Odborné články
Přeměna organického odpadu na motorová paliva
Technologie nízkoteplotní pyrolýzy organických látek s cílem získání kapalných motorových paliv vznikla již ve dvacátých létech minulého století v Německu.
Technologie nízkoteplotní pyrolýzy pomáhá řešit dva problémy: doplňuje bilanci kapalných paliv, aniž by zasahovala do oblasti výroby potravin, a optimálně likviduje biologicky rozložitelné odpady.
V článku jsou popsány základní parametry projektu na zpracování zhruba 100 tisíc tun komunálního odpadu s obsahem asi 30 tisíc tun organické hmoty, kterou je možno přeměnit na zhruba 15 milionů litrů paliva.
Projekt využívá ověřenou americkou technologii BIO 2 DI. a byl realizován německou firmou Inter Ingeneering pro město Korfu v Řecku.
Biopaliva I. a II. generace
Co je v kapalných biopalivech dosud známo jako “biodiesel“, „bionafta“ a „metyl a etylester tuků“, jsou většinou produkty jednoduché esterifikace rostlinných olejů, získaných ze zemědělských plodin - tzv. biopaliva I. generace.
Paliva ze zemědělských plodin však soupeří s jejich využitím na potraviny. Pokud by došlo k jejich nadměrné spotřebě pro výrobu pohonných hmot, způsobilo by to pravděpodobně zvyšování cen zemědělské produkce a následně i potravin, nehledě na spornou ekonomiku i ekologii pěstování.
Proto je takový zájem o kapalná paliva II. generace, které je možno vyrobit i z nepotravinářských surovin., například z komunálního odpadu.
Tabulka 1: Orientační skladba komunálního odpadu: Při produkci 100 tis. tun odpadů ročně je k výrobě bionafty k dispozici asi 61 tis. tun vlhké suroviny, tj. asi 29,5 tis. tun suché vstupní suroviny
Druh komunálního odpadu | % | t/rok |
---|---|---|
Domovní bioodpad | 45,0 | 45 000 |
Papír, lepenka | 12,0 | 12 000 |
Plasty | 14,0 | 14 000 |
Gumy, kůže, hadry, plenky | 8,0 | 8 000 |
Sklo | 5,0 | 5 000 |
Kovy | 6,0 | 6 000 |
Kamení, písek a ostatní podobné | 10,0 | 10 000 |
Celkem | 100,0 | 100 000 |
Suroviny pro bio-diesel
Biotechnologie výroby syntetického paliva (syn-nafty), označovaná BIO 2 DI, využívá jako vstupní surovinu netříděný komunální (domovní) odpad – na rozdíl od jiných technologií zpracovávajících např. zemědělské vedlejší nepotravinářské produkty.
Rozklad komunálního odpadu
Pevný komunální (domovní) odpad (PKO) obsahuje zhruba 80 – 90 % polymerovaných hydrokarbonových molekul. Depolymerizací nebo krakováním (nízkoteplotní pyrolýzou v rozsahu teploty od 180 do 380 ºC) mohou být tyto „dlouhořetězové“ molekuly rozloženy na kratší, s přibližně 10 – 20 atomy uhlíku (C). Taková struktura již je ekvivalentní kapalným frakcím ropy typu motorové nafty.
Tabulka 2: Roční výroba kapalných paliv ze 100 tis. tun komunálního odpadu (tj. ze 29,5 tis. tun suché vstupní suroviny)
Druh paliva | Výroba celkem (l/rok) | Prodej celkem (l/rok) | Vlastní spotřeba (l/rok) |
---|---|---|---|
Motorová nafta | 7 500 000 | 7 500 000 | - |
Benzin | 2 250 000 | 2 250 000 | - |
Kerosen | 3 000 000 | 3 000 000 | - |
TTO | 2 250 000 | 1 621 600 | 628 400 |
Celkem | 15 000 000 | 14 371 600 | 628 400 |
Vzniklé „syntetické“ palivo II. generace je chemickými a fyzikálními vlastnostmi téměř identické s klasickými fosilními palivy a v některých parametrech je dokonce předčí. Například má vyšší cetanové číslo (tj. navíc asi 5 % energie) a neobsahuje nečistoty a nevhodné příměsi, jako např. stearin nebo částečky volného karbonu, které při provozu motoru způsobují černý „diesel kouř“.
