Voda jako palivo

Když mne před 30 lety požádal soused, zda bych mu nesehnal injekční jehly různých průměrů, protože hodlá jimi přisávat vodu do gumové hadice sání svého embéčka, aby ušetřil palivo, nezavolal jsem na něj primáře Chocholouška jen proto, že jsem si vzpomněl, že již před 40 lety můj vyladěný skútr Čezeta 175 na mé zkušební rovince jezdil nejrychleji právě po dešti, což mi bylo vždy záhadou. A až mnohem později jsem se dozvěděl, že kdyby totéž neudělali letečtí konstruktéři motorů spojeneckých bombardérů za 2. světové války, tak by s maximálním nákladem bomb a plnými nádržemi tyto bombardéry bez vstřikování vody do sacího traktu svých motorů patrně vůbec nevzlétly a já bych Vám teď o tom asi nemohl ani psát (alespoň ne v češtině). Ale možná i Vy si ještě pamatujete, jak babička, pokud pálila v kamnech mour, tak ho vždy vlhčila, a Ostravaci si jistě ještě dobře pamatují doby, kdy před každým barákem byla na ulici halda mokrého mouru - kalů, se kterými se celou zimu topilo. A já si Vám přesto všechno dovoluji tvrdit ve svých předešlých článcích, jak je to špatné, pokud topíte vlhkým dřevem, tak to je tedy ode mne ale pořádná drzost!

Takže kde je pravda? Jaká vlastně je možná úloha vody ve spalovacích procesech?

Nejprve, abych Vás alespoň trochu uklidnil, si vyjasníme úlohu vody ve spalovacích motorech. To, že vstřikování vody do sacího traktu těchto motorů může zvýšit jejich výkon, je naprostá pravda. Vysvětlení je ale prosté, jednoduché – vstřikovaná voda totiž při svém odpařování ochladí spalovací směs, která tak rapidně sníží svůj objem, takže jí tím potrubím a ventily může projít za jednotku času více a také se jí vejde více do válců – a čím více paliva projde motorem za jednotku času, tím má motor vyšší výkon. Což bylo zvláště pro bombarďáky velmi důležité, neboť spalovací vzduch od kompresorů, které letadla používají již dávno, protože zvláště ve větších výškách je vzduch již tak řídký, že by nestačil pro dokonalé spalování paliva, byl velmi teplý a paliva by se do něj už moc nevešlo. Po startu se vstřikování vody vypínalo, neboť jednak ve výšce už byl vzduch studenější, ale především už nebylo třeba tak velkého výkonu pro vodorovný let. Palivo se tímto postupem samozřejmě ale ušetřit nedalo (spíše naopak, neboť samotného spalování se tato voda, resp. pára nijak asi neúčastnila), krátkodobě zvýšit výkon až o 20 % ale ano, a o nic více v tomto případě ani nešlo. A na to doplatily také německé stíhačky Messerschmidt, které měly sice nejmodernější motory té doby, již tehdy se vstřikem paliva, ale oproti karburátorovým stíhačkám Spitfire a Hurricane spojenců tím pádem nemohly využít výhody ochlazení směsi odpařením paliva a i když jejich motory bez karburátorů lépe zvládaly výkruty, tak vlastně byly objemově méně výkonné. Naštěstí pro nás.

Tak, a zbývá nám ještě to uhlí. U něj je situace poněkud jiná, tam nejde o zvýšení výkonu zařízení, ale voda, resp. pára se zde skutečně může účastnit i samotného spalování. Že to možné je, se ví již po staletí díky hutnictví železa, které v době, kdy ještě těžba a přeprava zemního plynu nebyla na dostatečné úrovni, respektive nebyla vůbec žádná, potřebovalo vysoce výhřevné plyny, a ty získávalo zplyňováním zpravidla uhlí nebo koksu, kdy se na rozžhavenou vrstvu paliva přiváděl vzduch s vodní párou, díky níž docházelo k reakcím
C + H₂O = CO + H₂, popř. C + 2 H₂O = CO₂ + 2 H₂,
která tzv. chudý plyn obohatila o tzv. vodní plyn a vytvořila z nich tzv. generátorový (též smíšený) plyn s výhřevností 5,86 MJ/ m³, když samotný vodní plyn má spalné teplo dokonce až 11,7 MJ/m³!

Bylo by to senzační, kdyby to, jak už to bývá, nenarušovala jedna vrcholně nepříjemná skutečnost - totiž že na výrobu tohoto topného plynu se spotřebuje všechna energie z původního paliva, takže jde vlastně jen o změnu chemického složení, respektive skupenství této energie (z pevného na plyn). Takže sice tehdy nadmíru potřebná věc, ale opět žádný zázrak. A tak babičkám i Ostravakům šlo nejspíše jen o to, aby mour nevylétl při prudkém hoření hned až do komína. Voda zde byla pravděpodobně především jen retardérem prudkého hoření, a ve skutečnosti zvyšovala účinnost spalování mouru jen tím, že nevylétl jako nedopal komínem. Ale zaplaťpánbůh i za to. Z toho všeho ale jasně plyne, že vlhčení však rozhodně není třeba u kusového uhlí, takže každý rozumný člověk ho skladuje v suchu, aby mu nesnižoval dále výhřevnost.

