Možnosti produkce bioplynu na zařízeních mechanicko-biologické úpravy

Linky mechanicko biologické úpravy slouží ke zpracování směsných komunálních odpadů, zbytkových komunálních odpadů a podobných průmyslových odpadů. Hlavním cílem úpravy je omezení tzv. reaktivních skládek se směsným odpadem obsahujícím významný podíl biologicky rozložitelných materiálů. Jde o spojení mechanické úpravy – drcení, prosévání, balistické třídění apod. a biologické úpravy – aerobní a anaerobní fermentace.

Mechanická úprava bývá obvykle v lince zařazena jako první, ale v některých případech může být první biologická úprava. V takovém případě je nazývána biologicko-mechanickou úpravou. Všechny tyto technologie jsou obecně nazývány právě mechanicko-biologickou úpravou (MBÚ). Schéma zařízení je velmi různorodé, což umožňuje použití přizpůsobit konkrétní situaci v regionu, např.:

• separace lehké kalorické frakce a těžké biofrakce → aerobní stabilizace biofrakce a energetické využití lehké frakce (klasické MBÚ);
• separace lehké kalorické frakce a těžké biofrakce → anaerobní fermentace biofrakce, energetické využití lehké frakce (MBÚ s výrobou bioplynu);
• aerobní fermentace směsných komunálních odpadů za účelem vysušení → výroba paliva (biologické vysoušení).

Linky mechanicko-biologické úpravy mohou být tedy zaměřeny na výrobu čtyř různých hlavních výstupů:

• produkce rekultivačních substrátů, substrátů pro snížení desertifikace a degradace půd (převážně ve Španělsku a mimo EU),
• produkce bioplynu,
• Inertizace odpadů před skládkováním
• výroba paliva,
• kombinace výše uvedených variant.

Následující graf uvádí množství instalované kapacity dle zaměření hlavního produktu jednotlivých zařízení MBÚ:

MBÚ s výrobou bioplynu se provozuje především ve Španělsku (např. Ecopark v Barceloně) a dále v Holandsku. Zatímco například Německo a Rakousko se zaměřuje především na úpravu odpadů před uložením na skládky, s výrobou paliva se můžeme setkat především i Itálii a Švédsku.

Následující tabulka uvádí přehled některých zařízení využívajících anaerobní digesci k výrobě bioplynu:

Tab.1: Přehled zařízení MBÚ s výrobou bioplynu v Evropě

Umístění	Kapacita (tis. tun/rok)	Použitá technologie
Barcelona (Ecopark I)	300	Linde
Barcelona (Ecopark II)	265	Horstmann, RosRoca, Valorga
Groningen	230	Grontnij
Friesland	220	SBI Friesland, Grontnij
Cediz	210	Valorga
Léon*	217	Horstmann, Haase
Valladolid*	210	Horstmann, Linde

* Provoz optimalizován spíše na výrobu rekultivační směsi

Čím složitější a komplexnější je navržený systém mechanicko-biologické úpravy, tím pochopitelně vzrůstají pořizovací náklady. Obecně platí, že pro malé kapacity (20 – 40 tis. tun) lze realizovat relativně jednoduché zařízení s mechanickou separací a pouze aerobní stabilizací. Od vyšších kapacit lze uvažovat o složitějších systémech s anaerobním krokem a výrobou bioplynu (spíše nad 100 – 200 tis. tun/rok). Použití MBÚ s výrobou bioplynu lze tedy předpokládat především u velkých aglomerací. Linky mechanicko-biologické úpravy se v Evropě jednoznačně dynamicky rozvíjí, což potvrzuje tabulka (tab. 2).

Tab 2: Současná kapacita zařízení v Evropě a trend vývoje

	Počet zařízení MBÚ	Kapacita (tun/rok)
V roce 2004	80	8 500 000
Předpokládaná kapacita v r. 2006	123	13 000 000

Příklady z praxe

V České republice se technologie MBÚ často diskutuje, ale žádné zařízení zde není v současné době v provozu. V Rakousku a Německu, nedaleko českých hranic stojí několik zařízení MBÚ, zaměřených na stabilizaci odpadů a výrobu paliva. Složitější technologie využívající anaerobní digesci jsou lokalizovány dále od našich hranic. V následujícím přehledu jsou představeny základní parametry některých technologií.

ArrowBio

Zajímavým příkladem je demonstrační zařízení firmy ArrowBio v Tel Avivu v Izraeli. Dle referencí vyrábí z každé tuny vstupních směsných komunálních odpadů 125 – 175 m³ bioplynu z obsahem metanu 81 %, což je v porovnání s jinými nadprůměrná hodnota. Může to být způsobeno vysokým obsahem bioodpadů ve směsném komunálním odpadu, nebo zkreslením údajů.

Jedná se však o koncept, který je jen v omezené míře přenositelný do EU, neboť vznikající digestát je aplikován na půdu ohroženou desertifikací v podstatě bez ohledu na obsah nečistot, rizikových prvků či výskytu patogenních mikroorganismů.

Biologický materiál je ze směsného komunálního odpadu separován mokrými postupy na bázi flotace a sedimentace a tím je údajně sníženo riziko výskytu rizikových prvků. Riziko kontaminace je sníženo také tím, že vstupující odpad není mechanicky narušován, a nedochází tedy k uvolňování rizikových prvků např. ze suchých elektrických článků.