Technologie BIO 2 DI
1. Příjem komunálního odpadu
V současné době velmi propagované, ale logisticky poměrně nákladné třídění komunálních odpadů v místě vzniku, se v této technologii nevyžaduje. Neměl by však obsahovat velké kusové odpady (vyřazené přístroje, kusy stavebnin atp.), což v některých zemích není ani technicky možné vzhledem k ukládání odpadků do plastových pytlů.
Surovina ze sběrné sítě nebo od subdodavatelů, dovezená do zpracovatelského závodu, přichází do příjmového zásobníku, který je umístěn, stejně jako další zařízení pro přípravu suroviny, v uzavřené a přes filtry odvětrávané hale. Tím je podstatně omezen případný zápach do okolí.
2. První úprava suroviny
Všechny “tvrdé “ neorganické částice v odpadu (kameny, sklo, kovy, keramika atd.) jsou před vlastním zpracováním odstraněny. Z příjmového zásobníku se takto zpracovaný odpad drapákovým manipulátorem předává na dlouhý dopravník k drtiči, který jej drtí na velikost zrn do 5 mm. Velkorozměrové a pevné odpady jsou zachyceny na kontrolním pásu. Materiál pak prochází magnetickým separátorem a dalším třídičem a je následně vkládán do rozpouštěcí (rozvlákňovací) nádrže.
3. Vznik vodní emulze
Nádrž je zčásti naplněné procesní kapalinou, která se pak jet dále přidává podle množství dodaného substrátu tak, aby vznikla emulze s obsahem asi 12 % sušiny. Z počátku se přidává jen voda, ale později také odlisovaná kapalina (fugát) z připojené bioplynové stanice.
Obsah se důkladně promíchá, takže většina organických hmot z komunálního odpadu se rozvlákní a rozpustí. Vznikne organická emulze, po úpravě vhodná pro fermentaci v bioplynovém zařízení. Těžší materiály, které se ani po míchání nerozpustily, klesají ke dnu a automaticky se tak oddělují od kapaliny i od plastů a jiných lehčích hmot plovoucích na hladině.
Tabulka 3: Kalkulace roční výroby bioplynu a elektřiny ze 100 tis. tun vlhkého komunálního odpadu
Ukazatel | Jednotka | Hodnota |
---|---|---|
Produkce bioplynu | m3/rok | 4 500 000 |
Výtěžnost | m3/t sušiny | 300 |
Energie bioplynu | kWh/rok | 21 177 000 |
Výroba elektřiny | kWh/rok | 8 047 000 |
Spotřeba elektřiny | kWh/rok | 5 822 000 |
Prodej elektřiny | kWh/rok | 2 225 000 |
Odpadní teplo | kWh/rok | 12 130 000 |
Tepelný příkon k sušení * | kW | 1 800 |
* Potřebný tepelný příkon k sušení je 3900 kW: rozdíl je hrazen částí vyrobeného TTO
Emulse s rozpuštěnými organickými látkami a plovoucími kousky plastů a jiných hmot je v určitých intervalech odváděna z nádrže na vibrační síto, které zadrží všechny částice větší než 6 mm. Podíl zůstatkové vody v nich a na nich je stále ještě 40 – 50 %, což je méně, než průměrná hodnota u vstupních odpadů.
4. Sušení vstupní suroviny
Do bubnové sušárny přichází surovina ve dvou tocích ze sít a z lisů za bioplynovou stanicí. Na sítech zachycený kouskový materiál už se sníženým obsahem vody je dosušen na snížený obsah vody až na 15 %. Podobně je usušen i odlisovaný substrát vycházející z bioplynového fermentoru.
