Produkce biomasy kg/m 2. Procentický podíl. Celkem biomasy 10 9 t km 2

Transkript

1 5. ENERGIE Z BIOMASY (Bioenergetika, Fytopaliva) Jako biomasa se označují produkty živých organismů rostlinného nebo živočišného původu. Největší význam má biomasa rostlinného původu, tzv. fytomasa. Tyto produkty obsahují proměnlivé množství vody a proto se někdy údaje uvádějí v bezvodém stavu, tj. v sušině. Množství biomasy se odhaduje na t (sušina), která se nachází na pevninách, jejichž celková plocha je 149 mil.km 2. Toto množství každoročně vyprodukuje 117, t sušiny fytomasy. Vodní plochy mají rozlohu asi 361 mil.km 2, obsahují 3, t a vyprodukují za rok t nové biomasy, všechny údaje jsou vztažené na sušinu. Z kontinentální fytomasy největší produkci mají pralesy. Celoroční produkce fytomasy vyjádřená energeticky je kj, zatímco energetická spotřeba je asi kj. Fytomasa pěstovaná pro lidskou výživu činí jen asi 8% a z toho jen jedna desetina se spotřebuje přímo jako potrava. Tab... Produkce biomasy v různých ekosystémech */ hmotnostně Ekosystém Plocha 10 6 km 2 Produkce biomasy kg/m 2 Celkem biomasy 10 9 t Procentický podíl Deštný prales 17 2,2 37,7 38,29 Tropický prales 7,5 1,6 12,0 12,2 Lesy mírného pásma 12,0 1,24 14,9 15,13 Severské lesy 12,0 0,80 9,6 9,75 Savany 15 0,90 13,5 13,71 Obdělávaná půda 14 0,65 9,1 9,24 Pustiny, led, pouště 24,0 0,083 0,07 0,071 Polopouště 18 0,09 1,6 1,62 Celkem 119,5 98,47 99,971 Vzhledem k tomu, že zásoby fosilních paliv jsou konečné a tedy vyčerpatelné hledají se další zdroje paliv, které by tento zásadní nedostatek neměly. Patří sem především paliva založená na biomase-rostlinného nebo živočišného původu nebo produkty zpracování biomasy. 1

2 Biomasa patří vlastně také do skupiny sluneční energii, protože převážně vzniká jako produkt fotosyntézy, kde sluneční světlo hraje důležitou roli. Mezi obnovitelné zdroje paliv na bázi biomasy patří: dřevo, zemědělské plodiny: obilí, cukrovka, kukuřice, brambory, cukrová třtina, řepka, cukrovka, slunečnice atd. Zkoušejí se různé rychle rostoucí dřeviny, v našich zeměpisných podmínkách je to především topol černý, zkouší se i pěstování různých plodin (hořčice, pohanka, len, konopí, proso apod.), testují se v evropských podmínkách i některé pro nás exotické plodiny jako je např. tzv. sloní tráva a další plodiny. Pro energetické účely se používají původní rostliny, jejich odpadní části (sláma), některé se zpracují na alkohol (brambory, cukrovka, cukrová třtina) a ten se použije jako zdroj energie, nebo se lisováním a extrakcí vyrobí rostlinné oleje (řepka, slunečnice atd.) a ty se dále zpracují na pohonné hmoty. Některé vedlejší produkty zpracování zemědělských plodin lze dále využít v zemědělství, jako je tomu např. při lisování a extrakci řepky, kde se zbytky, tzv. pokrutiny, využívají v krmných směsích, protože mají ještě vysoký energetický obsah. Prakticky každou biomasu lze přeměnit zplyňováním na generátorový plyn, příp. na syntézní plyn nebo je možné ji zpracovat pyrolýzou (fytopyrolýza), kdy vznikají plynné, kapalné a tuhé produkty. Ze syntézního plynu pak je možné připravit řadu chemických sloučenin. Některé zemědělské produkty lze využít i pro přípravu chemických sloučenin (tzv. oleochemie). Pěstování zemědělských plodin pro průmyslové účely dále umožňuje řešit problém obdělávání půdy na výsypkách, úložištích popílků, v oblastech postižených různými spady. Zemědělství, zaměřené na pěstování plodin pro průmyslové účely vytváří také nové pracovní příležitosti v této oblasti kde se počet pracovníků bude postupně snižovat, jak lze předpokládat podle vývoje v jiných evropských státech. Umožní to dále kultivovat krajinu a udržovat ji na určité úrovni, aby neobdělávaná pole nezarostla plevelnými rostlinami a keři, což by změnilo zásadně její charakter a ničilo by úrodnou půdu. Někdy se v souvislosti s využíváním zemědělských plodin pro energetické účely hovoří o bioenergetice a uvedené plodiny se označují jako fytopaliva nebo biopaliva. Třebaže pěstování zemědělských plodin pro energetické účely vypadá lákavě, je vždy třeba porovnávat energii vloženou (obdělávání půdy, hnojiva, herbicidy, svoz a skladování sklizně, zpracování na finální produkt) s energií získanou - spalné teplo konečného produktu. Osévání velkých ploch určitými plodinami je omezeno nutnou rotací plodin na půdách, protože na stejném pozemku není možné stále pěstovat jen jednu plodinu. Pěstování monokultur na velkých plochách může ovlivňovat další flóru a faunu a to někdy i negativně. Z hlediska kapalných paliv (pohonných hmot) v našich zeměpisných podmínkách můžeme uvažovat pouze používání ethanolu a z rostlinných olejů je to prakticky jen řepkový olej. Vedle kapalných paliv lze pro pohon spalovacích motorů využívat i plynná paliva jako je bioplyn, vznikající anaerobním zpracováním různých odpadů (hlavní složku tvoří methan), skládkový plyn (LFG), dále dřevní plyn, což je generátorový plyn získaný při zplyňování dřeva. Pro zpracování biomasy můžeme využít procesy: a/termochemické: 2

