Odpady, vedlejší produkty nebo alternativní paliva?

Česká republika se připravuje na vstup mezi členské země Evropské unie (dále EU), mezi oblasti, které je nutno sjednotit patří i oblast nakládání s odpady. Určitou fází tohoto procesu je i zpracování materiálu s názvem "Průvodce implementační strategií směrnic EU" (k připomínkování na adrese http://www.odpady.ecn.cz).

Tento příspěvek si neklade za cíl zpracovat téma alternativní využívání odpadů vyčerpávajícím způsobem, pouze se autoři snaží upozornit na některé vybrané problémy, se kterými se v praxi setkali.

Nárůst energetické spotřeby lidstva vede k úvahám čím tento nárůst pokrýt. V současné době je v ČR energetická spotřeba kryta z více než 90 % z energie získávané z fosilních paliv. V posledních letech jsou vedeny úvahy týkající se možnosti náhrady energie z klasických fosilních paliv energií "jinou". Můžeme se setkat s pojmy energie sluneční, větrná, geotermická a dalšími. Bohužel pro ČR většina z těchto alternativ nepřichází ve velké míře v úvahu. Některé úspěšné realizace jsou založeny na podpoře investičních částí, popř. velmi výhodném umístění objektu. V celkové energetické bilanci však nelze předpokládat větší podíl těchto energetických zdrojů něž 2¸3 % (při velmi optimistickém odhadu).

Přesto je nutno využívat alternativní možnosti výroby energie a vzhledem k výše uvedenému se jedná zejména o alternativní paliva. V současné době tvoří podíl energie získávané z alternativních paliv cca 2 %. Pro srovnání v zemích EU se tento podíl v průměru pohybuje okolo 8 %. Česká republika se zavázala zvýšit míru využívání alternativních paliv, a proto lze očekávat v budoucnu rozvoj tohoto odvětví.

Pokud však nebudou učiněna legislativní opatření (např. zavedení uhlíkové daně, ocenění zvýšení zaměstnanosti při přípravě těchto alternativních paliv, využití ladem ležící půdy pro speciální rostliny, a jiné) pro rozvoj tohoto odvětví bude velmi problematické dosáhnout dobrých výsledků.

Alternativní paliva

Dřívější rozdělení paliv znamenalo, že existovala paliva a odpady. V průběhu vývoje legislativy se odborníci začali vyhýbat používání pojmu odpad. Tento pojem v sobě skrýval něco špatného, nadbytečného a hlavně špinavého. Rovněž různá ekologická hnutí velmi zbystří při uvedení slova odpad.

Co však ve většině případů v sobě "odpad" obsahuje?

Ve vyspělých zemích již dávno postřehli, že se jedná o cennou surovinu (to se ostatně již ví i u nás), se kterou lze dobře obchodovat a ještě lépe využívat. Pro správné nakládání s odpadem je nutno jej roztřídit (nejen podle katalogu odpadů) a zavést správné značení.

Jak se však na tuto skutečnost dívá nový zákon o odpadech a související legislativa? Při podrobném prozkoumání zákona o odpadech nenalezneme námitku proti využívání odpadů, avšak zmínka o zákazu míchání odpadů za účelem "úpravy" jejich vlastností navádí ke zvýšené pozornosti.

Pokud tuto skutečnost doplníme poznatky ze zákona o ochraně ovzduší (definice emisních limitů dle jednotlivých paliv), lze konstatovat, že energetické zhodnocení odpadů mimo specializovaná zařízení je problematické.

Ve srovnání se situací například v Německu narážejí naší provozovatelé energetických zařízení na řadu překážek. Kombinované spalování fosilních a alternativních paliv je v Německu do 5 % energetického podílu alternativního paliva bez problému povoleno.

Tuto skutečnost však nelze chápat jako výzvu ke zrušení spaloven a k hromadnému přechodu k jiným energetickým zařízením.

V této souvislosti lze rovněž zmínit například směrnici Rady 2000/76/EC o spalování odpadů v oblasti EU.

Často jsme firmami upozorňováni na nutnost zavést do praxe slogan, že

co je ekologické musí být i ekonomické,
tedy, že ochrana životního prostředí se musí vyplácet.

Pokud upřednostníme ekologií před ekonomikou, zjistíme, že za pár let nebude nikdo, kdo by si mohl tento způsob nakládání s vedlejšími produkty dovolit.

Mnohdy jsou některá "ekologická" opatření prováděna z dlouhodobého hlediska ke škodě životnímu prostředí, např. složitost postupu nakládání s určitým odpadem a z toho plynoucí nezájem lidí.

Jednou ze zajímavých skupin vedlejších produktů je biomasa. Biomasa v sobě obsahuje řadu látek a zejména jejich využíváním se bude článek zabývat.

Biomasa může být rostlinného nebo živočišného původu a vžilo se následující základní rozdělení:

dřevní a lesní odpad, energetické rostliny, rychle rostoucí dřeviny, zbytky ze zpracování dřeva, organická frakce komunálního odpadu, zbytky z výroby papíru, zemědělské zbytky (rostlinné i živočišné), zbytky z čištění odpadních vod, zbytky z potravinářského průmyslu.

