Emise z bioplynových stanic a jejich vliv na životní prostředí

Bioplyn je jedním z nejvýznamnějších obnovitelných zdrojů energie, který má Česká republika k dispozici (vedle tuhé biomasy, vodní, solární a větrné energii). Bioplynové stanice mohou ekologicky šetrně (s nízkými emisemi skleníkových plynů i lokálního znečištění) vyrábět teplo i elektřinu z bioplynu, vznikající bioplyn může být využitelný i v automobilové dopravě.

Bioplynové stanice mohou zpracovávat i některé odpady - například odpadní kaly z čistíren odpadních vod, prošlé potraviny, nevyužitou kejdu a podobně. Druhotným dobře využitelným produktem bioplynových stanic je kvalitní hnojivo. Proto také Ministerstvo životního prostředí dobré projekty na výstavbu bioplynových stanic podporuje.

Přínos lze snadno předvést na konkrétním případu: bioplynová stanice střední velikosti vyrobí až 4 000 MWh elektrické energie za rok. To odpovídá teoretické roční spotřebě 1 100 domácností. Kromě toho, vzhledem k tomu, že jde o kogeneraci tepla a elektřiny, může tato stanice zásobovat až 300 domácností teplem. Taková bioplynová stanice sníží emise skleníkového CO2 do ovzduší za každý rok až o 3 500 t oproti výrobě energie z fosilních zdrojů.

V České republice bohužel některé špatné příklady zapáchajících bioplynových stanic (nekvalitně postavených či při nedodržování provozních pravidel) kazí dobré jméno všem ostatním. V ČR přitom funguje naprostá většina zcela bezproblémově pracujících stanic. Nejčastějším problémem je nedodržování provozního řádu a porušování technologické kázně. Následkem je snižování výkonu stanic a zápach. To ovšem není obecně vinou bioplynových stanic, ale nezodpovědností provozovatelů.

Mnoho problémů lze podchytit již ve schvalovacím procesu před výstavbou bioplynové stanice a provoz povolit podle schváleného provozního řádu. Za neplnění povinností potom mohou být provozovatelé sankcionováni. Na ochranu obyvatel a v boji proti nezodpovědným provozovatelům připravilo MŽP metodický pokyn o podmínkách schvalování bioplynových stanic před uvedením do provozu, který zahrnuje i provozní podmínky bioplynových stanic.

Čtěte také: Změny v odpadovém hospodářství

Jde o systémový nástroj, jak jednak pomoci úředníkům při povolování těchto nových technologií, ale také informovat budoucí investory o zákonných pravidlech, která musí dodržovat.

Případová studie: Bioplynová stanice Velký Karlov

Bioplynová stanice společnosti ZEVO, s.r.o. ve Velkém Karlově spadá vzhledem k projektované kapacitě k příjímání vedlejších živočišných produktů do režimu integrovaného povolování [1]. Provoz byl zahájen na podkladě kolaudačních rozhodnutí stavebního úřadu OÚ Jaroslavice z roku 2006, přestože podle zákona mělo předcházet vydání integrovaného povolení. Provozovatel si podal žádost o integrované povolení dodatečně (4. 6. 2007). V průběhu řízení však příslušný krajský úřad shledal závažné nedostatky jak v žádosti, tak v provozu bioplynové stanice.

Protože provozovatel nedostatky plně neodstranil, byla jeho žádost o integrované povolení již v prosinci 2007 zamítnuta krajským úřadem Jihomoravského kraje. Kromě toho podnikaly příslušné orgány kroky i mimo rámec povolovacího procesu. Česká inspekce životního prostředí (ČIŽP) uložila společnosti ZEVO první pokutu již 17. října 2007 ve výši 300 000 Kč, následně další pokutu ve výši 2 miliony Kč (21. 4. 2008) za provozování zařízení bez integrovaného povolení.