3 - spalování - zplyňování - pyrolýza b/biochemické: c/ Fyzikální: d/chemické: - alkoholové kvašení - methanové kvašení - mechanické (štípání, drcení, lisování, briketování, peletování, mletí) - Esterifikace rostlinných olejů - Oleochemie Dále je možné využívat odpadní teplo ze zpracování biomasy (kompostování, anaerobní zpracování odpadů, větrání stájí, ochlazování nadojeného mléka apod. Biomasa-schema BIOMASA- PEVNÁ PALIVA 3

4 Do této skupiny biomasy patří především dřevo, odpady z těžby a ze zpracování dřeva, různé druhy slámy, odpady z rostlinné výroby, rostliny pěstované pro energetické účely, organické odpady z potravinářských výrob apod. mohou být také využity pro energetické účely. Rozhodujícím faktorem pro využití biomasy je obsah vody v biomase. U dřeva by vlhkost měla být max. 20%, u slámy asi 15%. Úspěšně však byla spalována i čerstvá kůra s obsahem vlhkosti až 55%. Ve vlhkých palivech se však mohou množit houby a plísně, které snižují výhřevnost. Dále je nebezpečí přenesení plísní a hub do domácnosti, kde mohou napadnout dřevěné stavby a předměty. Výhodou jejich spalování je, že se do ovzduší dostává jen část CO 2, který si rostlina odebrala při svém růstu pro fotosyntézu. Nejedná se tedy o zvyšování obsahu oxidu uhličitého v ovzduší. Nevýhodou spalování biomasy je značný podíl, který se při ohřátí na C zplyňuje (dřevo asi 70%, sláma až 80%), což má za následek tvorbu dlouhého plamene, až několik metrů, zatímco koks má plamen o délce řádově centimetrů. Musí se volit větší ohniště, teplosměnné plochy musí být umístěny až za koncem plamene, jinak se tvoří saze a zanášejí se tyto plochy. Při spalování slámy se až 10% popílku dostane do spalin a je třeba jej zachytit. Výhodou dřeva a slámy je prakticky nulový nebo velice nízký obsah síry, zlomek v porovnání s obsahem síry v uhlí. Totéž platí pro obsah dusíku. I při spalování biomasy vznikají oxidy dusíku, protože při spalování vzduchem je vznik oxidů funkcí teploty. Rovněž těžké kovy představují jen zanedbatelné množství.. Pro pěstování některých energetických plodin je možné využívat i méněhodnotné půdy, zavážky, složiště popílku, jak je patrné z tabulky... 4

5 Tab...Výnosy suché hmoty energetických plodin, t/ha Plodina Pole (t/ha) Slunečnice 7,71 (100 %) Len 4,39 (100 %) Proso 13,80 (100 %) Konopí 11,40 (100 %) Čirok zrnový Čirok cukrový 27,00 (100 %) 53,00 (100 %) HYSO 42,40 (100 %) Složiště popela Počerady 10,45 (135 %) Důlní výsypka Březno povážka zeminou 9,74 (126 %) 0 7,0 (159 %) 9,75 (70,7 %) 33,50 (295 %) 9,30 (34 %) 17,55 (33 %) 27, (64 %) 13,85 (100,4 %) 12,35 (108 %) 31,00 (115 %) 24,40 (46 %) 23,80 (54 %) popelem 8,54 (111 %) 5,65 (129 %) 13,85 (100,4%) 8,15 (71 %) 13,20 (49 %) 24, 00 (46 %) 32,80 (75 %) 5

