Třetím dílem pokračujeme v článcích o moderních technologiích na zpracování bioodpadů a komunálních odpadů. Dnešní článek věnujeme technologiím, kterým se souhrnně říká mechanicko-biologická úprava odpadu (MBÚ).
Německo je jednou z kolébek technologií MBÚ, a zejména v posledních deseti letech zde došlo k dokonalému propracování a vývoji této technologie. MBÚ tady získalo pevné a významné postavení a stalo se provozně osvědčenou technologií.
MBÚ vznikla jako reakce na potřebu řešit nakládání se zbytkovým směsným komunálním odpadem (SKO) a na problémy související se spalovnami komunálního odpadu (vysoké náklady, veřejné mínění, emise, odpady). Zařízení totiž promyšleným způsobem propojuje technologie na dotřiďování využitelných složek odpadu s klasickými technologiemi na zpracování bioodpadů (tzn. kompostárny nebo bioplynové stanice) - to vše dává pod "jednu střechu".
Hlavními účely MBÚ jsou:
- vytřídění využitelných složek ze SKO a jejich následné materiálové nebo energetické využití,
- stabilizace SKO, zbytek SKO po zpracování v MBÚ již není biologicky rozložitelný,
- významná redukce tvorby skleníkových plynů (emisí metanu ze skládek), ale i redukce emisí a výluhů obecně.
Jaké je uplatnění MBÚ v hierarchii nakládání s KO? Prioritou je v Německu separace využitelných složek. Třídění bioodpadů z domácností zde bylo zavedeno již na počátku 90. let a v kombinaci s aktivním tříděním dalších složek a díky aktivní účasti obyvatel na separaci (třídí 92 % populace) dosáhlo SRN materiálového využití 50 % komunálního odpadu. Např. v Bavorsku bylo v roce 2002 recyklováno a biologicky využito celkem téměř 300 kg KO/osobu a množství zbytkového KO činilo pouze 190 kg/osobu.
Po Rakousku také v SRN vstoupil od 1. června 2005 v platnost zákaz ukládání SKO na skládkách a dále povinnost vždy tyto odpady buď termicky nebo biologicky zpracovat, tzn. buď ve spalovnách KO nebo v MBÚ. Pro metodu MBÚ hovoří nižší finanční náklady, kapacitní a provozní flexibilita a lepší akceptovatelnost ze strany veřejnosti.
Vhodně projektované MBÚ lze použít pro menší i větší regiony, venkovskou i městskou zástavbu a dovede se přizpůsobit potřebám dané oblasti a místní produkci odpadů. Zařízení tak není konkurentem pro třídění, svými výstupy navazuje na materiálové a energetické využití a je navíc schopné pružně reagovat na aktuální potřeby trhu. V případě změn podmínek v dané oblasti je možné MBÚ použít např. jen jako kompostárnu na zpracování bioodpadů, nebo naopak jako dotřiďovací linku pro vytříděné odpady. Zařízení může mít zpracovatelskou kapacitu od 20 000 tun až po několik set tisíc tun.
STAV A ČLENĚNÍ MBÚ V NĚMECKU
V současnosti existuje více druhů a metod MBÚ, mezi které se často zahrnuje i nově uplatňovaný postup mechanicko-fyzikální stabilizace (tzv. MPS). Všechny druhy MBÚ mají mechanickou část zařízení podobnou. Jedná se vlastně o obdobu dotřiďovací linky na tříděné složky KO, kdy se za pomoci drtičů, různých sít, magnetických, optických a větrných separátorů získávají dále využitelné složky (kovy, plasty apod.). Ovšem v biologické části MBÚ se uplatňují různé technologie s různými výstupy.
Základní členění MBÚ je následující:
Mechanicko-biologická úprava (tzv. MBA), která se aktuálně v SRN používá nejčastěji. Na konci roku 2004 zpracovávalo 36 zařízení MBA asi 3,6 mil. tun SKO. Hlavním cílem tohoto druhu MBÚ je biologická stabilizace SKO, během které dojde k odpaření velké části vody obsažené v bioodpadech a k výraznému snížení hmotnosti SKO. Výstupem z procesu je prakticky inertní hmota nepodléhající rozkladu, která se často uplatňuje např. při rekultivaci skládek. Biologická stabilizace se nejčastěji (ve 42 % MBA) realizuje kompostováním SKO ve speciálních fermentačních tunelech, a druhým nejčastějším způsobem (36 % MBA) je anaerobní fermentace SKO v bioplynových fermentorech. Díky významné tvorbě bioplynu, výrobě elektřiny a tepelné energie a jejich prodeji jsou tyto postupy stále atraktivnější. Výtěžnost bioplynu z tuny SKO je různá v závislosti na složení odpadu, ale může se pohybovat okolo 100 m3/tunu.