Důvodem k udělení druhé pokuty a jejímu zvýšení bylo zejména to, že provozovatel neprovedl všechna opatření nutná pro vydání integrovaného povolení a opakovaně nedodržoval provozní kázeň. Pozornost věnuje ČIŽP velkokarlovské bioplynové stanici i nadále. Kontrola ČIŽP na začátku července 2008 konstatovala konflikt s dodržováním vodního zákona a pokračování provozu bez platného integrovaného povolení. Kromě toho se ČIŽP a MŽP zabývají také peticí občanů proti zápachu a provozování zařízení.

V případě, že by dalším provozem nastalo či hrozilo závažné poškození životního prostředí, nebo značné materiální škody, mohla by ČIŽP dokonce rozhodnout o omezení nebo zastavení provozu stanice. [1] Podle zákona č.

Čtěte také: Udržitelná energetika

Snižování emisí a udržitelný rozvoj

Snižování emisí z veškeré lidské činnosti je nutným předpokladem dosažení takzvaného udržitelného rozvoje. Tedy stavu, ve kterém lidstvo nebude ničit zdroje a životní prostředí takovou měrou, která znemožňuje dlouhodobé udržení života lidí na Zemi. Cíl snižovat emise skleníkových plynů je zanesen od vzniku Kjótského protokolu také v Pařížské dohodě, Zelené dohodě, v balíčku Fit for 55 a ve všech dalších navazujících dokumentech a především v posledních letech je stále více zdůrazňován.

Pozorujíc probíhající změnu klimatu jsou stanovovány stále přísnější limity a termíny pro dosažení požadovaných procent snížení produkce emisí oproti hodnotám z roku 1990. Tyto cíle se dotýkají všech sektorů, včetně výroby energie z obnovitelných zdrojů, které Česká republika upravuje vyhláškou č. 110/2022 Sb. o stanovení druhů a parametrů podporovaných obnovitelných zdrojů a kritérií udržitelnosti a úspory emisí skleníkových plynů pro biokapaliny a paliva z biomasy.

Zemědělství a hospodaření s půdou se bezesporu významně podílí na emisích skleníkových plynů. Zpráva IPCC o změně klimatu a půdě (2019) odhaduje, že zemědělství je přímo odpovědné až za 8,5 % všech emisí skleníkových plynů a dalších 14,5 % pochází ze změn ve využívání půdy (odlesňování v rozvojovém světě za účelem vytvoření půdy pro potravinovou výrobu). Sektor zemědělství byl v roce 2018 „zodpovědný za 8,61 mil. tun CO2eq (6,7 % celkových emisí, 810 kg CO2eq na obyvatele ročně).

Emise v zemědělství pochází především z chovu hospodářských zvířat (4,1 mil. tun) v podobě emisí metanu a také z obdělávání půdy a s tím spojenými emisemi N2O (4,23 mil. tun CO2eq). Průměrná výměra pozemků jedné bioplynové stanice je 2 700 ha a 10 % z nich je přímo využito pro pěstování biomasy pro kofermentaci. V ideálním případě, kdy jsou obhospodařované plochy soustředěné v blízkosti bioplynové stanice je perimetr dopravy necelých 6 km. V praxi má spousta bioplynových stanic své obhospodařované pozemky roztroušené mnohdy ve větší vzdálenosti.

Možnosti snižování emisí z bioplynových stanic

Nezakrytý sklad digestátu představuje jeden z nejvýznamnějších faktorů nežádoucích emisí metanu a také amoniaku (čpavku). Investice do zakrytí koncového skladu se však často finančně nevyplatí, přitom představuje velký přínos pro ochranu životního prostředí a klimatu díky zachycení metanu, významného skleníkového plynu. Navíc zastřešením skladu digestátu lze jímat plyn (cca 2,2 %) vznikající dokvašováním fermentačního zbytku.

Čtěte také: Provozní aspekty bioplynové stanice na jatkách

Náklady na zakrytí koncového skladu průměrné bioplynové stanice v ČR by činily zhruba 4 mil. Kč, z toho 2,5 mil. na dvoumembránový plynojem a 1,5 mil. na rozšíření ochrany proti atmosférické energii, dokumentaci atd. Celé opatření by přineslo úspory v podobě zachycení metanu zhruba CO2eq 560 t/rok, resp. 80 %. Dále zastřešení koncového skladu přispívá k zachycení dalších 54 tis. m3 bioplynu za rok vhodných k dalšímu využití. Navíc příjemným bonusem v podobě úspory vstupních substrátů 216 tis.