6 Tab... Průměrná výhřevnost některých fytopaliv Druh paliva Štěpka energetická Piliny od katru Palivové dřevo, polena Dřevní brikety, suché piliny Řepková sláma, ze skladu, volná Řepková sláma balíkovaná Řepková sláma briketovaná Řepkové semeno Řepkový olej Řepkové výlisky jako palivo Průměrná výhřevnost GJ/t Tab...Porovnání elementárního složení fosilních a fytopaliv Palivo Zplyněný podíl (%) Výhřevnost MJ/kg Pope l (%) C (%) O (%) H (%) N (%) S (%) Sláma 80,3 14, ,5 0,1 Dřevo 70,0 15,3 0, ,1 0 Dřevěné uhlí 23,0 30,1 0, ,1 0 Rašelina 70,0 13,5 1, ,8 0,3 Hnědé uhlí Černé uhlí 57,0 13, ,0 29, Koks 4,0 25, ,5 0,8 Tabulka č.10 6

7 Výhřevnost fytomasy-porovnání s fosilními palivy Palivo Uhlí hnědé Uhlí černé Koks Lehký topný olej Zemní plyn (1000 m 3 ) Dřevní štěpky Piliny dřeva Sláma řepková (balíky) Sláma řepková (brikety) Sláma řepková (volně) Tabulka č.11 Výhřevnost GJ/t Měrná cena Kč/GJ ,5 Porovnání výhřevnosti základních paliv (hmotnost, objem) Druh paliva Výhřevnost MJ/kg Výhřevnost MJ/l Petrolej 43,90 32,50 Motorová nafta 42,50 37,00 Lehký topný olej (LTO) 42,50 37,00 Těžký topný olej (TTO) 41,45 39,40 Plynový olej 45,60 24,60 Uhlí černé 29,30 Uhlí hnědé 20,90 Dřevo (20 % H 2 O) 14,23 Sláma obilovin (10 % H 2 O) 15,50 DŘEVO Světové zásoby dřeva jsou cca m 3, ročně se těží m 3 (asi 1%), což je cca 1, t. Dřevo v minulosti bylo jediným zdrojem energie a zůstává výhradním zdrojem energie především pro většinu rozvojových zemí. Nicméně se k této surovině obrací pozornost i 7

8 vyspělých států, kde jeho spalování pomáhá řešit některé problémy ekologické. Dřevo je také cennou surovinou pro výrobu nábytku, používá se ve stavebnictví a zpracovává se i chemicky, nejčastěji je to výroba papíru a buničiny. Lesy, kde se většina dřeva pěstuje, plní ještě řadu dalších funkcí jako je zadržování vláhy, např. 100 kg lesní půdy zadrží až 300 l vody, písek jen 25 l vody., zvyšuje odpařování vody, při fotosyntéze vzniká kyslík, dále sem patří zadržování prachu, tlumení hluku a vytvářejí vhodné prostředí pro existenci hmyzu, ptactva a dalších živočichů, které pomáhají vytvořit rovnováhu v dané lokalitě. Zabraňují smývání půdy, stabilizuje svahy proti vodní a větrné erozi. Stromy ovlivňují i ráz krajiny, vytvářejí stín, slouží jako větrolamy apod. Lesy jsou zdrojem dřeva, bylin, hub, lesních plodů, získá se v nich pryskyřice a jsou domovem lovné zvěře. Lesy mají také velice příznivý vliv na psychiku lidí. Pro energetické účely se mohou pěstovat plantáže některých rychlerostoucích stromů: Jako nejvhodnější rychle rostoucí dřeviny jsou : Platany Topoly Akáty Olše Vrby (salix viminalis 082), výtěžnost 10 t/ha, výhřevnost 17,6 MJ/kg Při těžbě dřeva vznikají různé ztráty: Těžební ztráty: Jehličnatý strom, stáří let: kmenové dřevo 60% vrše, větve, haluze 16% jehličí 9% kůra 6% pařez a kořeny 9% Ztráty při mechanickém zpracování dřeva: kůra: 8-10% piliny :12-14% krajinky: 15% Rozloha lesů v České republice: 8

9 Rozloha lesů (ha) Celkem Jehličnaté Listnaté (21 %) Těžba dřeva v České republice Těžba dřeva ( x 10 3 m 3 ) [bez kůry] Dodávky paliva (x 10 3 m 3 ) [bez kůry] : Jehličnaté Listnaté (74,4%) 262 (18,8 %) 586 (66,2 %) 247 (27,9 %) 57 (80,2%) 128 (18 %) Štěpka 95 (6,8 %) 52 (5,9 %) 13 (1,8 %) Složení dřeva Dřevo tvoří tři základní složky:celulosa, hemicelulosa a lignin, které jsou vzájemně prostoupené. Složení některých dřev je následující: Tab... Složení dřeva Druh dřeva Celulosa (%) Smrk Borovice Buk Vrba 46,6 43,2 39,2 51,6 Hemicelulosa (%) 27,6 28,0 35,3 37,6 Lignin (%) 26,9 26,6 20,1 25,7 9

