biom.cz › bioplyn › odborné články › Energetická náročnost výroby pelet z biomasy

Odborné články

Energetická náročnost výroby pelet z biomasy

Úvod

Pelety z dřevní i rostlinné biomasy mají mnoho příznivců, ale i zarytých odpůrců. Nejčastějším argumentem odpůrců je zcela mylné tvrzení, že výroba a distribuce pelet je energeticky příliš náročná, což degraduje ekonomiku i ekologičnost používání tohoto moderního pevného biopaliva. Realita je však jiná. Dřevní pelety, tedy pelety vyrobené z náročné dřevní hmoty, jsou doposud nejrozšířenější typ pelet využívaných jako palivo především v malých zdrojích tepla do výkonů 200 kW. Stále více se však hovoří také o tzv. rostlinných peletách, tedy peletách vyrobených z nedřevní rostlinné biomasy, ať již různého zemědělského odpadu, cíleně pěstovaných energetických plodin. Ty byly doposud spalovány hlavně ve velkých zdrojích, ale s nedostatkem suroviny pro výrobu dřevních pelet se o rostlinných peletách stále více hovoří také jako o alternativním palivu pro zdroje malé. Poměrně přesně lze určit energetickou náročnost výroby dřevních pelet, protože vstupní surovina je relativně dobře definovatelná. Proto se podrobněji zaměřím právě na toto palivo. Nicméně pro orientační srovnání zjednodušeně nastíním i energetickou náročnost výroby rostlinných pelet.

Obr. : Dřevěné pelety bez kůry

Výroba dřevních pelet

Pro výrobu dřevních pelet se využívá jako suroviny především odpad ze zpracování dřeva. Je to především surová pilina, v menší míre štěpka. Jedná se o odpad, který lze již ve své základní podobě využít jako palivo. Vyplatí se tedy tuto surovinu ještě dále lisovat do formy pelet? V tomto příspěvku se nechci pouštět do teoretických úvah a složitých výpočtů. Budu vycházet z energetické bilance výroby dřevní pelety v konkrétní peletárně firmy Mader z Vrbna pod Pradědem s roční výrobní kapacitou 3500 tun pelet. Technologicky představuje nejrozšířenější typ peletáren, které jsou u nás provozovány. K sušení pilin je využívána rotační sušárna na dřevní odpad (štěpku), peletování probíhá na horizontálním deskovém granulátoru. Vstupní surovinou je surová pilina o vlhkosti 50 – 60 % s průměrnou výhřevností 2 kWh/kg, výrobkem pak peleta o výhřevnosti 4,8 kWh/kg. Z dlouhodobé bilance vychází průměrná potřeba 1,8 tuny pilin na výrobu 1 tuny pelet. Celkový instalovaný elektrický příkon celé linky je 170 kW, na výrobu 1 tuny pelet pak opět z dlouhodobé bilance vychází spotřeba 150 kWh elektrické energie. Shrňme si tedy celkovou energetickou náročnost výroby.

Sušení

Energeticky jednoznačně nejnáročnější operace. Piliny jsou z původní vlhkosti dosušovány na vlhkost do 15 % v rotační sušárně s využitím spalin z kotle na štěpku. Na výrobu 1 tuny pelet je zapotřebí spálit 180 kg štěpky o výhřevnosti cca 2,9 kWh/kg (vlhkost do 40 %). Na výrobu 1 kg pelet je tak spotřebováno 0,52 kWh energie vázané v štěpce.

Spotřeba ostatní energie

Jako ostatní energie je spotřebována pouze elektrická energie na pohon všech agregátů jednotlivých technologických uzlů linky a na osvětlení výrobních prostor. Z dlouhodobého odečtu vychází průměrná spotřeba 0,15 kWh veškeré elektrické energie na výrobu 1 tuny pelet.

Obr. : Dřevěné brikety balené ve folii

Doprava

K objektivnímu posouzení je nutné započíst také energii spotřebovanou na dopravu suroviny k výrobní lince a popřípadě také distribuci pelet k zákazníkovi. Piliny jsou přepravovány běžným nákladním automobilem s kontejnerem o objemu 22 m³ z maximální přepravní vzdálenosti 50 km. Spotřeba automobilu je 40 l nafty na 100 km o výhřevnosti 10 kWh/l, za jeden dovoz (50 km tam a 50 km zpátky) je tak spotřebováno 400 kWh energie v naftě. Z kontejneru je vyrobeno 3000 kg pelet, při dovozu suroviny je tak spotřebováno 0,13 kWh energie z nafty na 1 kg vyrobených pelet. Stejným způsobem je dopravována štěpka s tím rozdílem, že jeden kontejner štěpky postačí na výrobu až 40 tun pelet, tedy při stejné uvažované přepravní vzdálenosti nám vychází na výrobu 1 kg pelet spotřeba 0,01 kWh energie vázané v naftě. Pro objektivní posouzení je zapotřebí započíst také energii potřebnou na dovoz pelet k zákazníkovi. To je velice individuální, častými odběrateli jsou drobní zákazníci z bezprostředního okolí. Ale alespoň jedna bilance zahrnující rozvoz velkoobchodům. Realizován je na návěsech po 20 tunách. Pokud opět uvažujeme spotřebu 40 l nafty na 100 km, pak na dovoz 1 kg pelet do 100 km vzdálenosti, tedy spotřeba 400 l nafty (předpokládá se vytížení návěsu) je spotřebováno 0,02 kWh energie vázané v naftě.

