POTENCIÁL VYUŽITÍ OZE V ČESKO-RAKOUSKÉM PŘÍHRANIČÍ, MOŽNOSTI, ZDROJE A VYUŽITÍ OZE V MIKROREGIONU MIKULOVSKO

Transkript

1 POTENCIÁL VYUŽITÍ OZE V ČESKO-RAKOUSKÉM PŘÍHRANIČÍ, MOŽNOSTI, ZDROJE A VYUŽITÍ OZE V MIKROREGIONU MIKULOVSKO Tomáš Hlavenka, Michal Solařík, Jiří Kmet Mikulov 29 Projekt je realizován s podporou Evropské unie v rámci Cíle 3 Evropská územní spolupráce, Rakousko Česká republika

2 Obsah: Předmluva Úvod Pojem obnovitelné zdroje energie (OZE) Přínos využití biomasy Biomasa tradiční energetický zdroj Energetická politika ČR Možnosti využití biomasy jako OZE Primární pěstování x využití zbytkové (odpadní) biomasy Vytápění slámou a prýtem účelově pěstovaných bylin Využití druhotné produkce zemědělské biomasy Vhodné plodiny pro účelové pěstování slámy pro energetické využití Mechanické úpravy slámy pro energetické využití Vlastnosti slámy jako paliva Cena slámy jako paliva Topeniště pro spalování slámy Výtápění briketami, peletami a obilím Mechanické vlastnosti pelet Topeniště pro spalování pelet a briket Vlastnosti briket, pelet a obilí jako paliva Vytápění štěpkou dendromasy Mechanické vlastnosti štěpky Vlastnosti štěpky jako paliva Energetické využití biomasy pomocí anaerobní digesce Podmínky metanogeneze Vlhkost Anaerobie Zabránění přístupu světla Složení a kvalita bioplynu Substráty Složení substrátů Sušina a organická sušina Kofermentace organických odpadů Potenciál zužitkovatelných odpadů

3 4 Potenciál produkce OZE mikroregionu Mikulovsko Biomasa Metoda výpočtu Teoretický potenciál Dostupný potenciál Ekonomický potenciál Potenciál zastavěných ploch Potenciál ovocných sadů, parků a zahrad Potenciál luk a pastvin Vinice Lesy a plochy s dřevinami Lesy a plochy s dřevinami se zvláštním režimem péče Orná půda - vč. potenciální Potenciál orné půdy z pohledu ušlechtilých biopaliv Ostatní plochy Analýza energetického potenicálu z pohledu udržitelného hospodaření Kvantifikace a podmínky pěstování plodin potenciálně využitelných pro energetické účely v mikroregionu Mikulovsko Základní agronomická hlediska setrvalého hospodaření Požadavky na hospodaření na půdě Analýza pravidel, které by mohly být v rozporu se snahou maximalizovat využití dostupných ploch pro získávání biomasy Analýza ploch obhospodařovaných podle zásad ekologického zemědělství, v mikroregionu Mikulovsko k Energetický potenciál bioodpadu vznikajícího v Mikroregionu mikulovsko Předpokládána produkce bioodpadu v mikroregionu Popis jednotlivých druhů odpadů obsahující BRKO Popis typů zástaveb Počet obyvatel a druh zástavby Přehled o nakládání s odpady obsahující BRKO v jednotlivých obcích Výpočet produkce bioodpadu v Mikroregionu Energetický potenciál produkce Bioodpadu Vlastnosti bioodpadu jako zdroje energie Spalování nepřímá metoda

4 Kofermentace přímá metoda Možnosti energetického využití bioodpadu Spalování Závěr k energetickému využití bioodpadu Využití olejnin v termoenergetice Hořáky pro spalování rostlinných olejů Kogenerační jednotky na rostlinný olej Automatické kotle na pelety Ekonomické zhodnocení pokrutiny jako paliva Ekonomické zhodnocení pokrutin jako kosubstrátu pro anaerobní digesci Využití rostlinného oleje (RO) jako regionálně dostupného ušlechtilého paliva Současný stav využití RO z pohledu ušlechtilých biopaliv Přímé využití RO v motorech s vnitřním spalováním Jednopalivový systém Dvoupalivový systém Motory na rostlinný olej vlastnosti RO z pohledu paliv pro motory s vnitřním spalováním Parametry významné z pohledu využití RO jako přímo využívaných ušlechtilých biopaliv Koncept energeticky soběstačného zemědělského podniku Modelové varianty technologických celků pro využití OZE Varianta blokové kotelny/mikrovýtopny Investiční náklady varianty OZE Investiční náklady srovnávací varianty Návratnost investice do vytápění pomocí OZE Bod zvratu Varianta velké výtopny Investiční náklady varianty OZE...69 Celkem Investiční náklady srovnávací varianty Návratnost investice do vytápění pomocí OZE Bod zvratu Závěr Úvod

5 9.2 Přínos využití OZE pro ekonomiku spotřebitelů Modelová varianta G-centrum Modelová varianta velké výtopny Přínos využití OZE pro místní hospodářství Přínos využití OZE pro životní prostředí...74 Informační zdroje...75 Seznam tabulek...76 Seznam obrázků

6 PŘEDMLUVA Projekt Potenciál využití OZE v česko-rakouském příhraničí, možnosti, zdroje a využití OZE v mikroregionu Mikulovsko připravilo Město Mikulov s cílem zmapovat možnosti využití obnovitelných zdrojů energie pro výrobu energie a seznámit s danou problematikou širokou veřejnost. Vzhledem k zemědělskému charakteru regionu a záměru podpořit lokální ekonomiku je projekt orientován především na možnosti využití jako energetického nosiče biomasu. Projekt vychází z poznatku, že vzhledem k svému rozsahu není potenciál OZE v regionu při produkci tepla či elektrické energie na Mikulovsku takřka vůbec využit. Využití lokální produkce OZE má také významný ekonomický potenciál a vytváří příležitosti pro tvorbu nových pracovních míst na venkově. Důvodem pro tento nepříznivý stav v rámci regionu je nízká znalost problematiky a nedostatek podkladů pro počáteční investice v předmětné oblasti. To, že OZE mají své místo v energetickém mixu regionu, je patrné ze zkušeností sousedních regionů rakouského příhraničí, kde jsou s využitím OZE mnohaleté zkušenosti. Proto se město Mikulov při přípravě svého záměru analyzovat možnosti využití OZE obrátilo na město Laa an der Thaya s žádostí o spolupráci při řešení dané problematiky. V tomto příhraničním městě je provozována komunální výtopna o celkovém instalovaném tepelném výkonu 6 MW zásobující teplem zónu rodinných domů a komplex termálních lázní s hotelem. Město Laa má dlouholeté zkušenosti s využíváním OZE a vyšlo vstříc žádosti města Mikulov o spolupráci a podpořilo přípravu a realizaci projektu, jehož cílem je seznámit veřejnost s možnostmi využití OZE a výstupem studie mapující potenciál produkce a využití OZE v mikroregionu Mikulovsko. Na realizaci tohoto projektu získalo město Mikulov finanční podporu z Evropského fondu pro regionální rozvoj, Operačního programu evropská územní spolupráce Česká republika Rakousko. Na konci realizace tohoto projektu nemůže být konkrétní investice do zařízení využívající OZE. Jeho cílem je především seznámit potenciální producenty a spotřebitele OZE s problematikou tohoto oboru a ukázat, jaký je prokazatelný potenciál produkce OZE v regionu Mikulovsko včetně možností jejich konečného využití. I proto byly v průběhu realizace celého projektu, jehož výstupem je tato studie, uspořádány pro veřejnost dva semináře a exkurze do míst, kde se OZE s úspěchem využívají při výrobě tepla a elektrické energie. Při exkurzi byly jejím účastníkům představena referenční 6

7 zařízení střední zemědělské školy Tulln a komunální výtopna v partnerském městě Laa an der Thaya. Samotná studie kvalifikuje a kvantifikuje zdroje OZE v mikroregionu Mikulovsko se zaměřením na rostlinnou biomasu, jejímž zdrojem může být zemědělská produkce, lesní hospodářství, péče o krajinu a biomasa vznikající odděleným sběrem komunálního odpadu. V úvodních kapitolách studie popisuje jednotlivé typy biomasy, způsoby jejího získávání, zpracování a možného využití v energetice a dopravě. Osvětluje vazby na zákonné normy České republiky vážící se k využití OZE. Pro výpočet potenciálu produkce biomasy ve sledovaném území byly zmapovány produkční krajinné typy a byl vypočten teoretický, dostupný a ekonomický potenciál produkce a využití biomasy v regionu. Tato část studie je tím podkladem pro možné investice v oblasti využití OZE. Především zemědělští podnikatelé a lesní hospodáři zde najdou odpověď na otázku, kolik energie je možné vyprodukovat z hektaru plochy půdy/lesa a potenciální spotřebitelé zase mohou zjistit, jestli je ekonomicky smysluplné investovat do technologií využívajících OZE. Tedy jestli je v regionu takový potenciál produkce bioenergetických zdrojů (fytomasy), který by byl dlouhodobě udržitelný a dokázal zásobovat jejich zařízení palivem. Proto jsou v závěru studie modelové příklady výtopen lokalizovaných v Mikulově. Jednoduchým přiřazením typu biomasy, která odpovídá typu pozemku, je možné zjistit, jestli je v okolí Mikulova dostatečná produkce pro zásobování takových odběratelů. A odpověď zní ano. Pro první konkrétní investici je nyní důležité vytvořit partnerský systém fungující v Rakousku, který zajistí producentům OZE dlouhodobou spotřebu jejich produkce paliva a provozovatelům výtopen na biomasu její pravidelný a garantovaný přísun. Zásadní otázka potenciálu pro získávání biomasy a to ať odpadní či primárně pěstované a její následné ekonomicky efektivní spotřeby přímo v regionu byla zodpovězena studií se závěrem, že je na Mikulovsku dostatečný a ekonomicky využitelný. 7

8 1 ÚVOD 1.1 Pojem obnovitelné zdroje energie (OZE) Současná společnost využívá pro krytí svých energetických nároků především fosilní paliva, která vznikala v geologickém vývoji Země po dobu mnoha set milionů let a během takřka dvou set let je dokázala ze značné míry vyčerpat. Je tedy morálně vhodné a vzhledem k tenčícím se zásobám fosilních paliv i nutné hledat alternativní zdroje energie. Slunce představuje nevyčerpatelný zdroj energie, jeho přímé využití je nicméně problematické vzhledem k jeho nerovnoměrně využitelnému výkonu v čase (energie větru, přímá přeměna světelné energie na elektrickou). Lze však využít přírodního akumulačního procesu sluneční energie, kterým je fotosyntéza. Z organické hmoty vzniklé fotosyntézou lze získávat transformovanou energii Slunce právě v potřebné době a na místě spotřeby. Právě proto bude tato práce zaměřena především na produkci a využití energie z biomasy. Biomasa není tedy, doslova vzato, obnovitelným zdrojem energie (OZE), ale přesněji řečeno obnovitelným nosičem energie Slunce. Jejím základním kladem je, mimo nevyčerpatelnosti, uzavřený cyklus prvků a sloučením při spalování a pěstování. Jedná se především o uzavřený cyklus skleníkového plynu CO2, který rostliny při fotosyntéze fixují z atmosféry a využívají pro stavbu svých těl a při jejich spálení se jeho stejné množství vrací do atmosféry. Mluvíme o takzvané CO2 neutralitě.. To samo o sobě je velkým kladem pro OZE. CO2 neutralitu popisuje obr. č. 1. Obr. č. 1: Koloběh látek při energetickém využití biomasy 8

9 1.2 Přínos využití biomasy Biomasa je zdroj obnovitelný tzn. při racionálním využívání nevyčerpatelný; známe a dostupné zásoby fosilních paliv a uranu se pohybují v desítkách let, kromě uhlí, které se odhaduje na 15 2 let. Využívání biomasy přispívá k rozvoji zemědělských oblastí hlavně lepším využitím pracovní síly a zemědělské techniky a posílením místní ekonomiky, tedy peníze za energii zůstávají v regionu, přicházejí investice do nových technologií. 1.3 Biomasa tradiční energetický zdroj České země mají poměrně dlouhou tradici využívání různých forem biomasy k produkci tepelné energie. Největšího rozsahu nabylo u nás využívání biomasy pro energetické účely ještě před nástupem spalovacích motorů do zemědělství. Hlavním zdrojem paliva byla zemědělská půda, která pokrývá přes polovinu rozlohy státu. Tehdy byla až třetina produkce obilnin (zejména ovsa) zkrmena hospodářskými, především tažnými, zvířaty a ta ji přeměnila na energii kinetickou. Přibližně v období první republiky, kdy tažných zvířat s uplatněním zemědělské mechanizace ubývalo, nastal problém, který je aktuální dodnes: Jak efektivně využít zemědělskou půdu v méně úrodných oblastech, na níž se dříve pěstovaly krmné (energetické) plodiny? Hledaly se nové zemědělské plodiny a nová využití plodin tradičních, například u nás existoval dotační program, který podporoval pěstování brambor pro výrobu lihu na Českomoravské vrchovině. Na trhu s kapalnými palivy se vyskytovalo několik směsí využívajících biolíh. Není bez zajímavosti, že přibližně stejná rozloha zemědělské půdy je v současnosti považována za půdy s nižším produkčním potenciálem a na její obhospodařování jsou vynakládány značné finanční prostředky formou dotací. [1] Jestliže za produkční potenciál půdy budeme považovat ekonomičnost jejího využití při obhospodařování, narazíme dnes na problém vyvolaný nízkými výkupními cenami všech zemědělských komodit, které do půd s nižším produkčním potenciálem zařadí i vysoce kvalitní půdy. Zemědělský sektor každoročně řeší problém vlastní ekonomiky potravinářské produkce a přesun části zemědělských ploch zpět k produkci biopaliv, dnes nikoliv ovsa pro tažná zvířata, ale například vlastní produkce ušlechtilých biopaliv částečně nahrazujících benzín a naftu, bude do budoucna ekonomickou nezbytností zemědělských podniků. 9