10 Tab Průměrné elementární složení dřeva Prvek C (%) H (%) O (%) N (%) Procenta 49,0 6,3 44,2 0,2-1,0 Výhřevnost sušiny z biomasy je MJ/kg, u sušiny získané sušením vzduchem o vlhkosti 15-20% je to 14-16MJ/kg. K získání jedné tuny biomasy (dřevní štěpky), je třeba asi 5 kg motorové nafty. Její energetický obsah je až MJ/t, což odpovídá asi 285 kg LTO. Dodaná energie představuje jen 2,7-1,7% z energie získané. Z jednoho hektaru je možné získat energii odpovídající kg LTO. Obsah vody v čerstvě poraženém stromu je 40-60%. Ponecháme-li dřevo pod střechou v průvanu, klesne obsah vody na 20% a má výhřevnost 14,9 MJ/kg. Zvyšování výhřevnosti je způsobeno snižováním obsahu vody. Obsah vody v dřevu pro malé spalovací jednotky do 30 kw má být pod 15%, velké spalovací jednotky spalují dřevo i s vlhkostí kolem 30%. Dřevozpracující podniky produkují odpady s obsahem vody i pod 20-15%, což je výborné palivo i surovina pro briketování. Piliny z pil zpracovávajících surové dřevo, mají obsah vody kolem 40% a jsou vhodná jen pro velká topeniště s výkonem přes 500 kw. Pokud by měly nižší vlhkost, byla by to vhodná surovina pro briketování. Umělé sušení je vždy nákladné, pokud se nevyužívá odpadní teplo. Sušíme-li dřevo pod střechou v průvanu, pak obsah vody klesá poměrně rychle na 25%. Odpařuje se voda obsažená v buňkách dřeva v závislosti na rovnováze s relativní vlhkostí a to poměrně rychle. Kapilárně vázaná voda opouští dřevo při vlhkosti 13% a voda vázaná molekulárně při vlhkosti pod 6%, ovšem za cenu vyšších nákladů, protože se jedná o umělé sušení. Dobře uskladněné dřevo proschne na výborné palivo asi za půl roku, je-li rozštípáno, v podobě polen trvá proschnutí asi jeden rok. Za vyhovující obsah vody se považuje 20-30%, s výhřevností dřeva MJ/kg. Na živém dřevu, krytém kůrou, s obsahem vody kolem 50% nemají dřevokazné houby a plísně podmínky pro rozvoj. Kritická je oblast vody mezi 30-45% vody, proto se musí tato oblast rychle překonat. Méně nebezpečná situace je u polen, špalků a štípaných špalků, velmi nebezpečná je situace zejména u štěpky a pilin. Plísně a houby během krátké doby mohou snížit výhřevnost a mohou být zdrojem zdravotních potíží lidí. Velmi nebezpečná je příměs vlhkých listů a jehličí. Výhodné je proto skladovat dřevo mimo obytný dům. Dřevo se dodává obvykle v prostorových mírách a to v přepočtu na: pevné metry (pm): kmeny, polena rovnané metry (rm): štípaná polena, polena a špalky sypané metry (sm): štěpka, piliny Při tomto prodeji vliv vlhkosti se již neuplatňuje. Při hmotnostním prodeji je třeba znát obsah vody, protože celková hmotnost je tvořena hmotností dřeva a hmotností vody! 10

11 Tabulka č.15 Výhřevnost hlavních druhů palivového dřeva a objemová hmotnost Palivo Objemová hmotnost sušiny Objemová hmotnost při vlhkosti 25% Výhřevnost při vlhkosti 25 % kg/m 3 kg/pm kg/rm kj/kg kg/pm kj(rm) Smrk , Jedle , Borovice , Modřín , Topol , Olše , Vrba , Bříza , Jasan , Buk , Dub , Habr , Akát , Tabulka č. 18 Vliv vlhkosti na výhřevnost některých fytopaliv 11

12 Druh paliva Obsah vody (%) Výhřevnost (MJ/kg) Polena (měkké dřevo) 0 18, , , , , ,10 Dřevní štěpka */ 10 16, , , ,10 Sláma obilovin **/ 10 15,50 Sláma z kukuřice **/ 10 14,40 Sláma z řepky **/ 10 16,00 Lněné stonky **/ 10 16,90 */ Volně ložená **/ Balíky Tabulka č. 19 Výhřevnost štěpky v MJ/m 3 v závislosti na vlhkosti 12

13 Štěpka vyrobená z celých stromů Vlhkost 0 % 20 % 40 % 60 % borovice smrk bříza olše z klestu, bez jehličí borovice smrk bříza (bez listí) z klestu s jehličím borovice smrk z odkorněných odřezků jehličnaté řezivo Podle vlhkost se v Rakousku štěpka třídí do pěti skupin: do 20% : trvale skladovatelná do 30% : dlouhodobě skladovatelná do 35% : krátkodobě skladovatelná do 40%: vlhká - nutno sušit nebo hned spálit do 50% :čerstvě vyrobená nebo sklizená, sušit Vedle běžného pěstování dřevin v lesích, mohou se zakládat i speciální plantáže, kde se pěstují dřeviny pro energetické využití. Jsou to různé, rychle rostoucí dřeviny, nap.: topol černý, topol balzámový, různé hybridy topolu a dále vrba. Méně výkonné jsou: akát, olše, osika a bříza. Pro pěstování je důležité složení půdy, průměrné srážky (kolem 500 mm), optimální výška hladiny spodní vody (mezi mm) a nesmí klesnout pod 2000 mm. Pro pěstování na těchto plantážích se používají následující postupy: 13

