Využití odpadního tepla: Ekologické a ekonomické řešení

Odpadní teplo nevzniká jen v průmyslových továrnách nebo potravinových závodech, ale i při tak běžných činnostech, jako je nastartování auta či zapnutí počítače. Zatím ho využívá jen několik málo firem nebo institucí, které s ním nejčastěji vytápějí budovy a ohřívají vodu. V duchu udržitelnosti a cirkulární ekonomiky je to ale stále velmi málo.

Podle odborníků je největším nevyužitým zdrojem energie na světě odpadní teplo. Jeho efektivnější využívání by nám mohlo pomoci s energetickou krizí, jenomže se zdá, že chybí vůle. Projekty na využití tepla z odpadních vod se objevují ale už i u nás.

Nevyužitý potenciál odpadního tepla

Z německého výzkumu, který byl pod názvem Estimating the global waste heat potential uveřejněn v časopise Renewable and Sustainable Energy Reviews, vyplývá, že zbytkové teplo zatím využíváme z 28 %. Jen v Česku by tak průmyslové závody a kancelářské objekty mohly vytopit statisíce domácností. Už nyní se pracuje například na horkovodu z Temelína do Českých Budějovic a podobný projekt se chystá i v Praze, kde se bude využívat přebytečné teplo z čističky odpadních vod. V poslední době vznikají i celé projekty, které identifikují zdroje takového tepla a vyhodnocují jeho využití v praxi. Jedním z nich je i CE-HEAT, který funguje v Česku i dalších evropských zemích.

Globální společnost Danfoss v únoru zveřejnila zprávu, která odhaduje, že jen v Evropě činí odpadní teplo 2 860 TWh ročně. To je téměř tolik, co celková spotřeba energie v EU, vynaložené na teplo a teplou vodu. Odpadní teplo je vedlejším produktem většiny průmyslových a obchodních provozů. Uvolňuje se do ovzduší z továren, datových center, čistíren odpadních vod nebo i supermarketů.

Podle autorů zprávy je možné velká část odpadního tepla zachytit a využít pomocí stávajících technologií rekuperace tepla, jako jsou tepelná čerpadla, a navíc využít účinnější klimatizace a výrobní stroje.

Čtěte také: Keramika bez azbestu

Možnosti využití odpadního tepla

Odpadní teplo lze výhodně využít i k ohřevu vody pro vytápění. Stejně tak by se odpadní teplo dalo využít k chlazení. Jen je potřeba dosáhnout dostatečně vysoké teploty a využít zařízení s absorbční jednotkou. Do budoucna tak možná vznikne alternativa klimatizace, bez které se kvůli stoupajícím teplotám postupně neobejdeme, nejen v administrativních budovách, ale ani v domácnostech. Jen v Česku si každý rok pořizují novou jednotku desetitisíce lidí.

Pražští radní schválili přípravu stavby Energocentra, které bude zpracovávat odpadní teplo z Ústřední čistírny odpadních vod Praha na Císařském ostrově. Prvním krokem bude zajištění dokumentace pro územní rozhodnutí. Energocentrum by mohlo v první etapě dodat celkem přibližně 1 660 000 GJ tepla ročně a zásobovat jím více než 41 tisíc domácností. V provozu by mohlo být do roku 2030.

Předběžnými výpočty bylo stanoveno, že tepelná kapacita jedné vodní linky je schopna zabezpečit teplem oblast Juliska - Veleslavín a kapacita druhé vodní linky připravovanou oblast Bubny - Zátory a případně i blízké navazující oblasti.

V případě úplného vystrojení bude Energocentrum schopno do každé zásobované oblasti dodat přibližně 830 000 GJ tepla ročně, celkem tedy cca 1 660 000 GJ tepla ročně. Jde tak o využití tepla, které se v současné chvíli jinak dále nevyužívá a zároveň bude mít Praha svůj vlastní velký ekologický zdroj tepla. V danou chvíli je Praha totiž primárně zásobena uhelnou teplárnou z Mělníku.

Rekuperace tepla

Teplo odváděné do ovzduší, se nazývá rekuperace. Takové teplo se získává pomocí rekuperátorů. Rekuperátory slouží ke zpětnému získávání tepla. Takové teplo se získává pomocí rekuperátorů. Výměníky tepla jsou zařízení, sloužící k předehřevu vody. Rekuperátory se používají také při chlazení. Rekuperace je pochopitelně není zanedbatelné, navíc se vzrůstajícími cenami energií se zkracuje doba návratnosti investice.