K sušení se využívá odpadové technologické teplo a energie z kogenerační jednotky. Usušený materiál postupuje do dalšího jemného drtiče, který redukuje částice na rozměry menší než 5 mm. Takto upravený suchý substrát je již vhodný pro konverzní proces na “syn-naftu”.
5. Zpracování na bioplyn
Roztok, který prošel sítem, obsahuje organické částice z původního komunálního bio-odpadu. Je to ideální surovina pro anaerobní digesci, při kterém je organický podíl konvertován na bioplyn. Ten slouží jako energetický zdroj pro kogenerační soustrojí k výrobě elektřiny a tepla pro další fázi technologie. Tímto procesem je obvykle pokryta větší část potřeby tepla k sušení a zajištění energetické bilance výroby “syn-nafty”.
6. Nízkoteplotní pyrolýza
Usušený a rozdrcený organický materiál (vlhkost do 15 % H20, zrnitost < 0,5 mm) se vkládá plynule spolu s katalyzátorem a neutralizátorem (podíl do 1 %) do reaktoru, který je naplněn speciálním, teplotě odolným tzv. kontaktním olejem.
Ohřevem na asi 350 °C (teplota se stanoví podle složení suroviny) a důkladným mícháním se uvede v činnost zplyňovací a krakovací proces, kterým se veškerá surovina mění na směs olejnatých uhlovodíků, které dostávají postupně potřebnou molekulární velikost, odpovídající naftě a její skladbě. V důsledku přesně nastavené teploty se vzniklá kapalná směs mění v plyny, které se vedou do kondenzační kolony a z ní do kolony destilační.
Frakcionovanou destilací se pak získávají různé druhy kapalných uhlovodíků typu motorové nafty, benzinu, kerosenu nebo těžkého topného oleje TTO. Tuto nejdůležitější fázi zpracování domovních odpadů na kapalná motorová bio-paliva provozuje na světě jen několik firem na základě vlastních výzkumů, které se neliší v principech, ale detailech (např. v druhu katalyzátoru). Technologie jsou většinou patentovány.
7. Další využití plynů
Vznikající nezkondenzovatelné plyny (především CH4 a CO) se využívají k pohonu plynové turbiny nebo pístového motoru, které pohánějí elektrický generátor, vyrábějící elektřinu potřebnou ve výrobním procesu nebo dodávanou do sítě.
Z praktického hlediska je vhodné doplnit sestavu topného plynu plynojemem, kterým je možno vyrovnávat rozdíly mezi produkcí plynu a jeho okamžitou spotřebou.
Tabulka 4: Struktura výrobních nákladů (prodej 14 371 000 litrů kapalných paliv a 2 225 000 kWh elektřiny – viz tab. 2 a 3)
Nákladová položka | EURO/rok |
---|---|
Osobní náklady | 194 400 |
Nakupovaná elektřina * | 375 600 |
Pomocné materiály, katalyzátor | 354 000 |
Údržba a opravy | 809 100 |
Variabilní náklady, režie | 433 000 |
Odpisy a splátky úvěrů | 2 370 100 |
Úroky | 707 400 |
Celkem výrobní náklady ** | 5 243 600 |
* Cena 0,06 EURO/kWh, ** Výrobní cena je 0,36 EURO/l, tj. při kurzu 26 Kč/EURO cena 9,5 Kč/l paliva
8. Cyklus kontaktního oleje
Horký olej z reaktoru je kontinuálně v určitém množství odebírán ze spodku konvektoru, prochází filtračním lisem, který z oleje odstraňuje všechny nečistoty jako popeloviny, zbytky katalyzátoru, písek, silikony atd.
Vytvořený pevný “filtrační koláč” představuje asi 5 – 10 % z hmotnosti vstupního materiálu. Může být např. účelně využit jako plnidlo do silničního asfaltu, takže celá výrobní technologie je zcela bezodpadová.
Určité množství kontaktního oleje v důsledku dané teploty také zplyňuje, a proto je jako první v kondenzační koloně zařazen vhodný kondenzátor. Kondenzát s přefiltrovaným olejem se vrací do reaktoru.
