Význam peletizace dřevní hmoty

Dřevní hmota je jako palivo obecně velice složitě definovatelné. Má různou formu, vlhkost, výhřevnost, popelnatost a s tím jsou spojeny i různé nároky na distribuci, skladování a konstrukci samotného spalovacího zdroje. To platí především pro dřevní odpad ve formě pilin a štěpky, které jsou svým charakterem absolutně nevhodnými palivy například pro individuální vytápění rodinných domů. Pokud však tuto hmotu na protlačovacím matricovém lisu „zkoncentrujeme“ do pelety, získáme naopak velice přesně definovatelné palivo, které umožňuje přenést právě do malých objektů vysoký standard vytápění pevnou biomasou.

Malé rozměry a velká tvarová stálost umožňují jednoduchou manipulaci s tímto „tekutým“ palivem. Vysoká hustota a výhřevnost minimalizují nároky na skladovací prostory. Odolnost proti atmosférické vlhkosti zaručuje stálost vlastností i při dlouhodobém skladování. Nízká vlhkost a malý obsah popelovin jsou ideální pro udržení stabilního spalovacího procesu s vysokou účinností a zanedbatelnými emisemi škodlivin.

Častým argumentem odpůrců pelet je tvrzení, že peletizace je zbytečným mrháním energie, protože původní surovinu lze jednoduše spálit bez zbytečného dalšího upravování. Má tedy peletizace význam? Pokusím se shrnout základní fakta.

Vlhkost

Dřevní peleta je vyráběna především z odpadu vznikajícího při těžbě a zpracování dřeva. Přibližně 50 – 60 % z těžby představuje kmenové dříví, zbytek pak větve, listí (jehličí), kůra, pařezy a kořeny. Kmenové dříví se zpracovává na pilách, čímž vzniká základní surovina pro výrobu pelet – surová pilina. Jejím hlavním problémem je vlhkost, která se běžně pohybuje mezi 50 – 60 %. Bez rychlého vysušení pilina začíná prakticky ihned plesnivět a celkově „palivářsky“ degradovat. Díky činnosti hub, bakterií a parenchymatických buněk nelze vlhkou pilinu skladovat jako palivo déle než 3 měsíce. Vedle ztráty výhřevnosti a celkového objemu hrozí mimo jiné samovznícení a v neposlední řadě také velké zdravotní riziko pro obsluhu (napadení dýchacích cest spory plísní a hub). Podobně je na tom také štěpka, která vznikne zpracováním zbytků po těžbě. Vlhkost se dá redukovat tím, že se surovina před štěpkováním nechá částečně vyschnout, ale i tak se pohybuje běžně nad 40 % a při skladování hrozí podobné problémy, jako u vlhké piliny. Kvalitní peleta má vlhkost 6 – 8 %. Při protlačování suroviny předsušené na 12-15% matricí se uvolňuje velké množství tepla. Tím se sníží vlhkost budoucí pelety, ale „plastizuje“ také základní pojivo - lignin. Rychlým ochlazením lignin zatuhne a peleta získá charakteristický pevný lesklý povrch. Vedle velké objemové hmotnosti, pevnosti a mechanické odolnosti to znamená také odolnost proti absorpci vzdušné vlhkosti. Pokud peleta nepřijde do přímého styku s vodou nebo vlhkým materiálem (vlhké stěny skladu,…), lze ji skladovat i několik let bez jakýchkoliv bezpečnostních rizik, či znatelných změn kvality.

Objemová hmotnost, hustota energie

Ve velkých zdrojích se piliny a štěpky běžně spalují s vlhkostí nad 40 %. Malé zdroje pod 200 kW však vyžadují vlhkost nižší. Při vhodném skladování je lze přirozeným způsobem vysušit na vlhkost okolo 30 %, kdy je jejich výhřevnost cca 3,4 kWh/kg a objemová hmotnost na hranici 130 kg/prms (prostorový metr sypný) u pilin, resp. 240 kg/prms u štěpky. Z toho nám vychází průměrná hustota energie 440 kWh/prms, resp. 810 kWh/prms. Běžná peleta má výhřevnost 4,8 kWh/kg a objemovou hmotnost 650 kg/prms, což znamená 3100 kWh energie „naakumulované“ v 1 m³ volně sypaných pelet. Vedle rozdílných nároků na skladové prostory to je významné také pro samotnou konstrukci spalovacího zdroje. Uvedu jednoduchý příklad. Vezmeme-li pro srovnání jako základní jednotku 10 kW požadovaného výkonu kotle, pak při účinnosti spalování 85 % potřebuje tento zdroj příkon v palivu 11,5 kW. Za hodinu provozu je tak spotřebováno 2,4 kg pelet nebo 3,4 kg pilin či štěpky. Ovšem objemově to představuje 3,7 dm³ pelet, 14,2 dm³ štěpky a 26,1 dm³ pilin! Neznamená to jenom rozdílné nároky na dimenzování dopravních cest paliva do ohniště, ale samozřejmě také rozdílné nároky na dimenzování samotného ohniště.

