Biologicky rozložitelný komunální odpad a výroba energie

Současnou snahou celosvětové energetiky je co nejčistší výroba energie. Snižování emisí uhlíku, boj se změnou klimatu - to jsou témata, která určují, jakým směrem se ubírá současná energetika. Mluví se hlavně o využívání solárních a větrných elektráren, jsou tu ovšem další obnovitelné zdroje, které leží poněkud ve stínu výše zmíněných, jedním z nich je právě biomasa.

Jedná se o nejstarší využívaný zdroj energie, dřevo bylo do poloviny 18. století prakticky jediným využívaným palivem pro získávání tepelné energie. Až v 19. století jej z velké části nahradila fosilní paliva. Ke konci 20. století se snahou snížit vliv lidstva na změnu klimatu nabývá tento energetický zdroj znovu na významu a patří mezi významné zdroje i v technicky vyspělých zemích.

Co je biomasa?

Obecně je pod pojmem biomasa míněna veškerá organická hmota na naší planetě, účastnící se koloběhu živin v biosféře. Jsou to těla všech organismů - živočichů, rostlin, bakterií, hub a sinic.

Z hlediska energetického je důležitá pouze biomasa, která je energeticky využitelná. Teoreticky je možné získávat energii ze všech forem biomasy, jelikož základem veškeré živé hmoty je uhlík a jeho chemické vazby, obsahující energii.

Za energetickou biomasu jsou však většinou považovány rostliny. Ty jsou schopny využívat slunečního záření k fotosyntéze, při které je využito jednoduchých anorganických látek - oxidu uhličitého a vody k tvorbě energeticky bohatých sloučenin - cukrů. Jinak řečeno, v rostlinách je akumulována energie slunečního záření. Tato akumulace se vyznačuje poměrně nízkou účinností, na druhou stranu je dlouhodobá a disponuje v podstatě nulovými ztrátami.

Čtěte také: Informace o kompostování

Rozdělení biomasy

Biomasu lze rozdělit do následujících kategorií:

• Biomasa pěstovaná pro energetické účely
• Odpadní biomasa

Biomasa pěstovaná pro energetické účely

Jedná se především o rychle rostoucí dřeviny nebo rostliny bylinného charakteru. Jejich předností je snadný výsev, krátké vegetační období a možnost využití i na neenergetické účely.

• rychle rostoucí dřeviny - topol, vrba, olše, akát, líska, platan…
• rostliny bylinného charakteru - konopí, amaranthus, šťovík, ostřík, kostřava…
• travní porosty - sloní tráva, chrastice, trvalé travní porosty
• obiloviny
• olejnaté rostliny - pro výrobu surových olejů a metylesterů - řepka olejná, slunečnice, len
• škrobo-cukernaté rostliny - cukrová řepa, cukrová třtina, brambory

Odpadní biomasa

• z rostlinné výroby - zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny, odpady ze sadů a vinic, kukuřičná sláma, řepková sláma a veškeré další odpady a zbytky z likvidace křovin
• z živočišné výroby - exkrementy hospodářských zvířat, zbytky krmiv - hnůj, močůvka, kejda
• z těžby a zpracování dřeva a lesní odpady - větve, kůra, pařezy, kořeny, odřezky, piliny, hobliny
• biologicky rozložitelný komunální odpad (BRKO) - zbytky potravin, papírové obaly
• biologicky rozložitelný průmyslový odpad (BRPO) - odpady z jatek, výroby cukru mouky, papíru
• splašky z kanalizace

Rozdělení podle vlastností

• suchá - lze ji spalovat přímo
• vlhká - tekuté odpady - nelze spalovat přímo, výroba bioplynu
• speciální - olejniny, škrobové a cukernaté plodiny - k získávání energetických látek - bionafta, líh

Získávání energie z biomasy

Nejstarší metodou získávání energie z biomasy je spalování. Jedná se o termochemický proces, při kterém dochází k rozkladu organického materiálu na hořlavé plyny a další látky a následně za přítomnosti vzduchu k oxidaci (slučování hořlavých prvků obsažených v palivu s kyslíkem), při které se uvolňuje oxid uhličitý, voda a teplo, jehož množství závisí na výhřevnosti použitého paliva. Na rozdíl od fosilních paliv se spalování biomasy vyznačuje prakticky nulovou bilancí oxidu uhličitého. Množství uvolněného plynu do ovzduší je přibližně stejné jako množství, které rostliny během svého života absorbují při fotosyntéze.