Zachytávání uhlíku a jeho následné využití nebo skladování umožní maximalizovat emisní úsporu energetického zdroje, což bude pro provoz nebo jeho podporu v následujících letech klíčové. Zachycený uhlík přímo z průmyslových procesů nebo atmosféry se v případě potřeby ve formě plynného CO2 dočistí na průmyslovou či potravinářskou kvalitu podle sektoru jeho konečného využití.

Škála získávání CO2 je skutečně rozmanitá, nejčastěji se separuje pomocí fyzikálně-chemických technologických procesů, jako je chemická adsorpce, případně fyzikální nebo membránová separace. Nejčastěji využívané metody jsou založeny na přímé spotřebě neupraveného oxidu uhličitého a dále jsou využívány procesy konverze za pomocí chemických nebo biologických pochodů. V případě, že se CO2 nespotřebuje, následuje jeho trvalé uskladnění do geologických útvarů, vzniklých například těžbou fosilních paliv, jako je zemní plyn.

V současnosti se celosvětově spotřebuje okolo 230 Mt CO2 ročně, ze kterého se vyrobí zhruba 125 Mt hnojiv a 70-80 Mt aditiv k úpravě ropy. Tyto aktivity lze shrnout zkratkou CCUS, což znamená Carbon capture, utilisation and storage. Komerčně velmi zajímavou aplikací je využívání oxidu uhličitého z odpadního proudu membránové separace při úpravě bioplynu na biometan. Odpadní plyn z tzv. upgradingu je velmi bohatý na CO2 a v některých případech je jeho kvalita tak vysoká, že už není potřeba další čištění.

3. 10. 2023 byla slavnostně otevřena nová bioplynová stanice (BPS) společnosti COMPAG MLADÁ BOLESLAV s.r.o. Jedná se o nejmodernější BPS v zemi, která přeměňuje bioodpad na bioplyn CNG. Na projekt bioplynové stanice za bezmála 50 mil. Pro výrobu bioplynu je využíváno prakticky vše, co si lze představit pod pojmem biologický odpad, tedy třeba slupky od banánu či brambor, zbytky jídla i suché listí. Provoz bude postupně nabíhat na plnou kapacitu, kdy stanice ročně zpracuje přes 25 tisíc tun biologicky rozložitelných odpadů. Součástí areálu BPS je také čerpací stanice, která je mimo jiné zdrojem pro pohon městských autobusů v Mladé Boleslavi. BPS je vybavena vlastními svozovými vozy.

Bioplynová stanice je ideálním provozem pro uplatnění kogenerace. Stanice zpracovává organický odpad nebo rostlinné zbytky a vytváří z nich bioplyn obsahující metan. Kogenerační jednotka může tento bioplyn efektivně spalovat a produkovat elektřinu a teplo současně. Tím se zvyšuje energetická efektivita provozu. Samotný proces snižuje emise skleníkových plynů a posiluje udržitelnost energetického systému. Bioplynová stanice ve spojení s kogenerací podporuje čistou energetiku a zároveň recykluje organický odpad, což má pozitivní vliv na životní prostředí.

Bioplynová stanice je zařízení, které zpracovává organický materiál, jako je zemědělský odpad, rostlinné zbytky, čistírenské kaly, potravinový odpad, zvířecí hnůj apod. Proces mineralizace organické hmoty na výhřevný bioplyn se nazývá anaerobní fermentace. Při anaerobní fermentaci mikroorganismy rozkládají organickou hmotu bez přístupu kyslíku a produkují bioplyn, který se skládá převážně z metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2).

