Jak na bioodpady? Zkušenosti z Německa (1)

V současnosti jsme v ČR svědky doposud zřejmě největší diskuse o odpadovém hospodářství (OH) a jeho dalším vývoji. Vstup do EU přináší zásadní obrat v dosavadním způsobu nakládání s komunálními odpady (KO) a Plány odpadového hospodářství (POH) se z celonárodní a krajské úrovně přenesly na úroveň samotných měst a dalších původců odpadů.

Všichni tedy aktuálně hledají cíle a opatření, jakým způsobem naplnit v praxi cíle EU a POH. Centrem pozornosti je zejména biologická část z komunálních odpadů. Města se často potýkají s volbou, zda zvolit opatření zahrnující spalovnu KO nebo některou z biologických technologií - kompostárnu, bioplynovou stanici (BPS), mechanicko-biologické nebo mechanicko-fyzikální technologie (MBT nebo MPT). O těchto alternativních technologiích není v ČR dostatek informací a jejich rozvoj byl vzhledem k dosavadnímu stavu OH komplikovaný. Díky vstupu do EU a postupné změně podmínek má rovněž ČR možnost širokého uplatnění těchto moderních technologií, podobně jako je tomu již dlouho v EU "patnáctce" ". Zejména Německo lze pokládat za jednu z předních evropských zemí v oblasti nakládání s odpady s bohatou zkušeností v oboru. Právě proto jsme v květnu 2005 připravili zejména pro podnikatele z ČR pracovní návštěvu, jejímž cílem bylo poznání biologických technologií v praxi na území Bavorska a Saska. Získali jsme tak přehledné informace o biologických technologiích a o situaci v SRN a podstatné z nich naleznete v sérii několika článků, které bude časopis Odpady otiskovat v následujících měsících.

Bioplynové stanice - podstata a stav v SRN

Zpracování bioodpadů formou anaerobní digesce v bioplynových stanicích je zajímavá technologie, schopná vysoce efektivně zpracovat širokou škálu bioodpadů, od odpadů z údržby veřejné zeleně, bioodpadů z domácností, ze stravoven a kuchyní, přes řadu bioodpadů z podnikatelských provozů (zemědělské provozy, lihovary, masokombináty) až po cíleně pěstovanou biomasu pro energetické využití (např. kukuřice, energetické rostliny). Podstatou této technologie je zpracování bioodpadů ve fermentačním reaktoru za nepřístupu vzduchu, kdy při postupném rozkladu bioodpadů vzniká bioplyn, ze kterého se následně vyrábí elektrická a tepelná energie. Výstupem z procesu je tzv. digestát, stabilizovaný materiál, který lze použít jako kvalitní hnojivo. BPS tedy zajišťuje materiálové využití bioodpadů a současně významnou produkci ekologicky čisté energie s možností prodeje za výhodnou cenu. Při správném provozu zařízení se celkově jedná o perspektivní a ekonomicky atraktivní technologie. Výhodou je také to, že technologie výrazně snižuje možné problémy související se zápachem. Využíváním bioodpadů v BPS lze splnit požadavky hned několika zásadních směrnic EU a přispět k naplnění cílů POH ČR. V sousední SRN se BPS již léta intenzivně rozvíjejí a v současnosti se jejich počet odhaduje na 1200. Například v roce 2003 došlo k meziročnímu nárůstu produkce bioplynu o 10 % a předpokládá se další výrazný nárůst. Z počátku byly BPS používány zejména na zpracování odpadů ze zemědělských provozů a postupně se začaly stále více používat i na kofermentaci různých druhů bioodpadů, včetně z domácností, z komunální sféry obecně a z průmyslových provozů. Novým trendem jsou BPS speciálně určené na zpracování cíleně pěstované biomasy.

Bioplynová stanice v praxi

Praktickým příkladem na naší pracovní cestě byla bioplynová stanice u města Plauen v Sasku, nedaleko českých hranic. Vývoj vzniku této BPS, její umístění a zkušenosti jsou zajímavým příkladem pro uplatnění podobných zařízení také v ČR. BPS se nachází v areálu zemědělského provozu, který byl založen v roce 1961 za účelem chovu drůbeže (nosnic) a kuřat s celkovou kapacitou 400 000 ks. Přitom vznikalo velké množství problematických odpadů a provoz byl vytápěn topným olejem, což vedlo k velké zátěži životního prostředí. V roce 1985 bylo proto přijato rozhodnutí vybudovat BPS. Ve spolupráci s Technickou univerzitou v Drážďanech bylo vybudováno nejdříve modelové zařízení o objemu 50 m³ a poté se postavily tři fermentory, každý o objemu 750 m³. Provoz zařízení byl zahájen v dubnu 1987, přičemž zpracovávána byl pouze drůbeží kejda (trus). Z bioplynu se vyráběla pouze tepelná energie pro potřeby provozu.