Výslednou bilanci MBA lze obecně zhodnotit tak, že platí pravidlo zhruba třetinového podílu výstupů. To znamená, že ze 100 % vstupu SKO je na výstupu zhruba 30 % stabilizované inertní hmoty na rekultivace skládek, dále přibližně 30 % výhřevné lehké frakce a zhruba 30 % tvoří procesní ztráta vody a uhlíku jejich odpařením. Kovy tvoří 2-4 %. Lehká frakce může být použita jako náhrada primárních paliv ve stávajících průmyslových zařízeních nebo je spalována ve spalovnách KO.
Mechanicko-biologická stabilizace (tzv. MBS nebo také BMS) je po MBA nejvíce rozšířeným druhem. Na konci roku 2004 činila instalovaná kapacita MBS zařízení v SRN celkem 1, 35 mil. tun a podílela se tak 24 % na celkové kapacitě všech MBÚ v SRN. Primárním cílem MBS je výroba vysoce výhřevného a kvalitního paliva ze SKO, které má široké použití v různých průmyslových zařízeních. Jedná se o zajímavý a vysoce efektivní proces, během kterého je nadrcený SKO podroben intenzivnímu biologickému sušení např. v kompostovacích boxech, kde ztratí až 30 % hmotnosti odpařením. Následuje intenzivní mechanická separace všech využitelných složek s výsledkem takřka nulového podílu odpadu na skládky. Příkladem mohou být zařízení dodaná firmou Herhof ve městech Drážďany, Asslar nebo Rennerod, která vyrábějí certifikované palivo ve formě pelet s názvem Stabilat. Palivo má nízký obsah nežádoucích látek (těžké kovy) a jeho energetická výhřevnost je 15-18 MJ/kg. Palivo je dodáváno do stávajících průmyslových zařízení, tzn. do cementárny jako náhrada primárního paliva, nebo do speciálního rafinačního zařízení na výrobu metanolu ve Schwarze Pumpe, kde slouží právě k výrobě metanolu.
Velice zajímavé jsou celkové materiálové bilance těchto zařízení. Např. MBS v Drážďanech dokáže vytřídit a zpracovat úplné maximum. Ze 100 % SKO na vstupu je na výstupu zhruba 55 % paliva Stabilat, 30 % tvoří procesní ztráta odpařením při biologickém sušení, dále se získá 4 % železných kovů, 1 % neželezných kovů a zhruba 10 % minerální frakce. Ze Stabilatu je vyráběn metanol ve speciálním rafinačním zařízení a zbývající frakce jsou materiálově využity. Minerální frakce slouží jako stavební materiál. Další zajímavostí je jistě i to, že zařízení v Asslaru je schopné z minerální frakce zvlášť vytřídit ještě bílé, barevné a hnědé sklo.
Mechanicko-fyzikální stabilizace (tzv. MPS) je specifickým, méně často používaným druhem MBÚ. Na konci roku 2004 činila instalovaná kapacita MPS zařízení v SRN asi 330 tisíc tun a na celkové kapacitě všech MBÚ v SRN se tak podílela 6 %. MPS je v podstatě obdobou metody MBS, ale liší se technologií stabilizace SKO. Primárním cílem MPS je rovněž výroba vysoce výhřevného paliva, které může mít také široké uplatnění ve stávajících průmyslových zařízeních. V tomto procesu se ovšem k sušení nepoužívají biologické postupy (např. kompostování), ale fyzikální principy sušení. Po předúpravě je SKO sušen ve speciálních sušicích bubnech za pomoci ohřátého vzduchu, kde primárním palivem pro ohřev je např. zemní plyn. Na tomto principu funguje např. nové významné zařízení MPS ve městě Chemnitz. Bilance výstupů je zde obdobná jako u MBS. Ze 100 % SKO na vstupu je na výstupu zhruba 50 % paliva ve formě pelet, 30 % tvoří odpar při sušení, 9 % je inertní materiál použitelný na skládce nebo ve stavebnictví, 3 % kovů a malý podíl zbytku. I zde jsou pelety dodávány do stejného rafinačního zařízení pro výrobu metanolu.
Ve srovnání s MBS lze u tohoto postupu předpokládat větší finanční výdaje za energii potřebnou pro sušící proces na bázi zemního plynu. V případě biologického sušení je potřebná teplota zajištěna samotným biologickým procesem.