Biometan a BioCNG

Biometanová stanice je specializovaná bioplynová stanice, která výstupní bioplyn dále čistí (upgraduje) na vysoce kvalitní biometan. Jednoduše lze říct, že bioplyn vznikající z procesu anaerobní fermentace v biometanových stanicích o obvyklém složení cca 55-60 % CH4 se odděluje o ostatních minoritních složek s cílem zvýšení podílu CH4. Konkrétně při čištění dochází k odstraňování oxidu uhličitého a dalších nečistot, čímž vzniká biometan s vysokým obsahem metanu (až 99 %). Biometan má stejnou kvalitu jako zemní plyn a může být distribuován do stávající plynové infrastruktury.

Dalším možností je zkapalnění biometanu na bioLNG či stlačení na bioCNG, čímž se zvyšuje další využitelnost např. Největší rozdíl mezi bioplynem a biometanem je tedy v kvalitě a čistotě vyrobeného plynu. Výrobní proces BioCNG začíná sběrem biologického materiálu, jako je zemědělský odpad, organický odpad z potravinářského průmyslu, zelený odpad, čistírenské kaly nebo biomasa. Tento materiál je pak anaerobně zpracován na bioplyn obsahující metan. Výsledný biometan je stlačen pod vysokým tlakem za vzniku BioCNG.

Stlačování biometanu se obvykle provádí kompresorem, který zvyšuje tlak stlačeného biometanu a zároveň zmenšuje jeho objem. Rozsah tlaku, při kterém je BioCNG stlačován, je typicky kolem 250-300 barů. Výhodou BioCNG je, že jde o obnovitelné palivo, které pomáhá snižovat emise skleníkových plynů a závislost na fosilních palivech. Umožňuje také využití organického odpadu a biomasy, které by jinak skončily na skládkách.

Bioplynové elektrárny v České republice

Bioplynové stanice jsou moderní a ekologická zařízení, která se běžně provozují u nás i ve světě. Zpracovávají širokou škálu materiálů nebo odpadů organického původu prostřednictvím procesu anaerobní digesce bez přístupu vzduchu v uzavřených reaktorech. Výsledkem procesu je bioplyn, který je zatím nejčastěji využíván k efektivní výrobě obnovitelné elektřiny a tepla, a dále digestát, který lze použít jako kvalitní hnojivo (obdoba kompostu).

Statistika výroby bioplynu v EU dokládá rostoucí význam tohoto oboru např. z hlediska výroby obnovitelné energie. V roce 2006 bylo v rámci zemí EU z bioplynu, kalového plynu a skládkového plynu vyrobeno celkem 17,3 TWh elektrické energie (tedy 17,3 miliard kWh). Porovnání s rokem 2005 přitom ukazuje silný meziroční nárůst výroby elektřiny o takřka 29 % (celkem 13,4 TWh v roce 2005). Pro představu, toto množství energie převyšuje o 44 % výrobu elektrické energie v největší elektrárně ČR, jaderné elektrárně Temelín (12,02 TWh v roce 2006).

Bioplynové stanice zpracovávají mimo vedlejších zemědělských produktů i průmyslové a komunální bioodpady, díky tomu také rozeznáváme bioplynové stanice zemědělské, kde bývá nejčastěji provozovatelem větší zemědělský podnik, nebo stanice komunální a průmyslové související s čistírnami odpadních vod, kde bývá provozovatelem např. město či průmyslový podnik. Do kategorie bioplynových stanic se ještě řadí skládkový plyn, který je řízeně produkován a jímán ze skládek odpadů.

Mapa bioplynových stanic CZ Biom

CZ Biom na svých stránkách www.biom.cz spustil jedinečný on-line přehled bioplynových instalací v České republice pod názvem Mapa bioplynových stanic. Je zde využito příjemného a přehledného grafického prostředí použitím nejmodernější technologie Google Maps s možností filtrovat zobrazované informace dle typů bioplynových stanic (komunální, zemědělské a ostatní). Dále je připraven modul pro zobrazení subjektů, které výstavbu bioplynových stanic financují, přehled poradenských a vzdělávacích subjektů v oboru a přehled dodavatelů bioplynových stanic na klíč a zároveň dodavatelů jejich hlavních součástí (kogenerační jednotky, fermentory).

