Odborné články
Tuhá biopaliva z místních zdrojů
Tuhá biopaliva z biomasy jako nosič energie jsou v současné době diskutovaným tématem. Na jedné straně je požadavek náhrady části fosilních paliv touto energií, na straně druhé obava, že podpora pěstování energetických rostlin vede ke zvyšování cen potravinářských komodit.
Kritika za nepřiměřené využití zemědělské komodity pro biopaliva se týká především řepky olejky, která se v ČR pěstuje asi na 370 000 ha. V porovnání s tím je význam energetických rostlin jako zdrojů fytomasy pro tuhá paliva prozatím menší.
Energetické plodiny
Energetický šťovík se pěstuje asi na 1000 ha, což je rozloha prakticky marginální. Jiné energetické rostliny, například chrastice rákosovitá, miscanthus, saflor či topinambur zaujímají plochy ještě menší. Pro pěstování nejvýnosnější známé energetické rostliny – křídlatky naproti tomu stojí legislativní překážky. Tato plodina je označována jako invazní plevel a podpora pro její pěstování je v současném společenském klimatu nereálná. Dalším perspektivním zdrojem biomasy mohou být plantáže rychlerostoucích dřevin. Zvyšování takto využívaných ploch má v praxi dva základní aspekty. Podpora pro jejich pěstování je možná ze strukturálních fondů EU, především z Programu rozvoje venkova. Tento program obsahuje podopatření I.1.1.3 umožňující založení porostů RRD (2). Druhým aspektem jsou ale problémy při sklizni: Náklady při manuální sklizni RRD jsou oproti mechanizované sklizni speciální řezačkou velmi vysoké. Při použití sklízecí mechanizace je však z ekonomického pohledu nutné její dostatečné časové využití, což při malých pěstebních plochách není možné.
Druhotná biomasa
Vedle uvedených potenciálních zdrojů biomasy je však v agrárních oblastech k dispozici množství fytomasy, která je nevyužita a kterou můžeme označit jako druhotnou agrární surovinu. Jedná se především o obilní slámu, řepkovou slámu, trvalé travní porosty aj. Obiloviny jsou naprosto převažujícími plodinami v zemědělství ČR. Z nich pšenice se pěstuje na více než 50 % takto osetých ploch. Přehledně jsou tyto údaje spolu s řepkou uvedeny v tabulce 1.
Tab. 1 – Bilanční hodnoty obilovin a řepky v ČR v roce 2007 (1, 3)
Plodina | Osevní plocha (ha) | Výnos (t/ha) | Poměr hmotnosti zrna a slámy |
---|---|---|---|
Pšenice | 811 000 | 4,88 | 1 : 1,85 |
Ječmen | 499 000 | 3,85 | 1 : 1,08 |
Žito | 37 500 | 4,72 | 1 : 1,70 |
Oves | 59 000 | 2,91 | 1 : 1,40 |
Tritikale | 50 000 | 4,29 | 1 : 1,75 |
Řepka | 337 500 | 3,10 | 1 : 1,20 až 1,80 |
Mimo potravinářského využití přinášejí tyto plodiny i významný energetický zdroj pro výrobu tuhých biopaliv ve formě slámy. Řepka olejka je v této souvislosti uváděna rovněž jako především potravinářská plodina, neboť podíl řepkového semene na výrobu biopaliv tvoří v ČR pouze 23,3 % (3). Vezmeme- li v úvahu, že část sklizené slámy zůstává na poli, a to ať již z důvodů techniky sklizně, či záměrně pro zvýšení podílu organické hmoty v půdě, je možno uvažovat energeticky využitelné množství asi 3 t/ha. Z toho pak vyplývá, že použitelné množství obilní slámy je v ČR asi 4,5 mil. tun, množství řepkové slámy asi 1 mil. tun.
Významným zdrojem fytomasy, kterou lze využít energeticky jsou sklizené trvalé travní porosty. V ČR je takto obhospodařováno asi 1 milion ha ploch. Fytomasa z těchto pozemků je jen z malé části využívána tradičním způsobem jako krmivo, převážná část je hospodářům na obtíž. Nechceme-li tento materiál označit přímo jako agrární odpad, lze jej využít pro kompostování, nebo jako energetický zdroj.