10 1.4 Energetická politika ČR Současná energetická politika ČR předpokládá zvýšení podílu obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě primárních energetických zdrojů (PEZ) na 8,9 v roce 21 a přibližně 15,7 % v roce 23. Biomasa by měla pokrývat přibližně 75 % tohoto podílu. V roce 26 však činil podíl energie z obnovitelných zdrojů zhruba jen 4,3 %, z čehož biomasa pokrývala jednu čtvrtinu. Indikativní cíle stanovené Evropskou komisí na nás kladou podíl na spotřebě energie z obnovitelných zdrojů až 15 % do roku 215. Pro dosažení těchto cílů bude muset být do budoucna zajištěna cílená podpora pěstování a zpracování biomasy. Například zakládání porostů energetických vytrvalých bylin a rychle rostoucí dřeviny na zemědělské půdě a další. [1] Využití OZE v rámci Jihomoravského kraje řeší Územní energetická koncepce Jihomoravského kraje a Program rozvoje Jihomoravského kraje v kapitole E.4: Podpora energetických úspor a zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie. Bohužel Jihomoravský kraj nedisponuje v současné době ekonomickými nástroji, kterými by mohl podpořit využívání obnovitelných zdrojů energie. 1

11 2 MOŽNOSTI VYUŽITÍ BIOMASY JAKO OZE Podle způsobu získávání biomasy lze zdroje rozdělit na účelově pěstovanou biomasu a na biomasu odpadní. Mezi odpadní biomasu se nejčastěji řadí dřevní odpad (oklest, piliny, odřezky, kůra apod.), zbytky ze zemědělské produkce (sláma z obilovin, z kukuřice či z olejnin) a odpad z údržby veřejné zeleně. Dále je zde možné zahrnout kaly z ČOV nebo pevný domovní odpad, jenž obsahuje značný podíl organické složky. Účelově pěstovanou biomasu lze rozčlenit na lignocelulózové plodiny, olejnaté plodiny a škrobno-cukernaté plodiny. Přehled energetických plodin vhodných pro klimatické podmínky ČR je uveden v tab. č.: 1 Tab č. 1: Energetické plodiny vhodné pro ČR Lignocelulózové Dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty) Obiloviny (celé rostliny) Travní porosty (sloní tráva, chrastice, trvalé travní porosty) Ostatní rostliny (konopí seté, čirok, křídlatka, šťovík krmný, sléz topolovka) Olejnaté Řepka olejka, slunečnice, len, dýně na semeno Škrobno-cukernaté Brambory, cukrová řepa, obilí (zrno), topinambur, cukrová třtina, kukuřice 2.1 Primární pěstování x využití zbytkové (odpadní) biomasy Z tab. č. 2 je patrné, že i přes značný potenciál primárního pěstování biomasy v ČR, je stále pro výrobu energie v největší míře využívaná biomasa odpadní, ačkoliv dle šetření ČSÚ z roku 25 (poslední dohledatelné hodnověrné údaje) ha zemědělské půdy leží ladem. 11

12 Tab. č. 2: Energetické využití biomasy v roce 26 [t] Na výrobu Palivo Na výrobu tepla elektřiny Dřevní odp., štěpka, piliny atd. Palivové dřevo Rostlinné materiály Brikety a pelety Celulózové výluhy Celkem Odhad spotřeby dřeva v domácnostech Vývoz biomasy vhodné k energetickým účelům Celkem energeticky využitá, či vyvezená biomasa Celkem Česká republika má tedy značné rezervy ve využití potenciálu biomasy a při vhodně nastavené podpoře OZE v jednotlivých krajích, je schopna je využít a tím snížit svoji závislost na vnějších dodavatelích energetických surovin. 2.2 Vytápění slámou a prýtem účelově pěstovaných bylin Sláma obilnin i prýt (nadzemní část rostliny) účelové pěstovaných jednoděložných a dvouděložných bylin představuje v současné době velmi lehce dostupný nosič energie, jehož agrotechnika i sklizeň je dobře zvládnutá konvenčními technologiemi. Vytápění jinak nezpracovanou slámou je ideální jako centrální, vzhledem k charakteru slámy (velká objemová hmotnost, drobivé balíky) nelze uvažovat alternativu lokálních zdrojů tepla. Slámu je možné upravit lisováním na brikety či menší pelety, které je možné využít i v lokálních topeništích rodinných domů, ovšem za cenu energie vloženou do výroby briket a pelet Využití druhotné produkce zemědělské biomasy Mimo slámy obilnin, která bývá v 6 procentech případů nevyužitá a stává se de facto odpadem, lze využít i jiné druhy rostlin, které mohou být pěstovány buď jen pro slámu, nebo pro tzv. komplexní, nebo též kombinovanou sklizeň, která například u konopí setého zahrnuje posečení vrcholové části stonků a využití olejnatých semen, poté posečení nadzemních částí rostlin 2 cm nad zemí a jejich tírenské zpracování a následné využití pro textilní průmysl a až pazdeří, které se již dvakrát stalo odpadem 12

13 poprvé jako součást slámy po zisku olejnatých semen, podruhé po vytření koudele může být variantně po slisování do briket, pelet, nebo balíků využito energeticky Vhodné plodiny pro účelové pěstování slámy pro energetické využití V současné době se jeví jako vhodné, a jsou již dokonce podporovány dotačními tituly Ministerstva zemědělství ČR, pěstování těchto plodin na orné půdě pro energetické využití [2] 1. Jednoleté až dvouleté: a. laskavec Amaranthus L. b. konopí seté Cannabis sativa L. c. světlice barvířská Carthamus tinctorius d. sléz přeslenitý (krmný) Malva verticillata e. komonice bílá (jednoletá až dvouletá) Melilotus alba f. pupalka dvouletá Oenothera biennis g. hořčice sarepská Barsica juncea Víceleté a vytrvalé (dvouděložné) h. mužák prorostlý Silphium perfoliatum L. i. jestřabina východní Galega orientalis j. topinambur Helianthus tuberosus L. k. čičorka pestrá Coronilla varia L. l. šťovík krmný Rumex tianshanicus x Rumex patientia m. sléz vytrvalý Kitaibelia n. oman pravý Inula helenium L. o. bělotrn kulatohlavý Echinops sphaerocephalus Energetické trávy p. sveřep bezbranný Bromus inermis Leyss. (odrůda Tribun ) q. sveřep horský (samužníkovitý) Bromus carharticus Vahl. (odrůda Tacit) r. psineček veliký Agrostis gigantea L. s. lesknice (chrastice) rákosovitá Phalaris arundinacea L. t. kostřava rákosovitá Festuca arundinacea u. ovsík vyvýšený Arrehenatherum elatius v. ozdobnice čínská (sloní tráva) Miscanthus sinensis 13

14 Agrotechnika, výnosy i mechanizace sklizně je detailně popsána v dostupné literatuře, například kolektivem autorů vydaná publikace Energetické plodiny. Citace? Mechanické úpravy slámy pro energetické využití Pro zvýšení měrné hmotnosti a snadnější manipulaci a logistiku bývá sláma lisována do balíků, které se liší svým tvarem a velikostí. Takto upravená sláma je vhodná jako palivo do zdrojů centrálního vytápění. Progresivněji lze lisovat slámu do briket, či pelet. Ke tvorbě briket či pelet dochází při lisování materiálu vhodné zrnitosti za vysokého tlaku a teploty, kdy lignin obsažený v pletivech plastifikuje a přejímá funkci pojiva. Přitom dochází k objemové redukci vstupního materiálu v poměru cca 12:1. Základní vlastnosti jednotlivých mechanických úprav slámy prezentuje tab. č. 3 Tab. č. 3: Vlastnosti slamnatých paliv PALIVA MĚRNÁ HMOTNOST ZPŮSOB HMOTNOST KUSU MANIPULACE (kg/kus), 5 mechanicky ručně i mechanicky lisování standardní Vysokotlaké balíky ručně i mechanicky lisování standardní Obří balíky válcové Obří balíky kvádrové Brikety ze slámy Pelety, granule ze 35 4,5-1,1 jen mechanicky jen mechanicky ručně i mechanicky ručně i mechanicky Sláma řezaná Nízkotlaké (kg/m3) 4-6 balíky slámy Zdroj: Stavební tabulky TZB - vytápění, ISBN Vlastnosti slámy jako paliva Nejdostupnější a také nejpoužívanější slámou pro energetické účely je sláma obilná, avšak využitelná je také sláma vznikající při sklizni řepky a dalších stébelnatých zemědělských i účelově pěstovaných plodin Výhřevnost obilné slámy je při 2% vlhkosti 15,5 MJ/kg. Druhové odlišnosti bývají do deseti procent ucelené hodnoty výhřevnosti. U řepkové slámy se při obsahu vody % pohybuje výhřevnost v rozmezí MJ/kg, obsah popele 3 1 % a teplota měknutí popele je 75 C. 14

15 2.2.5 Cena slámy jako paliva Cena slámy se odvíjí od hodnoty, kterou má pro zemědělské podnikatele. Významnou část tvoří také samozřejmě náklady na její slisování, dopravu viz. tab. č. 5, naskladnění a manipulaci, následnou dopravu, režie podniku a zisk. Cenu slámy při rozličných variantách její zemědělské hodnoty prezentuje tab. č. 4. Tab. č. 4: Cena energetické slámy Kč/t: hodnota nákl. nákl. slámy lis doprava cena naskladnění vyskladnění manipulace Zdroj: ISSN [3]. doprav nákladová podniková 1% a cena režie 4 % zisk Vzhledem k nízké měrné hmotnosti slámy - i slisované do obřích vysokotlakých balíků - hraje v problematice jejího využití jako paliva významnou úlohu cena dopravy. Náklady na dopravu uvádí níže uvedená tabulka V níže uvedených kalkulacích je uvažováno s dopravou do vzdálenosti 1 km. 15

16 Tab. č. 5: Náklady na dopravu balíkované slámy Sazba v Kč.t-1 za tarifní pásmo dle tonáže, bez DPH do 4 t do 9 t do 12 t do 24 t Zdroj: ISSN [3]. Tarifní pásmo (km) Topeniště pro spalování slámy Velká topeniště na slámu bývají vybavena rozdružovači balíků, což znamená, že mohou pracovat plně automaticky, nevyžadují obsluhu pro přikládání a mohou spalovat různě velké a tvarované balíky slámy. Malá topeniště je možno provozovat na slámu přikládáním celých malých balíků (o hmotnosti od 5 do 15 kg), což ovšem mimo ruční obsluhy vede i ke zhoršení emisní bilance a efektivity kotle, kdy do něj bývá přikládáno velké množství paliva s velkým obsahem prchlavé hořlaviny v jedné dávce a dále je regulován již jen škrcením přívodu spalovacího vzduchu. 2.3 Výtápění briketami, peletami a obilím V následující kapitole budou popsány možnosti a perspektivy využití fyzikálních transformací biomasy do pelet, či briket. Účelem briketování, respektive peletování je převedení biomasy do normovaného tvaru a usnadnění automatizace spalovacích zařízení a samozřejmě také zvýšení měrné hmotnosti, které je důležité pro snižování nákladů na dopravu. 16

17 Pro peletování, či briketování (odlišnosti jsou pouze v technologii výroby a velikosti výrobků - u pelet výrazně menší rozměr) je nutné biomasu získanou sklizní rostlin (slámu, nadzemní části účelově pěstovaných rostlin, dendromasa) nejprve rozdrtit a poté přivést na peletovací, respektive briketovací linku. Technologie briketování a peletování nicméně umožňuje také využití odpadní biomasy (především pilin, hoblin i dalších odpadů nejen z dřevozpracujícího průmyslu), která se bez mechanických úprav spaluje jen těžko. Aktuálním problémem je spalování obilí a bude diskutováno právě v této kapitole vzhledem ke konstrukčním podobnostem kotlů. Na trhu jsou již dostupné kotle spalující jak pelety, či alternativní pelety (z bylinné biomasy), tak obilí. V zahraničí bývá obilí často nazýváno přírodními peletami ( Naturpelets ). Zajímavá alternativa je rovněž spalování pokrutiny olejnin, která vzniká jako odpadní produkt při lisování olejnin a v závislosti na technologii výroby obsahuje ještě 7 a 15 % zbytkového tuku o výhřevnosti 39 MJ/kg. Pokrutina má tvar podobný peletám a je možné ji spalovat ve směsích s peletami ze slámy, prýtů účelově pěstovaných bylin nebo dřevin včetně dřevní štěpky. Pokrutina olejnin má výhřevnost srovnatelnou s obilím. V současné době je využíváno pokrutiny olejnin pro krmivářský průmysl, je jí již nyní na trhu nadbytek a v případě vyšší produkce rostlinných olejů pro energetiku lze předpokládat významný převis nabídky nad poptávkou na trhu s pokrutinou. 17