Pro rozsáhlost dané problematiky jsou zde vybrány pouze některé druhy biomasy.

Dřevní odpady (obr.1,2)

Dřevní odpady patří v České republice k nejčastěji využívaným alternativním palivům. Mezi hlavní vlastnosti těchto paliv patří nízký obsah síry, dusíku a popele v základní hmotě. Výhřevnost těchto paliv je závislá zejména na obsahu vlhkosti.

Tato paliva s dlouhou tradicí však narážejí rovněž na určitá omezení v možnostech jejich využívání. Zejména se jedná o cenovou hladinu těchto paliv, ve většině případů jsou ve srovnání s fosilními palivy dražší, rovněž nároky na skladování této hmoty jsou vyšší.

Kaly z čistíren odpadních vod

Kaly z čistíren zejména komunálních vod se dnes ukazují jako velmi perspektivní alternativní palivo a to hned z několika důvodů. V první řadě bude v budoucnu omezeno množství těchto kalů používaných přímo v zemědělství. Rovněž nelze na nekonečno odkládat řešení kalových polí, které nejen hyzdí okolí, ale rovněž zatěžují životní prostředí.

V kalech z čistíren komunálních vod je obsažena řada látek, které je lépe nechat projít tepelným procesem. Negativně se však při hodnocení možností energetického využití jeví vysoký podíl vlhkosti v kalech.

Tříděný komunální odpad

Každá obec, městečko nebo město se již dávno setkalo s problematikou komunálního odpadu (KO). Skládky nejsou nekonečné a ještě ke všemu je to odložení konečného řešení na další generaci, spalovny jsou v ČR k dispozici jen v omezené míře.

Bezpochyby nejlepší řešení by bylo, kdyby komunální odpad vůbec nevznikal, ale asi to nebude řešení použitelné. Výhodou (primárně, sekundárně) vytříděného KO je zejména možnost následného diferencovaného nakládání s ním. Výhřevnost takto získaného paliva je srovnatelná s výhřevností hnědého uhlí.

Další alternativy

Mezi další alternativní paliva lze zmínit zejména speciálně pěstované rostliny či plodiny, které i v našich zeměpisných podmínkách dosahují vysoké výnosy a umožňují účelné využití půd, které v současné době leží ladem.

V tabulce jsou uvedeny průměrné výhřevnosti jednotlivých paliv, dle zvyklostí EU, ve skutečnosti může docházet (a dochází) k odchylkám od těchto hodnot.

Perspektivy a zkušenosti

Energetická zařízení a alternativní paliva

Stavba specializovaných spalovacích zařízení s sebou nese nové technologie pro energetické využívání v palivu obsažené energie a zároveň obvykle nejnovější technologie čištění spalin. Na druhou stranu je stavba těchto zařízení mnohdy velmi nákladná a návratnost vložených investice velmi problematická.

Prameny EU uvádějí hodnoty 400 až 750 Euro na kWh při používání specializovaných bloků a 75 až 150 Euro na vyrobenou kWh při úpravě bloku uhelného.

Určitou cestou se jeví možnost využití stávajících energetických bloků ke kombinovanému spalování různých paliv. Nejčastěji jsou pro tyto účely využívány již delší dobu cementárny a v poslední době fluidní kotle.

Fluidní kotle

Fluidní kotle představují v posledních létech největší energetické celky postavené v ČR. Tato zařízení rovněž umožňují (až na pár výjimek) využívání kombinovaného spalování paliv. V případě souhlasu České inspekce životního prostředí byly provedeny testy, které toto konstatování potvrdily.

V cementárenských pecích se již dlouhou dobu používaly alternativní paliva nejen pro dosažení úspor na primárním palivu, ale zejména pro kladný vliv přísad v alternativním palivu.

Pro budoucnost je jednou z perspektivních technologií, která se začíná velmi intenzívně rozvíjet, technologie zplyňování (obr. 4). Tato technologie umožní různé výstupy - zisk produktu, výstup tepelné i elektrické energie. V současné době jsou její obrovskou nevýhodou pořizovací a provozní náklady.

Ze zajímavých pokusů prováděných na domovských pracovištích obou autorů lze zmínit například:

• vysokoteplotní zplyňování dřevní hmoty za účelem dosažení vysoké účinnosti přeměny a nízké ekonomické náročnosti procesu,
• vytipování vhodných alternativních paliv a jejich aplikací ve velké energetice, zejména ve fluidních kotlích.

Velmi důležitou část prací tvoří pokusy na reálných zařízeních různých provozovatelů za účelem dosažení:

• úspory nákladů za fosilní paliva,
• studie vlivu záměny paliva na technický stav zařízení, vypouštěné emise a zbytky po spalování,
• studie proveditelnosti a přípravy podkladů pro jednání s orgány státní správy.

