Historie výroby bioplynu v Česku. A jak to bude dál?

Výroba bioplynu v Česku se datuje od 70. let minulého století. Ještě za socialismu byl rozvíjen první bioplynový program. První využití bioplynu však bylo součástí čistíren odpadních vod, kde sloužily především ke zpracování kalů a organického odpadu. K významnému rozmachu bioplynových stanic došlo po roce 2005 díky prvnímu zákonu o podpoře obnovitelných zdrojů, který vznikl kvůli vstupu Česka do EU, kde již byl rozvoj obnovitelných zdrojů v plném proudu. 

Je s podivem, jak dlouho trvalo lidem si ochočit metanogenní bakterie, které jsou jedny z nejstarších živých organismů na světě. Bioplynové technologie začaly ve světě vznikat až na počátku 20. století. Vůbec první bioplynka v České republice byla spuštěna v Třeboni v roce 1974. Šlo o kombinaci bioplynové stanice a čistírny odpadních vod (ČOV). Využívala kejdu z velkochovu prasat a kal z ČOV. Další historicky významné stanice byly v Mimoni, Šebetově či Kladrubech. Ještě za socialismu byl rozvíjen první bioplynový program, který v rámci jednotného plánování rozšířil Giganty (velkochovy prasat) o bioplynovou koncovku a některé i s ČOV a výrobou kapalného dusíkatého hnojiva. 

Některé bioplynové stanice se ani nepodařilo dokončit a sametová revoluce zastavila jejich výstavbu. Naopak některé byly opravdu technologickou špičkou. Mezi takové patří v tuto chvíli jedna z nejstarších, a ještě do nedávna fungujících bioplynek – Velké Albrechtice.  Nyní je tento u nás ojedinělý unikát odstavován a bude připraven k demolici. Unikátní na této bioplynce je to, že nemá žádné mechanické míchadlo. K zamíchání substrátu docházelo vždy po tom, co se vyrovnal tlak bioplynu ve dvou komorách. 

Nejstarší unikátní bioplynová stanice

Fermentor je tvořen dvěma nádržemi tvořícími mezikruží s tím, že jsou spojené společným kónickým stropem. Vnitřní nádrž nemá dno, naopak jakoby levituje nad dnem vnější nádrže. Substrát u dna tedy může proudit bez zábran. Míchání vzniká tak, že dochází k objemově rozdílnému vývinu bioplynu v obou nádržích, což vede k diferenci tlaku v plynových prostorách nad substrátem. Jakmile dosáhne rozdíl hladin výšky odpovídající diferenci tlaku nastavenému na přepouštěcím ventilu (zde cca 4 m výškového rozdílu), ventil se otevře a oba plynové prostory propojí. Prudkým vyrovnáním tlaku dojde k rychlému vyrovnání hladin v obou nádržích a celý objem fermentoru se masivně promíchá. 

Je opravdu zážitek při procesu míchání sedět na vrcholku ocelového svařovaného fermentoru. Je možné u toho i stát, pak je zážitek o to silnější. Celá stavba se zachvěje. Vedle sebe na společné betonové základové desce stojí dva shodné fermentory. Při uvádění do provozu a prvním napouštění byla stavba pečlivě měřena, aby se napouštěly oba fermentory shodně a nedošlo k naklonění stavby či poškození základu. Technik pamatující si uvádění do provozu říká, že při prvním zamíchání náplně fermentoru zalezla celá stavba několik cm do země. 

Bioplynová stanice prošla několika úpravami, ale vždy se týkaly periferií anebo kogeneračních jednotek. Fermentory jako takové od spuštění fungovaly až do odstavení. Hlavním substrátem byla vepřová kejda z vedlejšího velkokapacitního vepřínu, který je již také odstraněn. 