18 2.3.1 Mechanické vlastnosti pelet Jednou z hlavních předností pelet je jejich zaručený rozměr a vysoká měrná hmotnost, Mechanické vlastnosti pelet prezentuje tab. č. 6. Tab. č. 6:Vlastnosti peletovaných a briketovaných paliv PALIVA Brikety ze slámy Pelety, granule MĚRNÁ HMOTNOST ZPŮSOB HMOTNOST KUSU MANIPULACE (kg/kus),5-1,1 ručně i mechanicky ručně i mechanicky (kg/m3) 35-6 ze 3-55 slámy Brikety pazdeří 35-6,1 Brikety dřevní Pelety, granule dřevní 45-65,2 Zdroj: Stavební tabulky TZB - vytápění, ISBN ručně i mechanicky ručně i mechanicky mechanicky Topeniště pro spalování pelet a briket Jak již bylo uvedeno, na trhu je dostupná celá škála spalovacích zařízení pro spalování pelet, briket, i obilí. Jejich výhodou je, že jsou dodávány i pro velmi malé jmenovité tepelné výkony (25 kw) a jejich automatizace je při použití dvou šnekových dopravníků pro podávání paliva a jednoho pro odpopelnění vyřešena. To s sebou nese snadné řešení plynulé dodávky paliva v závislosti na požadovaném tepelném výkonu a tedy i uspokojivý průběh termické účinnosti. Kotle o jmenovitém tepelném výkonu okolo 25 kw mohou být provozovány bez větších problémů při výkonu asi 7 kw. Svým komfortem je v současné době spalování pelet i v malých topeništích srovnatelné s plynovými kotelnami Vlastnosti briket, pelet a obilí jako paliva Výhřevnost briket a pelet se odvíjí od použitého výchozího materiálu, nicméně se poněkud zvýší odpařením vody v průběhu lisování. U dřevěných briket je to 17,5 MJ/kg, což je u jiných forem dřevní hmoty (špalky, štěpka) stěží dosažitelná hodnota. Veškeré další vlastnosti briket a pelet případných pro spalování závisí pouze na výchozí surovině (měknutí popele, prchlavá hořlavina,,). Obilí dosahuje nepatrně vyšší výhřevnosti ve srovnání s dřevěnými peletami, nejsou problémy s jeho vlhkostí a technologie pro jeho výrobu, sklizeň a manipulaci jsou již 18

19 velmi dobře zvládnuté, za staletí potravinářské produkce. Současný stav zemědělské politiky vede k tomu, že se cena za jednotku tepla získanou spálením obilí opravdu stává konkurenceschopnou ceně konvenčních paliv a je otázkou širší, možná i morální diskuze, zda lze tento stav považovat za správný, když obilí obsahuje mimo energie množství látek, které lze zhodnotit i jinou formou než spalováním. Tyto složky obilní hmoty naopak způsobují problémy při spalování - úplnou oxidací bílkovin vznikají oxidy dusíku, chloridy obsažené v obilní hmotě působí při spalování agresivně na stěny kotle a ten pak musí být speciálně upraven atd. 2.4 Vytápění štěpkou dendromasy Štěpka dendromasy představuje další snadno normalizovatelný obnovitelný nosič energie a umožňuje využití jak účelově pěstovaných dřevin na lesní, či orné půdě nízké bonity, tak také využití odpadní dendromasy vzniklé při výchovné a obnovné těžbě dřevní hmoty v lesních porostech, využití starého dříví, odpadního průmyslového dříví a využití odpadní dendromasy vzniklé při údržbě krajinné či městské zeleně a hospodářských dřevin. V našem regionu připadá v úvahu především využití ořezu vinic vznikajícím při každoročním řezu. Technologie pro štěpkování dendromasy jsou sice relativně mladé (v porovnání s pěstebními technologiemi obilnin), ale již zvládnuté a na trhu jsou dostupné velikosti štěpkovačů od hobby nářadí pro zahrádkáře po stroje o výkonnostech řádově stovek kubických metrů štěpky za hodinu schopných zpracovávat kmeny o průměru jeden metr i více Mechanické vlastnosti štěpky Z obnovitelných paliv se svou měrnou hmotností podobá štěpka nejvíce slisované slámě, což poněkud komplikuje její logistiku a skladování. Mechanické vlastnosti štěpky podrobně popisuje tab. č

20 Tab. č. 7: Vlastnosti štěpky PALIVA MĚRNÁ HMOTNOST ZPŮSOB HMOTNOST KUSU MANIPULACE (kg/m3) (kg/kus) štěpka dendromasy 18-26,2-,1 Zdroj: Stavební tabulky TZB - vytápění, ISBN mechanicky Vlastnosti štěpky jako paliva Štěpka získaná z čerstvé, neproschlé, dendromasy je charakteristická značnou vlhkostí a její skladování je poněkud problematické - bývá degradována mikroorganismy a napadána plísněmi. To lze vyřešit zbudováním sušárny, kde probíhá sušení samovolným odpařováním vody na vzduchu a bývá intenzifikováno převrstvováním vhodným manipulačním prostředkem. Zařazení této operace má i pozitivní vliv na zvýšení výhřevnosti paliva vlivem snížení vlhkosti. Štěpku lze získávat též ze dřevní hmoty, která proschla volným prouděním vzduchu v lesním, nebo polním meziskladu po dobu jednoho až dvou let pod širým nebem. Právě štěpka získaná z dendromasy skladované po jeden rok mívá relativní vlhkost okolo 3 % a výhřevnost asi 12,2 MJ na kg. Detailní vliv vlhkosti štěpky na její výhřevnost uvádí tab. č. 8. U štěpky se při obsahu vody 2 55 % pohybuje výhřevnost v rozmezí 5-13 MJ/kg, obsah popele je,5 2 % a teplota měknutí popele je asi 9 C. Tab. č. 8:Vliv obsahu vody na vlastnosti štěpky Druh paliva Obsah vody Výhřevnost Objemová hmotnost [%] [MJ/kg] volně ložená Dřevní štěpka 1 16,4 2 14, ,18 4 1,1 Vzhledem k relativně nízké měrné hmotnosti štěpky štěpka[kg/m3] hraje v problematice jejího využití jako paliva významnou úlohu cena dopravy. Vzhledem k rozloze mikroregionu a tím předpokládaným přepravním vzdálenostem lze dopravu štěpky za méně významnou veličinu Topeniště pro spalování štěpky 2 však považovat hodnotu ceny za

21 Topeniště pro spalování štěpky bývají vždy vybavena mechanizovaným plněním, což usnadňuje jejich automatizaci. Zpravidla se jedná o kotle nad 9 kw jmenovitého tepelného výkonu a umožňující spalovat štěpku až do vlhkosti 5 % a ostatní biomasu v podobě pilin, hoblin, ale třeba i sena, či slámy. V krajních případech bývá doporučováno použít jako stabilizačního paliva pelety. 21

22 3 ENERGETICKÉ VYUŽITÍ BIOMASY POMOCÍ ANAEROBNÍ DIGESCE Anaerobní digesce probíhá v bioplynových stanicích (BPS). Bioplynové stanice umožňují zpracovávat organickou hmoty o nízkém podílu sušiny. Proces anaerobní digesce se nastartuje zahřátím bioreaktoru na požadovanou teplotu za nepřístupu vzduchu. Tím se nastartuje produkce bioplynu pomocí metanogenních bakterií. Bioplyn lze s výhodou spalovat v kogeneračních jednotkách, které vedle elektřiny produkují teplo. To se posléze využívá jednak jako technologické pro pro ohřev bioreaktoru, dále jej lze využít pro vytápění budov. V bioplynové stanici lze zpracovávat kejdu, chlévskou mrvu, kukuřičnou siláž, bioodpad a další organickou hmotu. Pro správnou funkci bioreaktoru je třeba zajistit kvalitativně i kvantitativně stabilní přísun biomasy. Bioodpad lze tedy použít pouze jako kosubstrát, nelze budovat bioplynové stanice pouze na bioodpad především z důvodu citlivosti bionického procesu na variabilitu složení receptury, která je z podstaty variability složení a objemu produkce bioodpadu v čase enormní. 3.1 Podmínky metanogeneze Vlhkost Metanové bakterie mohou být metabolicky aktivní a dělit se jen v substrátu o vlhkosti vyšší než 5 %. Na rozdíl od aerobních bakterií, kvasinek a hub nemohou žít v pevném substrátu Anaerobie Metanové bakterie jsou striktně anaerobní. Je-li v substrátu přítomen kyslík, jako například v čerstvé kejdě, musejí ho aerobní bakterie nejprve spotřebovat. K tomu dochází v první fázi bioplynového procesu. Nepatrné množství kyslíku, jaké vzniká z cíleného provzdušňování při odsíření, však neškodí Zabránění přístupu světla Světlo sice bakterie neničí, ale snižuje jejich metabolickou aktivitu. Zabránit přístupu světla je nicméně technicky velmi snadné. 22

23 3.2 Složení a kvalita bioplynu Kvalita bioplynu je určována především poměrem hořlavého metanu (CH4), k balastnímu oxidu uhličitému (CO2). Oxid uhličitý zřeďuje bioplyn a zapříčiňuje vznik nákladů především při skladování plynu. Proto je nutné usilovat o co nejvyšší obsah metanu a co nejmenší obsah oxidu uhličitého. Jako obvykle dosažitelný obsah metanu literatura uvádí 5 75 %. Přitom se zpravidla obsah oxidu uhličitého měří Brigonovým přístrojem a po odečtení malého množství zbytkových plynů se početně stanoví obsah CH4. Obsah metanu v bioplynu závisí především na těchto kriteriích: a) průběh procesu Zatímco u jednostupňových bioplynových stanic probíhá celý anaerobní rozklad v jednom fermentoru, tedy v jednom stupni a veškerý získaný plyn je proto smíšený plyn, u dvoustupňových zařízení probíhá výroba bioplynu ve dvou stupních. Plyn vyrobený v 1. stupni obsahuje vysoký podíl oxidu uhličitého a jiných plynů, které nejsou energeticky využitelné a proto se již v této fázi odvádějí. Plyn vyvíjející se ve 2. stupni pak obsahuje vysoký podíl metanu, který může činit i více než 8 %. b) skladba živin v substrátu Množství a kvalita vyrobeného bioplynu závisí na množství a složení dodaného substrátu. (viz. tab. č. 9) Z látek bohatých na bílkoviny a sacharidy se vyrobí mnohem méně plynu než z látek bohatých na tuky. Proteiny a tuky způsobují vyšší obsah metanu. U substrátů bohatých na sacharidy, například hovězí kejdu, kukuřice atd. je kvalita plynu horší. Tab. č. 9: Výnos plynu základních složek substrátu Látka Proteiny Tuky Sacharidy Výnos plynu [m3kg-1],7 1,25,79 Obsah metanu [%] c) teplota substrátu Literatura uvádí [4], že při teplé a horké fermentaci je obsah metanu nižší, než při procesech o nižších teplotách. Tento jev lze vysvětlit rozdílnou rozpustností, tudíž i rozdílnou produkcí plynného CO2. Čím vyšší je produkce CO2, tím menší je procentní podíl CH4 v bioplynu. 23

24 Pro ekonomiku provozu bioplynové stanice je obsah metanu určujícím faktorem. Při posuzovaní určitého zařízení, či substrátu, je proto nutné zohlednit nejen množství vyrobeného plynu, ale především obsah methanu. 3.3 Substráty Složení substrátů Složení kejdy a hnoje je závislé především na druhu zvířat, jejich využití, způsobu ustájení a intenzitě chovu. Z toho vyplývající faktory jsou typ krmení, ztráty způsobené odpařováním čpavku a vody, přítomnost podestýlky, zbytků krmiva, srážkové vody a vod používaných pro čištění Sušina a organická sušina Nápadné jsou velké rozdíly mezi hovězí a prasečí kejdou a slepičím trusem, jakož i enormní šíře kolísání jednotlivých hodnot. Přesto lze zásadně konstatovat: Prasečí kejda má nízký obsah sušiny, hovězí střední, slepičí trus vysoký. To je dáno pískem a hlínou v trusu, což pak vytváří usazeniny ve fermentoru, nebo skladovací nádrži. 3.4 Kofermentace organických odpadů Pojem kofermentace označuje fermentaci základního substrátu, kterým je nejčastěji kejda, nebo chlévská mrva, spolu s organickými látkami, které nevznikají v živočišné výrobě. Tedy samozřejmě i vedlejší produkty z výroby rostlinných olejů, které nejsou odpady v pravém slova smyslu. Pro stručnost bude ale nadále používán termín odpady. Jako kosubstráty připadají v úvahu: zbytky z rostlinné výroby, odpady ze zpracování a výkrmu, rostliny pěstované pro anaerobní digesci, biologicky rozložitelný komunální odpad. Díky kofermentaci, tj. zužitkování organických zbytků, odpadů a vedlejších produktů v bioplynových stanicích, vzniká zajímavá kombinace odpadového a energetického hospodářství, neboť z odpadů je získávána elektrická energie a teplo. Dosavadní způsoby likvidace, respektive zužitkování organických odpadů z výroby krmiv, potravin a získávání základních surovin pro kosmetický průmysl, nehledě na skládkování, dosáhly hranice možnosti využití. V současné době je k dispozici několik metod 24

25 anaerobní digesce organických odpadů. Jelikož se touto cestou získává nosič energie, má tato technologie oproti kompostování jednoznačné výhody. Porovnání s kompostováním kromě toho ukazuje, že aerobní a anaerobní technologie se technicky, ekonomicky a ekologicky vhodně doplňují. Výzkumy zabývající se problematikou zpracování těchto na energie a živiny bohatých odpadů spolu s kejdou v zemědělských bioplynových stanicích započaly již před více než 4 lety. Informace o možnostech využití různých zkoumaných postupů v praxi jsou již k dispozici. Absence prověřených technik, chybějící ekonomické pobídky a slabý politický tlak při vytváření koncepcí zpracování odpadů však patřili k důvodům, pro které tato alternativa nenašla tehdy větší uplatnění. Nové ekonomické pobídky přinesl zákon č. 18/25 Sb. o podpoře výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie, který zaručil stabilní podnikatelské prostředí v podobě povinnosti distributora vykoupit elektrickou energii a zákonem garantované výkupní ceny zelené elektřiny. Zemědělské bioplynové stanice se nezajímají o zpracování vysoce znečištěných průmyslových vod, nýbrž hledají možnosti odběru kašovitých až pevných metanogeních odpadů z domácností, agrárních a potravinářských provozů jakož i odpadů vznikajících v rámci péče o krajinu. Mnohé z těchto odpadů jako trávníková seč, výpalky, pokrutiny, ovocná dřeň, zmrzlina, marmelády, tuky a masné výrobky kvůli vysoké koncentraci a nevhodné materiálové struktuře nejsou vhodné pro kompostování. Infekční, nebo škodlivinami nadměrně zatížený materiál nesmí být používán ani v bioreaktorech BPS Potenciál zužitkovatelných odpadů Odpady z agrární a potravinářské výroby byly dlouho nazývány jen jako materiál vyžadující odstranění, ne jako vysoce hodnotné vedlejší produkty, zvané také druhotné suroviny. Velké množství odpadů vzniká v důsledku vysokých požadavků na kvalitu hlavního produktu, rozmanitosti druhů a velkého počtu receptur. S rozvojem využívání biopaliv v dopravě lze očekávat, enormní nárůst produkce těchto energetických nosičů (především pokrutiny vznikající při lisování olejnin). Právě vhodné energetické využití těchto vedlejších produktů významně změní posouzení životního cyklu biopaliv jako obnovitelných zdrojů energie a jejich opodstatněnost sociální, ekonomická i environmentální bude výrazně vyšší. 25