Mimo uvedené zdroje spalitelné fytomasy existuje v agrárním sektoru množství druhotných surovin vznikajících při pěstování a zpracování různých plodin. Jde např. o réví z prořezu vinic, makovinu, slunečnice, pazdeří lnu, konopí a mnohé jiné materiály. Vedle toho existuje značné množství fytomasy z nejrůznější údržby zeleně, zbytků při těžbě dřeva a při jeho zpracování.
Důležité parametry
Při porovnání zdrojů fytomasy je významným parametrem její dostupnost v dostatečném množství a obsah vody v čase a místě dodávky. Pokud je obsah vody vyšší než asi 20 %, vznikají tím požadavky na sušení, tzn. další náklady.
Z uvedených zdrojů fytomasy těmto požadavkům přednostně vyhovuje sláma obilovin a řepková sláma. Tyto suroviny jsou k dispozici ve značném množství, vysoké kvalitě, tzn. s nízkým obsahem vody, který nepřekračuje 15 %. Vhodnost těchto surovin pro energetické využití umocňuje i rozvinutá technika sklizně a manipulace s materiálem.
Sláma v balících
Sláma se z pole expeduje nejčastěji ve formě balíků, a to válcových nebo hranolových. V tab. 2 jsou uvedeny typické parametry balíků slámy zjištěné při sklizni lisy Case (4). Stupeň slisování, tj. dosažená hustota závisí na konstrukci lisovacího zařízení a na zkrácení materiálu. Takto upravenou slámu lze již označit jako tuhé biopalivo dle ČSN P CEN/TS 14961 (5).
Tab. 2 – Průměrné rozměry a hmotnosti balíků
Ukazatel | Jednotka | Válcový balík | Hranolový balík | |||
bez řezání | s řezáním | bez řezání | s řezáním | |||
Počet nožů | kus | - | 15 | - | 33 | |
Hmotnost balíku | kg | 328 | 375 | 303 | 313 | |
Rozměr | průměr/délka | mm | 1780 | 2300 | ||
šířka | mm | 1200 | 1200 | |||
výška | mm | - | 700 | |||
Objem balíku | m3 | 2,99 | 1,93 | |||
Objemová hmotnost slisované slámy | kg/ m3 | 110 | 126 | 157 | 162 |
Standardní forma paliva ve formě balíků má výhodu ve snadné manipulaci, v použití i v obchodování. Toto palivo je vhodné pro centrální kotelny, kde jsou použity kotle nad 1 MW. Většina těchto kotelen ovšem preferuje palivo ve formě balíků hranolových. Pro spalování balíků slámy byly vyvinuty i kotle pro menší výkony.
Např. firma STEP Trutnov a.s. dodává kotle pro spalování celých balíků slámy s výkonem 175 až 600 kW. Výhodou oproti kotlům s rozdružováním slámy je jednodušší technické provedení celého zařízení a z toho vyplývající nižší cena. Rovněž odpadá požadavek na energii pro rozdružení balíků, což představuje elektrický příkon v desítkách kW.
Linky na pelety
Slámu ve formě balíků lze ovšem zpracovat do hodnotnějších forem tuhých biopaliv, do briket nebo pelet. Ze struktury slámy se jeví jako vhodnější výroba topných pelet. Pro tuto produkci jsou dodávány výrobní linky s nejrůznějším výkonem.
Například linka LSP 1800 m, výrobce Atea Praha, s. r. o., (obr. 1ab), umožňuje výrobu pelet s obchodním označením Granofyt o průměru od 6 do 30 mm. Výkonnost linky je 1500 až 1800 kg/h a ročně zpracovává asi 10 000 t slámy. Jde o finančně náročnou investici v řádech miliónů Kč. Proto je nutno v podnikatelském záměru uvážit všechny souvislosti, tzn. nejen zajištění zdroje suroviny a odbyt produkce, ale i skladování slámy v období od sklizně do zpracování. Je nutné, aby sláma v hranolových balících byla nařezána a především aby v průběhu skladování nenavlhla. Z důvodů požární bezpečnosti je třeba materiál skladovat v menších stozích, které musí být zakryty a zajištěny. Produkované pelety odpovídají normě ČSN (5) a splňují i požadavky ochranné známky pro ekologicky šetrný výrobek (6). Palivoenergetické parametry topných pelet z obilní slámy a ze slámy řepky, jak byly zjištěny v laboratoři Výzkumného ústavu zemědělské techniky, v.v.i., jsou v tab. 3.