Vyseparovaná a částečně rozpuštěná biodegradabilní složka komunálních odpadů je zpracována anaerobně ve dvoustupňovém reaktoru.

Zařízení má kapacitu 35 000 tun/rok a investiční náklady se pohybují v rozmezí 10 – 12,2 mil €. Poplatek za zpracování odpadů se pohybuje kolem 21 – 25 €/t.

Linde Ecopark

Linka MBÚ Ecopark má kapacitu 300 tis. tun/rok, rozkládá se na ploše šesti hektarů, přičemž zastavěná plocha tvoří 33 000 m³. Pořizovací cena je 48,28 mil.  € (přibližně 1 497 mil Kč). Větší část zde zpracovávaných odpadů – 250 tis tun – tvoří zbytkové odpady, které jsou tříděny na využitelné frakce (papír, plasty, kovy). Dále jsou vytříděny objemnější části a zbytek je anaerobně fermentován technologií Linde. Odpady jsou nejprve míchány ve třech bubnech o objemu 26 m³, při tomto procesu jsou odstraněny těžké drobné částečky jako například písek. Takto promytý odpad se sušinou 4 – 7 % putuje do jednoho ze čtyř vyhnívacích tanků o objemu 6 700 m³, kde je udržována stálá teplota 37°C. Ze zbylého digestátu je na odstředivkách odstraňována voda. Získává se hmota o sušině 30 – 38 %, která prochází aerobní zrací fází a následně je uložena na skládku, protože obsahuje příliš mnoho nečistot.

Roční produkce bioplynu je 14 mil. normovaných m³ s 65 % obsahem metanu. Bioplyn je dále míchán s 10% podílem zemního plynu a vzniklá směs je spalována v motorech Jenbacher, které produkují 38 MWh elektrické energie ročně, z toho 22 MWh jde do rozvodné sítě a 15 MWh je spotřebováno přímo v závodě, takže je subjekt energeticky soběstačný.

Systém měl problém s tvorbou pěny ve vyhnívacích reaktorech. Tyto technologické potíže byly údajně odstraněny drobnými technologickými změnami. Nicméně další zařízení tohoto typu, které bylo nedávno dokončeno, využívá anaerobní digesci s vyšší sušinou (okolo 10 %), čímž je tvorba pěny minimalizována.

Global Renewables

Společnost Global Renewables staví v australském městě Sydney zařízení s kapacitou 200 tis. tun. Linka by měla pracovat zhruba následujícím způsobem.

Budou vyseparovány objemné částice, dále bude odpad procházet mechanickým zařízením na otevírání pytlů, následně bude na rotačních sítech oddělena lehká frakce a těžká frakce, obsahující především bioodpad.

Obě frakce pak prochází ručním tříděním. Z těžké frakce budou odstraňovány biologicky nerozložitelné příměsi a z lehké frakce se budou třídí PET, PE apod.

Těžká frakce dále prochází magnetickým separátorem a potom vstupuje do hydrolyzéru. V hydrolyzéru se zdržuje asi dva dny při teplotě 37 °C. Hydrolýzní tekutina pokračuje přes usazovací nádrž do anaerobního fermentoru. Tuhý zbytek z fermentoru bude shromažďován společně s tuhým zbytkem z anaerobního reaktoru a po odvodnění bude kompostován. Tekutá frakce bude čištěna a velká část recirkulována jako procesní voda.

Hydrolyzní tekutina se ve fermentoru zdrží 2 – 3 dny (hydraulický retenční čas) s produkcí 37 m³ bioplynu z tuny vstupních odpadů, což je 4,9 %_hm.

Celkové náklady pro zařízení s kapacitou 200 tis. tun jsou 60 mil. €. Po spuštění se předpokládá, že cena za zpracování jedné tuny odpadu bude 60 – 80 €.

Závěr

V České republice je několik faktorů, které brzdí rozvoj takovýchto zařízení. Mezi nejdůležitější jistě patří důvody ekonomické. Zatím je zde relativně levné a dostupné skládkování, a tak se nevyplatí se směsnými komunálními odpady nakládat jinak.

Není také dostatečný tlak odpady před uložením na skládky upravit, a tím omezit negativní vliv skládek na životní prostředí.

Významným aspektem je také nevyjasněná legislativa. Posunem vpřed je však schválení vyhlášky „O podmínkách ukládání odpadů na skládky a jejich využívání na povrchu terénu“ 294/2005 Sb., k rozvoji MBÚ to však zatím asi nebude stačit.

Riziko pro investory představuje také nejasnost, zda bude možno vyseparovanou lehkou frakci použít ve větší míře jako palivo.

Dalším motivem k výstavbě takovýchto zařízení v ČR je směrnice „O skládkování“ 99/31/EC, která postupně omezuje ukládání BRKO na skládky a v r. 2020 bude dovoleno skládkování pouhých 35 % množství, které se skládkovalo v r. 1995.

Tato publikace vznikla s přispěním úkolu:

• NAZV QF 4063
• VaV/320/6/03
• Interní grant GA AF ČZU 21140/1312/213115

Článek byl publikován ve sborníku k akci: Možnosti zvýšení výroby bioplynu u stávajících zařízení.

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