26 4 POTENCIÁL PRODUKCE OZE MIKROREGIONU MIKULOVSKO Pro využití nosičů OZE je klíčovým faktorem znalost jejich energetického potenciálu. Následující kapitola podrobně informuje o energetickém potenciálu produkce biomasy, jakožto klíčového zdroje nosiče obnovitelné energie ve zkoumaném území, kterým je v tomto případě mikroregion Mikulovsko. Potenciál větru a slunečního svitu je v rámci této rozvojové studie dostatečně popsán pomocí zmapování území. (Viz. obr. č. 3). Následující kapitola má za cíl poskytnout případným zájemcům o investice v oblasti výroby, či využití OZE určité vodítko problematikou a představením toho, co vše je možné jak v oblasti pěstování, tak zpracování a konečného využití biomasy jako zdroje energie, především tepelné. 4.1 Biomasa Metoda výpočtu Území bylo rozděleno na jednotlivé produkční typy dle rozdělení mikroregionu na plochy podle převažujícího krajinného pokryvu do sedmi základních typů. (viz. obr. č. 2) Kategorie byly vytvořeny na datovém podkladě ZBAGED 1 v kombinaci s daty OPRL ÚHUL. Pro všechny kategorie byl proveden výpočet plochy v prostředí ArcGIS 9.2 a dále vyjádřeno procentické zastoupení ploch jednotlivých typů krajinných pokryvů. Pro kategorii lesy a plochy s dřevinami byla dopočítána poměrná část plochy této kategorie, která se zároveň nachází v maloplošném zvláště chráněném území. Zde je orgány ochrany přírody kladen požadavek na ponechání cca 1 15 % dřevní hmoty na místě, a proto figurují v tabulce jako lesy a plochy s dřevinami se zvláštním režimem péče. Jednotlivým produkčním typům byl přiřazen potenciál produkce biomasy na jednotku plochy a tyto potenciály byly dále rozlišeny na teoretický, dostupný a ekonomický potenciál: 26

27 4.1.2 Teoretický potenciál Vyjadřuje potenciál produkce biomasy v případě, kdy by byla všechna produkovaná biomasa vytěžena a využita. Nezohledňuje tedy technologické ani ekonomické okolní podmínky. Zjednodušeně lze uvést, že zahrnuje například veškerou produkci biomasy v lese, tedy i na polohách, které jsou pro techniku nedostupné, ale třeba také včetně těch nejmenších větví, které samozřejmě nelze nikdy vytěžit a to jak z pohledu pracnosti těžby, tak z pohledu ochrany příslušného půdního fondu. V rámci tohoto potenciálu byla ale zahrnuta současná známá produkce biomasy, nebylo počítáno možnými budoucími výnosy plodin, které buď nejsou výnosově zcela prověřeny, či které jsou v našich geografických podmínkách považovány za invazivní a z hlediska ochrany přírody je není možné využít při pěstování biomasy Dostupný potenciál Představuje produkci, která je pomocí současných technologií a technik snadno využitelná, ale nezohledňuje její ekonomickou efektivitu. Na příkladu lze třeba uvést kukuřičnou slámu, kterou lze využít pro výrobu paliva (peletovaného, lisovaného), ale vzhledem k náročnosti podmínek pěstování kukuřice technologií kukuřičné slámy to zatím není v regionu Mikulovsko ekonomicky efektivní. Dostupný potenciál je také ten, který je ekologicko-technicky trvale udržitelný. Zohledňuje tedy všechny ekologické, agrotechnické a pedologické aspekty včetně zajištění koloběhu živin a organických látek v půdě Ekonomický potenciál Je zásadním vodítkem pro budoucí investice v oblasti využití biomasy jako obnovitelného zdroje energie v regionu. Představuje jakousi třešničku na dortu zmapovaného potenciálu OZE a uvádí, do jaké míry lze za současných technických a ekonomických podmínek realizovat projekty v oblasti OZE. Ekonomické podmínky zahrnují i současnou podporu OZE, na kterou je právní nárok, tedy zejména zákon č.18/25 o podpoře výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů energie. Do ekonomických podmínek ekonomického potenciálu nebyly zahrnuty nenárokové podpory, tedy například v rámci Operačního programu životního prostředí, či Programu rozvoje venkova nebo možnosti realizace investičních projektů v rámci programu Přeshraniční spolupráce ČR-Rakousko, nebo ČR-Slovensko, které jsou pro Mikulovsko 27

28 dostupné. Tyto podpory vyžadují konkrétní a aktuální rozbor pro jednotlivé lokality a pro účely obecného dokumenty jsou irelevantní. 4.2 Potenciál zastavěných ploch Je kalkulován jako nulový, neboť s ním nelze počítat jako s typickým prvkem energerického zdroje v krajině. Je zřejmé, že i zastavěné plochy představují určitý potenciál produkce biomasy v podobě biodegradabilních odpadů a zelených zbytků ze zahrad, které vznikají v zastavěncýh územích. Tyto jsou podchyceny v příslušné kapitole a vzhledem k jejich specifikům je uplatněna jiná metoda výpočtu jejich energetického potenciálu. 4.3 Potenciál ovocných sadů, parků a zahrad Ovocné sady, parky a zahrady zabírají v mikroregionu Mikulovsko 11,76 km2, což představuje 4,34 % jeho rozlohy. Teoretický potenciál produkce je 21 TJ, dostupný 14 TJ a ekonomický 11 TJ. V případě ekonomického potenciálu lze hovořit o dvou zdrojích energie: Větvích a celých stromech získaných prořezávkou a obnovou sadů a parků. Ty lze poté využít v podobě štěpky ve výtopnách a teplárnách středních a velkých tepelných výkonů, nebo dále zpracovat do podoby pelet či briket, což zpřístupní jejich využití pro malá automatická topeniště budov občanské vybavenosti, či ručně přikládaná topeniště domácností. Druhý zdroj energie z tohoto krajinného typu je tráva vzniklá sečením zatravněných sadů. V případě že nebude zmulčována, ale využita v bioplynové stanici (BPS) lze ji též využít jako surovinu k produkci tepelné energie. Tento způsob využití je však vzhledem k vysoké míře distribuce v regionu, kde nepracuje žádná bioplynová stanice, na hranici ekonomické rentability. 4.4 Potenciál luk a pastvin Louky a pastviny zabírají v mikroregionu Mikulovsko 12,51 km2, což představuje 4,62 % jeho rozlohy. Teoretický potenciál tohoto krajinného typu je 15 TJ, dostupný 69 TJ a ekonomický 66 TJ Je využitelný opět jako zdroj energetické trávy pro BPS a platí pro něj obdobné co pro předchozí krajinný typ. 28

29 Jako ekonomicky použitelný se jeví ekonomický energetický potenciál 66 TJ v podobě sena určeného pro výrobu pelet. Zde však přicházejí v úvahu pouze nepodmáčené polohy a lokality, které jsou k dispozici v dostatečně velkých celcích. 4.5 Vinice Vinice zabírají v mikroregionu Mikulovsko 27,74 km2, což představuje 1,25 % jeho rozlohy. Teoretický potenciál tohoto krajinného typu je 146 TJ, dostupný 129 TJ a ekonomický 83 TJ. Enormní rozdíl mezi teoretickým, respektive dostupným a ekonomickým potenciálem je dán tím, že současné technologie neumožňují ekonomicky efektivně (bez významného nasazení ruční práce) sbírat réví vzniklé péčí o vinice z komplikovaných především svažitých poloh, kterých je v regionu ze samotného charakteru vinic značné množství. 83 TJ ekonomického potenciálu stojí již však za pozornost a při využití stávajících inovativních technologií představují významný potenciální zdroj pro výrobu štěpky utilizovatelné v topeništích na štěpku, popřípadě jako surovinu pro další zpracování na pelety či brikety. 4.6 Lesy a plochy s dřevinami Lesy a plochy dřevinami zabírají v mikroregionu Mikulovsko 31,73 km2, což představuje 11,72 % jeho rozlohy. Teoretický potenciál tohoto krajinného typu je 381 TJ, dostupný 19 TJ a ekonomický 95 TJ. Právě lesy a plochy s dřevinami představují významný potenciální zdroj hmoty pro výrobu štěpky, ať již k přímému spálení ve výše uvedených topeništích, či pro výrobu štěpky jako suroviny k dalšímu zpracování na pelety či brikety. Velmi nutno je zde zvážit reálný ekonomický potenciál, který se samozřejmě od dostupného liší zejména fakty, že dřevo a dřevní hmota je pěstována především jako surovina materiálová a druhým limitujícím faktorem je opět dostupností a přístupností jednotlivých poloh pro techniku a s tím spojená možnost sklizně oklestu při obnově lesa. Po odečtení materiálových forem využití od dostupného potenciálu a započtení dostupnosti pro techniku lze získat cca 95 TJ ročního energetického potenciálu. 29

30 4.7 Lesy a plochy s dřevinami se zvláštním režimem péče Lesy a plochy dřevinami se zvláštním režimem péče zabírají v mikroregionu Mikulovsko 6,6 km2, což představuje 2,24 % jeho rozlohy. Teoretický potenciál tohoto krajinného typu je 73 TJ, dostupný 36 TJ a ekonomický 18 TJ. Pro tyto plochy platí obdobně poznámky uvedené v kapitole lesy a plochy s dřevinami s tím, že dle příslušného plánu péče je nutné 1 až 15 % dřevní hmoty ponechat v porostu. Tento fakt již však zohledňuje i u výše uvedeného rozdíl mezi teoretickým a dostupným potenciálem a proto se tyto plochy ve skutečnosti neliší od standardních lesních ploch a ploch s dřevinami. 4.8 Orná půda - vč. potenciální Orná půda představuje 55,63 % plochy mikroregionu Mikulovsko, tedy 15,58 km2,. Teoretický potenciál produkce biomasy tohoto krajinného typu je 1626 TJ, dostupný 791 TJ a ekonomický 384 TJ. Využití ekonomického potenciálu představuje především využití vedlejších zemědělských produktů, tedy zejména slámy stébelnatých plodin a olejnin. Pro tento způsob využití nosičů OZE lze uvést, že jsou již technologie nejen vyvinuty a odzkoušeny, ale i hojně využívány a vlastněny zemědělskými podnikateli regionu. Jde jen o to, aby začali využívat potenciálu svých ploch i k jiným účelům, než k produkci potravinářských komodit, kterých je (ačkoliv to může znít absurdně) v našich geografických podmínkách přebytek a jejich pěstování je díky nízkým výkupním cenám na hranici rentability. Navrhnout lze tedy sběr a lisování slámy stébelnatých plodin a olejnin do obřích balíků, které lze ve výtopnách s výhodou spalovat buď celé, nebo rozdružené automatickým rozdružovačem. Slámu a podobné produkty lze opět využít jako surovinu pro výrobu pelet a briket. Dalším návrhem je snížení výměry ploch vyhrazené pro produkci potravinářských a krmivářských komodit. a jejich nahrazení plodinami energetickými, či kombinovanými. Tento postup je v řadě plodin (konopí seté, šťovík uteuša, ) za současných podmínek ekonomicky efektivní a lze proto část těchto ploch zahrnout do ekonomického potenciálu. Z makroekonomického hlediska je tento postup pro zemědělské podnikatele významnou výhodou, protože snížením výměry ploch vyhrazených pro potravinářskou, či 3

31 krmivářskou produkci dojde ke snížení nabídky těchto komodit a potenciálně tedy k narovnání cen potravinářské produkce Potenciál orné půdy z pohledu ušlechtilých biopaliv Na ornou půdu se lze ještě pohlížet také jako na potenciál produkce ušlechtilých biopaliv (budou diskutována pouze biopaliv a první generace, protože biopaliva druhé generace nejsou dosud spolehlivě uváděna v praxi a nespadají proto do sféry této studie). Orná půda mikroregionu mikulovsko představuje teoretický potenciál produkce 1558 t, dostupný potenciál 623 t a ekonomický potenciál 4517 t rostlinného oleje tedy biopaliva, které je za použití současných technologií a technik prakticky stejné hodnotným palivem jako nafta motorová. Tento potenciál je jen v částečném konfliktu s výše uvedeným termoenergetickým ekonomickým potenciálem, protože tento předpokládal zejména využití vedlejších zemědělských produktů a pouze řídké zařazení do energetických, či kombinovaných plodin v osevním postupu, které nekoliduje s jediným agrotechnicky možným řídkým nasazením olejnin v osevním postupu. Významnější konflikt pro něj platí v oblasti potravinářské a krmivářské produkce, ačkoliv také ne totální. Je-li jeho vliv pozitivní (zvýšení ceny zemědělských produktů), či negativní (hladomor???) musí každý zvážit sám. 4.9 Ostatní plochy Pod pojmem ostatní plochy se skrývají zejména vodní plochy a vodní toky a dále některé liniové stavby. Produkční potenciál těchto ploch je z hlediska produkce biomasy zanedbatelný, ale nikoliv nevyužitelný. Příkladem může být péče o doprovodnou zeleň komunikací, kdy může být vytěžený dřevitý oklest buď na místě spálen, nebo rozdrcen na štěpku a zamulčován, anebo rozdrcen na štěpku a následně energeticky využit v podniku. Z výpočtů potenciálu roční produkce biomasy v regionu vyplývá, že existuje dostatečný prostor pro nikoliv pouze jakési potenciální využití biomasy jako zdroje energie, ale reálná a praktickými zkušenostmi podložená možnost jejího reálného využití jako energeticky a ekonomicky zajímavé komodity. Ekonomický potenciál, tedy ten, který uvádí, do jaké míry lze za současných technických a ekonomických podmínek realizovat projekty v oblasti OZE, je v regionu vyjádřen produkcí tun biomasy 31