Spalování, spalovací zdroje

Při spalování dřevní hmoty se v počáteční fázi hoření musí palivo nejdříve zbavit vody – vysušit. To vyžaduje poměrně značné množství energie (0,68 kWh na odpaření 1 kg vody) a současně to snižuje teplotu ve spalovací komoře. A samozřejmě platí, že čím větší vlhkost paliva, tím větší ochlazení spalovací komory. Dřevo obsahuje až 80 % prchavé hořlaviny. Zjednodušeně řečeno, 80 % všech spalitelných složek se zahřátím dřevní hmoty uvolní ve formě plynu, který pak hoří nad roštem dlouhým plamenem. K dokonalému spálení této hořlaviny je nutné udržet v ohništi i dohořívacím prostoru vysokou teplotu (nad 500 °C), což je právě při spalování vlhkého paliva velký problém. Čím vlhčí palivo se spaluje, tím náročnější je konstrukce spalovací komory, například na použití většího množství žáruvzdorné vyzdívky či složitější distribuci spalovacího vzduchu. A samozřejmě rozdílné objemové množství spalovaného paliva si vyžaduje rozdílné dimenze roštové části ohniště. Také samotný proces spalování je daleko lépe regulovatelný u paliva, které má konstantní parametry, než u paliva, jehož parametry (především výhřevnost) jsou značně kolísavé. Zvýšené konstrukční nároky na zdroje spalující vlhká paliva (pilina, štěpka) jak v části dopravy paliva, tak v částech spalovací a regulace, jsou patrné zejména u kotlů malých výkonů, kdy je běžné, že pořizovací cena kotlů na spalování štěpky je až dvojnásobná oproti peletovým „speciálům“.

Energetická náročnost výroby pelet

Energetická náročnost peletizace je závislá na technologii výroby a zvláště výkonnosti peletovací linky. Proto bude následující rekapitulace orientační tak, aby dávala rámcový přehled o samotné výrobě. Ze vstupní suroviny, ve které je naakumulovaná energie cca 3,6 kWh (1,6 – 1,8 kg piliny dle vlhkosti) se vyrobí 1 kg pelet s výhřevností 4,8 kWh/kg. Na samotnou výrobu 1 kg pelet je zapotřebí 0,1 – 0,15 kWh převážně elektrické energie, případná úprava štěpky na jemnou frakci potřebnou pro peletování (drtič, šrotovník) spotřebuje do 0,1 kWh. Pokud je nutné surovinu dosušit na vlhkost okolo 12 %, dle technologie a vstupní vlhkosti to znamená 0,3 – 0,5 kWh energie na kilogram vyrobených pelet.

Rekapitulace

Záměrně jsem tuto kapitolu nenazval závěr, ale rekapitulace. Jako ve většině případů, nic není černobílé. Na každý problém lze nahlížet z různých úhlů pohledu, a tak nechť si každý učiní svůj závěr sám. Zběžný pohled na čísla udávající energetickou náročnost výroby naznačuje, že peletizace rozhodně není nesmyslným mrháním energie. Rozhodující je zde spíše cena za vloženou práci a energie. Myslím, že jednoznačně lze říci, že pilina ani štěpka nejsou paliva vhodná pro vytápění většiny běžných rodinných domů, i když jsou levnější. Zvláště u malých zdrojů hrají velký význam vysoké pořizovací náklady i prostorové nároky na zdroj i samotné palivové hospodářství. Jsou to paliva spíše lokálního významu a uplatnění nacházejí především u větších zdrojů. To peleta se díky svým vlastnostem stala významnou komoditou na evropském trhu s pevnými biopalivy. Pokud se v roce 2000 v celé EU prodalo necelých 600 tisíc tun dřevních pelet, v roce 2010 již objem obchodu přesáhl hodnotu 13 miliónů tun. Z toho byla téměř ¼ dovezena ze Severní Ameriky. Pro jejich distribuci a skladování lze používat technologií téměř shodných s technologiemi používanými u topných olejů. Proto po prudkém zdražení LTO koncem minulého století zažila peleta významný boom hlavně v zemích, kde se k vytápění rodinných domů právě LTO využívalo (Rakousko, Německo). Naopak ve Skandinávii je převážná část pelet spálena ve velkých zdrojích situovaných především v okolí přístavů. Dříve se po moři do těchto zdrojů dováželo uhlí, po zavedení obchodování s emisními povolenkami se stalo výhodným stejným způsobem dovážet (především z Kanady a USA) levnou peletu, která má v 1 m³ prakticky shodnou hustotu energie jako hnědé uhlí.Navíc změna paliva z uhlí na peletu nevyžadovala významné změny technologií spalování. Postupně je zaváděna jednotná evropská legislativa týkající se vlastností pelet i metod jejich ověřování. V našich podmínkách má peleta o něco horší „startovací“ podmínky. Jednak je to stále relativně levné uhlí (což ostatně blokuje masívní rozšíření pelet také v USA) a jednak je to značně pokřivený trh se surovinou na jejich výrobu. To díky nesmyslné podpoře výroby elektrické energie spoluspalováním biomasy s uhlím ve velkých zdrojích. Pilina a štěpka jsou díky poptávce velkých hráčů drahou a hlavně nedostatkovou komoditou pro místní peletárny. Proto se k nám paradoxně začíná dovážet levná peleta z Východu. Ale to je povídání na jiné téma.

Tweet

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