14 Název rotace Doba pěstování (roky) Počet sazenic na 1 ha Tloušťka kmene (cm) Počet cyklů Roční výnos sušiny(přírůstek) t/ha Mini */ Midi */ až Maxi */ */ Pařezy se nechají obrůst. Sklizeň se provádí pomocí motorové pily, hydraulických nůžek nebo speciálními stroji, které stromy pokácejí a hned sváží do otepí nebo pokácené dřevo hned štěpkují. I když se kácení provádí v zimě, kdy stromy jsou bez listí a vláhy, čerstvě pokácené dřevo obsahuje řadu látek s velkou vlhkostí, která může dosáhnout až 50 %. Takové dřevo je pak náchylné k infikaci houbami a plísněmi, což snižuje jeho výhřevnost. Dřevo se má skladovat pod přístřeškem, kde proudí vzduch. Dřevo s obsahem vody pod 20 % se považuje za stálé. Tabulka č.20 Emisní měrné faktory pro spalování dřeva dle REZZO Tepelný výkon topeniště Emise do 3 MW nad 3 MW (g/kg) (g/m 3 ) */ (%) (g/kg) (g/m 3 ) (%) Popílek 12, ,14 15,0 2,0 1,7 SO 2 1,0 0,13 0,01 1,5 0,25 0,016 NO X 5,0 0,7 0,06 5,0 0,7 0,06 CO 1,0 0,13 0,01 1,0 0,13 0,01 Uhlovodíky 1,0 0,13 0,01 1,0 0,13 0,01 Tabulka č.21 Emisní faktory pro kotle ústředního vytápění 14

15 Druh paliva EMISE (mg/mj) SO 2 NO X C X H Y CO Popílek CO 2 Černé uhlí Hnědé uhlí Brikety Koks LTO TTO Zemní plyn Polena Štěpka SPALOVÁNÍ DŘEVA Dřevo se může spalovat ve formě polen, polínek, pilin, hoblin, štěpky, briket a pelet. Pro briketování jsou nejvhodnější suché piliny z truhlářských výrob, kde není třeba sušení, což by zvyšovalo náklady na výrobu. Velmi vhodné pro briketování jsou piliny z tvrdého dřeva, kterých však je nedostatek. Dřevní odpad,jako jsou vhodné zbytky z lesní těžby, tenké stromy, větve z prořezávky, je možné upravit štěpkováním. Dříví se nechá proschnout a pak se štípe ve stroji na drobné špalíkyštěpky, které je možné použít pro automatizované vytápění. Umělé sušení by opět bylo velmi nákladné. Dřevo s obsahem vody do 20% je již stálé. V některých státech se dřevo spaluje ve formě polen a polínek, pro jejichž výrobu se používají speciální stroje. Při spalování dřeva je třeba častěji přikládat, protože při větší zásobě dřeva by docházelo ke značnému zplyňování, vznikl by CO a saze. Komínové plyny jsou horké a proto se před vstupem do komínu zařazují výměníky tepla, které bývají doplněny dohořívací komorou, kam se přivádí sekundární vzduch. Topeniště se stává vlastně generátorem spalitelných plynů. Dalším vývojovým stupněm je spodní dohořívání paliva. Dokonalejší ohniště mají dva spalovací prostory: v primárním se zplyňuje palivo a v sekundárním prohoří vzniklé plyny. Dávkování paliva i dávkování primárního i sekundárního vzduchu jsou automatizovány. Pro spalování dřeva a dřevního odpadu postačuje teplota kolem 800 C. Při teplotách pod C vzniká při spalování kouř. Nad koncem plamene se dá naměřit teplota C, což může způsobovat tepelné namáhání materiálu kotlů, při vyšších teplotách vznikne více oxidů dusíku. Dále dochází k tavení dřevního popele a tvoření strusky z minerálních látek obsažených zejména v kůře stromů. Dřevní popel měkne při teplotách C a spéká se v rozmezí 15

16 C, napaluje se na vyzdívku, která se při čištění poškozuje. Vhodné teploty spalování jsou kolem 800 C. * SPRÁVNÉ HOŘENÍ plamen je žlutý s nádechem do modra z komína neodchází kouř, za chladného počasí jen bílá pára z popele se netvoří pevná struska, vzniká ho málo na teplosměnných plochách se neusazují saze nebo jen nepatrně žádné saze se neusazují v komíně nebo jen při zatápění malá spotřeba paliva topeniště má rovnoměrný, příjemný zvuk * NESPRÁVNÉ HOŘENÍ trvalé kouření z komína (nízká teplota, mokré palivo) spékání popele, napékání strusky (vysoká teplota, příliš mnoho sekundárního vzduchu ke konci plamene) zanášení teplosměnných ploch a komína sazemi, odlétání sazí z komína (rychlé ochlazení plamene) zadehtování komína, čpavý zápach spalin v okolí POCHODY PROBÍHAJÍCÍ PŘI SPALOVÁNÍ DŘEVA 16