Čtěte také: Odpadní voda jako hnojivo

Odpadní teplo lze výhodně využít i k ohřevu vody pro vytápění, nebo vzduchu větracích a klimatizačních systémů. V převážné většině k vytápění užívá zemní plyn. Energetický zisk se tak zvýší o cca 11 %.

Při snaze šetřit na energetické spotřebě domů byly dosud preferovány především dvě cesty úspor: zkvalitnění obálky domu a udržení dodaného tepla uvnitř domu, a snaha o vybavení domu úspornými spotřebiči s co nejmenšími nároky na vlastní provoz. V domech se vyměňují okna, instaluje se dodatečná tepelná izolace, izolují se základy, používají se materiály s co nejmenším koeficientem propustnosti tepla, zatepluje se střecha, zavádí se řízená výměna vzduchu v domě za použití rekuperačních jednotek. Pro výrobu tepla se využívají úsporné zdroje, využívají se alternativní zdroje energie, zavádí se tzv. energetický management.

Šedé vody a jejich využití

Snad nejzajímavější se ale jeví fakt, že využívat teplo z odpadních vod lze téměř všude, ve všech možných objektech. Do těchto vod zařazujeme odpadní vody vzniklé užíváním především sprch, van a umývadel. Šedé vody tvoří až o 50% spotřeby vody v domácnosti. Tyto vody je možné akumulovat a po jednoduché úpravě znovu použít, například pro splachování toalet, zalévání zahrady či mytí automobilu. Tím šetříme nejenom životní prostředí, ale i provozní náklady. Nejenom, že spotřebujeme méně pitné vody, ale výrazně (až 50%) ušetříme i na stočném nebo na odvážení odpadních vod na čistírnu odpadních vod. Různé firmy už dnes zařízení pro zpětné využívání šedých vod nabízí zařízení.

Zde se šedé vody mohou využít obdobně jako u rodinných domů - na splachování záchodů, ale lze je kombinovat s využitím srážkových vod a pak využít i na udržování zeleně nebo dokonce i v provozu. Obvyklá návratnost v případě rekonstrukcí administrativních budov nebo hotelů je kolem deseti roků.

Víme, že asi 30% všech tepelných ztrát objektu odchází odpadním potrubím. Je to škoda. Celkové energetické zisky jsou tím větší, čím větší je spotřeba teplé vody. Při použití speciálních výměníků lze teplo rekuperovat z jakýchkoliv odpadních vod, včetně vod technologických. Jedná se nejenom o vody odcházející z ČOV, ale o veškeré technologické odpadní vody. Pro výběr správného výměníku a jeho napojení je rozhodující složení odpadních vod (OV), jejich množství, kontinuálnost nátoku a jejich teplota.

Čtěte také: Průvodce montáží odpadní hadice

Tepelná čerpadla a odpadní teplo

Samostatnou kapitolou ve využívání odpadního tepla jsou tepelná čerpadla. Zde se přímo nabízí řešení, kde se teplé odpadní vody napojí přes výměník přímo na primární okruch tepelného čerpadla. C a 30rps/35°C) tak získáváme teplo často pokrývající veškeré tepelné potřeby objektu. Tepelná čerpadla ale můžeme používat i při odvodu teplého vzduchu z výrobních prostor (chlazení objektu), popřípadě při využívání přebytečného chladu.

Při použití tepelných čerpadel většinou ale nevystačíme s běžně vyráběnými domovními tepelnými čerpadly. Jsme zde limitování především teplotou odpadních vod. C. Další požadavek, vyřazující domovní čerpadla z možností využit, je i jejich nízký výkon. Obvykle je požadovaný výkon za hranicemi jejich možností. Můžeme samozřejmě zapojovat čerpadla do funkčních kaskád, ale tím zase narůstají požadavky na regulaci celého systému.

Mohlo by se zdát, že díky zatím poměrně nízkým cenám vody a energie (v porovnání s okolními zeměmi) není využívání odpadového tepla v domácnostech zajímavé. Při předpokládaném nárůstu cen vodného, stočného a cen energií se ale tento pohled brzy bude měnit. Předpokládá se, že již v horizontu několika let.