32 ročně. To se rovná 657 TJ vyprodukovatelné tepelné energie, což odpovídá energetické spotřebě pro vytápění u přibližně 7139 domů o tepelné ztrátě 12,5 kw (není započítán celoroční ohřev vody). Nejproduktivnější plochy pro získávání biomasy jsou v regionu vinice, lesní porosty a zemědělská půda. Z těchto ploch je v součtu možné ročně získat tun fytomasy pro další zpracování. Výhodou využití těchto ploch je nejen vysoká hektarová produkce, ale také ucelenost jejich ploch a tím daná možnost využití zemědělské techniky, při sklizni fytomasy a to je základní podmínkou pro její ekonomické využití. Aby bylo možné vůbec využít toto množství biomasy, jež lze v regionu potenciálně získat, je potřeba vybudovat zařízení pro její využití. Jako ideální se jeví energetické využití v komunální sféře a to z několika důvodů. Komunální sféra disponuje veřejnými budovami (úřady, školy, tělocvičny, domovy důchodců apod.), které jsou jako větší celky vhodné pro budování výtopen na biomasu. Náklady na její vybudování jsou vyšší než u například plynové kotelny (je potřeba vybudovat zásobník na pelety, dopravníky) a je výhodnější ji tedy budovat pro větší investiční celek, kde rozšiřující investice netvoří převažující část investice do zařízení. U výtopny je vhodné, aby pracovala v plných tepelných výkonech topeniště, čehož se opět lépe dociluje u větších budov. A další výhodou je i to, že na jednom místě vznikne větší spotřebiště s vyšší potřebou paliva a tím pádem umožní místním potenciálním producentům z řad zemědělských podnikatelů investovat do technologií na sběr fytomasy a jejího zpracování na vhodné biopalivo výstavba peletárny. Neopomenutelným faktem je i to, že komunální a nezisková sféra má dostupnou řadu dotačních titulů, ze kterých může čerpat finanční podporu na budování výtopen využívajících biomasu, které snižují vlastní náklady na její vybudování a odpadá tak delší ekonomická návratnost takové investice. Prvořadým úkolem pro zhodnocení uvedeného stavu produkce fytopaliva ze zemědělství a lesního hospodářství v regionu je především nastartování systému, který by měl umožnit zemědělským podnikatelům produkci fytopaliv s tím, že jim bude především zaručen odbyt přímo v regionu. A to platí samozřejmě i obráceně, tedy zajistit provozovatelům výtopen na biomasu stálý a ekonomicky stabilní přísun fytopaliva. Tato studie se pokouší ukázat možné směry, kterými se lze v regionu ubírat a ma jejichž konci by měl být sofistikovaný systém produkce a využití biomasy v energetice, který bude ekonomicky výhodný jak pro producenty, tak pro spotřebitele biopaliv. Region se 32

33 tak bude podílet nejen na dosažení závazků České republiky v oblasti využití obnovitelných zdrojů energie, ale také zajistí udržitelnost místní ekonomiky diverzifikací ekonomických činností v zemědělské výrobě. Pro místní ekonomiku je také pozitivní to, že peníze za energii zůstávají v regionu, nové odvětví zpracování biomasy vytváří nové pracovní příležitosti a do regionu přicházejí investice do nových technologií. 4.1 Analýza energetického potenicálu z pohledu udržitelného hospodaření Při posuzování energetického potenciálu jakéhokoli území je nutné vycházet z konkrétních charakteristik daného regionu. Mikulovsko je z agronomického hlediska typickým představitelem kukuřičné výrobní oblasti. Zemědělská výrobní oblast kukuřičná je tradiční (intenzivní) zemědělskou oblastí, ne však tou nejproduktivnější. Je to dáno půdně-klimatickými podmínkami, poměrem vysokých teplot a poměrně nižších srážek. Z hlediska klimatických průměrů je oblast charakterizována sumou teplot nad 1 C vyšší než 2 8 C, s průměrnou roční teplotou vzduchu nad 9 C, ročním úhrnem srážek 5-6 mm a s 3-5% pravděpodobností výskytu suchých vegetačních období. Je zde však také poměrně vysoká frekvence výskytu extrémního průběhu počasí (přísušky). Důsledkem jsou výkyvy ve výši výnosů pěstovaných plodin, oslabení porostů z hlediska odolnosti proti napadení škodlivými činiteli a erozní zranitelnost půdy při poměrně vysokém zornění (kolem 85 %) a nárazových intenzivních srážkách. Nadmořská výška zemědělského území je převážně do 25 m. Převládají černozemě, většinou karbonátové a černice (lužní půdy). Značně jsou rozšířeny i fluvizemě (nivní půdy), na píscích pak regozemě (drnové půdy). Zrnitostní složení půd je pestré, avšak s převahou půd hlinitých a písčitohlinitých. Výšková členitost území je s výjimkou okrajových částí malá. Lesnatost území je nízká. Jsou zde předpoklady k pěstování kukuřice na zrno, cukrovky (při dostatku vláhy), teplomilné zeleniny, teplomilného ovoce, vinné révy a ostatních teplomilných plodin (např. sóji). Tyto plodiny se významně podílejí na výrobních strukturách a ovlivňují tak složení tržní rostlinné produkce. Zejména řepka ale i kukuřice jsou negativně ovlivňovány suchým a teplým klimatem oblasti. Navíc je prokázáno, že frekvence povětrnostních extrémů a se v posledních letech zvyšuje Právě díky zmíněnému charakteru podnebí, zejména pokud je navíc uplatňovaná nevhodná struktura plodin, patří kukuřičná výrobní oblast k 33

34 nejzranitelnějším, co se týká hospodaření s vláhou a výskytu (tlaku) biotických škodlivých činitelů Kvantifikace a podmínky pěstování plodin potenciálně využitelných pro energetické účely v mikroregionu Mikulovsko Kukuřice na zrno je plodina do této oblasti se hodící svými požadavky na stanoviště. Je ale potřeba mít na zřeteli, že jde o plodinu širokořádkovou, která se navíc pozdě seje a pomalu vzchází, což má za následek vysokou erozní ohroženost půdy. V osevním postupu by se kvůli škůdcům (např. bázlivci kukuřičnému) neměla zařazovat více než na 2 roky po sobě a celkově by její podíl ve struktuře plodin neměl přesáhnout 2 %. Slunečnice je plodina z hlediska erozní ohroženosti půdy do značné míry podobná kukuřici. Co se týká jejího zastoupení ve struktuře plodin, není vhodné zařazovat ji častěji než jednou za 7 let. Obilniny jsou nejrozšířenější skupinou plodin, ale v každém případě by jejich podíl ve struktuře plodin neměl přesáhnout 6 %. Řepka není plodina vhodná k pěstování v kukuřičné výrobní oblasti. Je zde pod velkým tlakem škůdců jako je blýskáček řepkový, krytonosci (řepkový, čtyřzubý) a šešuloví škůdci. K udržení porostů v dobrém stavu je zde nutné zvyšovat dávky prostředků na ochranu řepky proti těmto škůdcům. Různé druhy energetických plodin jsou příslušníky různých botanických skupin. Zde lze spíše upozornit, tak jak to bylo zmíněno i v předchozím texu, na ekonomickou efektivnost pěstování těchto plodin a na dopad na ceny a potravinovou bezpečnost. Většinou se jedná o nekvetoucí rostliny, které například neposkytují žádnou obživu včelám Základní agronomická hlediska setrvalého hospodaření V každém případě, a to je nejdůležitější, musí být při vytváření takovýchto návrhů, které mění strukturu a organizaci zemědělské produkce a místo využití jejích produktů, bráno v úvahu: 1. dodržování pravidel směřujících k dosažení vyvážených energo-materiálových toků (vyvážené bilance živin, organické hmoty v půdě, energie) v rámci zemědělského ekosystému. 34

35 2. jak se při takovýchto změnách zvýší spotřeba pesticidů, eroze půdy... zapříčiněné změnou struktury plodin a rozšířením ploch upřednostňovaných plodin. Při zvyšování prostorového zastoupení jakékoli plodiny, nebo plodin příslušnících do stejné botanické skupiny, vždy vzniká vyšší tlak škodlivých činitelů hostujících na těchto plodinách a ve struktuře není dostatek jiných, nepříbuzných plodin, jejichž zařazením do osevního postupu by bylo možné omezovat rozvoj těchto škodlivých činitelů. Tím vzniká potřeba použití chemických prostředků boje proti nim. Při plošném rozšiřování širokořádkových kultur, jako je kukuřice, slunečnice a další plodiny, zase vznikají problémy s půdní erozí i na relativně málo svažitých pozemcích. Důsledkem rozsáhlého erozního odnosu půdy je pak na jedné straně zanášení a eutrofizace vodních toků, zanášení vodohospodářských objektů, případně i komunikací a sídel, a na druhé straně ztráta zemědělské půdy a snižování její úrodnosti. 3. že přijatá řešení by neměla narušovat stabilitu agroekosystémů. Při volbě plodin v rámci zemědělského podniku je potřeba brát v úvahu celý komplex hledisek a i jejich vzájemné působení. Jde zejména o hlediska biologická, půdní, fytopatologická, pěstitelská technologická a organizační, která určují při komplexním spolupůsobení stabilitu agrosystému a její narušení přináší jak ztráty na výnosech plodin, tak vícenáklady například na zvýšenou spotřebu prostředků na ochranu rostlin nebo odstraňování erozních škod, jak bylo popsáno výše. Jako příklad pro konkrétní oblast lze uvést rozšiřování půdní eroze při zvyšování ploch kukuřice a s vysokou koncentrací a frekvencí této plodiny na stejném místě zvýšený výskyt jejích hlavních škůdců. S tím jsou spojené jednak finanční náklady na boj s nimi, jednak důsledky zvýšeného použití pesticidů na životní prostředí. Při zvyšování výměry řepky zejména v kukuřičné výrobní oblasti dochází ke zvýšenému tlaku biologických škodlivých činitelů se stejnými důsledky, jaké byly uvedeny dříve. V případě slunečnice jde také o její špatnou předplodinovou hodnotu a tím redukci výnosu následných plodin. 4. jaká bude ekonomická rentabilita a efektivnost navrhovaných opatření. V tomto ohledu je potřeba brát v úvahu například také zvýšení nákladů v důsledku narušení stability agroekosystému, zvýšené spotřeby pesticidů, náprava erozních škod... 35

36 4.1.3 Požadavky na hospodaření na půdě Pro vyjasnění pojmů. Požadavky Cross compliance jsou dnes už povinné pro všechny žadatele o přímé dotace do zemědělství (platby Saps, Top-up, Podpora pěstování energetických plodin, Oddělená platba za cukr, Oddělená platba za rajčata) a v rozšířené formě pro žadatele o dotace v rámci Agroenvironmentálních opatření (II.1.3. Programu rozvoje venkova). Požadavky Cross compliance zahrnují (pro přímé dotace) Standardy Dobrého zemědělského a environmentálního stavu (GAEC Good Agricultural and Environmental Conditions) Povinné požadavky na hospodaření (SMR - Satatutory Management Requirements) (pro Agroenvironmentální opatření navíc) Minimální požadavky pro použití hnojiv a přípravků na ochranu rostlin v rámci agroenvironmentálních opatření Všechno to jsou pravidla, která vychází ze standardních zákonných požadavků na zemědělské hospodaření a za jejich porušení hrozí sankce podle příslušných předpisů. V rámci Cross compliance je ale plněním těchto požadavků navíc podmíněno poskytnutí výše uvedených dotací zemědělcům. Co se týká správné zemědělské praxe, je to pojem poněkud širší. Může se jednat o: Zásady správné zemědělské praxe pro ochranu vod před znečištěním dusičnany ze zemědělských zdrojů (Směrnice č. 91/676/EHS, Nařízení vlády č.13/23) Zásady správné zemědělské praxe podle zákona č. 86/22 Sb., o ochraně ovzduší a nařízení vlády č. 615/26 Sb. základ z Göteborgského protokolu Správná zemědělská praxe dle požadavků IPPC BREF dokumenty Správná chovatelská praxe při krmení hospodářských zvířat... U zemědělců, na které se to vztahuje (jejich pozemky jsou zařazeny v tzv. zranitelných oblastech dusičnany), jsou v rámci Cross compliance vyžadovány některé body vycházející ze Zásad správné zemědělské praxe pro ochranu vod před znečištěním dusičnany ze zemědělských zdrojů. 36

37 4.1.4 Analýza pravidel, které by mohly být v rozporu se snahou maximalizovat využití dostupných ploch pro získávání biomasy. Aktuálně platná pravidla GAEC vylučují pěstování širokořádkových plodin (kukuřice, brambor, řepy, bobu setého, sóji a slunečnice) na půdních blocích, popřípadě dílech půdních bloků, s průměrnou sklonitostí převyšující 12 stupňů. Na druhou stranu je zde i pravidlo vylučující rušení krajinných prvků (mezí, teras, skupin dřevin, stromořadí a travnatých údolnic). Od 1. ledna 21 by ale měly být GAEC rozšířeny a jsou navrhovány další požadavky jako Porosty obilnin a řepky olejné na silně erozně ohrožených pozemcích budou zakládány s využitím půdoochranných technologií, zejména setí do mulče, nebo bezorebné setí. V případě obilnin nemusí být dodržena podmínka půdoochranných technologií při zakládání porostů pouze v případě, že budou pěstovány s podsevem jetelovin. Minimálně na 2 % orné půdy, užívané k 31. květnu příslušného kalendářního roku, zajistí uživatel každoročně: aplikování tuhých statkových hnojiv, s výjimkou separátu prasečí kejdy, nebo tuhých organických hnojiv v minimální dávce 25 t/ha. (Nezahrnuje ponechané produkty při pěstování rostlin (např. slámu)), nebo pokrytí půdy, v termínu minimálně od do příslušného kalendářního roku porostem jedné z následujících plodin, popřípadě jejich směsí: vojtěška setá, jetel nachový (inkarnát), jetel podzemní, jetel zvrácený (perský), jetel plazivý, jetel luční, štírovník růžkatý, vikev huňatá, vikev panonská, vikev setá, bob polní, lupina modrá. Porosty výše uvedených plodin lze zakládat i jako podsev do krycí plodiny, popřípadě jako směsi s travami v případě, že zastoupení trav v porostu nepřesáhne 5 % Uživatel zajistí regulaci rostlin netýkavky žláznaté tak, aby se na užívaných půdních blocích nebo jejich částech v průběhu příslušného kalendářního roku nevyskytovaly kvetoucí nebo odkvetlé rostliny tohoto druhu. Zároveň zajistí regulaci rostlin bolševníku velkolepého tak, aby výška těchto rostlin nepřesáhla 7 cm v průběhu příslušného kalendářního roku. 37

38 Po 31. říjnu kalendářního roku se na půdním bloku, popřípadě jeho dílu s kulturou travní porost nenachází porost vyšší než 3 cm, pokud jiný právní předpis nestanoví jinak Analýza ploch obhospodařovaných podle zásad ekologického zemědělství, v mikroregionu Mikulovsko k V Mikroregionu Mikulovsko se nacházelo 18 ekologických zemědělců. To činí celkem 2232 ha ZP, z toho 111 ha trvalých travních porostů, 1955 ha op, 8,5 ha sadů, 124 ha vinic. [5] Tito zemědělci by na základě legislativních požadavků (NR (ES)834/27, NK (ES) 889/28) měli veškerý odpad a vedlejší produkty z rostlinné a živočišné produkce recyklovat v rámci podniku, tedy využívat zase jako vstupy do rostlinné nebo živočišné produkce. Příkladem může být kompostování takovýchto rostlinných materiálů a následné využití jako půdního hnojiva. Tyto fakta byla při zohledněna pouze při výpočtu ekonomického potenciálu. Při výpočtu dostupného a teoretického potenciálu zohledňována nebyla protože při určení těchto potenciálů lze uvažovat o hypotetickém návratu ekologických zemědělců ke konvenčnímu zemědělství. Lze totiž do jisté míry uvést, že právě tržní mechanismus upravený systémem subvencí ekologických zemědělců je motivem k přechodu na tento způsob hospodaření a právě proto je se sníženou produkčností těchto ploch počítáno pouze v případě ekonomického potenciálu. 38

39 Tab. č. 1: Energetický potenciál krajiny rozloha v km2 teoretický dostupný % potenciál potenciál TJ TJ teoretická ekonomický produkce potenciál TJ biomasy [t] dostupná produkc ekonomická e produkce biomasy biomasy [t] zastavěné plochy ovocné sady, zahrady, parky louky a pastviny 2,7 11,76 12,51,76 4,34 4,62 1, [t] vinice 27, , lesy a plochy s dřevinami lesy a plochy s dřevinami se zvláštním režimem péče 31,73 6,6 2 2,24 55, orná půda - vč. Potenciální 15,58 3 1, ostatní plochy Mikroregion Mikulovsko celkem 28,25 27,

40 Tab. č. 11: Energetický potenciál krajiny - demonstrativní počet Teoretický dostupný počet vytopených vytopených vytopených ekvivalent ekvivalent ekonomický rozloha počet domů o domů o domů o hnědé uhlí hnědé ekvivalent ztrátě 12,5 ztrátě 12,5 ztrátě 12,5 zastavěné plochy ovocné sady, zahrady, parky louky a pastviny v km2 2,7 11,76 12,51 %,76 4,34 4,62 1,2 t uhlí t hnědé uhlí t kw kw kw Vinice 27, , lesy a plochy s dřevinami 31,73 lesy a plochy s dřevinami se zvláštním režimem péče 6,6 2 2,24 55, orná půda - vč. Potenciální 15,58 3 1, ostatní plochy mikroregion Mikulovsko 28,25 27,

41 41

42 Obr. č. 2: Výkres typů krajinného pokryvu území 42

43 Obr. č. 3: Výkres potenciálu větrné a sluneční energie 43

44 5 ENERGETICKÝ POTENCIÁL BIOODPADU VZNIKAJÍCÍHO V MIKROREGIONU MIKULOVSKO 5.1 Předpokládána produkce bioodpadu v mikroregionu Popis jednotlivých druhů odpadů obsahující BRKO Směsný komunální odpad Obsah bioodpadů ve směsném komunálním odpadu kolísá v rozmezí hmotnostního procenta v závislosti na typu zástavby. Odpad z údržby veřejné zeleně Představuje především biologické odpady, které vznikají při údržbě veřejných ploch. Jedná se o prořezávky, sekání trávy podél silnic, sekání trávy v parcích apod. Hřbitovní odpad Hřbitovní odpady obsahují vedle biologicky rozložitelného materiálu i cizí příměsi v podobě plastů a kovů, nebo skla. Samotný biologicky rozložitelný materiál je tvořen především větvemi, uschlými květinami a trávnou. Míra znečištění u tohoto druhu odpadu dosahuje přibližně 2 %. Lze však přijmout opatření, která tomuto znečišťování zabrání. Například umístěním nádoby na plast a na kovy ke sběrné nádobě na hřbitovní odpad. Aby byl tento systém sběru efektivní je samozřejmě nutné provést intenzivní informační kampaň, která zajistí vytřídění bioodpadu ze hřbitovních odpadů. Druhou možností je předřazení třídicí linky zařízení zpracování bioodpadu. Odpad ze zahrad Veškerý zelený odpad, který občané produkují při údržbě svých zahrad. V obcích je převážně tento odpad kompostován přímo na zahradě. Ve vilových zástavbách však již k této činnosti nedochází a tento odpad je vyvážen mimo zahradu. Je pravděpodobné, že tento trend začne postupně zasahovat i obce, kde se doposud odpad ze zahrady tradičně kompostoval. Na vině jsou stále se zvětšující nároky na čas, kterou sebou dnešní doba přináší, ale také přeměna zahrad na odpočinkovou zónu, kde se pouze udržuje trávník. 44

45 5.1.2 Popis typů zástaveb Vesnická zástavba Tento druh zástavby představuje v Mikroregionu Mikulovsko nejčastější typ zástavby, avšak z hlediska počtu obyvatel vesnická zástavba reprezentuje přibližně 3% podíl z celkového počtu obyvatel v mikroregionu. Vesnická zástavba je typická tím, že v komunálním odpadů (KO se tradičně nachází ze všech druhů zástaveb nejmenší podíl biologicky rozložitelného komunálního odpadu BRKO, přibližně 4 hmotnostních procent, což je to dáno tím, že obyvatelé této zástavby mají většinou k dispozici zahradu, kde si zakládají vlastní kompost, případně vlastní hospodářská zvířata. Vilová zástavba Obyvatelé tohoto druhu zástavby sice bydlí v rodinných domech, ale jejich životní styl je odlišný od obyvatel vesnické zástavby. V tomto druhu zástavby je podíl bioodpadu ve směsném komunálním odpadu vysoký a může dosahovat hodnoty až 65 hmotnostních procent. To je způsobeno tím, že obyvatelé vilových zástaveb vlastní zahradu, ale již kompost nezakládají, protože jejich zahrady jsou tvořeny z převážné míry intenzivně pěstovaným trávníkem. Hospodářská zvířata obyvatelé vilových zástaveb nevlastní, popřípadě jen ve velmi omezené míře. Sídlištní (bytová) zástavba Obyvatelé sídlištní zástavby nemají v drtivé většině možnost své biologicky rozložitelné odpady ukládat na zahrady ani zkrmovat domácím zvířatům. Obsah bioodpadů ve směsném komunálním odpadu je tedy i v této zástavbě poměrně vysoký a dosahuje hodnot přibližně 6 hmotnostních procent. 45

46 5.2 Počet obyvatel a druh zástavby Tab. č. 12: Počet obyvatel a druh zástavby Obec Počet obyvatel Predikovaný počet 29 obyvatel 215 Druh zástavby Bavory Brod nad Dyjí vesnická vesnická vesnická(8%), Březí Dobré Pole Dolní Dunajovice vilová (2 %) vesnická Vesnická Dolní Věstonice vesnická vesnická(7%), Drnholec bytová (1 %), vilová Horní Věstonice Jevišovka Klentnice Mikulov (2 %) vesnická vesnická vesnická vilová (5 %), bytová Milovice Novosedly bytová (1 %), vilová (2 %) vesnická vesnická vesnická vesnická - Nový Přerov Pasohlávky Pavlov Perná Celkem (5 %) vilová (3 %) vesnická ( 7 %) vesnická(7%), 5.3 Přehled o nakládání s odpady obsahující BRKO v jednotlivých obcích V tab. č. 13 je uveden přehled o nakládání s jednotlivými odpady obsahující BRKO, které produkují obce v mikroregionu. Veškerý směsný komunální odpad a hřbitovní odpad je v současné době ze všech obcí svážen na skládku komunálních odpadů 46

47 v Žabčicích. S biologickým odpadem z údržby veřejné zeleně (posekaná tráva, větve apod.) je nakládáno dle možností dané obce. Převažující způsob nakládání s tímto odpadem je mulčování a ponechání na veřejných plochách přirozenému rozkladu. Tab. č. 13: Nakládání s odpady obsahující BRKO v jednotlivých obcích Obec SKO Odpad z údržby veřejné Hřbitovní zeleně odpad Odpad z pěstování vinné révy Biologický odpad svážen na vyhrazené místo, odtud je Bavory skládkován posekaná tráva z veřejné skládkován zeleně rozebrána místními Brod n. Dyjí skládkován Březí skládkován Dobré Pole skládkován Dolní Dunajovice skládkován občany Mulčováno, nechává se skládkován rozložit na místě Vyvážen na určené místo Odebírán občany, spásán koňmi, hnojiště Mulčováno, nechává se skládkován skládkován skládkován rozložit na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Tráva se nechává Dolní Věstonice skládkován Drnholec skládkován Horní Věstonice skládkován Jevišovka skládkován poschnout, poté si ji odebírají občané, zbytek zeleně se nechává rozložit Odkládány na určeném místě Kompostováno skládkován skládkován skládkován Tráva je mulčována, zbytek je vyvážen na mez skládkován Tráva je spásána ovcemi, Klentnice skládkován Mikulov skládkován Milovice skládkován zbytek skládkován odkládán na skládkován vyhrazeném místě Odkládány na určeném místě Mulčováno, nechává se rozložit na místě Zaorává Novosedly je se ve skládkován skládkován vinicích, zbytek trávy se mulčuje a skládkován ponechává na místě 47 Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě

48 Nový Přerov skládkován Pasohlávky skládkován Pavlov skládkován Perná skládkován Tráva je odebíraná občany nebo mulčována Odvážen zemědělci Tráva je odebíraná občany nebo mulčována Vyvážen na mez skládkován skládkován skládkován skládkován Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě Zaoráván, pálen na místě 5.4 Výpočet produkce bioodpadu v Mikroregionu Tab. č. 14, 15 a 16 prezentují Výpočet teoretického, dostupného a ekonomického potenciálu produkce bioodpadů, z něhož je níže vypočten jeho energetický potenciál. 48

49 Tab. č. 14: Teoretický potenciál produkce bioodpadu Produkce BRKO [t/rok] Obec Bavory Brod n. Dyjí Březí Dobré Pole Dolní Věstonice Dolní Dunajovice Drnholec Horní Věstonice Jevišovka Klentnice Mikulov Milovice Novosedly Nový Přerov Pasohlávky Pavlov Perná Sedlec Celkem Počet obyvatel Teoretická specifická produkce KO Teoretická produkce KO 17,9 24,1 656, 17,1 137,3 751,8 71,4 19,3 238,6 224,7 322,1 194, 485,5 144,1 34,9 26,4 32,9 347,8 8357,16 Koeficient přepočtu BRKO,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6 49 Výpočtové množství BRKO 12,6 122,5 393,6 12,1 82,4 451,1 42,8 114,2 143,1 134,8 1921,2 116,4 291,3 86,4 183, 156,2 192,5 28,7 514,3 KO (studie) 2,4 2,9 13,8 2,6 2,7 13,2 15,9 3,9 2,9 3,3 15 2,6 7,4 1,5 3,4 3,2 7,7 3,6 194,4 Odpad z údržby veřejné zeleně 1,7 12,8 41,2 1,7 8,6 41,8 44, ,1 21,3 11 3,5 9,1 19,2 17,8 2,2 23,7 52,1 Hřbitovní odpad 1,1 1,3 4,1 1,1,9 3,9 4,3 1,2 1,5 1,4 19,8 1 3,9 1,9 1,5 2 1,8 5,9 Odpad ze zahrad 8,1 9,7 31,2 8,1 6,5 28 3,1 9,1 11,3 1,7 76,8 7,8 2,8 6,8 14,5 12,1 15,2 14,7 36,8