17 SITUACE V ČESKÉ REPUBLICE: V našich lesích zůstává nevyužito asi 30 mil. m 3 odpadového dřeva. V ČR by bylo možné využívat cca 13 mil.t biomasy, zatím se využívá jen 0,25 mil.t za rok. Výhřevnost biomasy je podle vlhkosti asi 20-30% v porovnání s lehkým topným olejem (LTO). Výhodou spalování biomasy je, že se nezvyšuje obsah CO 2 v ovzduší, protože při spálení se do atmosféry dostává jen část oxidu uhličitého, který z atmosféry odebrala rostlina při svém růstu, protože nespalujeme celou rostlinu, ale jen její část. Jeden milion tun obilní slámy nahradí asi t LTO. Dále jsou uvedeny údaje o pěstování obilnin a dalších plodin v České republice, které mohou být využity jako zdroj energie (sláma) nebo mohou být výchozí surovinou pro výrobu ethanolu a methylesterů rostlinných olejů. 17

18 Tabulka...Obilniny v České republice (1994, ha) Obilniny Počet ha Výnos t/ha Pšenice ,58 Žito ,51 Ječmen ,78 Oves Kukuřice na zrno ,39 Ostatní obilniny Obilniny celkem Tab... Další zemědělské plodiny využitelné i technicky Plodina Počet ha Výnos t/ha Slunečnice na vyzrání Mák Řepka ,38 Len Cukrovka technická ,57 Brambory celkem ,06 Krmné okopaniny ,22 Kukuřice na zeleno Osevní plocha celkem ha V ČR by mohlo být z dostupných 8-9 mil.t biomasy využito asi 1,6 mil.t slámy, 1,5 mil. dřevního odpadu a asi 2 mil.t. spalitelného domovního odpadu. Pro období se pro ČR uvádějí následující množství různých fytopaliv: Tabulka č.9 Množství fytopaliv v České republice 18

19 Palivo Množství (t/rok) Sláma obilovin (10 % produkce) */ Sláma obilovin (20% produkce)**/ Sláma řepková (100 % produkce) Sláma z kukuřice (100 % produkce) Dřevní odpad Spalitelný domovní odpad Celkem */ Celkem **/ ( ) V další tabulce č.10 jsou uvedeny údaje o výhřevnosti fytomasy a měrná cena za 1 GJ. Pro porovnání jsou uvedeny údaje o fosilních palivech. SLÁMA Sklizené slámy obilovin, řepky, kukuřice, stonky lnu, seno z luk apod. mají vysokou energetickou hodnotu, vyšší než některé druhy hnědých uhlí, ale jejich hustota ve volně sypaném stavu je kolem 59 kg/m 3 a nehodí se pro skladování či přikládání. Častěji se používají malé balíky slámy, které mohou mít hmotnost kolem 100 kg/m 3 (Rakousko, Dánsko). Jsou vhodné pro ruční přikládání jednou za 1-3 h nebo ve větších objektech pro automatizované přikládání. Pro spalování je nejvýhodnější sláma pšeničná, sláma olejnin (především řepky), také slunečnice, následuje sláma z kukuřice na zrno, sloní tráva (čínský rákos Miscantus), někdy i seno z luk vyřazených pro výrobu potravin, příp. i lněné stonky. Výhřevnost slámy v sušině se pohybuje kolem MJ/kg, při 15% vlhkosti asi MJ/kg. Objemová hmotnost slámy je: suchá řezanka : od 45 kg/m 3 balíky standardní: kg/m 3 obří balíky: kg/m 3 brikety : kg/m 3 Výnosy slámy jsou různé a závisí na způsobu sklizně. Řepkové slámy je na poli kolem 6 t/ha a více, ale prakticky se sklidí jen asi 3 t, protože je vysoký řez. Obilniny dají až 10 t/ha, sloní tráva až 30 t/ha. Cena slámy pro energetické účely je dána náklady na sběr, dopravu a skladování. Přičemž poslední položka je větší než obě předcházející. 19

