BPS zvýší podíl čisté energie

Pokud se mluví na různých fórech o závazku České republiky v roce 2010 dosáhnout 8% výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, vidíme, že z potenciálu všech možných zdrojů OZE se v českých podmínkách jeví jako nejvíce použitelné vodní zdroje, ale bez dalšího většího navýšení, a dále technologie pro využití větru a biomasy s možností a schopností budování dalších kapacit. Podíl využití biomasy může být v příštích letech narůstající, pokud ho přijme za jeden z hlavních výrobních programů zemědělský sektor. Nemáme na mysli jen prosté spalování dřeva nebo účelově pěstovaných plodin, ale jejich efektivnější využití pro výrobu tepla a elektrické energie v bioplynových kogeneračních stanicích.

Základní pojmy

Bioplynové stanice budou základní energetickou jednotkou malé obce v příhodné lokalitě, v níž budou primárně likvidovat veškerý komunální odpad a materiál ze zemědělské produkce a hlavně vyrábět si vlastní teplo a elektrickou energii, oboje šetrné k životnímu prostředí a efektivní pro vlastní zisk. V tomto úvodním článku bychom čtenáře chtěli seznámit se základními pojmy, nimiž se při přípravě projektu BPS mohou setkávat. Základní technologie BPS je založena na procesech anaerobní fermentace (anaerobní digesce) a biodegradability.

Anaerobní fermentací rozumíme rozklad organické hmoty za současného vývoje bioplynu za nepřístupu vzduchu pomocí specifických bakterií. Mikroorganizmy využívají pro zisk energie změnu energetické úrovně dostupných elektronů substrátu při přenosu na některý z meziproduktů buněčného metabolismu nebo na ionty H⁺.

Biodegradabilita je specifická vlastnost materiálu, definována jako komplexní biologická rozložitelnost. Biodegradabilní výrobky, jsou převážně z přírodních materiálů (kukuřičný či bramborový škrob), které se v kontaktu s mikroorganismy (kompost) rozloží.

Biologicky rozložitelný odpad – odpad se schopností anaerobního nebo aerobního rozkladu (potraviny, odpad ze zeleně, papír)

Bioplyn – plynný produkt anaerobní metanové fermentace organických látek. Je to směs metanu a oxidu uhličitého s nepatrným množstvím dalších příměsí. Mohou to být zbytky vzdušných plynů (N₂, O₂, Ar), neúplně spotřebované produkty acidogenese (H₂, přebytek CO₂) nebo příměsí z předcházejících reakcí organické hmoty (H₂S, N₂O, HCN, uhlovodíky i jejich deriváty, většinou kyslíkaté i sirné).

Hydrolytické a fermentační bakterie - nejrychleji rostoucí a nejodolnější vůči změnám podmínek. Zodpovídají za první dva kroky anaerobního rozkladu, hydrolýzu a acidogenezi. Produkují enzymy, které jsou uvolňovány do médií a hydrolyzují komplexní organické látky jako celulózu, hemicelulózu, pektin nebo polysacharidy na menší molekuly, schopné transportu dovnitř buňky. Fermentaci těchto látek tvoří řadu redukovaných konečných produktů jako jsou nižší mastné kyseliny (máselná, propionová a octová kyselina), etanol, mléčná kyselina apod.

Kofermentace – fermentace kejdy nebo tuhého hnoje spolu s organickými látkami, které nevznikají v organické výrobě.

Anaerobní zpracování

Nejrozšířenější způsob anaerobního zpracování biologicky rozložitelných látek je u nás dlouhá léta provozován ve velkých čističkách odpadních vod jako doprovodný proces. Primární a aktivovaný kal jsou čerpány do vyhnívacích nádrží a vzniklý bioplyn je spalován v teplovodních kotlích nebo nověji v kogeneračních jednotkách. Stejný anaerobní proces (tzv. fermentace) probíhá i v bioplynových stanicích. Rozdíl je však v tom, že u ČOV je bioplyn pouhým energetickým přilepšením, kdežto bioplynové stanice (BS) musí být zcela rentabilní. Rentabilita bioplynové stanice závisí na vstupní surovině, technologickém procesu a hlavně na způsobu využití energie bioplynu.

Co je možné využít k fermentaci v BPS?

Kejda a hnůj z volného ustájení, stájový hnůj, organické látky bohaté na živiny – výpalky, tuky, jateční odpad, kuchyňské odpady a zbytky jídel, odpady z ovocných tržnic, bramboráren, škrobáren, celulózek, mlékáren, trávy, listí, nevyužitelné části užitkových plodin a další suroviny organického původu.

Rentabilita BPS

Rozhodující pro rentabilitu BPS je způsob využití energie bioplynu.Je to hlavně spalování bioplynu v kogeneračních jednotkách. Zde se vyrábí elektrická energie a jako vedlejší produkt teplo ve formě teplé vody. Prodej el. energie rozvodným závodům za státem dlouhodobě garantované výkupní ceny se dnes jeví jako ekonomicky nejefektivnější využití bioplynu. Problémovější je využití tepla a to zejména v letních měsících. Tento faktor by měl být brán v úvahu již při přípravě projektu a umístění bioplynové stanice. U velkých, tzv. centralizovaných stanic lze kogenerační jednotky umístit u spotřebitelů tepla (obytné domy, sídliště, lázně a koupaliště, průmyslové firmy apod.) a bioplyn k nim přivést. Možným řešením je využití procesu trigenerace namísto kogenerace, kdy k výstupu horké vody z kogenerační jednotky je navíc připojeno absorpční chladící zařízení za účelem výroby chladu pro klimatizaci, chlazení zásobníků s mlékem apod.