Jedná se o poměrně složité palivo, jelikož podíl těkavé látky je velmi vysoký a vzniklé plyny se vyznačují různými spalovacími teplotami, často se stává, že hoří pouze část paliva. Podmínkou pro dokonalé spalování je vysoká teplota a účinné promísení se vzduchem.

Nejvyšší účinnosti dosahuje biomasa při využití pro produkci tepla - více než 90 %. Velmi často se biomasa využívá v kogenerační výrobě - kombinované výrobě elektřiny a tepla (účinnost 50-90 %). Při čisté výrobě elektřiny se účinnost pohybuje pod 50 %.

Čtěte také: Biologický odpad a nemocnice: Co s ním?

Biomasa je velmi často využívána jako zdroj tepelné energie v domácnostech, ať již jako dřevo, nebo ve formě pelet či briket ve speciálních kotlích.

Zpracování biomasy pro energetické účely

Biomasa se upravuje do předfinální nebo finální podoby mechanickými nebo termickými procesy, biochemickými a chemickými přeměnami. Úpravy usnadňují především přepravu biomasy i její následné využití na získání energie. Je ovšem nutno podotknout, že přeprava biomasy na delší vzdálenosti není příliš ekonomicky efektivní.

Mechanická úprava

Mezi mechanické úpravy patří řezání pro zpracování dřeva na řezivo a palivo, drcení, které slouží především jako předstupeň výroby briket a pelet. Štěpkování a lisování briket resp. pelet, kdy jsou následně tyto produkty využívány především pro výrobu tepla a elektřiny. Poslední možností mechanické úpravy je lisování oleje, který je následně esterifikován na metylester.

Termické procesy

• Karbonizace - jedná se o výrobu dřevěného uhlí, což je nejstarší metoda zušlechťování dřeva pro energetické účely. Dříve využívaný tepelný rozklad bez přístupu vzduchu se vyznačoval nehospodárností a byl ekologicky nevhodný. V dnešní době se využívá suché destilace v karbonizačních pecích a retortách. Při tomto procesu vzniká oxid uhelnatý a toxické (formaldehyd, acetaldehyde) a karcinogenní látky (kondenzované uhlovodíky, fenoly). K výrobě 1 tuny dřevěného uhlí je potřeba zhruba 10 tun dřeva.
• Pyrolýza - neboli termický rozklad organických látek bez přístupu kyslíku. Materiál se ohřívá nad mez termické stability organických sloučenin, které jsou štěpeny na nízkomolekulární sloučeniny. Použitím katalytické pyrolýzy je možné využít komunálního odpadu, papíru, pneumatik a plastů (polystyren, polyetylen, PVC) k výrobě biooleje, který dosahuje výhřevnosti 16-19 kJ/kg. Zvláště z důvodu využití výše zmíněných odpadů se jedná o perspektivní metodu využití biomasy.
• Zplyňování - využívá se slámy, palivového nebo odpadního dřeva k jejich přeměně na plynné produkty. Produktem je generátorový plyn, který se využívá jako palivo pro vozidla nebo k výrobě elektřiny a tepla.

Biochemické a chemické přeměny

• Alkoholová kvašení - organickou fermentací v mokrém prostředí a následnou destilací rostlin obsahujících cukr a škrob se získává vysokoprocentní alkohol (etanol), který se následně využívá jako ekologické palivo pro spalovací motory. Z kilogramu cukru lze teoreticky získat 0,65 litru čistého etanolu.
• Metanové kvašení - neboli anaerobní fermentace je proces zpracování odpadních vod a zvířecích exkrementů za nepřístupu vzduchu při teplotě 35-45 °C. Touto přeměnou se získává bioplyn - směs plynů obsahující 50-75 % metanu, 25-40 % oxidu uhličitého a další plyny.
• Esterifikace surových olejů - vylisovaný olej z olejnatých rostlin se substitucí metylalkoholu za glycerin mění na metylester, který se vyznačuje podobnými vlastnostmi a výhřevností jako motorová nafta.