Tab. 3 – Palivoenergetické parametry topných pelet Granofyt
Parametr | Jednotka | Pelety z obilní slámy | Pelety z řepkové slámy |
---|---|---|---|
Voda | % | 6,40 | 7,85 |
Prchavá hořlavina | % | 69,81 | 70,11 |
Neprchavá hořlavina | % | 17,46 | 16,40 |
Popel | % | 6,33 | 5,64 |
C | % | 43,04 | 43,64 |
H | % | 6,51 | 6,11 |
N | % | 0,72 | 0,84 |
S | % | 0,05 | 0,14 |
O | % | 36,89 | 35,64 |
Cl | % | 0,09 | 0,14 |
Spalné teplo | MJ/kg | 16,93 | 16,75 |
Výhřevnost | MJ/kg | 15,45 | 15,23 |
Popel (bod t): | °C | 780 | 1050 |
Měknutí (bod t) | °C | 800 | > 1300 |
Tání (bod t) | °C | 1020 | > 1300 |
Tečení (bod t) | °C | 1050 | > 1300 |
Hustota (bod t) | kg/dm3 | 1,34 | 1,23 |
Otěr dle ÖNORM M 7135 | % | 0,98 | 2,28 |
Linka LSP 1800 zpracovává surovinu ze zhruba 3000 ha a produkce pelet směřuje především do velkoobchodu či k velkým odběratelům.
Jinou variantou výroby pelet je zařízení s malou produkcí hlavně pro místní použití. Linka MGL 200, výrobce Kovo Novák Cítonice, má výkonnost 100 kg pelet za hodinu, je finančně dostupná a zpracovává surovinu z malých hospodářství. Granulační lis má plochou matrici o průměru 198 mm.
Technologie výroby topných pelet ze slámy je odlišná od výroby pelet ze dřeva. Je třeba použít jiný typ lisovací matrice, specifikum je v dopravních cestách a odlišná je i skladba strojního vybavení celé linky. V současné době jsou však již tyto technologie zvládnuty a kvalita vyráběných produktů je na vysoké úrovni.
Spalování pelet
Pro spalování pelet ze slámy jsou na trhu vhodná spalovací zařízení. Pelety z jiných než dřevěných materiálů se vyznačují výrazně vyšším obsahem popela, s čímž je nutno počítat při konstrukci kotlů i při jejich provozu.
Vhodným typem pro použití v rodinných domcích je například typ A25, výrobce Verner, a. s. (obr. 2). Tento kotel má konstrukčně upraveno automatické odpopelnění a umožňuje spalovat pelety z různých typů biomasy.
Při použití pelet z řepkové slámy v praxi není problém při spalování, neboť teplota tavení, resp. spékání popela, je obdobná jako u pelet ze dřeva. Oproti tomu pelety z obilní slámy mají teplotu spékání popela nižší a spalovací zařízení musí být pro toto palivo ověřeno. Zlepšení tohoto parametru je možno docílit přidáním aditiv. Dobrých výsledků bylo dosaženo přidáním drceného hnědého uhlí v množství 8 % hm. Teplota stavování popele byla zvýšena na 850 °C.
Byly rovněž zkoušeny pelety z pšeničné slámy, v nichž byly jako aditivum proti struskování použity slupky z kakaových bobů v množství 5 % hm (obr. 3). V tomto případě se teplota stavování zvýšila na 900 °C.
Pokud chceme výrazně zvýšit teplotu spékání popela, nabízí se možnost míchání s vysokým podílem uhlí. Jinou možností je přidávání uhelných jílů. Závislost spékání popela na množství inhibitoru (7) je na grafu 1. Uhelné jíly (černouhelné kaly) mají na zvýšení teploty spékání ještě výraznější vliv než hnědé uhlí a již malé množství tohoto aditiva výrazně zlepšuje užitné vlastnosti vytvořených topných pelet.