V mapě bioplynových stanic lze také zobrazovat související odborné akce a např. poptávku po digestátu. Jednotlivé bioplynové stanice jsou v mapě zobrazovány pomocí GPS souřadnic a mapu lze libovolně zvětšovat nebo zmenšovat, posunovat a díky technických informacím získat ucelený přehled o počtu a výkonech bioplynových instalací v České republice. Po otevření detailnější webové stránky ke každé jednotlivé bioplynové stanici se můžete dozvědět o daných stanicích více.

Například elektrický výkon zařízení, využití tepla, vstupních surovin, počet pracovníků obsluhy, rok uvedením do provozu, jméno generálního dodavatele, provozovatele, subdodavatelů hlavních součástí, uspořené emise CO2, objem odkloněného BRO a další informace. Mapa bioplynových stanic je vytvořena tak, aby mohla být pracovníky CZ Biomu neustále aktualizována a zpřesňována.

Pro zajímavost uvádíme i porovnání výroby elektřiny z biomasy a bioplynu v České republice (a srovnání s celkovou výrobou elektrické energie):

Flexibilní obnovitelný zdroj

Bioplyn má všestranné použití - ať už pro výrobu elektřiny a tepla nebo pro úpravu na kvalitu zemního plynu a následné vtláčení do plynové sítě. Výroba energie z bioplynu je nezávislá na počasí a pro provozovatele zařízení je zajímavým zdrojem příjmů. Bioplynová stanice zároveň aktivně přispívá k ochraně životního prostředí a energetickému mixu v budoucnu.

Základní princip bioplynové stanice je relativně jednoduchý. Obnovitelné suroviny ze zemědělství, exkrementy živočišného původu, odpady z potravin a zemědělského odvětví slouží jako vstupní substráty pro výrobu bioplynu.

Ve vzduchotěsně uzavřených nádržích - tzv. fermentorech - probíhá za pomoci bakterií proces anaerobní fermentace. Existují nejrůznější typy anaerobních mikroorganismů, které se podílejí na procesu a jejichž množství je ovlivněno vstupními substráty, hodnotou pH, průběhem teploty apod. Bakterie jsou podobné těm, které se nachází v trávicím traktu skotu nebo jiných hospodářských zvířat. Hlavními produkty anaerobního rozkladu jsou vysoce energetický metan, který lze využít k výrobě energie, a oxid uhličitý, který jako ekologický CO2 může nahradit fosilní CO2.

Bioplyn tvoří z 50 - 75 % metan, z 50 - 25 % oxid uhličitý a stopové plyny, jako je sirovodík. Fermentační zbytek, který zůstane jako finální produkt po fermentaci, se může použít v zemědělství jako hnojivo pro pěstování nových plodin a díky tomu vzniká uzavřený cyklus.

Vstupní suroviny pro bioplynové stanice

Mnoho různých organických zbytků z různých odvětví, jako je zemědělství, potravinářství a též průmysl, lze použít jako suroviny pro výrobu bioplynu. Možní dodavatelé surovin/vstupů pro bioplynové stanice jsou např.:

• zemědělské podniky pěstující energetické plodiny
• živočišné odpady z chovu dobytka
• krmivářský průmysl se zbytky z jeho výroby
• jatka s jatečním odpadem
• potravinářský průmysl pro zpracování a výrobu potravin
• supermarkety (např. potraviny s prošlou lhůtou spotřeby)
• pivovary s pivovarským mlátem a lihovarskými výpalky
• restaurace s odpadem ze zbytků jídel
• etanolový průmysl (výpalky)
• průmysl biopaliv (např. glycerín)
• čistírny odpadních vod (kaly z čistíren odpadních vod)

Každá země má své vlastní možnosti surovin por výrobu bioplynu a také vlastní zákonné požadavky - v našem podnikání byla vždy neodmyslitelná maximální flexibilita. Řešení ušité na míru pro zemědělský podnik nebo velký průmyslový projekt? Nabízíme řešení s referencemi o výrobě od 250 kw el. do 20 MW el. nebo o výrobě biometanu od 30 Nm³/h do 5000 Nm³/h.

