Potenciál odpadov v Slovenskej republike ako alternativa ku klasickým energonosičom

Úvod

Energetika patrí medzi odvetvia, ktoré sa podieľajú na zvyšovaní životnej úrovne, na strane druhej je veľkým zdrojom znečisťovania životného prostredia. Celková spotreba energie a štruktúra energetického hospodárstva

SR je jedným z určujúcich faktorov miery vplyvu energetiky na životné prostredie. V čase odstavenia blokov dvoch jadrovej elektrárne v Jaslovských Bohuniciach a takmer úplnej závislosti našej republiky na dovoze primárnych energetických zdrojov je úloha hľadania nových doplnkových energonosičov pre Slovensko vysoko aktuálna. Pritom je nevyhnutné zabezpečiť harmonický vzťah energetiky a životného prostredia najmä cestou zavedenia vhodných doplnkových vysoko účinných technológií, ktoré budú využívať alternatívne zdroje energie a technológií, ktoré budú účinne a bez ďalších vplyvov na životné prostredie energeticky zhodnocovať inak nevyužiteľný odpad, a budú dostatočné spoľahlivé. Všetky energetické zdroje sa musia využívať spôsobom, ktorý zohľadňuje tak ľudské zdravie, ako aj životné prostredie. Vláda slovenskej republiky prijala dva veľmi významné dokumenty, ktoré koncepčne riešia problém energetiky a životného prostredia. Je to Energetická politika Slovenska a Program odpadového hospodárstva na roky 2006-2010. Integrujúcimi myšlienkami obidvoch dokumentov je zisk energie a zníženie zaťaženia životného prostredia.

Zdroje alternatívnych energonosičov

Podľa druhu môžeme alternatívne energonosiče rozdeliť na biologické, syntetické a zmesové, obr. 2, [2]. 2.1

Biomasa

Najvyšší energeticky potenciál zo všetkých obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku má biomasa (42 %). Do biomasy určenej na energetické využitie sa vkladajú nádeje, že sa stane alternatívnym obnoviteľným zdrojom energie a postupne nahradí časť neobnoviteľných klasických zdrojov energie. Z pohľadu premeny energie je biomasa vhodná na spaľovanie, výrobu biopalív vo forme metylesterov rastlinných olejov alebo bioalkoholu ako zložka do motorových palív, a na výrobu bioplynu s následnou kombinovanou výrobou tepla a elektriny kogeneráciou.

Drevná biomasa

Využiteľný potenciál lesnej biomasy (dendromasy) na Slovensku predstavuje ročne hodnotu 1,81 milióna ton s energetickým ekvivalentom 16,9 PJ, (tab. 1). Lesná biomasa vzniká ako odpad pri ťažbe dreva. Problémom sú vysoké náklady na zber a zhromažďovanie tejto biomasy najmä pri prebierkovej ťažbe.

Významným zdrojom energeticky využiteľného drevného odpadu je drevospracujúci priemysel, ktorý vytvára 1,41 mil. ton drevného odpadu ročne. Celková energetická hodnota využiteľného odpadu z drevospracujúceho priemyslu je 18,1 PJ, (tab. 1).

Poľnohospodárska biomasa

Celkový potenciál poľnohospodárskej odpadovej biomasy na energetické účely je 44 PJ, (tab.1). Spaľovaním biomasy môžeme ročne získať 28,6 PJ energie, z produkcie biopalív 7,0 PJ a z odpadu, ktorý vzniká pri výrobe biopalív vo forme výliskov alebo výpalkov ďalších 8,4 PJ. Slovenské poľnohospodárstvo môže vyčleniť ďalších 300 tis. hektárov na účelové pestovanie zelenej biomasy pre energetické účely s energetickým potenciálom 32 PJ.

Exkrementy poľnohospodárskych zvierat

Na Slovensku ročne vzniká 13 700 000 ton exkrementov hospodárskych zvierat a pre spracovanie tohto množstva by bolo možné postaviť 374 bioplynových staníc na spracovanie exkrementov hospodárskych zvierat. Biologický plyn je možné využívať na priame spaľovanie v kotloch a sušiarňach na výrobu elektrickej exkrementov hospodárskych zvierat je 9,š PJ, (tab. 1).

Energetický potenciál pôdohospodárskej biomasy je značne vysoký a predstavuje teoreticky až 15 % ročnej spotreby energie v Slovenskej republike, ktorá je približne 800 PJ.

