Odborné články
Resuscitace biopaliv - biometanem
V nedávné době proběhla velká diskuze nad spornými environmentálními přínosy kapalných biopaliv vyráběných z tradičních plodin jako je řepka či obilí a nazývaných biopaliva první generace. V médiích se objevila řada výpočtů odborně prokazujících, že na jejich výrobu je zapotřebí přinejmenším stejné ne-li větší množství energie, než jaké lze z nich v konečném produktu získat. Při využití řepky olejné to je zpravidla metylester řepkového oleje, v případě využití obilí pak bioetanol.
Neveselá současnost (ale zářná budoucnost)
Nelichotivá reputace a následně i aféry při uvažovaném řešení krytí budoucích národních cílů vyplývajících ze závazků daných evropskou legislativou formou udělování privilegia (licence) na jejich výrobu vyústily nakonec v zamítnutí jakékoliv veřejné podpory a v zavedení kvót vyžadujících povinné přidávání biopaliv do všech motorových paliv v určitém podílu v daném roce. Odpověď na otázku, co stojí konečné spotřebitele jejich produkce, tak byla přenesena na distributory nafty a benzinu, kteří se dnes svůj závazek snaží z pohledu nákladů samozřejmě optimalizovat (nákupem části biopaliv v zahraničí). Je škoda, že diskuze nepokročila dál a nevzbudila větší zájem, jak pochybnou pověst a přínosy biopaliv napravit.
Občas se sice objevují zprávy o tom, že mnohem lepších výsledků z pohledu energetické náročnosti na výrobu přinesou biopaliva tzv. druhé generace, které mají v principu využívat odpadní produkty, ať už ze dřevozpracujícího průmyslu nebo ze zemědělství (a tedy získávané levněji), zatím však ve skutečnosti existují pouze poloprovozní zařízení, která cenou výsledného produktu ještě nějaký čas nebudou biopalivům první generace schopny konkurovat.
Jejich budoucí slávu jim už k tomu ale navíc kazí biopaliva třetí generace, pro jejichž výrobu začínají být v laboratorních podmínkách a experimentech využívány fotosyntetizující organismy různých druhů řas, které pro svůj růst, proměněný následně do plně zaměnitelných náhrad nafty či benzinu, potřebují de facto pouze vhodné prostředí, světlo a nutricienty, zejména uhlík, jenž je fotosyntézou získáván ze vzduchu „konzumací“ oxidu uhličitého. A to na mnohem menším prostoru, než dnes zabírají dnešní způsoby jejich produkce. V intenzifikované podobě pak dokonce mohou řasy do motorového biopaliva transformovat i oxid uhličitý produkovaný elektrárnami (budou-li spaliny zbaveny ostatních škodlivin jako je SO2, NOx,či prach), což by jednou mohlo umožnit vznik plně CO2 neutrální „velké energetiky“. Takto získávaným biopalivům by jednou mohla patřit budoucnost. Ale zpět do současnosti. Ve všech diskusích o ekologickém přínosu zavádění biopaliv do dopravy se zapomnělo, že biopaliva využitelná v dopravě nemusí mít nutně kapalnou formu. A že nutně nemusí být vyráběna z obilí či řepky.
Na scénu vstupuje biometan
Již nějaký čas se začíná v Evropě prosazovat zajímavý trend, který byl nastartován podporou výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. A to využívat různé organické materiály ze zemědělství ale i potravinářského průmyslu či obecně odpadového hospodářství jejich anaerobní fermentací v bioplynových stanicích pro výrobu bioplynu, který však namísto toho, aby se stal zdrojem paliva pro výrobu „zelené“ elektřiny a tepla, je využit jako palivo pro pohon vozidel.
Ve zjednodušené podobě představují bioplynové stanice vzduchotěsný reaktor, ve kterém za pravidelného míchání dochází k rozkladu organických látek působením metanogenních mikroorganismů za výroby směsi plynů obsahujících převážně metan a oxid uhličitý nazývaných společně bioplyn. Bioplyn je pak zpravidla v kogeneračních jednotkách přímo na stanici transformován do podoby elektřiny a tepla. Obě média jsou z části spotřebována pro vlastní potřeby stanice, naprostá většina (zpravidla 90 % elektřiny a 85 % tepla, celkem asi 85 % energie původního plynu) však může být dále využita pro jiné účely. Elektřina je odprodávána do sítě za zvýhodněný tarif, garantovaný po dobu 20 let na základě zákona č. 180/2005 Sb. a návazné prováděcí legislativy. S teplem však bývá díky lokalizaci stanic problém a nejsou-li v rozumné blízkosti jeho případní odběratelé, bývá z větší či menší části mařeno (málokterá stanice dnes „udá“ alespoň třetinu jinak dále využitelného tepla). Takovýchto stanic je dnes jen v Německu několik tisíc, u nás zatím několik desítek, nicméně trh se rychle zvětšuje díky dodatečným dotacím poskytovaným na krytí části pořizovacích nákladů z programů kofinancovaných ze strukturálních fondů.Seznam bioplynových stanic naleznete na přehledné mapě spravované CZ Biomem ZDE.
Před spalování produkovaného bioplynu v kogenerační jednotce musí být plyn čištěn (odstraněny různé příměsi, zejména H2S, zbaven vody a nakonec i oxidu uhličitého) tak, aby výsledný produkt obsahoval min. 96 - 97 % metanu. Ten je již plnou náhradou zemního plynu a může využívat již existující infrastrukturu k tomu, aby byl rovnocennou náhradou zemního plynu ve vozech jezdících na stlačený (zemní) plyn.
Takto je dnes biometan získáván asi na 15 stanicích v Německu a na více než 30 místech ve Švédsku, kde má využití biometanu v dopravě již více než 10-letou historii (z důvodu malé rozšířenosti infrastruktury zemního plynu). Ve Švédsku je vstupním materiálem pro výrobu biometanu nejčastěji kal z čistíren odpadních vod, v Německu se dává spíše přednost cíleně pěstovaným zemědělským plodinám, zvláště kukuřici.
Kouzlem tohoto celého snažení je, že po odpočtu všech energetických vstupů pro získávání vstupních surovin, jejich zpracování do podoby bioplynu a nakonec i jeho čištění a komprese k načerpání do palivové nádrže automobilu stále zůstává více energie, než se na všechny potřebné operace spotřebuje.
Například při využití kukuřice lze z jednoho hektaru osevní plochy získat v našich podmínkách okolo 30 tun zelené hmoty, která má po konzervaci do podoby kukuřičné siláže konverzní potenciál do podoby bioplynu ve výši asi 1 MWh na tunu, neboli okolo 110 GJ/ha dle tuzemských výnosů. Po odpočtu spotřeby části bioplynu pro jeho výrobu a následné čištění k výrobě biometanu a kompresi k možnosti jeho načerpání do nádrže automobilu a rovněž veškerých předchozích energetických vstupů na vypěstování kukuřice lze tak dosáhnout čistého kladného hektarového výnosu okolo 50 GJ/ha. To je sice obdobná hodnota jako při výrobě bioetanolu či biodieselu z obilí, resp. řepky, ale v jejich případě nezahrnuje energetické vstupy, které je nutné v celém produkčním řetězci na jejich produkci vynaložit. A právě ty tvoří významnou většinu energetické hodnoty konečného produktu. Lepší je energetická bilance v případě využití cukrovky nebo sóji pro výrobu bioetanolu, resp. biodieselu. Hlavním důvodem k tomu je, že zatímco pro výrobu bioetanolu či biodieselu je dnes obvyklým způsobem využita jen část rostliny (zrna nebo semena), u kukuřice je to celá rostlina.
Ještě vyššího čistého energetického zisku a tedy obecně environmentálních přínosů lze dosáhnout z organických materiálů, které jsou odpadem (např. bioodpady ze stravovacích provozů, z chovů zvířat, apod.), protože zde nemusí být započítávány energetické vstupy na jejich výrobu resp. vznik s výjimkou přepravních nákladů pro jejich dopravu do bioplynové stanice. Z jedné tuny organického bioodpadu tak může být vyrobeno tolik biometanu, že s ní například svozový vůz v denním provozu může ujet vzdálenost 200 i více kilometrů. Využití bioodpadů pro výrobu biopaliva je atraktivní zejména pro hustěji osídlené oblasti – místní odpady tak mohou „pohánět“ autobusy městské hromadné dopravy a další dopravní prostředky a přitom s mnohem menšími emisemi, než jaké dosahují vozy s dieselovým pohonem starší výroby. Takto dnes jezdí například veřejná doprava ve městě Linköping, Norrköping nebo Kristianstad.