Pro dosažení co nejlepších výsledků je žádoucí provést pokusná spalování na reálných jednotkách a "přesvědčit" získanými výsledky. Ze světa lze zmínit podobnou situaci například na

• spalovací jednotce v Gelderlandu v Holandsku 650 MWe - náhrada uhlí dřevní štěpkou,
• spalovací jednotce Pisa v Itálii 320 MWe - kombinované spalování uhlí a odpadů.

Řada projektů EU je zaměřena na problematiku spalování ve fluidních kotlích a tato oblast je rovněž velmi zajímavá pro Českou republiku, kde bylo v poslední době postaveno téměř 30 nových fluidních kotlů.

V České republice probíhaly pokusy ve velkém měřítku zejména na jednotkách ČEZ, a.s. - Elektrárna Tisová a Hodonín a v papírnách Frantschach Štětí.

Kombinované spalování fosilních a alternativních paliv není bezproblémové, ale řešitelné.

Hlavní problémy kombinovaného spalování:

• zajištění trvalého zdroje alternativních paliv,
• nebezpečí vysokoteplotní koroze (Cl),
• problematika složení popelovin a následné nakládání s nimi,
• nutnost zajistit vstup paliva do kotle (někdy je nutná separátní cesta).

Shrnutí

V České republice se v poslední době objevuje eminentní zájem provozovatelů energetických zařízení využívat alternativní paliva. Tato skutečnost je ve světě již delší dobu známá a dlouhodobě jsou zpracovávány i směrnice Evropské unie k této problematice.

Vhledem k požadavku EU o úpravách legislativního zázemí přidružených zemí se lze oprávněně domnívat, že i u nás dojde k povolení využívání alternativních paliv v energetických zařízení.

Využívání alternativních paliv v energetické bilanci ČR má dle výše uvedeného jednoznačně perspektivu a lze očekávat rozvoj technologií s tím souvisejících. Výhodou ČR je to, že se může poučit ze zkušeností našich sousedů, kteří již odstranili některé problémy související s využíváním alternativních paliv. Rozhodně však je nutno sledovat jaké technologie jsou zde uplatňovány, aby nebyly do republiky dováženy technologie, které již v zahraničí nejsou konkurenceschopné.

Pro posouzení jednotlivých variant využití kombinovaného spalování alternativních paliv a fosilních paliv (zejména uhlí) spalováním v rekonstruovaných topeništích je nutno znát řadu údajů, které vlivem tržních vztahů nejsou stálé. Rovněž ceny jednotlivých dodavatelů se někdy dost podstatně liší. Proto je nutno se dívat a uvedené závěry jako především posouzení výhodnosti jednotlivých variant a s platností v určitých obdobích. Případné změny daňové soustavy (s ohledem na podporu ekologicky výhodnějších staveb) rovněž mohou podstatnou mírou ovlivnit použitelnost rekonstrukce kotelen na fosilní paliva.

V současné době se jeví využití kombinovaného spalování v podmínkách ČR jako velmi perspektivní, a to zejména u fluidních kotlů, které jsou k tomu účelu velmi vhodné. V současné době probíhají pokusy s aplikací pokusů v praxi a rovněž se pokračuje v pokusech na TU Dresden.

Význam využívání vedlejších produktů leží zejména v minimalizaci spotřeby využívání primárních zdrojů, a tím v aktivních ochraně zdrojů pro další generace.

Další výhodou je vyšší zaměstnanost, neboť podíl pracovníků nacházejících uplatnění zejména v těchto oblastech ve světě neustále narůstá.

V neposlední řadě by však měla být splněna i podmínka, že co je ekologické by mělo být i ekonomické, tedy poučka velmi často užívaná v zahraničí:

OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ SE MUSÍ VYPLÁCET

Příspěvek vznikl za laskavé podpory projektu MŠMT ČR a BIT Německo Kontakt CZE-00-039.

Literatura:

1. Hein, K., R., G., SCHREUER, W.: Combine-Combustion of Biomass, Waste and Residues with Coal, EU Seminar, European Commission, Cottbus 2000.
2. By-products utilisation, ECE Task Force.
3. JUCHELKOVÁ D.: Likvidace a využití odpadů. VŠB TU Ostrava, 2000, ISBN 80-7078-747-3.
4. JUCHELKOVÁ D., ČECH B.: Hodnocení rekonstrukcí kotelen na fosilní paliva pro spalování biopaliv, Grant PPŽP/640/4/96, Praha, 1996.
5. JUCHELKOVÁ D. a kol.: Kombinované spalování biomasy a uhlí, GAČR 101/96/1152, VŠB - TU Ostrava, 1997.
6. Obnovitelné zdroje energie, Brno, 1995.
7. NOSKIEVIČ P., JUCHELKOVÁ D. a kol.: Biomasa a její energetické využití, Svazek 23, Praha, 1996, ISBN 80-7078-367-2.
8. SIMANOV V.: Energetické využívání dříví. Terrapolis, Olomouc, 1995.
9. Web CZ BIOMu http://www.vurv.cz/czbiom/

Obr.2: Dřevní odpady
Tab.1: Analýza uhlí a vybraných alternativních paliv
Obr.3: Fluidní kotel

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky