Perspektivy bioplynových stanic v ČR

Bioplynové stanice pracují na principu anaerobní fermentace - mikrobiálního rozkladu organické hmoty za nepřístupu kyslíku, při němž vzniká bioplyn. Výhodou anaerobní fermentace je kromě produkce \"CO2 neutrální\" energie i likvidace organických odpadů při redukci emisí metanu a oxidů dusíku, zachování hnojivých látek ve zpracovaném odpadu, úspoře půdy a ochraně vod. Na rozdíl od kompostování, kde se na tunu odpadu spotřebuje 30 - 35 kWh ekvivalentu elektrické energie, je anaerobni fermentace energii produkující proces, kde lze z jedné tuny odpadu získat až 150 kWh elektrické energie. Bioplyn Je směsí plynů, jejichž poměr je dán složením zpracovávané organické hmoty a vlastní technologii zpracování. Z energetického hlediska je nejdůležitější obsah metanu, který se dle podmínek může pohybovat v rozmezí 35 - 85 objemových procent (např. odpad na skládkách 35 - 55 %, agroindustriální odpady 55 - 75 %, čištění odpadních vod 50 - 85 %). Obsah metanu s cca 34 MJ/m3 prakticky určuje energetický potenciál bioplynu Dále obsahuje bioplyn oxid uhličitý (30 - 45 %) , menší množství H2, N2, H2S a stopová množství amoniaku, mastných kyselin aj. Při výstupu z reaktoru obsahuje i určité množství vody (3 - 4 %). I když obsah H2S se pohybuje v rozmezí 0,1 - 10 g/m3 je hlavní příčinou zápachu a korozívních vlastností surového - nečištěného bioplynu. Zdrojem organické hmoty pro výrobu bioplynu jsou hlavně odpady živočišné výroby s vysokým obsahem organických látek a vysokou produkcí bioplynu, odpadní a cíleně pěstovaná biomasa a biologicky rozložitelný komunální resp. průmyslový odpad. Z hlediska zdrojů se odhaduje roční potenciál výroby bioplynu v ČR z odpadů živočišné výroby na 260 mil. m3, z biomasy na 225 mil. m3 a z biologicky rozložitelných odpadů na 140 mil. m3. Bioplynové stanice Anaerobní fermentace je soubor dílčích na sebe navazujících biologických procesů konsorcia anaerobních mikroorganismů. Rozklad organických látek až na bioplyn vyžaduje jejich koordinovanou metabolickou součinnost, kde produkt jedné skupiny mikroorganismů se stává substrátem skupiny druhé. Při řízené fermentaci musí být zabezpečeno anaerobní prostředí, vhodná teplota (35-42 °C, 55 °C), pH 6,5 - 7,5, živiny (hlavně u průmyslových vod), složení substrátu a míchání. Udržování vhodných podmínek v reaktorech - bioplynových stanicích umožňuje v porovnání se skládkami podstatně vyšší a rychlejší produkci bioplynu. Pro zabezpečení a udržení jednotlivých parametrů existuje řada technologických řešení podle druhu zpracovávaných odpadů, kvality výstupů a ekonomických možností. Ekonomika provozu bioplynové stanice (BPS) je kromě množství a kvality zpracovávaného odpadu výrazně ovlivněna využitím vznikajícího bioplynu a anaerobně stabilizovaného zbytku. Základním prvkem BPS je reaktor (fermentor, vyhnívací nádrž), v praxi nejčastěji betonová nebo kovová nádoba s míchacím zařízením a ohřevem suspenze. Denní produkce bioplynu se pohybuje v rozmezí 1 - 3 m3 bioplynu na m3 reaktorového objemu. Vznikající bioplyn je jímán v plynojemu, který slouží k vyrovnávání denních rozdílů v produkci a spotřebě bioplynu. Technologie předúpravy je ovlivněna typem zpracovávaného odpadu. V případě kejdy je možná přímá aplikace do fermentoru, u fytomasy je nutné rozdrcení, v případě komunálního odpadu je nutno kromě homogenizace předřadit třídicí a separační procesy. Vyšší stupeň: centralizované bioplynové stanice Jde o velké BPS, jejichž koncept byl rozpracován v Dánsku a které budují většinou farmáři za pomoci státu. Je zde zpracováván zemědělský odpad z více farem spolu s vhodným komunálním a průmyslovým organickým odpadem. Přebytek