Kladná energetická bilance celého výrobního řetězce biometanu pak nakonec může významně přispět i ve snaze snižovat produkci emisí oxidu uhličitého: automobily mohou jezdit na biopalivo, jehož spalování má oproti naftě získávané z ropy třeba jen čtvrtinové emise CO2 (po zápočtu jejich úspory díky kladné energetické bilanci jeho výroby). Odborníci vědí, jak obtížné je tak velkého poklesu za současné nadvlády fosilních zdrojů energie dosáhnout.
A jak je na tom ekonomika
Vše něco stojí. Biometan není výjimkou. Velikost nákladů na výrobu bioplynu závisí v zásadě na třech hlavních faktorech:
- typu fermentovaných substrátů
- technologii fermentace a návazného zhodnocení bioplynu (čištění nebo výroba KVET)
- produkční kapacitě
Cena vstupních substrátů je velmi různá, např. je-li vstupem kukuřice, současné ceny na tuzemském trhu se pohybují na úrovni 600 Kč/t. Výroba bioplynu je tak zatížena palivovými náklady okolo 0,60 Kč/kWh bioplynu, což je asi 0,80 Kč/kWh výsledného biometanu. Pokud by ale stanice zpracovávala bioodpady, může za jejich přijetí inkasovat za výhodnější cenu před jinými způsoby jejich odstranění. V praxi je však většina substrátů u existujících bioplynových stanic u nás i v tuzemsku přijímána buď bezplatně, či je nakupována (zvláště, pokud v regionu působí více podobných zařízení).
Investiční náklady vlastní bioplynové stanice obsahující současně jako koncové energetické zařízení kogenerační jednotku nebo zařízení pro čištění bioplynu se dnes pohybují nejčastěji na úrovni 40 až 50 tis. Kč/MW produkovaného bioplynu. Při životnosti 20 let a de facto chodu zařízení 24 hodin denně po celý rok je tak výroba plynu zatížena amortizací na úrovni 0,30 až 0,60 Kč/kWh (vyšší hranice při zohlednění časové hodnoty peněz).
Na výsledné ceně se významně projevuje velikost zařízení, zvláště je-li stanice vybavena systémem čištění bioplynu pro výrobu biometanu. Dle německých zkušeností bývají bioplynové stanice s touto technologií konkurenceschopné stanicím s tradiční motorovou kogenerací až od výkonu 1 až 2 MW (výrobní kapacity bioplynu), v opačném případě měrné investiční náklady mohou být významně vyšší.
Ostatní provozní náklady zahrnující i náklady údržby a opravy mohou konečnou cenu bioplynu, resp. biometanu zatížit již méně (v řádu 0,10 až 0,20 Kč/kWh vyrobeného bioplynu).
Výsledná cena bioplynu a biometanu tak může být dosti rozdílná, reálně se nicméně pohybující v intervalu 1,50 až 2 Kč/kWh vyrobeného biometanu (nižší při malých nákladech na pořízení vstupních substrátů a optimální velikosti zařízení). To je cena, za kterou může být bioplyn dodáván do plynovodní sítě k dalšímu využití – tedy třeba na druhém konci města v kompresní stanici CNG. Je tato cena konkurenceschopná?
Zemní plyn je ve své podstatě také čistý metan, který však vznikl při rozkladu organických látek před miliony let. Nakupován a dopravován je z tisíce kilometrů vzdálených podzemních nalezišť v Rusku nebo Norsku, a to v cenách, které se odvíjejí od světových cen ropy a dalších substitutů (s jistou časovou prodlevou).
Cena zemního plynu pro konečné zákazníky se dnes pohybuje na hodnotách 1,30 až 1,40 Kč/kWh dále využitelného tepla (bez DPH). Po odpočtu regulované složky nákladů spojených s přenosem a distribucí, které pro konečné zákazníky z řad maloodběratelů představují přibližně 30 %, je cena plynu na úrovni cca 1 Kč/kWh.
Pro srovnání, cena nafty bez DPH vč. spotřební daně se dnes pohybuje na úrovni cca 2 Kč/kWh výhřevnosti paliva, bioetanol lze pak dnes na trhu bez spotřební daně nakoupit za 16 až 18 Kč/l, čemuž odpovídá cena 1,80 až 2 Kč/kWh. Na obdobných hodnotách v přepočtu na energetický obsah se pak pohybuje i cena čistého MEŘO, tj. metylesteru řepkového oleje. Již z těchto čísel vyplývá, že využití bioplynu nemusí být zdaleka tak ekonomicky nevýhodným řešením.