50 Tab. č. 15: Dostupný potenciál produkce bioodpadu Produkce BRKO [t/rok] Obec Bavory Brod n. Dyjí Březí Dobré Pole Dolní Věstonice Dolní Dunajovice Drnholec Horní Věstonice Jevišovka Klentnice Mikulov Milovice Novosedly Nový Přerov Pasohlávky Pavlov Perná Sedlec Celkem Počet obyvatel Teoretická specifická produkce KO Teoretická produkce KO 17,9 24,1 656, 17,1 137,3 751,8 71,4 19,3 238,6 224,7 322,1 194, 485,5 144,1 34,9 26,4 32,9 347,8 8357,16 Koeficient přepočtu BRKO,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55,55 5 Výpočtové množství BRKO 94, 112,3 36,8 93,6 75,5 413,5 385,8 14,6 131,2 123,6 1761,1 16,7 267, 79,2 167,7 143,2 176,5 191,3 4596,44 KO (studie) 2,4 2,9 13,8 2,6 2,7 13,2 15,9 3,9 2,9 3,3 15 2,6 7,4 1,5 3,4 3,2 7,7 3,6 194,4 Odpad z údržby veřejné zeleně 1,7 12,8 41,2 1,7 8,6 41,8 44, ,1 21,3 11 3,5 9,1 19,2 17,8 2,2 23,7 52,1 Hřbitovní odpad 1,1 1,3 4,1 1,1,9 3,9 4,3 1,2 1,5 1,4 19,8 1 3,9 1,9 1,5 2 1,8 5,9 Odpad ze zahrad 8,1 9,7 31,2 8,1 6,5 28 3,1 9,1 11,3 1,7 76,8 7,8 2,8 6,8 14,5 12,1 15,2 14,7 36,8 Celkem BRKO v obci [t/rok] 113,9 136,1 437,3 113,5 91,5 487,2 464,3 126,9 159, 149,8 259, 126,5 321,3 96, 23,3 174,6 213,9 231,5 5474,24

51 Tab. č. 16: Ekonomický potenciál produkce bioodpadu Produkce BRKO [t/rok] Obec Bavory Brod n. Dyjí Březí Dobré Pole Dolní Věstonice Dolní Dunajovice Drnholec Horní Věstonice Jevišovka Klentnice Mikulov Milovice Novosedly Nový Přerov Pasohlávky Pavlov Perná Sedlec Celkem Počet obyvatel Teoretická specifická produkce KO Teoretická produkce KO 17,9 24,1 656, 17,1 137,3 751,8 71,4 19,3 238,6 224,7 322,1 194, 485,5 144,1 34,9 26,4 32,9 347,8 8357,16 Koeficient přepočtu BRKO,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35,35 51 Výpočtové množství BRKO 59,8 71,4 229,6 59,5 48,1 263,1 245,5 66,6 83,5 78,6 112,7 67,9 169,9 5,4 16,7 91,1 112,3 121,7 2925,1 KO (studie) 2,4 2,9 13,8 2,6 2,7 13,2 15,9 3,9 2,9 3,3 15 2,6 7,4 1,5 3,4 3,2 7,7 3,6 194,4 Odpad z údržby veřejné zeleně 1,7 12,8 41,2 1,7 8,6 41,8 44, ,1 21,3 11 3,5 9,1 19,2 17,8 2,2 23,7 52,1 Hřbitovní odpad 1,1 1,3 4,1 1,1,9 3,9 4,3 1,2 1,5 1,4 19,8 1 3,9 1,9 1,5 2 1,8 5,9 Odpad ze zahrad 8,1 9,7 31,2 8,1 6,5 28 3,1 9,1 11,3 1,7 76,8 7,8 2,8 6,8 14,5 12,1 15,2 14,7 36,8 Celkem BRKO v obci [t/rok] 79,7 95,2 36,1 79,4 64,1 336,8 324, 88,9 111,3 14,8 1418,6 87,7 224,2 67,2 142,3 122,5 149,7 161,9 382,81

52 5.5 Energetický potenciál produkce Bioodpadu Tab. č. 17 prezentuje teoretický, dostupný a ekonomický potenciál bioodpadu v Mikroregionu mikulovsko při jeho využití pomocí anaerobní digesce a při spálení. Tab. č. 17: Energetický potenciál bioodpadu Energetický potenciál bioodpadu [TJ] teoretický Spalování 29 BPS dostupný ekonomický Vlastnosti bioodpadu jako zdroje energie Spalování nepřímá metoda Bioodpad nelze spalovat přímo, ale je nutné jej předtím hygienizovat a stabilizovat. Toho lze dosáhnout jeho záhřevem (ten zpravidla bývá navozen pomocí vývinu tepla mikroorganismy, a/nebo respirační schopností bioodpadu) Výstupem tohoto procesu je kompost k energetickému využití. Granulometricky je prakticky shodný se vstupním materiálem, dochází u něj ale ke snížení výhřevnosti (při vlhkosti 3% cca 11 MJ/kg) vlivem respirace a vlhkosti ze 7 % na přibližně 3 %. Tato technologie je v současné době využívána například Technickými službami Zlín. Právě jeho granulometrie a prašnost jej předurčuje buď k dalšímu peletování, nebo briketování, aby byl využitelný i pro malá topeniště, nebo k využití v zařízením pro spalování štěpky, či jako periferní palivo v teplárnách a výtopnách na uhlí Kofermentace přímá metoda Bioodpad lze po jeho dezintegraci využít i pro energetické využití i přímo v bioplynových stanicích. Lze s ním ovšem počítat pouze jako s kosubstrátem na přilepšenou stávající bioplynové stanice provozované buď na stájové produkty hospodářských zvířat, či kukuřičnou siláž. Bioplynová stanice pouze na bioodpad nelze provozovat, protože vlastnosti i množství tohoto substrátu se v průběhu roku a jednotlivých kampaní navzájem významně liší a bioreaktory bioplynových stanic se nejsou schopny s tímto jevem vyrovnat. 51

53 5.7 Možnosti energetického využití bioodpadu 5.8 Spalování Kompost k energetickým účelům, tedy stabilizovaný a hygienizovaný bioodpad s vlhkostí sníženou na 3 % lze využít ve výtopnách na štěpku, či ve stávajících teplárnách na uhlí. Toto řešení nakládán s bioodpadem je již realizováno s úspěchem na několika místech v naší zemi, například ve městech Vsetín a Zlín. Jeho využití v malých topeništích je diskutabilní vzhledem k mechanickým vlastnostem kompostu pro energetické využití. Zde se nabízí jeho peletování, či briketování. 5.9 Závěr k energetickému využití bioodpadu Jak je patrno z tab. č. 17, je bioodpad významným potenciální nosičem obnovitelné energie. Produkci bioodpadu by mohla ohrozit prudká změna životního stylu obyvatelstva, způsobená například prudkým snížením životní úrovně. Dále je třeba zvážit, zda není vhodné upřednostnit materiálové využití bioodpadu před energetickým. Současná situace na trhu však jednoznačně preferuje energetickému využití bioodpadu. Je zřejmé, že cestou spalování lze získat více než dvojnásobek energie v porovnání s jeho kofermentací v případné bioplynové stanici. 53

54 6 VYUŽITÍ OLEJNIN V TERMOENERGETICE Z olejnin lze pro získávání tepla využít především rostlinný olej (díky jeho vlastnostem podobným s lehkým topným olejem (LTO) (viz. tab. č. 18)) v upravených či speciálních hořácích na rostlinný olej, či speciálních kogeneračních jednotkách, výlisky s výhodou v topeništích pro spalování pelet a slámu olejnin v rozličných mechanických úpravách -balíky, pelety. Tab. č. 18: Porovnání vlastností rostlinného oleje a nafty motorové Parametr Výhřevnost Výhřevnost objemová Hustota při 15 C Kinematická viskozita při 4 C Bod vznícení Cetanové číslo Obsah síry Řepkový olej Nafta Nafta motorová motorová (ref. int. dle ČSN EN 59) Jednotka MJ.kg MJ.dm kg.m ,5 2-4 mm2.s C ppm 6.1 Hořáky pro spalování rostlinných olejů Hořák pro spalování rostlinného oleje je konstrukčně identický s hořákem na LTO, pouze s drobnými technickými úpravami spočívajícími v zařízení pro snížení viskozity rostlinného oleje jeho ohřevem na teplotu cca 8 oc, což zaručí vznik dostatečně drobných kapek po průtok paliva tryskou, jeho dostatečné rozprášení a tím jeho snadné zapálení a v rámci možností reality dokonalé shoření. Některé typy hořáků na rostlinný olej jsou vybaveny zařízením pro čištění trysky pomocí tlakového vzduchu při odstavení kotle, protože za vysokých teplot, které panují ve spalovacím prostoru dochází k radikálové oxidativní polymeraci rostlinných olejů, což by mohlo vést k zalepení trysky a problémům při následném uvedení do chodu. Hořáky na rostlinný olej 54

55 Obr. č. 4: Hořák na rostlinný olej 6.2 Kogenerační jednotky na rostlinný olej Díky již diskutovaným podobným parametrům rostlinného oleje a nafty motorové, je využíván rostlinný olej i v kogeneračních jednotkách, vybavených upraveným vznětovým motorem. Garantovaná minimální výkupní cena elektřiny z tohoto zdroje je ve smyslu zákona č. 18/25 Sb. v platném znění a vyhlášky č. 482/25 Sb. ve znění vyhlášky č. 5/26 Sb. vyhlášena cenovým rozhodnutím Energetického regulačního úřadu č. 7/27 ze dne 2. listopadu 27 ve výši 3,27 Kč/kWh (spalování čisté biomasy kategorie O2). Zákon garantuje mimo povinného výkupu elektřiny z OZE také že: Výkupní ceny stanovené Úřadem ( ve smyslu zákona míněno Energetickým regulačním úřadem poznámka autora) pro následující kalendářní rok nesmí být nižší než 95 % hodnoty výkupních cen platných v roce, v němž se o novém stanovení rozhoduje. Toto ustanovení se poprvé použije pro ceny stanovené pro rok 27. Na výrobu jedné kwh elektrické energie je třeba 21 g rostlinného oleje, při ceně kg rostlinného oleje 16 Kč je cena kwh elektřiny 3,36 Kč. Ke každé vyrobené kwh elektřiny lze využít přibližně 1,4 kwh tepla. Cena kwh vyrobeného tepla po odečtení 55

56 platby za elektřinu tedy je 4,3 haléře ( naproti tomu plyn od JmP, roční odběr 45 až 5 kwh dle termické účinnosti kotle 1,2 1,35 Kč/kWh). (K uvedenému výpočtu nutno dodat, že nezahrnuje investiční náklady ani pro jednu z uváděných variant, jedná se pouze o orientační údaj.) Obr. č. 5: Kogenerační jednotka na rostlinný olej 56

57 6.3 Automatické kotle na pelety Vylisováním semen olejnin získáme přibližně 1/3 objemu oleje a 2/3 objemu odchází v podobě pokrutiny, kterou je možné dále využít. A to buď jako krmivo, substrát pro bioplynovou stanici, nebo jako palivo v kotlích na dřevní či bylinné pelety. Rozměry a tvar pokrutin je předurčují k využití v automatických kotlích na pelety (viz. Obrázek č. Automatický kotel na pelety spalující směs dřevních pelet a pokrutin) Pří spalování pokrutiny dochází k určitým technickým problémům (teplota tavení popela a vznik strusky, zvýšené emise NOx, vyšší bod vznícení pokrutiny v porovnání s tvarovanými biopalivy na bázi dřeva), což je důvodem, proč je v kotli na obrázku využito směsné tuhé palivo a nikoliv čisté pokrutiny. Obr. č. 6: Automatický kotel na pelety spalující směs dřevních pelet a pokrutin 6.4 Ekonomické zhodnocení pokrutiny jako paliva Protože není cílem této studie s ohledem na její rozsah popisovat technologické možnosti a problematiku využití pokrutiny jako paliva, bude využito prostého porovnání ceny jednotky energie ve srovnatelných palivech z hlediska skladovatelnosti, 57

58 objemové hmotnosti a možnosti automatizace topeniště. Zvoleny byly dřevní pelety, rostlinné pelety a obilí. Ceny pro dřevní pelety byly získány dotazníkovým šetřením u jejich výrobců, a ověřena dle informací komoditní burzy Rotterdam, popřípadě dle údajů na odborných portálech a prezentuje je tab. č. 19 Tab. č. 19: Cena jednotky energie dle paliva Palivo Dřevní pelety Rostlinné pelety Obilí Pokrutiny Výhřevnost [Mj.kg-1] 18, ,2 Cena [Kč.kg-1] 4,3 2,8 2,3 3,2 Cena energie [Kč.MJ-1],23,18,13,23 Jak je zřejmé z údajů, které uvádí tab. č. 19 je cena jednotky energie srovnatelná s dřevními peletami a v porovnání s rostlinnými peletami, či obilím, jejichž spalování přináší podobné technické problémy, je její využití jako paliva ekonomicky neefektivní. Lze však předpokládat, že by energetické využití tohoto paliva bylo ekonomicky efektivní v rámci jeho vnitropodnikového využití jak bylo popsáno v kapitole Koncept energeticky soběstačného zemědělského podniku, protože vnitropodniková cena 2,6 Kč za kilogram slunečnicových pokrutin je dle dotazníkové šetření mezi výrobci reálná a právě při této ceně pokrutiny je cena jednotky energie shodná s cenou jednotky energie v obilí, či rostlinných peletách. 6.5 Ekonomické zhodnocení pokrutin jako kosubstrátu pro anaerobní digesci Podobně jako v kapitole Ekonomické zhodnocení pokrutiny jako paliva není předmětem této kapitoly popisovat investice a všechny další související fenomény anaerobní digesce. Ekonomické zhodnocení bude tedy provedeno na základě porovnání s běžně využívanými substráty (pšeničná sláma, kukuřičná siláž). a uvádí jej přehledně tab. č. 2. Výtěžnost plynu byl převzat z portálu Ceny charakteristických substrátů byly vypočteny na základě údajů z Normativů zemědělských výrobních technologií 58