Výroba elektřiny a tepla z biomasy v ČR

Výroba elektřiny a tepla z biomasy v České republice má v posledních letech rostoucí trend. Dynamičtější růst je pozorován u výroby elektřiny z biomasy, a to především díky provozní podpoře výroben elektřiny z biomasy.

V roce 2015 bylo podle statistiky Ministerstva průmyslu a obchodu vyrobeno z biomasy 2 091 GWh elektřiny, což je asi 2,5 % celkové hrubé výroby elektřiny v ČR. Zhruba polovina tohoto množství elektřiny byla vyrobena spálením dřevního odpadu, štěpky, kůry apod. (1 062 GWh), 688 GWh elektřiny bylo vyrobeno spálením celulózových výluhů a 341 GWh spálením rostlinných materiálů.

Čtěte také: Jak vybrat koš na bioodpad?

Hrubá výroba elektřiny z biomasy v ČR (Zdroj: MPO)

Výroba tepla z biomasy je ve statistice MPO rozdělena na výrobu v domácnostech a mimo domácnosti. Podle statistiky MPO bylo v roce 2014 v domácnostech vyrobeno z biomasy zhruba 31,4 PJ tepla. Výroba tepla z biomasy mimo domácnosti dosáhla 20,4 PJ. Z toho vyplývá celkový podíl výroby tepla z biomasy na hrubé výrobě tepla v ČR na úrovni 9 %.

Biologicky rozložitelný komunální odpad (BRKO)

Biologicky rozložitelný odpad, který je obecně nazýván bioodpad, je jakýkoli odpad, který je schopen anaerobního nebo aerobního rozkladu. Velmi důležitou částí biologicky rozložitelných odpadů jsou biologicky rozložitelné komunální odpady (BRKO).

Podíl BRKO tvoří velmi podstatnou část směsného komunálního odpadu (SKO). Evropská unie proto přijímá celou řadu opatření, která vedou k přesměrování bioodpadu ze skládek do bioplynových stanic a kompostáren a k následnému uložení do půdy.

Zpracování biologicky rozložitelného odpadu

Zpracování biologicky rozložitelného odpadu nabývá v kontextu změny odpadové legislativy na významu.

Až 40 % obsahu českých černých popelnic tvoří biologicky rozložitelný odpad (BRO), který lze využít jako cennou energetickou surovinu. Jenže až na pilotní projekty neexistují nástroje pro jeho recyklaci na úrovni místní samosprávy, a potenciál bioodpadu tak zůstává zcela nevyužit, nebo, chcete-li, odložen na skládce.

Jedním příkladem za všechny může být česká společnost Energy financial group (EFG), která biologicky rozložitelný odpad, jako jsou prošlé potraviny, gastroodpad nebo přepálené oleje a další tuky, přeměňuje na bioplyn. S ním pak dále pracuje: Vyrábí z něj ekologickou elektřinu, teplo a jako jediná v republice také biometan, pokročilé biopalivo kvality zemního plynu, které lze využít jako jeho plnohodnou „zelenou“ alternativu.

Vysoce kvalitní plyn tak lze využít pro vtláčení do plynárenské sítě nebo pro ekologický pohon automobilů či vozů MHD. EFG přitom zaštiťuje celý výrobní proces: Od sběru suroviny přímo od producentů bioodpadu po dodání energie koncovým odběratelům.

Biometan má v budoucí dekarbonizaci energetiky a dopravy nezastupitelné místo a počítá s ním jak Evropská unie, tak národní klimaticko-energetický plán. Možnosti výroby biometanu v Česku jsou přitom doslova obrovské. Jenže v realizaci máme velké rezervy.

Pyšníme se celkem 574 (!) bioplynovými stanicemi, ale aby biometan pokryl aktuální spotřebu zemního plynu, bylo by potřeba využívat alespoň polovinu z nich pro jeho výrobu. A jednotku výroby biometanu z bioplynu má zatím jen jedna stanice u nás, zmíněná rapotínská bioplynová stanice společnosti EFG.