Modulární bioplynová stanice BERT® CEE

V Petrovicích u Přeštic byl nově spuštěn modulový systém odpadové bioplynové stanice BERT® CEE. Kromě své základní funkce, tedy využívání odpadů z živočišné výroby, jde i o referenční jednotku, na kterou se mohou přijet podívat zájemci o zpracování svých bioodpadů. Nejen živočišných, ale i rostlinných a gastro odpadů.

Proto je nabíledni, že by modulová odpadová bioplynová stanice (MOBPS) mohla zaujmout nejen zemědělce, zpracovatelské podniky ale i obce. Celá koncepce zařízení je totiž založená na tom, že MOBPS zpracovává odpady, vyrábí z nich plyn, který se energeticky využívá k výrobě tepla či elektřiny, zbylý fugát se může zapravit zpět do půdy jako hnojivo nebo závlahová voda. Důvodů pro vzbuzení zájmu je ale více.

MOBPS v Petrovicích se skládá ze 4 základních sekcí:

1. Sekce I. Kontejner předúpravy. Zde se prasečí kejda zahušťuje na požadovanou viskozitu (poměr sušiny vůči vodě) tak, aby mohla být následně dopravena do fermentoru. Předúprava vyžaduje zahuštění kejdy na 10-12 % hustoty z původních max. 4 %.
2. Sekce II. Fermentor. Zařízení v tomto kontejneru rozkládá organickou biomasu a dochází v něm k procesu tvorby bioplynu. V Petrovicích je na druhém stupni osazen dvoukomorový fermentor se systémem míchání PON®. V Petrovicích je nainstalován menší fermentor MAXi-3000 s kapacitou 3 tuny vstupního substrátu denně. Bert® CEE však nabízí i větší variantu JUMBi-6000 s kapacitou 6 tun denního objemu vstupního substrátu. Nad druhým stupněm je instalován vak, který slouží jako zásobník plynu.
3. Sekce III. Třetí stupeň, je další kontejner, kde je umístěna kogenerační jednotka. Tento stupeň je srdcem celé bioplynky. Tam je čerpán plyn z fermentoru. Zpět do fermentoru jde z kogenerační jednotky vyrobené teplo, médiem je v tomto případě voda, která fermentor vytápí. Je zde i odsiřovací a chladící systém.
4. Sekce IV. Čtvrtý stupeň je podobný první sekci, tedy úpravě vstupního substrátu (zahuštění či separace). Na rozdíl od vstupního materiálu ale tento čtvrtý kontejner separuje výstupní digestát, který se zde dělí na separát a fugát, které jsou využívány dále jako velmi kvalitní hnojivo (vždy však záleží na kvalitě vstupu mixu substrátů na začátku procesu fermentace).

Celá koncepce MOBPS je velmi jednoduchá a efektivní. Pokud se vrátíme k důvodům, pro které bude určitě budit zájem, je právě její jednoduchost. Z té vychází i další výhody. Její realizace je z časového hlediska velmi nenáročná a dá se postavit prakticky za pár dní. Celá technologie je modulová a dá se umístit na speciální plastové nosiče. Není tedy nutné realizovat betonové základy či cokoli podobného.

Technologie je dle potřeby zákazníka jednoduše redukovatelná, nebo naopak se dá nenáročně její kapacita navýšit, tzv. škálovat až do kapacity 4 fermentorů JUMBi-6000, tedy až na 24 tun vstupního substrátu za den a výkonu kogenerační jednotky do 300kW.

Z hlediska stavebního povolovacího řízení je koncept BERT rovněž velmi zajímavý. Drtivou většinou je kapacita těchto MOBPS pod 2450 tun odpadů ročně, což znamená, že povolovací řízení je pod limity zásadních a nutných dokumentů. Z pohledu energetického je výkonově technologie rovněž pod limity regulace (do 300kW výkonu za hodinu), z hlediska tlaku rovněž.

tags: #odpadní #teplo #ekologie #využití

Oblíbené příspěvky:

• Udržitelnost v Demänovské Dolině
• Srovnání emisí CO2: příroda vs. lidé
• Podniková ekologie v českém právu
• Vánoční svoz odpadu v Českých Budějovicích
• Třídění odpadu v ČR