Emise metanu a legislativa

Je tomu právě rok, co vstoupilo v platnost historicky první nařízení EU, které se zabývá emisemi metanu. Jeho cílem je pomoci snížit úniky druhého nejsilnějšího skleníkového plynu z fosilní infrastruktury skrze systém monitorování a oprav. Zavedení nařízení do české legislativy je - podobně jako v řadě dalších evropských států - opožděné. Emise metanu zejména v energetice tak u nás unikají dál bez postihu.

Snížení emisí metanu je jedním z nejrychlejších a nejúčinnějších způsobů, jak zpomalit oteplování planety. „Česko je v implementaci evropského nařízení o metanu pozadu - a spolu s ním i řada dalších evropských zemí,” uvádí Veronika Murzynová, odbornice na emise metanu z CDE. „Současný národní návrh vítáme, je dostatečně konkrétní a může velmi účinně pomoci snížit emise metanu v sektoru energetiky. Teď je načase jej také schválit. Jak potvrzují naše pravidelné terénní průzkumy, úniky metanu z fosilní infrastruktury jsou v Česku stále aktuálním problémem, a je tomu tak především proto, že je nikdo nepostihuje.

Metan však může paradoxně hrát v boji s klimatickou změnou i kladnou roli. Na straně jedné je to velmi silný skleníkový plyn, který je zodpovědný za přibližně třetinu oteplení planety od doby průmyslové revoluce. Zároveň se ale (na rozdíl od oxidu uhličitého) v atmosféře rychle rozpadá, takže závažné krizi klimatu svým způsobem naopak pomůže předcházet. Účinným opatřením pro omezení emisí metanu ze zemědělství jsou bioplynové stanice s využitím odpadů z živočišné výroby.

Měření emisí a kvalita bioplynu

V případě BPS máme z hlediska zákona o ochraně ovzduší č. 201/2012 Sb. obvykle dva vyjmenované stacionární zdroje znečišťování ovzduší uvedené v příloze č. zdroj 1: kód 3.7. Výroba bioplynu - zahrnuje veškeré součásti technologie BPS - od vstupních jímek, přes fermentory, až po sklady digestátu a havarijní hořák (fléru) - a jako taková nemá specifický emisní limit, tudíž ani povinnost měření.

zdroj 2: kód 1.2. Spalování paliv v pístových spalovacích motorech o celkovém jmenovitém tepelném příkonu … (podle příkonu kogenerační jednotky - od 0,3 MW do 5 MW vč. Vzhledem k příkonu dané kogenerační jednotky jsou v tomto případě rovněž stanoveny specifické emisní limity, přičemž platí, že povinnost pravidelného měření platí až od 1 MW příkonu. Do tohoto limitu se měření nahrazuje výpočtem podle § 3 odst. 5 písm. a) prováděcí vyhlášky č. 415/2012 Sb. (tzv. emisní vyhláška).

Dle § 16 odst. 1 zákona o ochraně ovzduší (č. 201/2012 Sb.) smí být v ČR uváděna na trh pouze paliva, která splňují požadavky na kvalitu paliv stanovené prováděcím předpisem (emisní vyhláška). Pokud je tedy bioplyn dodáván jiným subjektům - uváděn na trh, musí plnit parametry dle přílohy č. Dalším hlediskem, které se v případě paliva musí vzít v potaz je, že dle § 17 odst. 1, písm. c) zákona o ochraně ovzduší, smí provozovatel stacionárního zdroje spalovat pouze paliva, která splňují požadavky na kvalitu paliv stanovené prováděcím právním předpisem a jsou určená výrobcem stacionárního zdroje nebo paliva uvedená v povolení provozu.

tags: #bioplynová #stanice #emise

Oblíbené příspěvky:

• Analýza trojského koně v emisích
• Zdroje a účinky RTG záření
• Prádelny a ekologické předpisy
• Jak funguje svoz odpadu?
• Environmentální etika