Instalací technologie přitom majitelé zvýšili její zisky o zhruba 20 %. Energy finanacial group poskytuje také poradenství majitelům bioplynových stanic ohledně rozšíření výroby bioplynu na biometan.

Biologicky rozložitelný odpad tvořil v České republice roku 2019 podle institutu Cirkulární ekonomiky zhruba 35 % komunálního odpadu.

Podle nového odpadového zákonu, který platí od letošního ledna, by měla Česká republika do roku 2025 zvýšit třízení využitelného odpadu ze současných cca 40 na 60 %.

Jen v Česku vyprodukujeme desítky milionů tun odpadu ročně, a pokud nechceme být doslova zavaleni odpadky, musíme přijít s efektivním řešením, jak s nimi naložit. Podstatnou část tvoří komunální odpady, kterých roku 2019 Češi vyprodukovali 5,9 milionu tun.

V České republice je skládkovací poplatek, který má motivovat ke správnému zacházení s odpady, jeden z nejnižších v Evropě. Odpadáři vidí za skládkami zisk, producenti levnou možnost, kam odložit odpad. Přitom lze drtivá část komunálního odpadu dále využít. Jednou z cest je recyklace, k níž dochází zhruba v 85 % případů, další energetické zpracování. K tomu je využito 3,5-4 % veškerého odpadu.

Bylo tak otázkou času, kdy problém „přistane“ na stole konečně i orgánům státní správy, které si jeho řešení už roky přehazují jako horký brambor.

Konec skládkování se blíží, ale návod, jak s neustále rostoucím množstvím odpadu naložit, stále postrádáme. Podle odhadů Světové banky by k roku 2050 mohl být růst odpadů dvakrát rychlejší než nárůst populace.

Bioplynové stanice

Mít postavenou bioplynovou stanici v okolí obce je velmi výhodné. Lze pomocí její technologie zpracovávat biologicky rozložitelný komunální odpad pocházející z farem, domácností, čistíren odpadních vod apod. a následně využívat jejích produktů, jako je elektrická energie, teplo a její vedlejší produkt digestát, resp. separát.

Zpracovávat lze širokou škálu biologicky rozložitelných odpadů. Velmi efektivní je zpracování gastroodpadů včetně olejů na smažení z jídelen a restaurací či odpadů z potravinářského průmyslu - např. odpady z výroby masa, ryb a jiných potravin živočišného původu.

Odpady z výroby a zpracování ovoce, zeleniny, obilovin, odpady z mlékárenského průmyslu, z pekáren a výroby cukrovinek, odpady z výroby alkoholických a nealkoholických nápojů jsou rovněž velmi ceněné vstupní suroviny. Omezeně se využívají kaly z čištění komunálních odpadních vod či kal ze septiků a žump.

Elektrická energie vyrobená v bioplynové stanici se v obcích a městech využívá v objektech na jejím území, jako jsou školy, školky, úřady, ČOV apod. Lze napájet veřejné osvětlení či ji využít k nabíjení elektromobilů.

Na veletrhu URBIS se o možnost využití bioplynové stanice a zpracování komunálních odpadů v ní, zajímali zastupitelé odboru životního prostředí obce Vsetín. Do konce roku 2020 by měla být zpracována analýza, která mapuje druhy komunálních odpadů a jejich množství.

Dále se o možnost využití bioplynové stanice v cirkulární ekonomice zajímají zástupci společnosti SAKO, kteří na popud brněnského magistrátu zpracovávají studii využití energeticky využitelných odpadů v bioplynové stanici a jejího vlastního umístění. Firma SAKO požádala firmu agriKomp Bohemia s.r.o.

tags: #biologicky #rozložitelný #komunální #odpad #výroba #energie

Oblíbené příspěvky:

• Druhá Příroda PageFive – recenze
• Emise z dopravy a zdraví
• Ekologický význam výsadby stromů
• Umění z recyklovaného kovu
• Zázraky přírody