Brikety z travní biomasy
Dalším významným zdrojem fytomasy jsou trvalé travní porosty. Tyto plochy je třeba sklízet a usušenou travní hmotu je možno výhodně zpracovávat do formy tuhých paliv. Pro vytápění rodinných domů nebo malých farem je vhodnější použití topných briket, pro jejichž výrobu jsou na trhu kompaktní briketovací lisy s vhodným výkonem. Například lisy řady BrikStar, výrobce Briklis, s. r. o., jsou určeny pro lokální výrobu briket z místních zdrojů (na obr. 4 je typ BrikStar 50 s výkonem asi 40 až 60 kg/h).
Brikety s lepšími užitnými vlastnostmi získáme při použití travní fytomasy v kombinaci s jinými rostlinnými materiály. K tomu je možno použít např. štěpku z plantáží energetických dřevin, nebo jiné energetické rostliny. Na obr. 5 jsou topné brikety vytvořené z travní fytomasy kombinované s jinou fytomasou. V tabulce 4 jsou uvedeny některé mechanické a palivoenergetické vlastnosti těchto briket.
Tab. 4 – Mechanické a palivoenergetické vlastnosti topných briket na bázi fytomasy z trvalých travních porostů (TTP)
Složení | Hustota kg/m3 | Destrukční síla N.mm-1 | Popel % | Výhřevnost MJ/kg | Obsah S % | Obsah Cl % |
---|---|---|---|---|---|---|
TTP | 720 | 10 | 5,21 | 15,81 | 0,09 | 0,23 |
TTP + topolová štěpka (1:1) | 790 | 34 | 4,62 | 16,33 | 0,06 | 0,13 |
TTP + topolová štěpka (1:3) | 790 | 25 | 4,33 | 16,58 | 0,04 | 0,08 |
TTP + energetický šťovík (1:1) | 600 | 7 | 5,35 | 15,56 | 0,07 | 0,15 |
TTP + energetický šťovík (1:3) | 820 | 21 | 5,42 | 15,43 | 0,06 | 0,11 |
TTP + smrková kůra (1:1) | 890 | 21 | 4,27 | 16,00 | 0,06 | 0,12 |
TTP + smrková kůra (1:3) | 890 | 22 | 3,80 | 16,09 | 0,05 | 0,07 |
Z údajů je zřejmý pozitivní vliv přídavných materiálů: topolová štěpka zvyšuje hustotu briket a jejich pevnost, přičemž postačuje její množství ve směsi 50 %. Je též možno snižovat obsah síry a chloru, což je důležité v případech, kdy se výrobce bude snažit dosáhnout parametrů výrobku dle EN (5) či jiného předpisu.
Pro spalování topných briket z TTP i v kombinacích s jinými rostlinnými materiály se používají běžné kotle na kusové dřevo. Všechna uvedená paliva byla zkoušena například v kotli KTP 49, výrobce Rojek, a. s.
Částečným problémem při spalování briket z TTP je spékání popele. Na obr. 6 je zřejmá struktura popele po spékání. Tento jev se dá odstranit již uvedeným mícháním materiálu TTP s jinými fotomateriály. V tabulce 5 jsou uvedeny hodnoty tavitelnosti popele z takto vytvořených briket.
Tab. 5 – Tavitelnost popele topných briket
Složení | Teplota spékání °C | Bod měknutí °C | Bod tání °C | Bod tečení °C |
---|---|---|---|---|
TTP | 850 | 990 | 1000 | 1190 |
TTP + topolová štěpka (1 : 1) | > 950 | 1210 | 1230 | 1240 |
TTP + topolová štěpka (1 : 3) | 900 | 1260 | 1270 | 1280 |
TTP + energetický šťovík (1 : 1) | 780 | 1150 | 1180 | 1200 |
TTP + energetický šťovík (1 : 3) | 900 | 1140 | 1180 | 1200 |
TTP + smrková kůra (1 : 1) | 870 | 1200 | 1200 | 1200 |
TTP + smrková kůra (1 : 3) | 900 | 1010 | 1050 | 1080 |
Přidáním topolové štěpky se hodnoty tavitelnosti popela významně zvýšily. Pro výrobu topných briket je tedy vždy vhodné uvážit kombinaci surovin, jednak těch, které jsou v dané lokalitě k dispozici, dále možnosti získání doplňkové suroviny. Pěstování rychlerostoucích energetických dřevin se tak ukazuje jako vhodná aktivita pro získání takovýchto materiálů.
