Stanovení biomasy a biomasového uhlíku v alternativních palivech

Alternativní paliva na bázi plastů, textilu, pryže a jiných spalitelných materiálů nahrazují klasická fosilní paliva v řadě spalovacích a spoluspalovacích procesů a jsou dodávána buď jako certifikované výrobky anebo vytříděné odpady, např. pro cementárny a vápenky.

Hodnocení obsahu biomasy a biomasového uhlíku v těchto palivech je důležitým ukazatelem jejich environmentální kvality a využitelnosti. Metody použitelné na stanovení podílu biomasy v alternativním palivu nebo odpadu se mohou pohybovat od manuálního roztřídění složek směsných materiálů přes diferenční metody stanovující výhřevnosti binární směsi a jejích obou čistých složek až k metodám založeným na analýze izotopu uhlíku 14C, a to v závislosti na konkrétní povaze příslušné palivové směsi. U paliv nebo materiálů pocházejících z výrobního procesu s definovanými a porovnatelnými vstupními toky může provozovatel založit stanovení podílu biomasy na hmotnostní bilanci fosilního uhlíku a uhlíku pocházejícího z biomasy vstupujícího do procesu a vystupujícího z procesu. Odpovídající metody musí být schváleny příslušným orgánem.


Postupy použité k odběru vzorků paliva nebo materiálu a na stanovení podílu biomasy musí být v souladu s normalizovanou metodou (normy CEN, normy ISO nebo vnitrostátní normy).

TŘI METODY PRO STANOVENÍ BIOMASY

Evropská norma ČSN EN 15440 určuje tři normativní metody pro stanovení obsahu biomasy v tuhých alternativních palivech. Jde o metodu selektivního rozpouštění, metodu ručního třídění a metodu založenou na obsahu 14C. Podíl biomasy v palivu je pak vyjádřen hmotností, obsahem energie (celkovou nebo čistou výhřevností) nebo obsahem uhlíku.

V praxi je nejdůležitější vyjádření biomasy v procentech obsahu uhlíku, neboť toto vyjádření přímo koresponduje s potřebou vyjadřovat neutrální – odpočitatelný obsah biomasového uhlíku v palivu.

Metoda selektivního rozpouštění je založena na vlastnosti biomasy, která může být rozpuštěna ve směsi kyseliny sírové/peroxidu vodíku a na reakci materiálu biomasy s touto směsí. Metoda ručního třídění je založena na třídění různých frakcí podle vizuálních hledisek. Tato metoda je vhodná pro vzorky s velikostí částic > 10 mm,

Stanovení obsahu biomasy pomocí 14C metody je vhodné pro vzorky všech typů paliv. Používají se analytické postupy pro stanovení stáří předmětů obsahujících uhlík.

Každá metoda má vlastní mezní podmínky, při kterých její přesnost klesá v důsledku vzájemného působení složek a vlastností. Biomasa není skutečnou vlastností substance, ale klasifikací původu. Počet různých materiálů přítomných v odpadu je značný a mnohé se několikrát transformují, chemicky a fyzikálně modifikují. K chybám nedochází pouze v případě, kdy se veškerý obsah organického a biomasového uhlíku stanoví metodou 14C. Nicméně i tato metoda nedává plně spolehlivé výsledky, zejména mají-li zkoumaná paliva vyšší obsah síry, ve formě řetězců S8, jak je tomu u různých druhů pryže.

METODA SELEKTIVNÍHO ROZPOUŠTĚNÍ

U metody selektivního rozpouštění platí, že základním předpokladem je úplná biologická rozložitelnost materiálů biomasy a vůbec žádná biologická rozložitelnost materiálů ne-biomasy. Pro většinu materiálů tento předpoklad vystačí.

Výsledky metody ovlivňuje přítomnost tuhých fosilních paliv (černé uhlí, koks, hnědé uhlí, lignit a rašelina), dřevěného uhlí, biologicky rozložitelných plastů fosilního původu, nebiologicky rozložitelných plastů biogenního původu, oleje nebo tuku (jako složka biomasy), přírodních a/nebo syntetických pryžových zbytků, vlny, viskózy, polymerů (nylon, polyuretan a další obsahující molekulární amino skupiny) a silikonového kaučuku.

Uvedené látky mohou ovlivnit výsledky selektivní metody, jsou-li přítomny v množství větším než 10 hm. % (pro přírodní a/nebo syntetické pryžové zbytky) nebo 5 hm. % (pro další zmíněné součásti). Pokud se uvedené látky vyskytují v palivu ve větším množství, musí být odhadnut vliv jejich přítomnosti na výsledky, případně musí být použita 14C metoda k ověření výsledků.

Většina materiálů biomasy má biologickou rozložitelnost téměř 100 % a působnost metody selektivního rozpouštění je obdobná. Některé materiály vykazují větší výjimky. Některé z těchto materiálů jsou plně biomasou, ale rozpouštějí se během selektivního rozpouštění pouze částečně. Většinou to odpovídá materiálům biomasy, které vykazují značnou odolnost také proti biologické rozložitelnosti.

CO OBSAHUJE NOVÁ NORMA

Norma ČSN EN 15440 je v první řadě určena pro laboratoře, dodavatele a kupující tuhých alternativních paliv, ale je také použitelná pro správní orgány a inspekční organizace.

Obsahuje několik příloh. Příloha A (normativní) specifikuje postupy pro stanovení obsahu biomasy vyjádřeného v procentech hmotnosti, výhřevností a obsahem uhlíku použitím selektivního rozpouštění. Biomasa v tuhém alternativním palivu bude selektivně rozpouštěna a nebiomasa zůstane ve zbytku. Výzkumný ústav maltovin Praha, s. r. o., má tuto metodu akreditovánu od února 2011.

Příloha B (normativní) zahrnuje stanovení obsahu biomasy pomocí ruční metody třídění, při níž je vzorek tuhého alternativního paliva tříděn ručně do dílčích frakcí, kterými jsou buď (většinou) biomasa, nebo (většinou) nebiomasa. Chyba ručního třídění se stanoví pro specifický typ tuhého alternativního paliva (TAP) metodou selektivního rozpouštění. Tato metoda není použitelná pro tuhá alternativní paliva s maximální velikosti částic menší než 10 mm a/nebo tuhá alternativní paliva, která jsou zpracována peletizací.

Příloha C (normativní) zahrnuje stanovení obsahu uhlíku biomasy založené na 14C metodě. Jsou zde popsány tři obvyklé metody pro stanovení obsahu 14C – proporcionální scintilační metoda (PSM), beta ionizace (BI) nebo akcelerovaná hmotnostní spektrometrie (ASM). Tyto metody jsou považovány za metody plně ekvivalentní, dávající stejné výsledky v rozsahu této evropské normy. Výsledky jsou vyjádřené jako procento uhlíku biomasy v obsahu celkového uhlíku.Dále norma obsahuje ještě další přílohy: D – Omezení metod stanovení, E – Materiál považovaný jako CO2 neutrální, a F – Údaje o výkonnosti.

 

Ing. Šárka Klimešová
Ing. Jiří Jungmann
Ing. Kateřina Jiroušková
Ing. Jan Gemrich
Ing. Tomáš Táborský
Výzkumný ústav maltovin Praha, s. r. o.

 

STANOVENÍ BIOMASY METODOU 14C

Metoda je založena na skutečnosti, že na základě zastoupení izotopu 14C lze stanovit rozdíl mezi fosilním a nefosilním uhlíkem. V horních vrstvách atmosféry je 14N transformován na 14C ozářením neutrony. Tyto neutrony pochází z interakcí mezi kosmickým zářením, slunečním zářením a atmosférou. Uhlík 14C je nestabilní izotop. Vrací se na 14N emisí beta částice s poločasem rozpadu 5730 let. Po vzniku 14C reaguje rychle s kyslíkem za vzniku 14CO2, který postupně disperguje do biosféry a účastní se uhlíkového cyklu. Rovnováha 14CO2 a nedávno formovaného organického materiálu je okolo 10-12. Z toho vyplývající specifická aktivita nedávno formovaného biogenního uhlíku je v současnosti okolo 0,27 Bq.g-1 nebo 16 rozpadů.min-1.g-1.

Jakmile organismus zemře, obsah nestabilního 14C začíná klesat s poločasem rozpadu 5730 let. Za nulový obsah můžeme považovat deset poločasů, což přibližně odpovídá hranici 60 000 let. Proto obsah uhlíku14C obsažený ve fosilních palivech je nulový, zatímco obsah uhlíku 14C v čerstvé biomase je okolo 1 ppt, což je 10-12.

Stanovováním množství uhlíku 14C ve vzorku paliva přímo měří biomasový obsah z celkového uhlíku, a tedy podchycuje přímo původ materiálu. Stanovíme-li množství celkového uhlíku, pak obsah 14C přes kalibrační vztah přímo odpovídá množství biomasového uhlíku z celkového uhlíku.

Možné problémy při kalibraci však způsobuje skutečnost, že měřené aktivity jsou velmi blízké přírodnímu pozadí. Vlivem lidské činnosti, zejména, se však přírodní pozadí prokazatelně mění přibližně od roku 1950 a dramaticky se zvyšuje v 60. letech minulého století.

 

CO SE POVAŽUJE ZA BIOMASU

Podle přílohy č. 6 k vyhlášce č. 12/2009 Sb., o stanovení postupu zjišťování, vykazování a ověřování množství emisí skleníkových plynů a formuláře žádosti o vydání povolení k emisím skleníkových plynů se za biomasu považují materiály, které mají nulový vliv na emise CO2, tj. přisuzuje se jim emisní faktor 0 (tun CO2/TJ nebo /t nebo /Nm3).

Rašelina ani fosilní části níže uvedených materiálů se za biomasu nepovažují.

Skupina 1: Rostliny a jejich části:

sláma, seno a tráva,listy, dřevo, kořeny, pařezy, kůra, plodiny, např. kukuřice a tritikale.

Skupina 2: Odpady, produkty a vedlejší produkty biomasy:

průmyslový dřevný odpad (dřevný odpad ze zpracování a obrábění dřeva, dřevný odpad z činností dřevařského průmyslu),

použité dřevo (použité výrobky ze dřeva a dřevných materiálů) a produkty a vedlejší produkty zpracování dřeva,

dřevný odpad z průmyslu celulózy a papírenského průmyslu, např. černý louh (jen s uhlíkem pocházejícím z biomasy),

surový tallový olej, tallový olej a dehtový olej z výroby buničiny,

potěžební zbytky,

lignin ze zpracovávání rostlin obsahujících lignocelulózu,

živočišné, rybí a potravinové moučky, tuk, olej a lůj,

primární odpady z potravinářského průmyslu,

rostlinné oleje a tuky,

hnůj,

zbytky zemědělských plodin,

kaly z čistíren odpadních vod,

bioplyn z trávení, fermentace nebo zplyňování biomasy,

kaly usazující se v přístavech a ostatních tocích a stojatých vodách,

bioplyn ze skládek,

dřevěné uhlí.

Skupina 3: Podíly biomasy ve smíšených materiálech:

v odpadech okolo vodních toků či ploch,

ve směsných odpadech z potravinářského průmyslu,

v materiálech obsahujících dřevo,

v textilních odpadech,

v papíru, kartonu, lepence,

v komunálních a průmyslových odpadech,

v černém louhu obsahujícím fosilní uhlík,

ve zpracovaných komunálních a průmyslových odpadech,

v ethyl-tercio-butyl-etheru (ETBE),

v butanolu.

Skupina 4: Paliva, jejichž složky a meziprodukty byly vyrobeny z biomasy:

bioethanol, bionafta, etherizovaný bioethanol, biomethanol, biodimethylether, bioolej (naftové palivo z pyrolýzy) a bioplyn.

 

Složky tuhého alternativního paliva.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *