pelety, brikety - je sice nákladnější než přímé spalování štěpky, ale má velkou perspektivu. V zahraničí, např. v Německu a Švédsku již začínají využívat pelety i pro vytápění velkých kotelen. V konečné fázi je používání těchto ušlechtilých forem biomasy efektivnější, neboť se mimo jiné ušetří za dopravu: transportuje se tudíž tzv. hutná energie, malých objemů. Tento trend bude ve světě zřejmě stále více preferován a tak bychom jej měli (alespoň v budoucnu) rovněž respektovat.

Vedle zmíněného, dnes už dosti známého využívání odpadů pro energii jsou další možnosti získávání energetické biomasy a to tzv. cíleně pěstovanými energetickými rostlinami. V podvědomí veřejnosti jsou poměrně známé tzv. rychle rostoucí dřeviny. Jedná se zpravidla o topoly nebo vrby, které se v krátkém (3 až 5 letém) obmýtí sklízí, dosouší, štěpkují, příp. dále zpracovávají do formy briket či pelet. Méně známé jsou energetické rostliny bylinného charakteru. Tato forma energetické biomasy je zvláště významná nejen pro vlastní zdroj energie, ale především je to nový program pro zemědělství. Podle údajů Ministerstva zemědělství je totiž u nás téměř 1 milion hektarů půdy (465 tis. ha orné půdy a o 523 tis.ha luk a pastvin), která není nutná pro výrobu potravin. Je to tím, že evropský trh potravin je přesycen a naši zemědělci často jen těžko uplatňují své tradiční potravinářské komodity. Půdu je pak třeba dávat "do útlumu". Paradoxem ale je, že v některých částech světa naopak lidé v celých oblastech hladoví. To je rovněž důsledek nekomplexního přístupu řešení globálních problémů, jak je výše uvedeno. Jak ale tento obrovský problém řešit? Musí k tomu být ochota všech obyvatel této planety, zvláště "bohatých" zemí. Bohužel, tato ochota zatím není a tak lze očekávat, že se problém začne řešit živelně, až hladový Jih bude migrovat na bohatý Sever. V dimenzích ČR zatím můžeme jen zohlednit současnou situaci a přebytečnou půdu využívat efektivně alespoň k výrobě energie.

Význam tohoto programu je u nás již do značné míry doceněn, neboť je podporován dotačním titulem MZe, dle Nařízení vlády č. 86/2001. V rámci programu "půda do útlumu" mohou pěstitelé energie - vybraných druhů energetických rostlin - získat každoročně 5.500 Kč / ha oseté plochy. Je to významná pomoc a důležitý impuls pro rozvoj "fytoenergetiky" u nás. Výběrem vhodných druhů rostlin pro energetické využití jsem se začala zabývat již od r. 1990. Ve státech EU se z bylinných energetických rostlin doporučuje především Miscanthus, tzv. "slonní tráva". Rovněž u nás jsme jej začali pěstovat. Výsledky ale nebyly příliš povzbudivé. Daří se mu dobře jen v některých teplejších oblastech, neboť trpí vymrzáním. Rovněž potřebné rovnoměrné rozložení dešťových srážek není u nás zajištěno. Další nevýhodou Miscanthu jsou poměrně značné náklady na založení této plantáže. I když se jedná o rostlinu vytrvalou, která vydrží na stanovišti údajně až 20 let, nelze ji jednoznačně pro podmínky ČR doporučit.

Zaměřili jsme se proto na vyhledání rostlin, kterým se v našich klimatických podmínkách dobře daří. Využíváme jednak vysoce vzrůstné krmné plodiny, nebo další netradiční robustní rostliny, včetně některých rostlin okrasných. Z jednoletých rostlin lze jmenovat např.: Sorghum sudanense (Hyso), Malva verticillata, Amaranthus aj. Významnější a tedy důležitější jsou rostliny víceleté a vytrvalé. Mají výhodu v úsporách agrotechnických nákladů, neboť není nutné každoroční opakovaná kultivace půdy a nové zakládání porostů. Významná úspora vzniká též na nákladech za osiva. Příkladem víceletých až vytrvalých jsou: Siplphium perfoliatum, Galega orientalis, Helianthus tuberosus, Inula helenium a další. Rovněž lze úspěšně využívat energetické trávy, z nichž důležité jsou Agrostis gigantea, Bromus inermis a carharticus, nebo Phalaris arundinacea.