Po změně režimu v roce 1989 nastal výrazný zlom. Zemědělský provoz zkrachoval a později byl koupen novým majitelem, který ovšem neměl zájem na provozování BPS. Bývalí zaměstnanci z tohoto zařízení zřídili vlastní firmu, která převzala provoz BPS. V letech 1991-1992 došlo k rekonstrukci zařízení, kdy byla instalována kogenerační jednotka, zahájena produkce elektrické energie a rozšířil se sortiment zpracovávaných odpadů, včetně bioodpadů z domácností z nedalekého města Plauen. Impulsem k tomu byla nejenom snaha efektivně řešit nakládání s bioodpady v regionu, ale také nový zákon o obnovitelných zdrojích energie, který mj. zavedl vyšší výkupní ceny za ekologickou elektřinu. Za účelem dosažení maximální efektivity a splnění všech nových požadavků právních předpisů došlo ke komplexní rekonstrukci BPS v letech 1994-1998. Kromě fermentorů bylo při rekonstrukci vše vyměněno a byla vybudována správní, administrativní budova. Celková investice dosáhla částky asi 14 mil. marek, z nichž zhruba 70 % tvořily náklady na vlastní zařízení.

Tímto způsobem se dospělo k dnešnímu a celkově optimalizovanému stavu. BPS zpracovává tzv. mokrou fermentací celkem 25 000 tun bioodpadu za rok a zaměstnává až 16 lidí. Jedná se vlastně o regionální centrum pro nakládání s bioodpady. Nejvýznamnějším vstupem do zařízení je tříděný bioodpad z domácností, který tvoří 50 % hmotnostních z přijímaných odpadů. Dalších 25 % tvoří drůbeží hnůj a zbytek je tvořen různými bioodpady z podniků, např. z potravinářských provozů nebo ze supermarketů (vybalené zboží s prošlou záruční lhůtou), tekutým odpadem. Co se týká bioodpadu z domácností, jejich třídění je v celé oblasti běžně zavedeno a ve městě Plauen (zhruba 70 000 obyvatel) je do třídění bioodpadu zapojeno asi 70 % obyvatel. Domácnosti třídí bioodpady do speciálních hnědých popelnic a kvalita sběru je velice dobrá. Podíl nežádoucích příměsí je pouze asi 1,1 %. Se svozovou společností mají provozovatelé BPS uzavřenou dlouhodobou smlouvu.

Proces zpracování bioodpadu

Přijímané bioodpady jsou členěny do 3 frakcí: drůbeží hnůj, dále bioodpady z domácností a kapalné odpady (dováží se pomocí cisteren). První dvě frakce vyžadují mechanickou předúpravu, při které jsou odstraněny nežádoucí příměsi. V případě drůbežího hnoje se na speciálním zařízení odstraňuje peří, u bioodpadů je úprava náročnější. Po dopravníku procházejí nejdříve přes magnetický separátor, který odstraní případné kovové nečistoty, a následně přes bubnové síto s oky o průměru 8 cm. Tady se zachycuje velká část nežádoucích příměsí, zejména plastové sáčky, zatímco propadlá podsítná frakce postupuje dál, kde se naskladní a následně homogenizuje. Bioodpady jsou promíchány s procesní vodou, procházejí přes další síto na dně homogenizéru s oky o průměru 8 mm a následně jsou odvedeny k vlastnímu zpracování. Poté, co jsou vstupující bioodpady homogenizovány, postupují do tzv. hydrolýzy, kde dochází k prvé fázi rozkladu organických látek na organické kyseliny při délce zdržení 3-5 dní. Prostřednictvím pump jsou poté paralelně plněny nejdříve dva z fermentorů a přepad z nich je dopravován do třetího. Ještě před vstupem do fermentoru je hmota ohřátá na 37-38 °C soustavou tepelných výměníků, které používají teplo z vlastní výroby v kogenerační jednotce. Doba fermentace hmoty v reaktorech je 15 dní. K míchání není používáno mechanické míchadlo, protože hmota je promíchávána pomocí proudu plynu a dodatečně lze míchat pomocí pump. Po metanogenezní fázi je hmota hygienizována při teplotě 75 °C po dobu nejméně l hodiny v hygienizačním zařízení. Odtud je materiál veden do další části, kde je přes separátory oddělena kapalná a pevná frakce, která je pak stabilizovaným materiálovým výstupem procesu (tzv. digestát). Bioplyn vzniklý při fermentaci je jímán v plynojemu a následně spalován v kogeneračních jednotkách. Obsah metanu v bioplynu je okolo 70 %, množství síry nebo sulfanu je tak malé, že bioplyn není třeba odsiřovat. Pro případ výpadku kogeneračních jednotek nebo nadměrné produkce bioplynu jsou instalovány nouzové hořáky bioplynu. Zajímavostí je také to, že původní modelový fermentor je nyní průběžně používán jako testovací zařízení na testování nových druhů odpadů, výtěžnosti bioplynu z bioodpadu apod.

