Oběhové hospodářství popela z biomasy

V současné době se snažíme navrátit k „selské“ filozofii nakládání s odpadem. Po mezidobí využívajícím krátkozrace lineární model odpadového hospodářství se po několika desetiletích opět učíme a zavádíme přirozené oběhové hospodářství. Jedním takovým příkladem může být recyklace živin navracených zpět do půdy v podobě popela ze spalování biomasy. Postup pro staré sedláky naprosto přirozený, protože popel není nic jiného než kumulované živiny ve formě nespalitelného zbytku. Jeho zpětná aplikace na půdu pozitivně stimuluje růst rostlin, snižuje aciditu půdy, obohacuje ji o živiny a zlepšuje fyzikální vlastnosti půdy. Tento popel je však možné využít jako hnojivo pouze v případě, že pochází ze spalování čisté biomasy nikoliv ze spoluspalování s fosilními palivy. 

Ilustrační foto: Marco Verch Professional @Flickr.com

Úbytek organické hmoty v půdě jsme diskutovali již v minulém čísle časopisu Biom 1/2019 „Organická hmota v půdě“. Spolu s příčinami těchto ztrát jsme zmínili i několik možných zdrojů organické hmoty, jako je digestát, sláma nebo kaly z čistíren odpadních vod, které lze využít jako hnojivo a ubývající organiku v půdě tak doplnit. Všechny tyto zdroje jsou příkladem klasického oběhového hospodářství. Nyní se chceme zaměřit na další takový významný zdroj. Nejde sice o organický materiál, ale živin pro zúrodnění intenzivně využívané zemědělské půdy obsahuje popel vznikající při spalování biomasy dostatek.

Aplikace popele z biomasy na půdu představuje možnost nejen navrácení živin do půdy, ale zároveň je krokem ke snižování produkovaného odpadu, který jinak končí na skládkách. Kromě hnojení půdy je totiž dalším z motivů opětovného využití popela ze spálené biomasy nová směrnice Evropského parlamentu a Rady EU 2018/850 ze dne 30. května 2018, kterou se mění směrnice 1999/31/ES o skládkách odpadů, která počítá s ukončením skládkování využitelného odpadu do roku 2030.

Popel ze samostatného (čistého) spalování biomasy je od roku 2014 možné aplikovat na půdu díky vyhlášce č. 131/2014, kterou se mění vyhláška Ministerstva zemědělství č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, ve znění pozdějších předpisů, a vyhláška č. 377/2013 Sb., o skladování a způsobu používání hnojiv. Nesmí však překročit limitní hodnoty obsahu rizikových prvků a dalších rizikových látek. Současně je limitována maximální aplikační dávka na 2 t.ha^-1 za 3 roky s tím, že ve stejném roce nesmí být na půdu aplikovány kaly nebo sedimenty.

Vlastnosti popela z biomasy

Popel z biomasy je obecně bohatý na živiny (Ca, K, Mg, P), které jsou do půdy běžně dodávány prostřednictvím minerálních hnojiv, s obsahem Ca (7 - 45 %), K (5 – 14,5 %), Mg (4 – 6,5 %) a P (0,01 – 2,5 %). Při aplikaci popela tak dochází ke zvýšení pH půdy, což je žádoucí především u kyselých půd, kde slouží jako náhrada za vápenec, nebo v kontaminovaných oblastech, kde může vést ke snížení mobility některých rizikových prvků: Al, Cd, Co, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Sn, Ti, Zn. Popel z biomasy navíc obsahuje oproti vápenci více žádoucích makro i mikroprvků, podporuje biologickou aktivitu v půdě a může zlepšit texturu, provzdušnění a vodní kapacitu půdy.

Díky těmto vlastnostem je výhodné popel z biomasy využít jako zdroj minerálních živin namísto minerálních hnojiv nebo jako aditivum do kompostů. Současně funguje i jako sorbent pachů v kalech z ČOV, nebo jej lze využít při rekultivaci půd.