59 Tab. č. 2: Cena jednotky plynu dle substrátu [7] Výtěžnost plynu Substrát Pšeničná sláma 3 cm Pšeničná sláma,2 -,5 mm Kukuřičná siláž Pokrutiny [m3.kg-1],172,277,195,579 Cena plynu Cena [Kč.kg-1],8 1,77,32 [Kč.m-3] 4,65 3,61 3,95 5,53 Z tab. č. 2 je patrno že využití pokrutin jako kosubstrátu pro anaerobní digesci není ekonomicky efektivní. Ke srovnatelné ekonomické efektivitě s kukuřičnou siláží by došlo při ceně pokrutiny pod 2,3 Kč za kilogram, což nastalo v uplynulé dekádě pouze jednou, v marketingovém roce 1998/99 a tato cena je již i jako vnitropodniková cena diskutabilní. 59

60 7 VYUŽITÍ ROSTLINNÉHO OLEJE (RO) JAKO REGIONÁLNĚ DOSTUPNÉHO UŠLECHTILÉHO PALIVA 7.1 Současný stav využití RO z pohledu ušlechtilých biopaliv V našich zeměpisných šířkách, ale i v střední a západní Evropě je plošně rozšířeno pěstování řepky olejky, slunečnice roční, hořčice bílé, lnu olejného, a sóji luštinaté. Jako suroviny pro výrobu paliv pro motory s vnitřním spalováním je v současné době využívána takřka výhradně řepka, což částečně vysvětluje její řádově vyšší produkci, v porovnání s ostatními olejninami, protože významná část produkce je použita pro výrobu methylesteru řepkového oleje. Upřednostňování řepky olejky pro výrobu biopaliv (ať již surových za studena lisovaných olejů, či methylesteru řepkového oleje (MEŘO)) je v současné době již tradiční záležitostí. Normativní i právní předpisy berou stále v potaz pouze oleje z řepky olejky, nicméně mnohé experimenty však naznačují, že je možné využívat i produkty jiných olejnin. Právě v těchto jiných plodinách, vzhledem k pěstebním možnostem v ČR zejména slunečnici, je možno shledávat velký potenciál a nejsou známé žádné zásadní technické důvody, které by bránily využití rostlinných olejů získávaných ze semen plodin jiných druhů, než řepky olejky. V současné době je také značně rozšířeno využití použitých kuchyňských tuků, které po rerafinaci mohou splňovat příslušné normy pro rostlinné oleje jako palivo, popřípadě bývají v některých zemích Evropy běžně používány jako surovina pro výrobu MEŘO. Důvodem pro využití řepky jako suroviny pro výrobu ušlechtilých biopaliv byla nutnost restrukturalizace zemědělské výroby po změnách ekonomického systému, které se odehrály na začátku devadesátých let dvacátého století, kdy vyvstala potřeba využít část produktivní zemědělské půdy k nepotravinářským účelům. V roce 1992 schválila vláda tehdejší ČSFR Návrh celostátního využití řepky pro výroby bionafty a biomaziv. Tento projekt byl postaven na dotační politice státu (Bezúročné půjčky a osvobození od daně z příjmu pro výrobce MEŘO, nulová spotřební daň a snížená sazba DPH na bionaftu.) V současné době je do veškerého paliva pro vznětové motory ((ČSN EN 59 umožňuje přímé mísení motorové nafty s nejvýše 5 % V/V FAME (fat acid methyl ester methylesterů mastných kyselin), např. methylesterů řepkového oleje (MEŘO)) přimícháváno 4,5 % MEŘO. 6

61 Často je též distribuováno palivo pro vznětové motory s vyšším podílem MEŘO, jehož používání je v českém právním řádu zakotveno vyhláškou číslo 229/24 Sb., která zahrnuje mimo jiné normu Směsná motorová nafta (ČSN Motorová paliva Směsné motorové nafty, obsahující MEŘO Technické požadavky a metody zkoušení) ČSN umožňuje mísení min. 3 % m/m MEŘO s motorovou naftou dle ČSN EN 59. Ve vyhlášce je dále zmíněna norma ČSN EN , Biopalivo pro vznětové motory (BIONAFTA - čisté FAME/MEŘO) Toto palivo bylo uvedeno na trh kvůli jeho výborné biologické odbouratelnosti. Vzhledem k jeho nekonkurenceschopnost vůči konvenčním palivům se nicméně příliš neprosadilo. 7.2 Přímé využití RO v motorech s vnitřním spalováním Vlastní využití olejů v motorech s vnitřním spalováním v podobě čistého za studena lisovaného oleje je v České republice normativně upraveno ČSN Motorová paliva - Řepkový olej pro spalovací motory na rostlinné oleje - Technické požadavky a metody zkoušení. Významným slabým místem je, že v ČR není dosud v provozu žádný motor homologovaný pro provoz na rostlinný olej. Naopak výhodou tohoto postupu je, že nejsou zapotřebí další materiálové a energetické vstupy k esterifikaci rostlinného oleje v MEŘO a že rostlinný olej lze vyrobit decentralizovaně, například i v malých farmářských lisovnách. Motory ovšem musí být pro spalování rostlinných olejů speciálně uzpůsobeny. Úpravy vznětového motoru pro rostlinný olej jsou v zásadě dvojího typu: Jednopalivový systém Přizpůsobení běžného vznětového motoru s vnitřním spalováním pro provoz na rostlinný olej spočívá v dodatečné vybavení palivové soustavy o jednoduché zařízení pro ohřev paliva na přibližně 8 oc. Určitý problém představují v tomto případě starty za nízkých teplot a běh v nevhodném termickém režimu. Tento problém nicméně odpadá v případě kogeneračních jednotek, které pracují nepřetržitě a odpadá tak problém s chodem za nízkých teplot při startech. To je předurčuje pro nasazení právě pro tento systém využití surového rostlinného oleje. Dle výrobce konverzní systému bývá zasahováno i dále do motormanagementu, či do vysokotlaké větve palivové soustavy. Tyto úpravy zpravidla zahrnují zkreslení údaje o 61

62 okolní teplotě a tím změnu doby žhavení, změnu počátku vstřiku paliva, či zvýšení vstřikovacích tlaků Dvoupalivový systém Přizpůsobení běžného vznětového motoru pro spalování surového rostlinného oleje spočívá, podobně jako výše uvedeného systému, také zařízení pro ohřev paliva, ale na nově vzniklé větvi palivového systému, která je pomocí zpravidla třícestných elektromagnetických ventilů včleněna do původní palivové soustavy bezprostředně před vstřikovacím čerpadlem. Při provozu tohoto systému je tedy zapotřebí vyčkat až motor dosáhne provozní teploty a poté jej přepnout na rostlinný olej. Přepnutí může být a bývá realizováno samočinně pomocí informace od snímače teploty chladící kapaliny, motoru, paliva, či jiné signifikantní veličiny. Před odstavením musí být motor opět přepnut do režimu provozu na naftu motorovou, aby došlo k naplnění vstřikovacího čerpadla tímto palivem. Některé systému tuto činnost opět různě automatizují a to buď vynuceným automatickým doběhem po dobu cca 6 sekund, nebo propláchnutím palivového systému naftou pomocí elektrického podávacího čerpadla Motory na rostlinný olej Byly vyvinuty také motory přímo pro spalování rostlinného oleje zejména Elsbettův motor -, který pracoval ve vyšším termickém režimu, byl chlazen pouze přirozeným sáláním vzduchu a mazacím olejem a měl vytvořen spalovací prostor ve dně litinového pístu. Zvýšením teploty spalování bylo umožněno vypařování rostlinného oleje a zabránění jeho stírání do klikového prostoru motoru a vytváření karbonových úsad jeho nedokonalým spalováním. 7.3 vlastnosti RO z pohledu paliv pro motory s vnitřním spalováním Parametry významné z pohledu využití RO jako přímo využívaných ušlechtilých biopaliv V této kapitole budou popsány jednotlivé parametry řepkového rostlinného oleje významně ovlivňující funkční parametry běžně dostupného, popřípadě mírně modifikovaného pístového spalovacího motoru. 62

63 Je třeba mít na paměti, že se stále jedná o motory hluboce optimalizované pro provoz na naftu motorovou (NM), nikoliv pro daný rostlinný olej, a že opravdu kvalitní přímé spalování RO vyžaduje buď významnou optimalizaci stávajících spalovacích motorů, popřípadě konstrukci nikoliv odlišné, či jedinečné, ale pouze pro spalovaní RO optimální palivové soustavy a spalovacích prostor. Není tedy třeba hovořit o vývoji nových pístových spalovacích motorů, ale pouze o jejich plné optimalizaci pro provoz na RO. Výhřevnost, objemová výhřevnost, hustota Výhřevnost řepkového rostlinného oleje je 37 MJ.kg-1 zatímco nafty motorové 43 MJ.kg-1. Zjednodušený pohled na tyto údaje by mohl vést k domněnce, že přizpůsobený, nikoliv plně optimalizovaný vznětový motor bude vykazovat na naftu motorovou vyšší výkon než na rostlinný olej. Proti této domněnce hovoří některá fakta: Vstřikovací čerpadlo dávkuje do spalovacího prostoru palivo v objemových jednotkách, a rostlinný olej má vyšší měrnou hmotnost (92 kg.m-3 oproti 83 kg.m-3) než nafta motorová. Objemový tok je konstantní a dochází tak k navýšení toku hmotnostního. Proto pro porovnání těchto paliv je vhodnější zavést veličinu objemová výhřevnost. Porovnání této veličiny již není tak rozdílné: 34 MJ.dm-3 u řepkového rostlinného oleje proti 36 MJ.dm-3 u nafty motorové Dalším významným faktorem je také vyšší viskozita rostlinného oleje, která vede ke zvýšení vstřikovacích tlaků, čímž pravděpodobně dochází k mírnému zvýšení dávky paliva na vstřik (tento údaj se však v rámci práce nepodařilo spolehlivě a dostatečně přesně ověřit). Viskozita RO jsou významně viskóznější než nafta motorová. Jejich viskozita je ale také těsněji závislá na teplotě, kdy u řepkového rostlinného oleje je při 4 C 34 mm2.s-1 oproti 2,5 mm. s-1 u nafty motorové, ale při 8 C je cca 12 mm2.s-1 oproti stále přibližně 2,5 mm. s-1 u nafty motorové. Problematika viskozity paliva hraje roli z pohledu robustnosti konstrukce vstřikovacího čerpadla a jeho mazacích kanálů v mnohých případech neproteče dostatečné množství paliva úzkým mazacím kanálem ve vstřikovacím čerpadle a dojde k jeho postupnému zadření. 63

64 S rostoucí viskozitou také klesá schopnost paliva tvořit dostatečně malé kapky, jejichž tvorba zaručuje bezproblémové vznícení paliva ve spalovacím prostora a jeho dostatečné prohoření. Tento jev je do určité míry eliminován nárůstem vstřikovacího tlaku způsobeným viskóznějším palivem. Právě kvůli snížení viskozity bývá předřazeno vstřikovacímu čerpadlu zařízení pro ohřev paliva na cca 7 C Bod vznícení Významně vyšší bod vznícení RO obecně (223 C u řepkového oleje v porovnání s 75 C u nafty motorové) způsobuje problematické starty motorů na rostlinný olej. V rámci konverzí na naftu optimalizovaných motorů se seřizuje otvírací tlak vstřikovačů na vyšší hodnotu, prodlužuje doba žhavení, či se zavádí dodatečné systém pro ohřev motoru, nebo nasávaného vzduchu. Další způsobená obtíž je problematický běh neprohřátého motoru, kdy dochází zejména u motorů s přímým vstřikem paliva k velmi špatnému spalování rostlinného oleje a tím zhoršení kvality emisí výfukových plynů a kvantitativně nepřípustné kontaminaci motorového oleje průsaky paliva do klikové skříně. Oba výše uvedené problémy uspokojivě řeší již popsaný dvoupalivový systém. Cetanové číslo Nižší cetanové číslo rostlinného oleje (41 oproti 51) u řepkového rostlinného oleje způsobuje obdobně jako bod vznícení horší schopnost motoru nastartovat a výraznější průtah vznícení. Pozoruhodné však je, že k tomuto jevu dochází pouze v nízkých zatížených a otáčkách, zatímco při plném zatížení a středních až vyšších otáčkách není průtah vznícení detekovatelný. Obsah síry Řádově nižší obsah síry u řepkového rostlinného oleje (4 ppm oproti 85ppm u NM) vede k prakticky nulové koncentraci oxidů síry ve výfukových plynech, což je významnou výhodou oproti naftě motorové. 64

65 7.3.2 Koncept energeticky soběstačného zemědělského podniku Možnost využití rostlinných olejů v motorech s vnitřním spalováním představuje ideální možnost využití vlastní produkce olejnin pro zemědělské podniky pro výrobu paliva zajišťujícího provoz veškeré motorové techniky zemědělského podniku. Existují již mnohé příklady farem, které přibližně na desetině obhospodařované výměry své orné půdy produkují rostlinný olej v kvalitě dostatečné pro jejich spolehlivé využití jako paliva. To přináší pro zemědělského podnikatele v porovnání se současným stavem řadu výhod, které jsou zřejmé porovnáním níže uvedených obrázků. Jedná především o: a) Enormní zkrácení dopravních vzdáleností paliv b) Využití části produkce a resp. produkčních ploch pro nepotravinářské využití c) Nezávislost zemědělského podnikatele, resp. její významné snížení, na výkyvech tržních cen zemědělských komodit a paliv. d) Přidávání přidané hodnoty zemědělským produktům ve vlastním podniku Šnekové lisy olejnin malých výkoností produkují pokrutiny v podobě pelet, což je přímo předurčuje k využití v automatických kotlích na pelety. Právě energetické využití pokrutin v takovémto energeticky soběstačném zemědělském podniku přináší opět všechny synergické efekty, které již byly uvedeny výše pro případ využití rostlinného oleje jako vlastního paliva. 65