Proč nemá biometan zelenou?
Důvodů je několik. Tím hlavním je nepochybně zavedený systém podpory výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, který dnes provozovateli bioplynové stanice dává jistotu výdělku. Výrobou biometanu k využití pro motorové biopalivo by se producent pustil do velikého dobrodružství, protože stávající zákonná úprava předepisující minimální podíl biopaliv, zavedená novelou zákona o ochraně ovzduší, se totiž vztahuje pouze na kapalná motorová paliva, tj. naftu a benziny. Oproti kapalným biopalivům postrádá navíc biometan vůči fosilní konkurenci hlavní ekonomickou výhodu v podobě nulové spotřební daně, jelikož ji zemní plyn má také (třebaže dle dohody mezi Vládou a dodavateli plynu dočasně do roku 2012). Bioplyn by tak musel být dnes pro prodejce CNG ekonomicky či jinak zajímavější, aby mu dali před zemním plynem přednost.
Vyšší využití biometanu jako motorového paliva namísto tradičních biopaliv však musí bojovat ne až tak s cenovou konkurenceschopností, jako spíše s obecně slabým postavením zemního plynu v dopravě. V ČR jsou dnes pouze jen dvě desítky stanic, a to hlavně díky malému počtu vozidel, které na stlačený zemní plyn jezdí. Situace se však postupně zlepšuje a bioplyn by měl být dalším důvodem, proč dát plynu v dopravě zelenou. Ekologické přínosy k tomu opravňují. Navíc, není marketingově nezajímavé, že je možné jezdit na plyn, jenž je získáván i z vašeho „odpadkového koše“ - ze sto kilogramů bioodpadů byste mohli ujet osobním vozem i více než sto kilometrů.
V zahraničí biometan poptávají environmentálně uvědomělé obce a komunity. Jeho prostřednictvím získávají možnost dosáhnout opravdu ekologické dopravy. I u nás by se tímto modelem mohla města inspirovat, zvláště pokud již dnes provozují vozy na stlačený zemní plyn. Z jedné tuny organického bioodpadu by autobus či svozový vůz mohl v denním provozu ujet vzdálenost 200 i více kilometrů. S minimálními emisemi bez závislosti na dováženém plynu či naftě a de facto trvale udržitelně. A přitom ne nutně neekonomicky.
Rychlejším ekonomickým stimulem k výrobě a dodávce biometanu do plynárenských sítí však mezitím pravděpodobně opět bude jeho možné zhodnocení pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla. Díky liberalizovanému trhu s plynem by si výrobce biometanu našel svého kupujícího v osobě provozovatele de facto jakékoliv plynové kogenerace, který by za veřejné podpory v režimu zákona č. 180/2005 Sb. čerpal za definované množství nakoupeného biometanu v daném období tomu odpovídající odměnu v podobě zelených bonusů za každou vyrobenou kWh elektřiny. Na tuto možnost by cenové rozhodnutí ERÚ mělo již příští rok pamatovat a cíleně ji podporovat, jelikož by bylo možné tímto způsobem dosáhnout významně vyššího stupně využití primární energie v palivu, než dosahuje naprostá většina dnes budovaných bioplynových stanic.
Uveřejněno v rámci projektu MADEGASCAR společnosti SEVEn a časopisu Alternativní energie.
Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.
TweetČlánek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Zajímavá provedení bioplynových stanic v zahraničí
Ekonomická analýza využití bioetanolu v zážehových motorech
Využití etanolu ve vznětových motorech
Rostlinné oleje jako motorová paliva
Motorové biopalivá – ich súčasný stav a perspektívy
Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva
Datum uveřejnění: 12.10.2009
Poslední změna: 24.9.2009
Počet shlédnutí: 24077
Citace tohoto článku:
VOŘÍŠEK, Tomáš: Resuscitace biopaliv - biometanem. Biom.cz [online]. 2009-10-12 [cit. 2024-11-05]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/czt-pestovani-biomasy-bioplyn-spalovani-biomasy-kapalna-biopaliva-bioodpady-a-kompostovani-obnovitelne-zdroje-energie/odborne-clanky/resuscitace-biopaliv-biometanem>. ISSN: 1801-2655.
Komentáře:
|
|
|
|
|