Rizika aplikace popele na půdu

Využití popela z biomasy jako hnojiva přináší i některá rizika, která je před jeho aplikací na půdu třeba ošetřit. Popel z biomasy má obecně vyšší obsahy rizikových prvků (As, Cd, Cr a Pb). Obecně je rizikovými prvky více zatížena dřevní biomasa, která tyto prvky přirozeně dlouhodobě akumuluje. Při nedokonalém spalování, ke kterému dochází při nedostatku kyslíku a při nízké spalovací teplotě (nebo krátké době zdržení paliva v kotli), také zůstává v popelu nespálený organický podíl a vznikají polycyklické aromatické uhlovodíky. Zvýšení pH půdy způsobené aplikací popela může vést ke zvýšení mobility některých prvků, např.: As, B, Cr, F, Mo, Sb, Se, V a W.

Popel z biomasy má i některé, pro sebe typické, vlastnosti, které komplikují manipulaci s ním. Jde hlavně o prašnost, nehomogennost a polétavost. Tyto vlastnosti lze však řešit například úpravou na pelety nebo popelové „čočky“. Takto upravený popel zajistí lepší rovnoměrnost aplikace, sníží náklady na přepravu a umožní i obohacení o další živiny, jako například o síru, která při spalování uniká podobně jako dusík.

S využitím popelů ze spalování biomasy si dokázali poradit a dnes již mají dlouholeté pozitivní zkušenosti ve Švédsku, Finsku, Německu a Severní Americe. Výzkumy navíc ukazují, že celkové koncentrace rizikových látek v popelech jen výjimečně překračují povolené limity.

Úspory ze znovuvyužití popela z biomasy

Mezi hlavní výhody aplikace popela na půdu patří potenciál významného snížení spotřeby minerálních hnojiv. V modelovém příkladu¹ České zemědělské univerzity by v ČR roční produkce popela z biomasy 150 tisíc tun při dávce 2 tuny popela na hektar, stačila k pohnojení přibližně 75 tisíc hektarů zemědělské půdy. Odhadovaná úspora minerálních hnojiv (pro výpočet použité údaje pro náhradu: trojitého superfosfátu, granulované draselné soli a dolomitického vápence), podle metodiky^1,2, by byla v případě hnojení pšenice cca 35,28 mil. Kč za rok, u cukrové řepy 29.22 mil. Kč za rok a jílku vytrvalého 16.32 mil. Kč za rok.

Čísla vycházejí z reálného předpokladu 60% vstřebatelnosti živin z popela. Jak již bylo zmíněno výše, nelze však počítat s úsporou na hnojení dusíkatými hnojivy. Přesto jsou úspory značné, a to nejen finanční. Při výrobě minerálních hnojiv dochází k velké produkci skleníkových plynů a dalších nebezpečných emisí. O to je větší motivace k zavádění oběhového hospodářství popela z biomasy.

Stejně tak využití popela jako hnojiva může představovat významné úspory pro podnik, který může ušetřit za jeho skládkování. V rámci projektů^1,2 České zemědělské univerzity bylo spočteno, že za neuložení na skládku 100 tun popela mohou úspory činit 110 tisíc Kč za rok (cena za uložení tuny odpadu cca 600 Kč + poplatek 500 Kč za uložení odpadu dle zákona 185/2001), které při roční modelové produkci 150 tisíc tun popela mohou České republice ušetřit až 165 milionů Kč.

V roce 2017 bylo v ČR vyprodukováno celkem 47 584 709 GJ energie z biomasy (mimo domácnosti), z toho 1 806 696 tun biomasy bylo spotřebováno na produkci elektrické energie a 2 718 367 tun na výrobu tepla. Celkem bylo tedy spotřebováno 4 525 063 tun biomasy, u které můžeme počítat s 3 – 5 % obsahu popelovin. To představuje celkem až 226 253 tun popela. Popel vzniklý spoluspalováním biomasy tvoří cca 16% podíl, což je 36 200 tun, které nelze aplikovat na půdu a končí převážně na skládkách. Zůstane nám tedy přibližně 190 000 tun popela, které lze potenciálně využít pro výživu rostlin. 