Syntetický odpad

Plasty

Plasty sú organické látky, ktoré sa vyrábajú z ropy a ich odpad predstavuje zdroj energie. Každoročne vzniká na Slovensku celkovo až 100 000 ton plastového odpadu, čo je približne asi 7 % z celkového množstva komunálneho odpadu. Energetický potenciál uvedeného odpadu je približne 4 PJ. Už dlho sú známe potenciálne možnosti prípravy kvapalného alebo plynného paliva z odpadov plastov a náhrada ťažkého vykurovacieho oleja alebo zemného plynu. Realizácia sa však zatiaľ nedostala ďalej ako do poloprevádzkovej úrovne.

Guma

Pri energetickom zhodnocovaní gumy vyžívame najmä vysoký energetický potenciál gumy 34,5 MJ/kg pri vysokoteplotnej oxidácii alebo pyrolýze. Vyradené opotrebované pneumatiky predstavujú relatívne značné množstvo materiálu s veľkým obsahom energie. Zloženie a výhrevnosť gumy je zrovnateľná s kvalitnými druhy čierneho uhlia. Spaľovanie sa vykonáva v cementárskych peciach alebo v špeciálnych peciach. Na Slovensku ročne vzniká približne 24 000 ton opotrebovaných pneumatík, čo predstavuje energetický potenciál približne 0,8 PJ. Na Slovensku sa pneumatiky prakticky spaľujú len v cementárenských peciach. V cementárenských peciach sa spaľuje aj tuhý komunálny odpad s vysokým podielom gumového odpadu. V poslednom čase sa pri termickom zhodnocovaní gumy stále viac uplatňujú technológie splyňovania, pyrolýzy či skvapalňovania.

Zmesový odpad

Tuhý komunálny odpad

V súčasnej situácii, keď recyklátory odmietajú od obcí a miest vykupovať tuhý separovaný komunálny odpad, pretože ceny primárnych surovín sú mnohokrát nižšie ako sú nutné minimálne ceny druhotných surovín a materiálová recyklácia nie je efektívna. V tejto situácii, keď ceny surovín prudko klesajú a cena za energiu sa naopak prudko zvyšuje, rastie vzrastá energetického zhodnotenie zmesového komunálneho odpadu. Pekným príkladom využitia zmesového komunálneho odpadu je projekt pyrolýzneho spaľovania TKO v Dubnici. Na našom pracovisku pripravujeme pre tento projekt brikety s rozdielnym percentuálnym zložením jednotlivých odpadov.

Kaly z ČOV

Treba sa začať vážne zamýšľať nad vo svete už zavedenou technológiou energetického zhodnocovania kalov. Význam tejto technológie vzrastá hlavne pri silne kontaminovaných kaloch. Podľa Metodického pokynu MŽP SR č. 4646/2004-4 [4] na nakladanie s kalmi z komunálnych čistiarní odpadových vôd je treba pri voľbe technológie zhodnocovania kalov postupovať tak, aby sa minimalizovali účinky negatívnych vplyvov na životné prostredie. Na Slovensku ročné vzniká po prepočte na sušinu približne 55 000 ton kalov z ČOV s energetickým potenciálom 0,66 PJ. Katedra výrobnej techniky SjF STU v Bratislave vypracovala v roku 2005 štúdiu zameranú na energetické zhodnotenie kalov z ČOV, [3]. Štúdia bola riešená pre firmu Neusiedler SCP, a.s., v Ružomberku (teraz MONDI SCP Paper, a.s.). Uvedená firma kúpila ČOV v Hrboltovej pri Ružomberku, v ktorej ročne vzniká 80 tisíc ton kalov s relatívnou vlhkosťou 78 %. Úlohou riešiteľa bolo nájsť vhodnú technológiu materiálového alebo energetického zhodnotenia uvedeného odpadu.

Zmesové alternatívne palivo

K ďalším technológiám, ktorými sa odpady v SR upravujú, patrí výroba alternatívneho paliva z odpadov (R1). Výroba alternatívneho paliva je na Slovensku zavedená a dostatočne známa. Základným cieľom je energetické zhodnotenie odpadov v cementárenských peciach. Rôzne druhy inak nevyužiteľných odpadov sú pri tejto technológii drvené na relatívne malú frakciu a vo vhodnom pomere zmiešané so základným nosičom – drevnými pilinami. Výrobou alternatívneho paliva sa na Slovensku zaoberá firma ECOREC Slovensko, s.r.o., obr. 2, [5]. Predpokladaná ročná výroba tepelnej energie z alternatívneho paliva by mala dosiahnuť 0,5 PJ, čo predstavuje náhradu asi 20 tisíc ton čierneho uhlia. Prvým technologickým objektom, ktorý začal využívať alternatívne palivo, bola cementárenská pec spoločnosti HOLCIM Slovensko, a.s., v Rohožníku.