20 Tabulka č.12 Průměrná výhřevnost některých biopaliv Druh paliva Průměrná výhřevnost GJ/t Štěpka energetická 10 Piliny od katru 10 Palivové dřevo, polena 12 Dřevní brikety, suché piliny 17 Řepková sláma, sklad, volná 14 Řepková sláma balíkovaná 14 Řepková sláma briketovaná 14 Řepkové semeno 26 Řepkový olej 39 Řepkové výlisky jako palivo 18 Doprava slámy Na vzdálenost nad 20 km v porovnání s volně loženou slámou je doprava briket asi 10 krát levnější a doprava balíků je asi 3 krát levnější. Skladování slámy Při skladování slámy je nebezpečí samovznícení a proto je třeba u skladované slámy kontrolovat teplotu. Briketování slámy Lisy na slámu vycházejí z lisů na seno nebo z peletizačních, protlačovacích lisů na granulovaná krmiva ze slámy a šrotu. Doplňují se drtičem slámy, které mají vyšší energetickou spotřebu než vlastní lisy. U drtiče je spotřeba energie kwh/t slámy, u lisu kolem 45 kwh/t (někdy se uvádí i jen 20 kwh/t). Lisování slámy je příznivější než lisování sena, lisování řepkové slámy je výhodnější než lisování ovesné slámy a energeticky nejvýhodnější je lisování směsi slámy a zrna (v přepočtu spotřeby energie na tunu). Pro zvýšení kvality briket se přidává pojivo nebo je vhodná "předúprava" zahrnující napaření nebo nahřátí schlazením ještě v podmínkách pod tlakem v lisovací komoře nebo za ní. Prach a písek snižují životnost namáhaných součástí a proto se lisy vybavují síty.. * Pístové lisy 20

21 Zpracuje se krátce pořezaná nebo hrubě drcená sláma při tlaku 15 MPa. Výkonnost lisů je kg/h, ojediněle až kg/h. Průměr briket je mm. Výkonnost se zvyšuje až o 100%, jestliže se se slámu lisuje i zrno. Brikety o průměru 50 mm a vyšší jsou vhodné pro ruční přikládání. U pístových lisů se nemění fyzikální vlastnosti slámy, stupeň slisování je nižší než u šnekových lisů, soudržnost briket je krátkodobá. Cena pístového lisu u nás je do Kč.Rozměry našich briket jsou:průměr mm, délka mm. * Šnekové briketovací lisy Šnek z vysoce kvalitní oceli (jeden či dva šneci). Jemněji rozdrcená sláma než u pístových lisů, prochází sítem, větší kousky se vracejí zpět. Stupeň slisování je větší, vlivem tření se zvýší teplota až přes 200 C. Ve slámě obsažený lignin přechází do voskovité fáze a po vychladnutí dokonale spojuje částečky slámy. Sláma se může míchat např. i s pilinami z tvrdého dřeva. Výrobek ze šnekových lisů je dokonalý a může se exportovat i do zahraničí. Šnekové briketovací lisy patří do velkých závodů, investice i spotřeba energie jsou větší než u pístových lisů. * Peletizační lisy Jedná se o protlačovací lisy, používané pro výrobu granulovaných krmných směsí. Existují dva typy lisů: s horizontální matricí, protlačovací otvory jsou svislé s vertikální matricí, protlačovací otvory jsou vodorovné, mají vyšší výkonnost V obou případech lisovací funkci vykonávají těžké rotující válce, protlačující rozmělněnou slámu otvory (kruhové nebo čtvercové otvory. Musí být vyrobeny precizně, aby bylo dosaženo optimálního lisovacího účinku. U velkých lisů je odpor komůrek řízen hydraulicky. Cena těchto lisů se pohybuje mezi DEM. Pro briketování sena z luk uvedené lisy nevyhovují. Spotřeba energie na lisování je u suché slámy 4-7% energie ve slámě obsažené. Při lisování směsi slámy a zrna klesne spotřeba energie pod 4%. Investiční náklady jsou vysoké a vyžadují celoroční využívání lisů. Cena paliva se zvýší na 2-3 násobek. ŘEPKOVÁ SLÁMA Tato sláma se prakticky nevyužívá jako stelivo, je to spíše balast s malým obsahem živin. Řepková sláma se špatně zaorává, obtížně se v půdě rozkládá a nevytváří dobré lůžko pro osivo. Do značné míry se spalovala přímo v řádcích. Tato sláma má výhřevnost kolem 14 MJ/kg, což je stejná výhřevnost jako má dobré hnědé uhlí. Výnosy řepkové slámy se pohybují mezi 3-6 t/ha, podle způsobu sklizně. U řepky je téměř stoprocentní využití. 21

