Pohlížet na odpady jako na něco, čeho je potřeba se rychle zbavit, je v současnosti již přežitek. Na odpady je nutno pohlížet jako na druhotnou surovinu - zdroj cenných látek i energie.
Jednou z cest, jak získat z odpadů energii, je její přímé využívání přes tepelné výměníky a konverzi kinetické energie. Druhou cestou je uvolnění nebo transformace energie vázané chemicky do využitelné formy, buď ve formě elektřiny, tepla nebo paliva. Do této kategorie lze zařadit i produkci bioplynu, která se u nás donedávna vztahovala především k odplynování skládek komunálních odpadů a stabilizaci čistírenských kalů na ČOV. Tento potenciál je z větší části (80 %) využit. Velký rozvoj nyní zaznamenává produkce bioplynu pomocí anaerobní metanové fermentace organických látek. Jedná se o způsob s velmi širokým spektrem zpracovávaných substrátů, mezi nimiž jsou průmyslové odpady, komunální odpady, odpadní vody, čistírenské kaly, odpady ze zemědělství, cíleně pěstovaná biomasa a jejich kombinace.
RŮZNÉ DRUHY STANIC
Bioplynové stanice můžeme podle zpracovávaného substrátu dělit na stanice zemědělské, čistírenské a ostatní (box 2).
Zemědělské bioplynové stanice, často také nazývané farmářské, zpracovávají materiály rostlinného charakteru a statkových hnojiv, resp. podestýlky. Není v nich možné zpracovávat odpady podle zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech, ani jiné materiály, které spadají pod nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002, o vedlejších živočišných produktech.
Vstupy těchto BPS lze hodnotit jako nejméně problematické. Patří mezi ně živočišné suroviny (kejda a hnůj hospodářských zvířat), rostlinné suroviny (sláma všech typů, plevy, natě, sláma, travní biomasa, seno, nezkrmitelné rostlinné materiály) a pěstovaná biomasa: obiloviny a kukuřice čerstvé i silážované, krmná kapusta, "prutová" biomasa (štěpky anebo řezanka z listnatých dřevin z rychloobrátkových kultur anebo z průklestů).
Čistírenské BPS slouží pouze jako součást kalového hospodářství ČOV. Nejsou určeny ke zpracování bioodpadů a nevstupují do nich jiné materiály než odpadní voda a kaly z ČOV, žump a septiků. V případě, že jsou do nádrží na anaerobní vyhnívání přidávány jiné odpady podle zákona o odpadech, je zařízení klasifikováno jako ostatní bioplynová stanice a vztahují se na ni všechny požadavky zákona o odpadech a jeho prováděcích předpisů. U bioplynových stanic pracujících pouze v režimu ČOV nejsou požadovány zásobní nádrže na vyhnilý kal.
Takzvané ostatní bioplynové stanice mohou zpracovávat bioodpady uvedené v tab. 3 v příloze 2, případně substráty uvedené v odstavci 4.1., 4.2. a 4.3. zákona č. 76/2002 Sb. Pokud BPS zpracovávají vedlejší živočišné produkty (VŽP), spadají pod nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002 a musí plnit podmínky v něm stanovené, jako je např. hygienizace suroviny/odpadů (pasterizace, vysokoteplotní hygienizace). Mezi ostatními BPS lze dále rozlišovat kofermentační BPS (také průmyslové BPS), které zpracovávají výhradně nebo v určitém podílu rizikové vstupy, např. jateční odpady, kaly ze specifických provozů, kaly z ČOV, tuky, masokostní moučku, krev z jatek apod., a BPS komunální, speciálně zaměřené na zpracování komunálních bioodpadů, zejména z údržby zeleně, vytříděných bioodpadů z domácností a restaurací a jídelen.
PROČ STAVĚT BIOPLYNOVÉ STANICE?
S cílem snížit emise skleníkových plynů byl v evropské směrnici 1999/31/ES o skládkách odpadů stanoven požadavek na snížení množství biologicky rozložitelného komunálního odpadu (BRKO) ukládaného na skládky. Z celkového množství BRKO uložených na skládku v roce 1995 je třeba snížit toto množství do roku 2006 na 75 %, do roku 2009 na 50 % a do roku 2016 na 35 % této hodnoty. Česká republika využila možnosti odložení těchto cílů o čtyři roky pro ty státy, které v roce 1995 ukládaly na skládky více než 80 % komunálních odpadů. Z páté hodnotící zprávy Plánu odpadového hospodářství vyplývá, že na skládky je zatím ukládáno větší množství BRKO, než je požadováno v cílových letech.
Z hlediska obnovitelných zdrojů má ČR právě v bioplynu jeden z největších a navíc rychle mobilizovatelných potenciálů. Jeho výroba a využití může nejen významně pomoci při plnění závazku ČR vůči EU v oblasti obnovitelných zdrojů, ale také může přispět ke snížení závislosti ČR na fosilních palivech a na jejich dovozu z nestabilních zemí. Pro obce a města jsou BPS ve vhodných lokalitách efektivním způsobem řešení zpracování bioodpadů a jejich aktivního odklonu ze skládek v souladu s požadavky legislativy. Zemědělcům nabízejí smysluplné využití zemědělské půdy, novou podnikatelskou příležitost a také návrat k přirozenému koloběhu živin v půdě a náhradu umělých hnojiv.
ORIENTAČNÍ EKONOMICKÁ KALKULACE
Investice do obnovitelných zdrojů energie (OZE) jsou v ČR mezi investory velmi oblíbené zejména z důvodu garantované výkupní ceny elektrické energie. Poté co stát omezil podporu fotovoltaických elektráren, jsou bioplynové stanice (BPS) považovány za jednu z nejlepších investic do OZE.
Jako jednu z priorit pro následující období stanovil stát využívání vlhké biomasy k produkci bioplynu a následnou výrobu elektrické energie a tepla. Podpora BPS oproti slunečním elektrárnám přesdstavuje nižší zátěž pro daňové poplatníky (cca 4 Kč za 1 kWh z BPS oproti cca 12 Kč za 1 kWh z FVE). Díky kontinuální výrobě elektrické energie představuje tento zdroj nižší zátěž pro elektrickou distribuční síť. Orientační ekonomická kalkulace (viz tab. 5) odhaduje návratnost investice do 5-7 let.
KOFERMENTACE ČISTÍRENSKÝCH KALŮ A BRO
Vhodným řešením pro zpracování bioodpadu by mohlo být využití již existujících čistíren odpadních vod s již vybudovanými reaktory pro anaerobní fermentaci. Kofermentace čistírenských kalů s vysokým obsahem dusíku spolu s bioodpadem, který má vysoký obsah uhlíku, může zlepšit chemické vlastnosti zpracovávaného materiálu (poměr C/N) a zlepšit výnosnost bioplynu. Čistírny odpadních vod mají často výhodnou polohu pro svoz komunálního bioodpadu a odpadů z údržby zeleně, produkovaných obcemi. Vezmeme-li v úvahu průměrnou měrnou výtěžnost bioplynu z čistírenských kalů 30 m3/t a přídavek biologicky rozložitelného odpadu s výtěžností 250 m3/t (odpovídá odpadním tukům z odlučovačů), jednoduchým výpočtem, zjistíme, že přidáváním pouhých 10 % BRO z množství zpracovávaných kalů vzroste produkce bioplynu zhruba o 80 %. Z hlediska ekonomiky to pak znamená pravidelný příjem za zpracování odpadů, vyšší výkupní cenu elektrické energie (přesun z kategorie čistírenské bioplynové stanice do kategorie AF2). Nezanedbatelný příjem pochází z produkce elektřiny a tepla, které může být rovněž prodáno.
Tento článek byl v plném znění publikován ve sborníku firmy ASIO, spol. s r.o. "Energie z odpadních vod a odpadů" (listopad 2011).
Ing. Ondřej Škorvan
VŠCHT Praha,
Ing. Marek Holba, Ph.D.
Botanický ústav AV ČR, v.v.i.,
Ing. Karel Plotěný
ASIO, s. r. o.
ANAEROBNÍ FERMENTACE BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝCH MATERIÁLŮ
Směsná kultura mikroorganismů postupně rozkládá za anaerobních podmínek (bez přístupu vzduchu) biologicky rozložitelnou organickou hmotu.
Výsledné produkty rozkladu:
bioplyn tvořený převážně metanem 55-75 %, oxidem uhličitým 23-43 %, vodíkem asi 2 % a v menší míře znečištěný sulfanem, dusíkem a merkaptany
fermentační zbytek (digestát, stabilizovaný kal) - směs vzniklé anaerobní biomasy a za daných podmínek již nerozložitelného zbytku organických látek a inertního anorganického podílu. Nakládání s digestátem se řídí platnou legislativou.
kalová voda (fugát) má charakter odpadní vody. Je silně zakalený a obsahuje velké množství nutrientů (koncentrace dusíku v g/l a P i ve stovkách mg/l). Zpravidla je odváděn do čistírny odpadních vod. Limitujícím faktorem k jeho použití jako hnojiva je výskyt patogenních mikroorganismů.
Výhřevnost bioplynu o obsahu 60 % metanu je 25 MJ, což odpovídá 6,2 kWh.
Při kogeneračním procesu lze dosáhnout přibližně 80% tepelné účinnosti vztažené na energetický obsah výhřevnosti paliva. Zhruba 30-35 % energie obsažené v palivu se využije pro výrobu elektřiny. Zbytek připadá na vznik velkého množství nízkopotenciálového tepla, které je výhodně využíváno k ohřevu teplé vody, vytápění a podobným účelům.
DĚLENÍ BIOPLYNOVÝCH STANIC
Podle zpracovávaného substrátu
zemědělské - statková hnojiva a zemědělská biomasa
čistírenské - kaly z ČOV
ostatní - biologicky rozložitelné odpady + vedlejší živočišné produkty (nařízení EP a Rady (ES) č. 1774/2002), případně biosložka mechanicky vytříděná ze směsného komunálního odpadu (BRKO).
Kategorie BPS podle vyhlášky č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy do dvou kategorií, ve znění 453/2008 Sb.,
kategorie AF1 - bioplynových stanic zpracovávající převážně určenou biomasu
kategorie AF2 - ostatní BPS. Sem spadají všechny BPS zpracovávající bioodpady a BRO, také zemědělské BPS zpracovávající cíleně pěstovanou biomasu s podílem menším než 50 % v sušině z celkové vsádky a statková hnojiva.
Vstupy tzv. zemědělských bioplynových stanic se dají považovat za nejméně problematické.