Zahrneme-li k přepravě surovin i distribuci pelet ke konečnému zákazníkovi, pak s velkou rezervou můžeme konstatovat, že na výrobu 1 kg dřevních pelet je zapotřebí 0,2 kWh energie vázané ve spotřebované naftě.

Celková bilance

Zrekapitulujme si tedy celkovou energetickou bilanci. Na výrobu 1 kg pelet o výhřevnosti 4,8 kWh/kg je spotřebováno 1,8 kg pilin, ve kterých je akumulována energie 3,6 kWh (2 kWh/kg x 1,8 kg). Energetický zisk je tak 1,2 kWh. K tomu spotřebuji 0,52 kWh energie na vysušení původní suroviny, 0,15 kWh elektrické energie na výrobní technologie a 0,2 kWh energie z nafty spotřebované na dovoz surovin a distribuci výrobku. Spotřeboval jsem tak necelých 0,9 kWh energie. K tomu je nutné si uvědomit, že vetší polovina vynaložené energie pochází z procesu sušení, tedy z využití obnovitelných zdrojů. Jistě, nejedná se o přesné bilanční výpočty, ale o porovnání vycházející z běžné provozní evidence. Nicméně dá se počítat s přesností v řádech několika desetin kWh, což stačí ke konstatování, že peletizace dřevního odpadu rozhodně není zbytečné mrhání energie. Při využití biomasy pro sušení naopak dochází k významnému zhodnocení vstupní suroviny. Zpracovává se surová pilina a štěpka, které jsou svým charakterem absolutně nevhodnými palivy pro vytápění rodinných domů a při špatném skladování dochází dokonce k degradaci jejich teplo technických vlastností. Peletizací však naopak vzniká velice sofistikované palivo, které umožňuje přenést právě do malých objektů vysoký standard vytápění pevnou biomasou a i díky tomu se peleta z obchodního hlediska stává velice zajímavou komoditou na trhu s palivy pro domácnosti.

Výroba rostlinných pelet

Obliba pelet vyráběných z nedřevní biomasy stále stoupá. Vedle využívání odpadů z rostlinné výroby se stále více hovoří o peletování cíleně pěstovaných energetických plodin. Peletizace je vlastně jedinou možností, jak rostlinnou hmotu zpracovat na palivo pro individuální vytápění malých objektů. Vzhledem k velké rozmanitosti vstupní suroviny (objemová hmotnost, vlhkost při sklízení, výhřevnost,..) nelze ve zkratce stanovit energetickou náročnost na výrobu jednotlivých druhů rostlinných pelet. Pro obecné posouzení však bude stačit i jednoduché přiblížení celé problematiky. Zaměřím se na výrobu pelet právě z energetických plodin, protože ta je energeticky náročnější než zpracovávání odpadu. Je zde nutné totiž započíst také energii vynaloženou na vypěstování samotné vstupní suroviny. Agrotechnické práce spojené s vypěstováním suroviny nejsou rozhodně náročnější než práce spojené s pěstováním běžných potravinářských plodin. Potřeba pohonných hmot pro obdělání jednoho hektaru pudy v průběhu celého vegetačního období se různí podle lokality, rozlehlosti pozemků i pěstovaných plodin. V průměru lze pro celou ČR počítat s reálnou hodnotou 60 l nafty na hektar. Pro střízlivý výnos 6 t/ha nám vychází spotřeba 10 litrů nafty na tunu vypěstované suroviny, tedy v přepočtu 0,1 kWh na kilogram. Technologie peletování je v podstatě shodná s technologií využívanou u výroby dřevních pelet, rozdíly jsou především ve tvaru lisovacích matric. Některé rostliny mají vhodnou vlhkost do 15 % již při sklizni, některé je nutné dosušit. Nicméně energetické nároky na sušení i v těch nejnevýhodnějších případech rozhodně nepřekračují nároky na sušení surové dřevní biomasy. Nepatrně náročnější může v některých případech být doprava suroviny do peletárny, ale v absolutních číslech to nehraje významnou roli. Pokud tedy vezmeme v úvahu údaje použité při bilancování peletování dřevní hmoty, lze s dostatečnou přesností konstatovat, že energetická náročnost výroby rostlinných pelet včetně vypěstování vstupní suroviny se pohybuje v rozmezí 0,4 – 0,9 kWh na kilogram vyrobené pelety. Uvažujeme-li energetickou plodinu cíleně pěstovanou pro výrobu rostlinných pelet, jakou je například triticale, pak s vynaložením maximálně 1 kWh energie na výrobu a distribuci získáme 1 kg pelety, v které je „ukryto“ 4,4 kWh energie, z čehož jsou až 4 kWh energie obnovitelné. Pokud se podaří vyřešit některé problémy se spalováním těchto pelet v běžných malých zdrojích, což je v dohledné době reálné, je to jednoznačný důkaz přínosu peletování pevných biopaliv.