22 Řepková sláma obsahuje přes 35% vody po sklizni, ale rychle prosychá a již za 2-3 dny při pěkném počasí klesne obsah voda pod 20%, což je vhodné pro sklizeň, skladování i spalování. Vzhledem ke své struktuře dobře prosychá i pod střechou v prostém průvanu. Lze předpokládat, že se řepková sláma bude sklízet. Sláma má nepatrný obsah síry, ale výhřevnost má stejnou jako hnědé uhlí. Není nebezpečí koroze oxidy síry, teplota spalin může být nižší než při spalování uhlí. Neobsahuje také těžké kovy a v dobrých topeništích mají spaliny malý obsah oxidů dusíku a dehtu. Zařízení na spalování slámy je asi dvakrát nákladnější, zvl. pro automatické přikládání. Topeniště musí být prostornější a je třeba zachytit jemný úlet. Cena paliva je však podstatně nižší, takže náklady na topení se mohou snížit až o 30%. Další výhodou je, že za spalováni fytopaliv se neplatí daň za CO 2, jako tomu bude při spalování fosilních paliv. Pro výrobu energie lze výhodně používat i semeno řepky. Přibližná bilance energetických nákladů na výrobu a užití řepkové slámy jako paliva je uvedena v tabulce č. 14. Tabulka č.14 Bilance energetických nákladů na využití řepkové slámy jako palivo Činnost Jednotka Výnos semene řepky t/ha 3 Kalorická hodnota semene GJ/ha 72,9 Výnos slámy t/ha 6 Kalorická hodnota slámy GJ/ha 84 Výroba a sklizeň jen semene GJ/ha 18 Výroba a sklizeň semene a slámy GJ/ha 20,4 Doprava jen semene z pole GJ/ha 0,1 Doprava semene i slámy GJ/ha 0,3 Lisování semen GJ/ha 4,2 Lisování semene a briketování slámy GJ/ha 5,7 Celkové energetická náklady při využití semene GJ/ha 22,3 Celkové energetické náklady při využití semen i slámy GJ/ha 26,4 Čistý energetický zisk při využití jen semene GJ/ha (72,9-22,3), 50,6 Čistý energetický zisk při využití slámy a semene GJ/ha (156,9-26,4), 130,5 Výnosový součinitel při využití jen semene 1 : 3,5 Výnosový součinitel při využití semene i slámy 1 : 5,9 22

23 Při využití jen semene přistupují ještě energetické náklady na likvidaci ( rozmetání a zaorání) slámy. Je možné je považovat za uhrazené hnojivovým účinkem zaorané slámy. SLONÍ TRÁVA Sloní tráva (čínský rákos, Miscantus sinesis giganteus). Patří mezi výjimečné rostliny s výjimečnou schopností asimilace vzdušného CO 2, vody a slunečního záření jej přeměňovat na organickou hmotu. Daří se jí všude tam, kde se daří kukuřice, zejména lehčí humusnější hlubší půdy s dostatkem vláhy.jedná se o rostlinu víceletou (15-20 let). Sklizeň se začíná ve třetím roce. Výnos suché hmoty je t (příp. více) na 1 ha. Využití pro výrobu obalů, izolace, výrobu buničiny, energetické využití by bylo až druhořadé. Vhodné pro plochy vyřazené pro nadprodukci potravin. Sazenice se musí předpěstovat ve sklenících, vysazují se do vyhnojené půdy, první tři roky se musí přihnojovat.rostlina dosahuje výšky 2,5-3 m, tvoří bohaté trsy. Stonky jsou až 3 cm silné. Koncem září končí růst do výšky. Z jedné sazenice vyroste asi 70 stonků. Pro energetické využití je vhodné sklízet sloní trávu v zimě, kdy má nejméně vody. Osázení 1 ha stojí v Rakousku asi ATS. Min. plocha je 30 ha, optimální je 60 ha. SPALOVÁNÍ SLÁMY Zpracování slámy má vliv na její spalování. Málo slisované balíky rychle prohořívají, jsou vhodné pro zatopení, velmi stlačené balíky hoří pomalu a dlouho. Nevýhodou balíků slámy je jejich horní odhořívání, což zvyšuje emise a úlet popílku. Dalším vývojovým stupněm bylo spodní, dvoufázové dohořívání, při kterém se do hořících plynů přiváděl horký sekundární vzduch a tím se spalování zlepšilo. Dále se sláma zpracovává do obřích, válcovitých balíků, o hmotnosti až 350 kg, a objemové hmotnosti kg/m 3 nebo se zhotovují hranaté balíky o hmotnosti až 600 kg/m 3 které mají objemovou hmotnost asi 160 kg/m 3. Tyto balíky jsou vhodné pro velkospotřebitele jako jsou teplárny nebo průmyslové podniky. Balíky se mohou spalovat celé, příp. se rozpojují a spaluje se pořezaná sláma. Jak již bylo uvedeno slámu je možné dále briketovat a peletovat. Pro malá topeniště je však tato úprava nevhodná, způsob odhoření je nepravidelný, zpočátku hoří velmi rychle, vzniká kouř, postupně se briketa pokrývá popílkem a hoření se zpomaluje. Ve velkých topeništích s pohyblivými rošty tento problém nevzniká. Peletování a briketování slámy není energeticky náročné, spotřeba energie je jen 5% na energetický obsah slámy. Při spalování slámy se dostává do spalin až 10% popela. SPALOVÁNÍ KOMUNÁLNÍHO ODPADU Na jednu osobu připadá kg pevných odpadů za rok.hořlavé složky odpadu jsou: papír (35-60%), zbytky potravin (2-8%), dřevo (3-35%), textil, kůže, guma (1-3%). Zbytek tvoří kovy, sklo a další nehořlavé materiály. 23