Závěr
Obě uvedené technologie zhodnocení biopaliv, tj. peletování i briketování slámy a TTP, umožňují využití těchto zdrojů v lokálních topeništích na biomasu. To je významný aspekt při uvážení těchto paliv jako alternativy k používání uhlí, zvláště při předpokládaném výrazném zvýšení cen veškerého uhlí v nejbližší budoucnosti.
Dá se tedy předpokládat, že tato paliva si najdou místo na trhu s palivy. Je však třeba, aby veškeré znalosti a technologie výroby i užití těchto paliv byly budovány a využívány na úrovni odpovídající získaným poznatkům.
Tento článek byl vytvořen na základě výsledků projektu Národního programu výzkumu II č. 2B06131 ,,Nepotravinářské využití biomasy v energetice“.
Literatura
- Situační a výhledová zpráva Obiloviny. Praha, MZe ČR 2007. 98 s. ISBN 978-80-7084-599-8, ISSN 1211-7692
- Trnka, J.: Financování energetiky sídel ze strukturálních fondů v období 2007-2013. In: Obnovitelné zdroje v energetice sídel. Praha, 2007, ISBN 978-80-254-0841-4
- Jevič, P.: Nepotravinářské využití olejnin. Studie MZe ČR. Praha, 2008
- Jílek, L., Pražan, R., Gerndtová, I.: Porovnání lisů na válcové a hranolové balíky. Mechanizace zemědělství, 57 (2007), č. 4, s. 44-50, ISSN 0373-6776
- ČSN P CEN/TS 14961. Tuhá biopaliva – Specifikace a třídy paliv. Praha, ČNI 2005, 46 s.
- Topné pelety z bylinné fytomasy. Technická směrnice č. 55 – 2008 s požadavky pro propůjčení ochranné známky ,,Ekologicky šetrný výrobek“. Praha, MŽP 2008. 4 s.
- Hutla, P.: Energetické využití odpadů z agrárního sektoru ve formě standardizovaných paliv. [Výzkumná zpráva]. Praha, VÚZT 2006. 77 s.
Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Výroba pelet z biomasy - technické a ekonomické aspekty
Model regionálního systému vytápění pevnými biopalivy
Vytápět biomasou ekologicky nebo ekonomicky? Nejlépe obojí
Zkušenosti s pěstováním rychle rostoucích dřevin pro vlastní potřebu
Aditivace pro efektivnější spalování slámy
Výskum progresívnych konštrukcií zhutňovacích strojov
Úsporná vychytávka – vytápění peletami
Současná situace trhu s lesní energetickou štěpkou a prognóza vývoje v kontextu návrhu nové státní energetické koncepce České republiky
Topinambur lze využít k mnoha účelům
Porovnání produkce a výhřevnosti u réví z vinic
Historie dřevních pelet v zalesněném a úspěšném Rakousku
Spoluspalování biomasy s fosilními palivy – od výzkumu k praktickému využití
Dotace na kotel na biomasu a dovoz pelet zdarma - pohodové topení
Kotel na pelety - peletový kotel pro ústřední vytápění
Kvalita pelet - certifikace a normy pro pelety
Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie, Pelety a brikety, Spalování biomasy
Datum uveřejnění: 1.11.2010
Poslední změna: 2.11.2010
Počet shlédnutí: 21259
Citace tohoto článku:
HUTLA, Petr: Tuhá biopaliva z místních zdrojů. Biom.cz [online]. 2010-11-01 [cit. 2024-10-12]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/czt-pestovani-biomasy-obnovitelne-zdroje-energie-bioodpady-a-kompostovani/odborne-clanky/tuha-biopaliva-z-mistnich-zdroju>. ISSN: 1801-2655.