Výhody výstavby a provozu BPS

Hlavním efektem je výroba hodnotné energie (elektřina, teplo), sníží se zatížení ovzduší čpavkem a metanem. Dobře připravený projekt zajistí provozovateli zisk na základě dlouhodobých, státem garantovaných výkupních cen elektrické energie vyrobené z bioplynu. Širokému okolí BPS poskytuje možnost ekologické likvidace a zpracování jinak těžko odbouratelných organických zbytků a na konci výrobního procesu získává a zemědělským firmám poskytuje vysoce hodnotné organické hnojivo s podstatně sníženým žíravým účinkem. Využitím veškeré zelené hmoty se omezuje klíčivost semen plevele, dochází ke zlepšení odolnosti rostlin, při užití hnojiv z BPS se sníží spotřeba pesticidů. Obrovská rentabilita zajistí rychlou návratnost investic vložených do výstavby.

Sestava BPS

Základním prvkem je anaerobní reaktor – biofermentor, v němž za nepřístupu vzduchu a při řízené teplotě probíhá rozklad složitých organických látek na jednoduché anorganické sloučeniny, oxid uhličitý a methan (bioplyn). Reaktor je vyhříván odpadním teplem z kogenerace a obsah je pravidelně promícháván po dobu 20 – 45 dnů v závislosti na druhu vstupního substrátu. Provozní parametry kofermentace se pravidelně vyhodnocují. Údaje o složení bioplynu, kyselosti (pH) ve fermentorech, ale i údaje o teplotách, obsahu celkové i organické sušiny jsou sledovány zvlášť podle druhu doplňující fytomasy a biomasy a podle naměřených hodnot je proces fermentace optimalizován. Význam tohoto procesu se projevuje v max. dosažitelných výnosech bioplynu a tím i max. množství fermentované fytomasy a biomasy.

Další významnou částí jsou kogenerační jednotky. V nich je spalován vyprodukovaný bioplyn a energie je převedena na energii elektrickou a tepelnou. Způsob a efektivita využití těchto energií rozhodují o efektivitě provozu BPS a o návratnosti vložených investic.

Rostoucí zájem o BPS

Odpadové hospodáře čeká v nedaleké budoucnosti povinnost snižovat množství biologicky odbouratelných odpadů, ukládaných na skládky. Biologicky rozložitelné odpady se totiž na skládkách rozkládají, a jelikož se tak děje v anaerobních podmínkách, tak vznikající skládkový plyn obsahuje vysoký podíl metanu, který ke skleníkovému efektu přispívá dvacet jedna krát více než hlavní skleníkový plyn oxid uhličitý, který vzniká při rozkladu aerobním.

Dá se tedy shrnout, že cílem zákonodárců je snížit množství biologickým rozkladem uvolnitelného uhlíku ukládaného na skládky a tento materiál z části přeměnit na oxid uhličitý a z části vrátit zpět do půdy - nejlépe ve formě stabilního humusu, který je zárukou, že uhlík zůstane dlouhodobě uložen v půdě a nebude přispívat ke skleníkovému efektu.

Tento úkol je „tlačen“ současně ze dvou stran českou legislativou (Příloha č. 9 k vyhlášce MŽP č. 383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady):

Biologicky rozložitelný podíl komunálního odpadu ukládaný na skládky musí být postupně omezován v souladu s harmonogramem stanoveným v programu odpadového hospodářství ČR a krajů (tj. snížit tento podíl do roku 2010 na 75 %, do roku 2013 na 50 % a do roku 2020 na 35 % celkového množství (hmotnosti) biologicky rozložitelného komunálního odpadu vzniklého v roce 1995).

A Směrnicí Evropské unie 99/31/EC o skládkování odpadů:

Ukládá členským státům povinnost, aby nejpozději v r. 2006 bylo množství biologicky rozložitelných odpadů ukládaných na skládky sníženo na 75% množství uloženého na skládky v referenčním roce 1995 a v dalších letech, v r. 2009 na 50% a v r. 2016 na 35%.

Závěr:

Základem provozu jsou vstupní suroviny, vstupní investice, ekonomika návratnosti, náklady na provoz BPS a garantovaná výkupní cena energie. Základem pro ekonomický provoz BPS je složení vstupních surovin v co nejlepším poměru k výrobě bioplynu. Vstupní investice to jsou investice na výstavbu BPS.

Ekonomika návratnosti- prostá ekonomická návratnost

Tn = IN / (V – Nr)

• IN - investiční výdaje projektů
• V - výnosy z realizace
• Nr - roční provozní výdaje

Příklad :

Tn = 1 650 000 + 26 940 000 + 460 000 / (10 624 654 – 4 800 000) = 4,9 let

• 1 650 000 – stavba
• 26 940 000 – technologie
• 460 000 – projekty
• 10 624 654 – cena za energii
• 4 800 000 – náklady BPS

 

Náklady na provoz BPS-započítávají se mzdy provozovatele BPS, výměna oleje KGJ, údržba BPS a nedílnou součástí jsou náklady na vstupní suroviny. Garantovaná výkupní cena el..energie - je základem BPS = prodej el. energie rozvodným závodům za státem dlouhodobě garantovanou výkupní cenou.

Tento článek byl publikován v rámci spolupráce redakce časopisu Alternativní energie a CZ Biom.

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