Štandardizácia tuhých palív

V poslednom čase, v čase hospodárskej krízy sa stále viac stretávame s požiadavkami lisovať aj iné druhy odpadov ako je drevná biomasa. Procesom ušľachtenia paliva dochádza k homogenizácii zloženia odpadu, homogenizácii jeho veľkosti, k úprave jeho vlhkosti, k úprave jeho zloženia a úprave ďalších fyzikálno-mechanických vlastností. Palivo má optimálny tvar pre spaľovanie, rýchlosť, dĺžku a rovnomernosť horenia, optimálny tvar pre automatizovanú dopravu v procese skladovania, manipuláciu pri preprave a pri skladovaní. Hustota energonosiča limituje komfort pri preprave a minimalizuje náklady na dopravu a skladovanie. Ušľachťovaním odpadu je možné meniť chemické vlastnosti paliva. Takto upravené palivo má neobmedzenú stálosť bez biodegradovateľných procesov. Príkladom sú pelety vyrobené z kalov z ČOV., Veľmi dôležitou vlastnosťou technológií zhutňovania je stabilizácia termických a mechanických vlastností energonosiča. Pelety, ktoré vznikli lisovaním zmesi kalu z ČOV a pilín, úplne stratili zápach, sú pevné a vhodné na prepravu aj cez mesto. Veľkou výhodou je, že takéto palivo má neobmedzenú trvanlivosť. Jedinou podmienkou stálosti je, aby palivo neprišlo do priameho styku s vodou. Skúšky spracovaných výliskov vykonal Ústav pro výzkum a využití paliv v Prahe Běchovicích. Z výsledkov merania je zrejmé, že výhrevnosť kalu v bezvodom stave je 14 -16 MJ.kg-1. So zvyšovaním množstva pilín výhrevnosť paliva rastie. Zrealizovaním projektu by firma získala 24 000 ton paliva s výhrevnosťou približne 15 MJ/kg.

Problém je ale v legislatíve, pretože výlisky vyrobené z takéhoto odpadu nie sú definované ako palivo. Neexistuje platná legislatíva, ktorá by takéto palivo definovala. Potom aj dobré príklady často nemôžu doznať reálnu aplikáciu. Z uvedeného dôvodu sme boli SAŽP požiadaný o klasifikáciu tuhých ušľachtilých palív, [7]. Základné rozdelenie tuhých palív ktoré sme v rámci citovanej štúdie vykonali je zrejmé z obr. 4. Z obrázku je zrejmé, že so zvyšovaním úpravy paliva rastie jeho kvalita. Z pohľadu existujúcej legislatívy môžeme jednotlivé tuhé materiály, resp. odpady rozdeliť do štyroch základných skupín, obr.5:

1. Skupina – Drevná biomasa

K dnešnému dňu je vypracovaná vo viacerých štátov Európy legislatíva pre posudzovanie kvality tuhých ušľachtilých biopalív. Táto legislatíva je základným komunikačným nástrojom pre výrobcov, obchodníkov a spotrebiteľov tuhé ušľachtilé biopalivá TUBP. Najprísnejšie kritériá na TUBP sú podľa existujúcich noriem definované v nemeckej norme DIN PLUS – Táto norma je aj základom pre prípravu jednotnej Európskej normy. Uvedená norma definuje aj požiadavku maximálneho množstva popola z TUBP. Táto požiadavka je tvrdá a vo veľa prípadoch je problém stanovenú hodnotu dosiahnuť aj po spálení výliskov vyrobených z čistého dreva bez obsahu kôry. Pri porovnaní analyzovaných výsledkov získaných protokolov skúšok konštatujeme, že uvedené požiadavky DIN PLUS sú dostatočne prísne aj na udelenie označenia „Európsky kvet“

2. Skupina – Trávnatá biomasa

Nie sú zatiaľ definované normy pre TUBP vyrobené z uvedených materiálov. Existuje všeobecný záujem, aby tieto TUBP boli štandardizované. Preto je žiaduce, aby boli vytvorené efalóny a následne normy pre tento druh TUBP. Priemerne hodnoty realizovaných skúšok, by mali byť základom pre prípravu budúcich noriem TUBP musia byť vyrábané zo suroviny, ktorá nie je kontaminovaná. Po vypracovaní efalónu a prípadne noriem bude možné stanoviť Kritérií pre udeľovanie Európskeho kvetu.

3. Skupina - Surovina z rovnorodého odpadu

TUB vyrobené z rovnorodých odpadov nie sú primárne určené pre energetické zhodnocovanie. Môžu sa zhodnocovať len presne stanovených podmienok horenia a v určených zariadeniach. Takýmto TUB neodporúčame udeľovať „Zelený kvet“ a nie sú predmetom tejto štúdie.