Z vytrvalých rostlin je nejvýznamnější krmný šťovík, jehož pěstitelská technologie je u nás dosud nejlépe propracována. Tento šťovík byl vyšlechtěn původně pro krmivářské účely, ale protože vytváří velké množství suché hmoty, začali jsme jej v ČR pěstovat jako zdroj energetické biomasy. Jedná se tudíž o šťovík krmný - energetický. Šťovík krmný (Rumex tianshanicus x rumex patientia) je druh kulturní plodiny, vyšlechtěné v Rusku, křížením šťovíku ťjanšanského a šťovíku zahradního. U nás jsme začali pěstovat odrůdu s názvem Uteuša (autor je prof. Uteuš). Šťovík krmný je vytrvalá plodina, neboť může vydržet na svém stanovišti 15 až 20 let, což je z hlediska fytoenergetiky bezpochyby velmi výhodné. Šťovík je statná vysoká rostlina, která od 2. roku po založení kultury má silnou rozvětvenou lodyhu, která dosahuje 1,5 až 2 m výšky. Šťovík krmný je odolný vůči vymrzání a nemá žádné vyhraněné nároky na stanoviště. Daří se mu dobře v nížinách i ve vyšších polohách. Od druhého roku po založení šťovíkové plantáže poskytuje každoročně nejméně 10 tun suché hmoty, avšak lze dosáhnout i výnosů vyšších, v přímé závislosti na půdní úrodnosti a intenzitě hnojení. Vedle suché hmoty lze dále využívat i zelenou hmotu, kterou lze sklízet v ranném podzimu, neboť šťovík po hlavní letní sklizni rychle obrůstá. Tato zelená biomasa může být dobrou surovinou např. pro výrobu bioplynu, bioalkoholu apod. technologií, zpracovávající vlhkou rostlinnou hmotu.

Protože byl krmný šťovík vyšlechtěn původně pro účely pícninářské, má velmi vysokou krmivářskou hodnotu. Takže lze zelenou hmotu v podzimním období využívat případně i jako objemné krmivo (na zeleno, nebo do siláže).

Pro fytoenergetické účely, k přímému spalování, se sklízí celá nadzemní hmota šťovíku, včetně semene. Termín sklizně je nejvhodnější v období těsně před plnou zralostí, tak, aby byly lodyhy již dostatečně vyschlé a aby se přitom semena nevydrolila. Přítomnost semen je zárukou vysoké výhřevnosti této energetické biomasy. Šťovík dozrává poměrně brzy, zpravidla již v prvé polovině července, takže termín sklizně pro energetické účely (celá nadzemní hmota včetně semene) je optimální již na konci června, nebo nejpozději začátkem července.

Suchá fytomasa šťovíku krmného má značný energetický obsah. Měřením spalného tepla byly stanoveny hodnoty kolem 17,5 až 18 MJ/kg suché hmoty. Krmný šťovík je tedy z hlediska energetického obsahu perspektivní rostlinou. Další jeho výhodou je i poměrně vysoká teplota tavitelnosti popela. Podle oficiální zkušebny (Ústav pro výzkum využití paliv Běchovice) byly zjištěny tyto hodnoty ve °C: teplota spékání (sintrace) - 1191, počátku deformace - 1306, tání - nad 1500, tečení - nad 1500 °C. Uvedené hodnoty jsou velmi příznivé, neboť se blíží parametrům, které vykazuje při spalování dřevo. Kvalita šťovíku jako paliva byla odzkoušena též v několika provozních kotelnách po celé ČR : Žlutice, Rokytnice v Orlických horách, Bouzov. Konkrétní výsledky z nové kotelny z Bouzova a Žlutic - kotel Verner-Golem 1800, jsou následující:

K výsledkům měření byl doplněn tento komentář:

• šťovík se chová jednoznačně jako velice kvalitní palivo, oproti slámě dosahuje vyššího výkonu a lepšího spalování,
• vykazuje lepší vlastnosti při drcení na rozdružovadle, je křehčí,
• je vhodnější pro šnekovou dopravu, neucpává šneky,
• i při vyšší vlhkosti cca do 30 % je dobře spalitelný (při zachování kvality spalování). Sláma je spalitelná do 20 % vlhkosti.