A jaká je situace u biomasy? Ta se sice také běžně zplyňuje, ale na rozdíl od uhlí vždy bez přívodu vodní páry a též i vzduchu, jinak totiž začne hořet. Takže bychom se tím na první pohled nemuseli už dále zabývat. Kdyby ale pokusy na jedné straně nedokázaly, že nepatrný přídavek vodní páry do plamene z hořící (zcela) suché biomasy zlepšuje proces prohoření plynů, tedy účinnost spalování. Na druhé straně ale dle praktických pokusů obsah vody v palivu nad 15 % snižuje účinnost topeniště.

Takže se nejprve podívejme na kvalitu běžného palivového dřeva. Po pokácení má dřevo vlhkost 50 až 60 % a tomu odpovídající výhřevnost kolem 7 MJ/kg, po létě na krytém místě se jeho vlhkost sníží až na 25 % a jeho výhřevnost zvýší na 12 MJ/kg a za další rok lze snížit jeho vlhkost až na 15 % a tím zvýšit jeho výhřevnost i přes 15 MJ/kg, tedy více jak dvojnásobně, takže spotřeba paliva je pak sotva poloviční (viz např. webové stránky tzb-info, tabulka Výhřevnosti a měrné jednotky palivového dřeva). A to je ten hlavní argument (kromě lepších emisí) pro spalování pouze suchého dřeva.

Přitom výhřevnosti jednotlivých druhů dřev vztažené na kg sušiny se příliš neliší, takže to, že si většina národa stále mylně myslí, že tvrdé dřevo má větší výhřevnost, plyne pouze z toho, že má větší objemovou hmotnost. Většinou ale kupujeme dřevo na objemové ukazatele - prostorové neboli rovnané metry (prm, rm) nebo plnometry neboli pevné metry (plm, pm = 1 m³ plné dřevní hmoty), a tam má kubík dubu samozřejmě větší hmotnost než např. smrku, takže ho můžeme koupit méně kubíků a ušetřit tak skladovací prostor. Proto pro nákup palivového dřeva by neměla být rozhodující jeho cena za prostorovou míru, např. prm, ale cena dle jeho výhřevnosti podle druhu dřeva, násobená koeficientem účinnosti, s jakou ho tím kterým kotlem či krbem dokážeme spálit (zde bych opět odkázal na příslušné tabulky tzb-info) a především upravená dle aktuální vlhkosti tohoto dřeva – za opravdu suché dřevo se totiž vyplatí zaplatit třeba i dvojnásobek!

A jaká je praxe? Do kotlů jsou potřeba naštípaná polínka (délkou i průměrem v drtivé většině menší než ty do krbů), která se štípají nejlépe syrová (suché smrkové dřevo u prodejců stejně prakticky neseženete) a ty pak nikdo zpravidla neskladuje venku - takže je pak hází rovnou do kotelny a ještě tentýž rok pokud možno spálí, tedy s vlhkostí nad 25 % - taková je praxe jistě 80 % vlastníků kotlů na dřevo. A pokud by Vám ani to nestačilo, mám fotografii z nedávné pražské výstavy, kde jeden z renomovaných výrobců dřevokotlů se přímo na cedulce před svým kotlem bezostyšně chlubil tím, jak je v něm možné spalovat i přímo syrové štěpky a piliny z pily, tedy i s 60 % vlhkostí! Spotřeba takového „paliva“ a emise pak samozřejmě závratně narůstají. Zcela jiná situace je samozřejmě u dřevěných briket či pelet, které mají garantovanou minimální vlhkost (cca 7 %) a tím i vyšší výhřevnost než běžně vlhké dřevo. Ale samozřejmě také i vyšší cenu.

Když se ale podíváme na kvalitu dřeva pro krby, tak dřevo s vlhkostí nad 25 % lze spalovat v krbech jen s obtížemi, neboť krb pak nejen že čoudí a smrdí do obýváku, ale především začmoudí sklo, takže není vidět na plamen, kvůli čemuž jsme si krb vlastně kupovali. Faktem sice je, že na vlhkost dřeva do krbů pod 15 % se dostaneme až za dva roky jeho uložení pod přístřeškem, ale na druhé straně díky spojení vyšší kvality a nižší vlhkosti paliva s větší účinností krbů lze ušetřit oproti kotlům i více jak polovinu paliva (měřeno objemově nebo kilogramy), takže ve finále je tedy potřeba dokonce méně místa na jeho skladování než by bylo třeba původně pro klasický kotel, přestože tam bude ležet o dva roky déle, aby lépe proschlo. A to se jistě nám všem vyplatí.

Opět jiná situace je u dřevěných briket, kde výrobce už z technologických důvodů jejich výroby a skladování garantuje jejich minimální vlhkost a tím i vysokou výhřevnost až 17,5 MJ/kg, ale jsou také podstatně dražší, takže ne každému se vyplatí. Navíc pro krby jejich spalování postrádá estetiku, byť obývák zase tolik nezaneřádí.

Z toho všeho vyplývá tedy jediné - vodu (ať jako vlhkost nebo páru) jako palivo v žádném případě nelze doporučit, neboť v běžné praxi snižuje vždy účinnost spalování! Ale na druhé straně ze všech paliv prakticky jen dřevo má tu obrovskou výhodu, že záleží pouze na nás, kolik vody v něm ponecháme, tedy s jakou účinností, respektive stupněm využitím paliva ho budeme spalovat. Buďme si toho vždy vědomi a podle také jednejme!

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