Energetická "třešinka" na dortu

Atraktivní částí BPS je bioplyn a jeho vysoce efektivní energetické zpracování ve třech kogeneračních jednotkách s celkovým instalovaným výkonem 750 kW. V roce 2004 BPS vyrobila při zpracování bioodpadu asi 1,2 mil. m³ bioplynu, který kogenerační jednotky přeměnily na více než 4 mil. kWh čisté elektřiny a velké množství tepelné energie. Část z vyrobené elektřiny bylo použito pro vlastní spotřebu a asi 3,5 mil. kWh bylo prodáno za zvýhodněnou cenu do sítě. Tepelná energie je používána pro potřeby vlastního fermentačního procesu a pro vytápění objektů v areálu, ale přesto je jí takové množství, že ji nemohou všechnu spotřebovat. Výkupní cena za kWh elektrické energie z bioplynu je v Německu různá v závislosti na způsobu jeho výroby. Bioplyn ze skládek je oceněn 7 centy/kWh, v případě kofermentace více druhů bioodpadu, jako u této BPS, jde o 10 centů/kWh. Pokud BPS zpracovává pouze fytomasu ze zemědělství, může být cena až 20 centů/kWh. Tyto výkupní ceny byly navýšeny díky nedávné novelizaci zákona o obnovitelných zdrojích energie, což vede k výstavbě značného množství dalších BPS také v tomto regionu.

Ekonomika navštívené BPS je atraktivní. Návratnost celé investice, na kterou nebyla poskytnuta žádná dotace, byla 8 let. Kromě příjmů za prodej ekologické elektřiny a úspory za vytápění objektů jsou významným příjmem také poplatky za zpracování bioodpadu od dodavatelů, které jsou různé podle druhu odpadů, a zda jde o kapalné či pevné odpady. Cena za zpracovanou jednotku (tunu či m³) se pohybuje od 35 do 45 euro. Pro původce odpadů je to příznivá cena vzhledem k tomu, že cena za odstranění odpadů na skládkách či ve spalovnách je podstatně vyšší. V Sasku činí poplatek za odstranění KO ve spalovně 100 až 180 euro za tunu, uložení KO na skládce není od poloviny tohoto roku možné bez předchozí termické nebo biologické stabilizace. Další, i když ne příliš významný příjem má zařízení z prodeje stabilizovaného digestátu.

Uzavřený a harmonický koloběh

Výstupem ze zpracování bioodpadu je stabilizovaný a kvalitní digestát. Podle informací provozovatele BPS je v Sasku tento výstup stále podle zákona hodnocen jako odpad, ovšem jsou snahy zrušit tento stav a klasifikovat digestát přímo jako výrobek, hnojivo. Za tímto účelem je také digestát běžně používán s tím, že musí být splněny limitní hodnoty na obsah rizikových látek a živin podle zákona o hnojivech. Provozovatel BPS podléhá kontrole úřadu pro zemědělství a měsíčně jsou zde bez předchozího ohlášení odebírány vzorky. Navíc je členem celoněmeckého svazu, který stanovuje pro své členy vlastní limity a vydává certifikáty, a místní digestát je takto certifikován a veškeré limity plní bez problémů. Vyprodukované hnojivo má široké uplatnění. Kapalný podíl jde ze sta procent do zemědělství a pevný digestát jde ze 40 % na specifické aplikace jako jsou úprava krajiny, zahradnictví nebo pro soukromé použití u občanů a zbývající část se uplatní u zemědělců, kteří mají o přírodní hnojivo zájem pro vysoký obsah živin. Zemědělcům se digestát poskytuje zdarma, hradí si pouze náklady spojené s dopravou, ostatní odběratelé za hnojivo platí. Bioodpad se tak vrací v podobě živin zpět do půdy a při zpracování v BPS přinesl hned několikerý užitek.

Dobří hospodáři

Lokalita okolo výše popsané BPS je příkladnou ukázkou možné harmonie mezi lidskou činností a životním prostředím a ukázkou dobrého hospodaření. Nedaleko od BPS je umístěna ještě kompostárna, která zpracovává dřevní štěpku a bioodpady z údržby veřejné zeleně. Digestát z BPS zde není kompostován. Nedaleko odtud je pak rekultivovaná skládka KO, která rovněž vyrábí elektřinu ze skládkového bioplynu, a na kopci nad BPS nad tím vším "bdí" větrná elektrárna. Myslím, že je to příklad hodný následování také nedaleko odtud za hranicemi, v České republice.

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