Další potenciál by mělo opětovné využití popela z biomasy, která je spalována v domácnostech. V domácnostech bylo v roce 2017 vyrobeno 75 817 912 GJ energie z biomasy, na kterých se podílelo 210 000 tun briket a pelet a 10 127 329 prmr palivového dřeva (pokud počítáme s průměrnou hodnotou 500 kg dřeva/1 prmr, lze odhadnout na spotřebu 5 063 665 tun palivového dřeva). To představuje celkem 5 273 665 tun materiálu, ze kterého by mohlo být vyprodukováno až 263 683 tun popela. Teď ruku na srdce, kdo tento popel sype na zahrádku, kompost anebo na trávník. Je dost pravděpodobné, že většina tohoto popela však končí v komunálním odpadu a v konečném důsledku na skládkách i přesto, že by mohl být využit jako hnojivo.

Ilustrační foto: Mark Robinson @Flickr.com

Více spalované biomasy, více popela?

Vzhledem k cílům vyplývajícím z Pařížské dohody, kterou se státy zavazují snížit produkované emise o 40 % do roku 2030 oproti roku 1990, se mění také energetický mix, kdy fosilní paliva jsou nahrazována obnovitelnými zdroji. Jedním z takových příkladů je právě biomasa spoluspalována s fosilními palivy, která je takovým polovičatým řešením, jak navýšit podíl OZE v energetickém mixu a zároveň zachovat stávající technologie a udržet provoz bez větších zásahů do inovací. Pokud však chceme potenciál biomasy využít celý, je jasné, že je vhodnějším přístupem biomasu spálit odděleně. Především při kogenerační výrobě dosahuje biomasa účinnosti přeměny energie až 90 %, zatímco při spoluspalování s fosilními palivy jen okolo 50 %, tj. mírně více, než je účinnost spalování samotného uhlí. A pak je tu právě ten popel, který při samostatném spalování biomasy je možné využit jako hnojivo.

Závěr

Historicky popel z biomasy vždy skončil na hnojišti, políčku nebo louce. V současnosti naprostá většina popela ze samostatného spalování biomasy končí na skládkách. Tento materiál má však velký potenciál opětovného využití, především jako půdního aditiva a hnojiva. Hlavními ekonomickými pozitivy opětovného použití popela jsou výrazné úspory za skládkovné a nákup minerálních hnojiv. Tyto výhody mohou podnikům, ale i domácnostem pomoci snížit množství produkovaného odpadu a podpořit tak principy oběhového hospodářství. Nezanedbatelné jsou také další úspory v podobě emisí nežádoucích látek vypouštěných při výrobě a přepravě minerálních hnojiv.  

Vypracováno v rámci řešení projektu OP PIK č. CZ.01.1.02/0.0/0.0/15_019/0004771 a Ministry of Education, Youth and Sports of the CR (project n. CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000845)

Článek byl publikován v časopisu Biom 2/2019 Biomasa v době klimatických změn.

---

¹ Tlustoš, P., Ochecová, P., Kaplan, L., Száková, J., Habart, J., 2014. Aplikace popelů ze spalování biomasy na zemědělskou půdu: certifikovaná metodika. Česká zemědělská univerzita v Praze. ISBN 978-80-213-2514-2

² Tlustoš, P., Ochecová, P., Száková, J., Perná, I., Hanzlíček, T., Habart, J., Straka, P., 2012. Monitoring kvality popelů ze spalování biomasy: certifikovaná metodika. Česká zemědělská univerzita v Praze. ISBN 978-80-213-2327-8

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