4. Skupina – Zmesové odpady TUO

Nie sú určené pri priame energetické odpady. Sú len medzistupňom. Môžu byť zhodnocované výlučne len v určených energetických zariadeniach, lebo sú len nutnou technologickou úpravou vyplývajúcou z následnej technológie energetického zhodnotenia.

Záver

Napriek tomu, že intenzívnejšie využívanie alternatívnych palív na báze organických materiálov umožňuje znižovať spotrebu fosílnych palív, a tým i produkciu plynných emisných látok, nebol sa doteraz v tomto smere dosiahnutý výraznejší pokrok. Dôvodov je niekoľko. Medzi hlavné prekážka patria:

• Ešte stále deformované ceny primárnych energetických zdrojov
• Nie je vybudovaná distribučná sieť na nové druhy energonosičov
• Vysoké investičné náklady na nové technológie
• Vláda sa vážne začala zaoberať diverzifikáciou palív a investičnou podporou na výrobu alternatívnych energonosičov až posledných pár mesiacovv
• Trvalá dostupnosť tuhých ušľachtilých biopalív bude závislá od skutočnej podpory vlády

Efektívnej zmene druhu paliva z klasického na alternatívne musí predchádzať komparatívna analýza. Vykonať vhodnú analýzu, ktorá výstižne charakterizuje náhradu primárnych energetických zdrojov za alternatívne palivo, je veľmi ťažké. V určitých prípadoch je to takmer nemožné. Predmetom kvantitatívnej analýzy je zhodnotenie stavu a množstva odpadov s reálnym energetickým ekvivalentom. Pri kvalitatívnej analýze sa porovnávajú environmentálne a ekonomické parametre alternatívneho paliva s klasickými palivami. Aj význam uvedených kritérií je v konkrétnych prípadov veľmi rozdielny. Niekedy môže spracovateľ odpadu počítať s nulovou nákupnou cenou za odpad, resp. s jeho zápornou hodnotou (dotované zhodnocovanie). V prípade, že producent odpadu má problémy s jeho zneškodňovaním a vynakladá na skladovanie alebo skládkovanie nemalé finančné prostriedky, je často ochotný spolufinancovať projekt zhodnocovania odpadov, resp. prispievať spracovateľovi odpadu za jeho odoberanie a ekonomické kritérium nie je z jeho pohľadu prvoradé. Naopak, pre producenta alternatívneho paliva má ekonomické kritérium určujúci význam. Vzhľadom na pomerne široký okruh faktorov a súvislostí, ktoré môžu ovplyvniť výhodnosť, príp. nevýhodnosť zhodnocovania jednotlivých druhov odpadov, je každé zovšeobecňujúce porovnanie nepresné. Z toho dôvodu odporúčame vždy individuálny prístup s posúdením všetkých faktorov.

Poďakovanie

Tento príspevok bol vytvorený realizáciou projektu „Vývoj progresívnej technológie zhutňovania biomasy a výroba prototypov a vysokoproduktívnych nástrojov“ (kód projektu ITMS: 26240220017), na základe podpory operačného programu Výskum a vývoj financovaného z Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Literatúra

• [1] Zákon č. 223/2001 Z.z. o odpadoch a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov.
• [2] ŠOOŠ, Ľ.: Energetické odpady (časť 1. – 4) In.: Časopis Odpady (SR), ročník 1, 2001, čísla 8 -11.
• [3] ŠOOŠ, Ľ.; KOLLÁTH, Ľ.; KRÍŽIK, P. a kol.: Úprava čistiarenského kalu z ČOV Ružomberok-Hrboltová pre potreby spaľovania v zariadeniach MONDI BP SCP a.s. Ružomberok, Predprojektová štúdia pre fy. MONDI BP SCP a.s. Ružomberok, 28.2.2005, Bratislava.
• [4] Metodického pokynu MŽP SR č. 4646/2004-4 Nakladanie s kalmi z komunálnych čistiarní odpadových vôd 2005.
• [5] Ecorec Slovensko URL < http://www.ecorec.sk/ [cit. 2006-3-22]
• [6] ŠOOŠ, Ľ.: Odpady 1 : Environmentálne technológie. - 1. vyd. STU v Bratislave, 2007. - 165 s. - ISBN 978-80-227-2627-6.
• [7] ŠOOŠ, Ľ.- KRIŽAN, P. – MATÚŠ, M - KOLLÁTH, Ľ.; Vykurovacie pelety z biomasy, [Výskumná správa pre MŽP SR], SAŽP, január 2010. 156 s.

Článek byl zveřejněn ve sborníku konference Energetika a biomasa 2010.

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