elektrické energie je dodáván do elektrické sítě a přebytečné teplo se využije k centrálnímu vytápění blízké obce. Výhodou centralizovaných stanic je snížení investičních a provozních nákladů a kompletní využití tepelné energie. Např. centralizovaná bioplynová stanice v dánském Studsgaardu zpracovává kejdu a chlévskou mrvu z okolních farem, organické odpady z potravinářského průmyslu a organickou frakci tuhého domovního odpadu. Ročně jsou tyto odpady konvertovány na 4,2 mil. m3 bioplynu, 129 tis. tun kapalného hnojiva pro zemědělství, 1 tis. tun tuhého anaerobního zbytku pro skládky a 700 tun spalitelného odpadu. Tuhý anaerobní zbytek je kompostu podobný materiál, který však může ještě obsahovat kousky plastů a jiných příměsí. Tento materiál může být použit na zakrytí skládek, nebo po smíchání s dřevními štěpky spalován. Sušina organické frakce tuhého domovního odpadu přechází při anaerobní stabilizaci z 50% na bioplyn, 32 % kapalné hnojivo, 8 % kompost a 10 % zůstává jako nerozložitelný zbytek. Domovní odpad musí být před nadávkováním do reaktoru předupraven rozmělněním, odstraněním příměsí (sklo, kameny, plasty apod.) a zahřátím předupraveného odpadu na teplotu 70o C (1 hod) nebo na 60o C (2,5 hod) aby se zneškodnily patogenní mikroorganismy a semena plevelů. Bioplyn je prodáván městu Herning vlastnícímu kogenerační jednotku na bioplyn a zemní plyn. Z bioplynu se tak vyprodukuje ročně 10500 MWh elektrické energie prodávané do sítě a 13 500 MWh tepelné energie pro centrální vytápění. Bioplyn obsahuje v průměru 65% metanu a 35 % oxidu uhličitého. Obsah H2S (0,2 %) je před použitím bioplynu snižován na 0,04-0,05 %. Současný stav a budoucnost bioplynových stanic v ČR V České republice je k dnešnímu dni v provozu 10 zařízení pro anaerobní zpracování organických odpadů. Nejstarší a stále funkční je BPS Třeboň uvedená do provozu v roce 1974. Stanice zpracovává hlavně směs čistírenských kalů s kejdou prasat. Podobné zařízení pracuje v Kroměříži. Dvě instalace zpracovávají slamnatý hnůj svojí vlastní technologií (Jindřichov, Slavkov u Brna). Zbývající instalace zpracovávají kejdu prasat s obsahem sušiny od 3 % do 7 %. Jedno z největších zařízení na zpracování kejdy od 20 000 prasat (170 m3/den) bylo budováno v Šebetově v letech 1989-1992 v rámci státního úkolu, což umožnilo provést kompletní poloprovozní zkoušky přímo na farmě, jejich vyhodnocení, licenční nákup dokumentace pro ocelové reaktory a suchý plynojem a důsledné sledování a vyhodnocování zkušebního provozu. Na základě těchto zkušeností byla vybudována v roce 1993 v Trhovém Štěpánově bioplynová stanice zpracovávající denně asi 30 m3 kejdy se sušinou cca 7 %. Rentability je dosahováno prodejem vyrobené elektřiny přilehlé farmě, zejména v odběrných špičkách, a využitím tepla pro vytápění chovu brojlerů, pro sušení králičích kůží a k sušení dříví v sušárně. Dnes již není pochyb o tom, že bioplynové stanice mají budoucnost i v našich podmínkách. V posledních dvou letech se obnovil zájem producentů organických odpadů o možnosti jejich výstavby. Je připraveno několik slibných studií včetně energetických auditů, jejichž realizace je závislá na poskytnutí státní podpory. Podle směrnice MŽP pro rok 2002 může být výše veřejné podpory 30 % celkových nákladů formou dotace a 23 - 25 % nákladů jako bezúročná půjčka s dobou splatnosti 12 let s odkladem splácení 2 roky. Spolu s garantovanou výkupní cenou elektřiny 2,50 Kč/kW se jeví tyto podmínky jako přijatelné a téměř srovnatelné se státy, kde budování BPS značně pokročilo. Toto téma bylo součástí programu konference EEBW 2002 v listopadu loňského roku v Praze. AUTOR: Ing. Miroslav Kajan Ing. Jan Kozák ZDROJ: TECHNIK