EKONOMIKA MBÚ
Jedním z důvodů rychlého rozvoje MBÚ je také lepší finanční přijatelnost těchto zařízení v porovnání se spalovnami KO. Přestože technologie MBÚ podléhá v SRN velice přísným legislativním požadavkům, zejména z hlediska emisních limitů a materiálových výstupů, a vyžaduje proto nejmodernější a náročné postupy, jsou investiční náklady na jednotku instalované kapacity výrazně nižší než u spaloven KO. Zároveň je třeba uvést, že se náklady značně liší i u samotných MBÚ zařízení v závislosti na druhu MBÚ a použitých technologiích, kapacitě apod. Např. u zařízení střední velikosti s kapacitou nad 50 000 tun typu MBA s aerobním biologickým procesem činí náklady na tunu instalované kapacity 220-240 euro (6600-7200 Kč) a provozní náklady činí 50-65 euro/tunu (1500-1950 Kč). A např. výstavba zajímavého zařízení MBS v Drážďanech s kapacitou 85 000 tun/rok si vyžádala celkovou investici 22 mil. euro (kolem 660 mil. Kč), tedy náklady na tunu instalované kapacity byly zhruba 7760 Kč.
Investiční náklady spaloven KO jsou běžně o 200-300 % vyšší. Zajímavé srovnání nabízí aktuální záměr spalovny KO v Pardubickém kraji, kde se investice do zařízení o kapacitě 96 000 tun/rok odhaduje na 2,2-2,5 miliardy Kč. Investiční náklady na tunu instalované kapacity tak činí 23 000 - 26 000 Kč.
V návaznosti na výše uvedené jsou v Německu také poplatky za zpracování KO v zařízeních MBÚ nižší než ve spalovnách KO. Poplatek za tunu KO se v MBÚ běžně pohybuje okolo 100-120 euro. Spalování KO ve spalovnách je nákladnější variantou a poplatek za tunu KO běžně činí 130-250 euro.
ZAŘÍZENÍ MBA POBLÍŽ MNICHOVA
Jedno z typických zařízení MBÚ můžeme vidět v Erbenschwang poblíž Mnichova v Bavorsku (z výše popsaných tří druhů MBÚ patří do nejpočetnější první skupiny). Zařízení o kapacitě 22 000 tun bylo vybudováno v roce 1997 jako součást moderního centra nakládání s odpady v areálu místní skládky KO a původně bylo určeno pouze pro potřeby zdejšího okresu. V druhé polovině roku 2004 bylo MBA modernizováno a jeho kapacita byla rozšířena na 40 000 tun SKO za účelem pokrytí potřeby zpracování odpadů i z okresu Tölz.
Vstupující SKO je nejdříve rozdrcen a následně prochází soustavou separátorů, které umožňují vytřídění železných kovů a lehké výhřevné frakce (zejména plasty a papír). Bio-logická stabilizace zbývající části odpadu je zajištěna kompostováním ve fermentačních tunelech. Bilance materiálových toků je následující: ze 100 % vstupu je nejvýznamnějším výstupem výhřevná lehká frakce s podílem okolo 40 %, stabilizovaný inertní materiál představuje 30-35 % a železné kovy pak zhruba 3 %. Procesní ztráta odpařováním při biologické stabilizaci tvoří kolem 25 % původní hmotnosti.
Lehká frakce je v tomto případě pouze lisována do balíků a dodávána ke spálení ve spalovně KO, kde je přijímána za výrazně menší poplatek než směsný KO. Důvodem k tomuto kroku byla skutečnost, že spalovna má menší požadavky na vlastnosti lehké frakce než cementárny nebo elektrárny, a proto byl zvolen jednodušší postup výroby lehké frakce. Poplatek za zpracování tuny přijímaných odpadů kolísá mezi 110-120 euro.
Závěrem je vhodné zmínit se o hlavních důvodech, které vedly k rozhodnutí o výstavbě MBA. Jednak to byla skutečnost, že již dříve zde byla vybudována kvalitní skládka KO s dostatečnou kapacitou a MBA umožňuje ukládat stabilizovaný zbytek z procesu na deponii. Zároveň tento zbytek zlepšuje vlastnosti skládky, protože neprodukuje skládkový plyn, rovněž výluhy ze skládky mají lepší parametry a těleso skládky je stabilnější. Druhým hlavním důvodem byla flexibilita zařízení, která provozovateli lépe umožňuje reagovat na potřeby trhu a podle toho měnit i výtěžnost jednotlivých frakcí.
Ondřej Bačík
člen organizace CZ BIOM,
České sdružení pro biomasu