Tím, že ocelová konstrukce neumožňovala biologické odsíření vzduchem, byl od samého počátku místní bioplyn velmi bohatý na síru. To koneckonců byl i hlavní problém periferií, které trpěly silnou korozí. Síra byla příčinou krátké životnosti kogeneračních jednotek, které byly původně postavené na motorech ČKD a později nahrazeny jednotkami TEDOM s motory Liaz. Právě tyto stroje měly ve své době největší povolený obsah sirovodíku v bioplynu, a to nevídaných 2.200 ppm. 

Z počátku byly problémy s tepelnými výměníky spalin, které rychle odcházely. Materiálové a technické úpravy pomohly prodloužit životnost na obvyklou míru. Časem také místo kejdy byly zpracovávány jiné substráty, a tak i množství síry v bioplynu kleslo. Další provoz stanice však není rentabilní a majitel po dlouhém zvažování alternativ a možností rozhodl o ukončení provozu a odstranění stavby. Končí tak dlouhá éra jedné technologicky mimořádné bioplynové stanice, která visela mezi portfoliem na chodbě dodavatele technického řešení rakouské firmy AAT. Realizace a dodávka materiálů samozřejmě byla provedena československými podniky, protože v té době to jinak ani nešlo. Nově je tedy zřejmě nejstarší a stále fungující bioplynovou stanicí zařízení v Kladrubech v areálu bývalé velkoporodny selat Vítání.      

Historie bioplynu v Česku

Českou zajímavostí byly i bioplynky na slamnatý hovězí hnůj. Šlo v podstatě o suché technologie s velkými koši, které se po naplnění hnojem přikrývaly zvonem s odvodem bioplynu. Kromě malých testovacích poloprovozních instalací byla realizována také velká bioplynová stanice Jindřichov v reálném provozu. 

První využití bioplynu však bylo součástí čistíren odpadních vod, které sloužily především ke zpracování kalů a organického odpadu. Tyto stanice až na pár výjimek byly malé a jejich podíl na celkové energetické produkci byl spíše omezený. Před revolucí se anaerobní koncovka instalovala na ČOV od velikosti cca 10 tis. ekvivalentních obyvatel. Postupem času s vývojem a modernizací aerobních technologií se velikost ČOV s bioplynem posouvala až k 30 tis. a posléze k 50 tis. ekv. obyvatel. Dnes opět ČOV bez anaerobní části přemýšlí o dovybavení a využití bioplynu hlavně pro vlastní spotřebu energií a využití bioodpadu.

K významnému rozmachu bioplynových stanic došlo po roce 2005 díky prvnímu zákonu o podpoře obnovitelných zdrojů, který vznikl v podstatě kvůli vstupu Česka do EU, kde již byl rozvoj obnovitelných zdrojů v plném proudu. Před platností zákona byla podpora stanovena pouze cenovým rozhodnutím Energetického regulačního úřadu (ERÚ) a díky tomu se dařilo zprovoznit několik projektů na využití skládkového plynu a výrazně tak omezit emise metanu z největších skládek odpadů v zemi. 

Tento rozvoj pokračoval až do roku 2013, kdy stát výrazně omezil, vlastně ukončil, podporu pro nové bioplynové stanice. Tím se výstavba bioplynek úplně zastavila na několik let. V roce 2016 byla zavedena podpora tepla z bioplynu, což vedlo k výstavbě dvou nových bioplynových stanic na zpracování odpadu. Podpora však na místo výroby elektřiny mířila na využití užitečného tepla pocházející z kombinované výroby elektřiny a tepla. Kvůli komplikovaným podmínkám podpory byl další rozvoj nulový.  

Odvětví bioplynu po období stagnace stojí na počátku nového rozvoje zejména díky zvýšené poptávce po zpracování bioodpadů a dekarbonizaci dopravy a teplárenství (prostřednictvím biometanu). 

Bioplyn v číslech

K dnešnímu dni je v Česku v provozu 578 bioplynových stanic (BPS), které ročně vyprodukují kolem 7,95 TWh bioplynu. Bioplynové stanice s 24 314 TJ přispívají podílem 11,02 % k výrobě energie z obnovitelných zdrojů.

Následující grafy popisují vývoj výroby elektřiny a tepla z bioplynu od roku 2004 do roku 2023. Dle posledních výročních zpráv o provozu elektrifikačních a teplárenských soustav ČR vydaných ERÚ činila v roce 2022 hrubá výroba elektřiny z bioplynu 2,615 TWh a v témže roce bylo z bioplynu vyrobeno a využito 4 275 TJ tepla. Klesající tendence ve využití tepla v posledních dvou letech je způsobena tlakem na výběr daně z plynu na pohon motorů, kterou vyžadují celníci od roku 2021. Anomálii v produkci tepla v roce 2016 má na svědomí změna výkaznictví, která byla v následujícím roce upravena. Propad výroby elektřiny v roce 2016 a 2019 způsobilo sucho v předchozím roce.

Biometan v ČR

Výroba biometanu se v zemi poprvé rozjela v roce 2019 na BPS Rapotín. Intenzivnější vývoj produkce biometanu v Česku začal až v posledních letech díky pokroku v technologiích na jeho čištění a širším možnostem jeho uplatnění, zejména v dopravě. Rostoucí zájem o biometan souvisí také s potřebou snižovat emise a s přechodem k uhlíkově neutrálnímu hospodářství. 

K roku 2024 se počet biometanových stanic v ČR rozrostl na deset zařízení. Měsíčně vyrobí tyto stanice zhruba 2 800 MWh energie. Celkový roční výkon těchto zařízení by mohl tvořit okolo 17,7 mil. Nm³ biometanu, není však odbyt pro biometan v ceně, jakou by provozovatelé pro provoz potřebovali, a proto není výkon plně využit. Dle Vnitrostátního plánu České republiky v oblasti energetiky a klimatu z roku 2018 jsme k závěru roku 2024 měli produkovat zhruba 127 mil. Nm³ biometanu v nových výrobnách. Bohužel však plán naplňujeme v řádu jednotek procent. V roce 2030 od nás bude EU v rámci programu RePowerEU očekávat cca 750 mil. Nm³ biometanu ze surovin, které splňují kritéria udržitelnosti. Dosavadní vývoj však nenasvědčuje, že bychom takový cíl naplnili. Velké očekávání se vkládá do nové podpory biometanu formou aukcí, která by se měla nastartovat v roce 2026. Pro zdárný kontinuální vývoj by však bylo vhodné provést první aukce již v roce 2025. 

Potenciál a výhled do budoucna

Bioplynová stanice je cennou součástí energetického systému. V současnosti většina výkonu pracuje v trvalém zatížení. Elektřina však může být produkována s proměnným výkonem dle potřeby a technických možností. Výkon bioplynek je velmi dobře regulovatelný a jsou tak schopny poskytovat pro síť cenou flexibilitu. 

Flexibilita může sloužit k poskytování služeb výkonové rovnováhy během dne, ale i k mnohem důležitější sezónní regulaci. Bioplyn v letním období může být ve větší míře upraven na biometan. Distribuční síť zemního plynu včetně zásobníků umožňuje velkou akumulaci plynu. V zimním období je pak možné využívat vyšší výrobu elektřiny a tepla jak na bioplynových stanicích, tak v kogenerační výrobě přímo v teplárenství. 

Pro zvýšení flexibilního výkonu je možné využít technologií Power to Gas (P2G), které z přebytečné elektřiny v síti vyrábí vodík. Produkovaný vodík může sloužit k “dotování” biologie a zvyšování produkce metanu anebo dle poptávky být přímo využíván. Bioplynové stanice tak mohou „krýt záda” větrným parkům nebo solárním elektrárnám a přispívat k flexibilnější energetice založené na obnovitelných zdrojích. 

Celkový regulační potenciál oboru je srovnatelný s výkonem přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně. Výroba biometanu je tak jedním z možných nástrojů pro sezónní regulaci a akumulaci energie z obnovitelných zdrojů. Navíc pomocí systému Power to Gas mohou být bioplynky nemalým výrobcem obnovitelných plynů nebiologického původu označovaných jako e-paliva, na které se vztahuje samostatný rozvojový cíl v rámci RED III.  

V současnosti se trvale jedoucí bioplynové stanice stále více zapojují do agregovaných služeb výkonové rovnováhy, a to převážně zápornou službou v podobě snížení výkonu. Jde však zatím jen o nakousnutí velkého koláče flexibility, který obor bioplynu nabízí.    

Kromě služby výkonové rovnováhy bioplynové stanice disponují tepelným instalovaným výkonem bezmála 420 MW. Tento tepelný výkon je k dispozici dle současných provozních zvyklostí kolem 8 tis hodin ročně. Poskytování flexibility bude množství provozních hodin zřejmě snižovat, ale zas poroste anebo může růst instalovaný výkon při zachování shodné výroby elektřiny a spotřeby bioplynu. 

Instalace biometanu na stávajících stanicích může tvořit zajímavou alternativu k využití bioplynu v letních měsících, kdy je poptávka po teple snížená. Právě tato technologická kombinace vytváří ideální podmínky pro zvýšení účinnosti a úsporu primárních zdrojů. Nevyužitá, ale přitom využitelná je produkce tepla na úrovni cca 3 PJ (současné využití je na úrovni 4 PJ), což při plánu nahradit 26,5 PJ tepla z uhlí není zanedbatelný podíl, neboť současné množství 4 PJ představuje pouze cca 30 % z celkové výroby. Je zde tedy stále potenciál k rozvoji využití tepla.

Využití bioplynu jakožto obnovitelného zdroje významně přispívá k úspoře emisí CO2. V České republice, při spotřebě 1,3 mld. m³ bioplynu za rok se uspoří 1 996 tis. tun CO₂eq/rok výrobou elektřiny a využitím tepla se uspoří zhruba 530,1 tis. tun CO₂eq/rok. V roce 2030 lze počítat s 20% navýšením úspory emisí na 2 395 tis. tun CO₂eq/rok pro elektřinu a 636 tis. tun CO₂eq/rok pro teplo z bioplynu.

Biometan z bioplynových stanic nabízí atraktivní příležitost ke snižování emisí skleníkových plynů v dopravě. V Česku je již připravena infrastruktura díky necelé dvoustovce plnících stanic na stlačený zemní plyn (CNG). Bohužel dostupnost nových osobních aut s pohonem CNG klesá, a proto zvyšování spotřeby bude mít na starost středně těžká a těžká doprava, kde obliba CNG, a především LNG stoupá.

Biometan je v současné době zatím jediným opravdu masově dostupným pokročilým biopalivem, které může zvyšovat podíl pokročilých biopaliv, a to i režimu e-paliv. V jazyce evropské směrnice o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů jde o paliva vyráběná například z kuchyňských odpadů, hnoje, melasy apod. To nabízí vyšší úsporu emisí CO₂ při plnění cílů pro dodavatele paliv v dopravě. Biometan pocházející ze surovin určených k výrobě pokročilých biopaliv umožní Česku resp. distributorům paliv zvyšovat podíl pokročilých biopaliv v dopravě. Ten má činit nejméně 3,5 % energie spotřebované v dopravě do roku 2030. 

Stávající plnící stanice na CNG pak mohou dodávat „bioCNG” do sektoru dopravy nákupem tzv. záruk původu. Velký rozvoj se očekává v sektoru LNG, kde právě bioLNG přináší okamžitě dostupné čisté řešení pro těžkou dopravu.

Obnovitelné zdroje, zejména bioenergetika nabízí mimo jiné, perspektivní pracovní příležitosti. V roce 2021 poskytovala bioenergie 41 000 pracovních míst v Česku a předpokládaný nárůst do roku 2030 je obsazení dalších přibližně 8 000 pozic.

Článek byl publikován v časopisu Biom 3/2024 30 let sdružení CZ Biom

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Ohlédnutí se za sektorem pevné biomasy

Bystřická kotelna na biomasu

Regulace teploty plynových motorů