Ze závěrů firmy Verner vyplývá, že podle prvních zkušeností se jedná o velice zajímavé a perspektivní palivo a budou je i nadále testovat. Tyto provozní zkoušky plně potvrdily již dřívější zjištěné výsledky.

Energetický šťovík je tudíž již v současné době hodnocen jako velice perspektivní rostlina, poskytující zdroj obnovitelné energie, proto jeho porosty budou mít v ČR velký význam. Pěstování energetických rostlin má pro zemědělce nespornou výhodu, neboť nekonkurují na trhu potravin a tato "zelená energie" má pak zajištěn plynulý odbyt. Další nespornou výhodou je možnost poskytování každoročních dotací na pěstování energetických rostlin, i když není třeba vzhledem k vytrvalosti šťovíku půdu opětovně osévat a kultivovat. Půda bude totiž uvedena do klidu, nebudou tedy na ní pěstovány plodiny pro potraviny či krmiva. Tento dotační titul MZe je velmi významný a bezesporu napomáhá rozvoji pěstování nových nepotravinářských plodin. Svědčí o tom skutečnost, že v letošním roce bylo u nás nově oseto šťovíkem asi 125 ha. Jistě to není z celostátního hlediska závratná plocha, ale přece jen svědčí o určitém zájmu některých přemýšlivých zemědělců. Je pochopitelné, že pro naše zemědělce to jsou rostliny zcela nové, netradiční a tak je třeba počítat jen s pozvolna se rodícím zájmem při překonávání značného konservatismu. Osevní plochy šťovíku lze u nás již bez problému rozšiřovat, protože je vyřešen i zdroj osiva, na rozdíl od některých dalších energetických rostlin, kde je třeba ještě tento úsek dořešit. Z hlediska vývoje zemědělství i ve vztahu k EU se ale budou výhody nepotravinářských plodin stále více prosazovat a zájem o jejich pěstování jistě poroste. Na půdě, která je "přebytečná" pro produkci potravinářských plodin a je třeba ji dát "do klidu", si tak lze doslova pěstovat energii na poli. Obdobně jej lze pěstovat i v dalších evropských státech, vzhledem k jeho značné přizpůsobivosti ke klimatickým podmínkám. V současné době je již v ČR dostatečné množství osiva, které lze případným zájemcům poskytnout. Rozšíření energetického šťovíku je též v zájmu biodiversity druhů rostlin, což nesporně přispívá k ekologické stabilitě přírodního prostředí.

Význam využívání energetické biomasy, zejména z cíleně pěstovaných rostlin, lze i dle výše uvedených dosavadních výsledků a zkušeností hodnotit velice příznivě. Jak bylo již uvedeno, výsledkem není jen získání vlastní energie, ale biomasa má řadu dalších aspektů, které do značné míry odpovídají trendům žádoucího komplexního řešení globálních problémů, jak bylo v úvodu uvedeno:

1. biomasa je energie obnovitelná, která nepřispívá k dalšímu zvyšování CO₂ v ovzduší (uhlík uvolněný ve formě CO₂ při spalování byl asimilován z atmosféry během růstu spalované rostliny) a omezuje tak nepříznivý vliv skleníkového efektu,
2. je určitou náhradou za fosilní zdroje energie,
3. intenzivní zeleň energetických rostlin přispívá k redukci skleníkových plynů,
4. "pěstování" energie umožní efektivní využití půdy, což přispívá k "údržbě" kulturní krajiny - obdělávané pozemky nebudou zaplevelené a nebudou tak hyzdit krajinu,
5. pěstování, zpracování a přeprava energetické biomasy je zdrojem celé řady nových pracovních příležitostí, což má nesporný vliv na zlepšení sociálních podmínek zejména z okrajových regionech s vysokou nezaměstnaností,
6. umožní celou řadu nových průmyslových odvětví, což přispěje i k rozvoji ekonomiky v zájmových regionech.

Tweet

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

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?