9. Využití odpadního tepla
Odpadové teplo za turbinou nebo motorem elektrického generátoru se využívá k sušárenským účelům, případně jinému potřebnému ohřevu. Naopak v případě, že tento zdroj tepla z nějakého důvodu pro sušení nepostačuje, využívá se jeden z produktů technologie, zpravidla část vyrobeného TTO.
10. Další využití bioplynu
Bioplyn může být využit i k výrobě elektřiny, která se spotřebuje ve výrobním procesu, k sušení, nebo je prodána do sítě. Do sítě se obvykle dodávají jen přebytky jako tzv. ”zelená elektřina” za výhodnější výkupní ceny, nebo se takto výhodně prodává veškerá elektrická energie, levnější elektřina se zpětně nakoupí se ze sítě.
K sušení vstupní suroviny lze také použít také odpadní teplo z kogenerační jednotky. Pokud by ani to nestačilo, doplní se potřebné množství tepla spalováním suchých částí odpadu nebo vyrobeného TTO.
Bioodpady mají potenciál
Hodnoty uvedené v článku se týkají dosud největšího závodu na výrobu kapalných paliv z bioodpadů a biomasy v Evropě. Jiné provozy obvykle zpracují ročně jen asi 6000 až 10 000 tun suché hmoty a vyrobí asi 3 mil. litrů paliva. Tato výroba proto může být vhodným doplňkem ke standardní produkci každé větší bioplynové stanice, a to při nižších investičních nákladech.
Tabulka 5: Tržby za kapalná paliva, elektřinu a příjem odpadů
Druh tržby | EURO/jednotku | EURO/rok |
---|---|---|
Motorový benzin | 0,7/l | 1 575 000 |
Motorová nafta | 0,7/l | 5 250 000 |
Letecký kerosen | 1,1/l | 3 300 000 |
TTO | 0,5/l | 810 800 |
Prodaná elektřina * | 0,1/l | 222 500 |
Příjem odpadů | 30/t | 3 000 000 |
Tržba za uhlíkový kredit ** | 1 168 000 | |
Celkem tržby | 15 326 300 |
* Odhad ** Za omezení produkce CO2
Statistiky uvádějí, že v jednotlivých krajích ČR vznikne asi 600 – 700 tis. tun biologických odpadů ročně, z toho komunální odpad činí asi 200 tis. Tun (zdroj: CZ BIOM). Tyto odpady se zatím většinou ukládají na skládky, částečně kompostují, nebo nákladně spalují ve spalovnách. Tyto odpady ale představují i významný a stále rostoucí potenciál pro výrobu kapalných paliv.
Tabulka 6: Finanční vyhodnocení zpracování 100 tis. tun komunálního odpadu na kapalná motorová paliva a elektřinu
Finanční položka | EURO /rok |
---|---|
Celkové tržby | 15 326 300 |
Celkové náklady | 5 243 600 |
Hrubý zisk * | 10 082 700 |
* Při celkové investici 31 545 500 EURO je teoretická návratnost 3,13 let, reálná návratnost 5 až 6 let
Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Výrobu biopaliv z odpadu spalovny umí jenom řasy? (I)
Výrobu biopaliv z odpadu spalovny umí jenom řasy? (II)
Další vývoj v oblasti kapalných biopaliv
Energetická bilance a životní cykly biogenních pohonných hmot – 1
Kritéria udržitelné produkce biopaliv
Biopaliva pro motorová vozidla: produkce, cena, legislativa
Obejde se zemědělství bez nafty?
Rostlinné oleje jako motorová paliva
Motorová paliva z organického odpadu
Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva
Datum uveřejnění: 24.8.2009
Poslední změna: 22.8.2009
Počet shlédnutí: 12935
Citace tohoto článku:
SLADKÝ, Václav: Přeměna organického odpadu na motorová paliva. Biom.cz [online]. 2009-08-24 [cit. 2024-10-13]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/czt-pestovani-biomasy/odborne-clanky/premena-organickeho-odpadu-na-motorova-paliva>. ISSN: 1801-2655.