Fermentor na anaerobní digesci

Transkript

1 VŠB - Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra výrobních strojů a konstruování Fermentor na anaerobní digesci Vedoucí diplomové práce: Prof. Ing. Josef Jurman, CSc. Student: Jaroslav Michálek Ostrava 2004

2 VŠB - TU Ostrava Fakulta strojní Katedra výrobních strojů a konstruování Školní rok : 2003/2004 Zadání diplomové práce pro : Jaroslava Michálka obor : Konstrukce strojů a zařízení Název tématu : Fermentor pro anaerobní digesci Zásady pro vypracování: Navrhněte pilotní zařízení pro anaerobní digesci fytomasy a komunálních odpadů Zadané parametry : 1. objem fermentoru 2. doporučený průměr fermentoru 3. pracovní přetlak 0,2 m 3 0,5 m l kpa Proveďte : 1. Rešerži technologií zpracování komunálních odpadů 2. Konstrukční návrh fermentoru, včetně nutných vstupů a výstupů pro následné analýzy 3. Potřebné kapacitní a pevnostní výpočty 4. Výkresovou dokumentaci

3 . Rozsah grafických prací : 2 x Rozsah průvodní zprávy : stran Seznam odborné literatury : 1. Jeřábek, K.: Metodika navrhování strojů, l. vyd. Praha, Ediční středisko ČVUT Praha, s. 2. Juchelková, D. -.Likvidace a využití odpadů, l. vyd. Ostrava, VŠB - TU Ostrava, s. ISBN Kuraš, M.: Technologie zpracování odpadů. 1. vyd. Praha, Ediční středisko VŠCHT, s. ISBN Obroučka, K.: Termické zneškodňování odpadu, l. vyd. Ostrava, VŠB - TU Ostrava, s. ISBN Firemní literatura KPS, a.s. Moravské Budějovice 6. Straka, F.: Bioplyn. Příručka pro výuku, projekci a provoz bioplynových systémů. GAS, s.r.o. Říčany ISBN Vedoucí diplomové práce : Prof. Ing. Josef Jurman, CSc. Datum zadání diplomové práce : Termín odevzdání diplomové práce : V Ostravě dne:

4 Prohlášení studenta Prohlašuji, že jsem byl seznámen s tím, že na moji diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. - autorský zákon, zejména 35 - užití díla v rámci občanských a náboženských obřadů, v rámci školních představení a užití díla školního a 60 - školní dílo. Beru na vědomí, že Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava (dále jen VŠB -TUO) má právo nevýdělečně ke své vnitřní potřebě diplomovou práci užít ( 35 odst. 3). Souhlasím s tím, že jeden výtisk diplomové práce bude uložen v Ústřední knihovně VŠB TUO k prezenčnímu nahlédnutí a jeden výtisk bude uložen u vedoucího diplomové práce. Souhlasím s tím, že údaje o diplomové práci, obsažené v Záznamu o závěrečné práci, umístěném v příloze mé diplomové práce, budou zveřejněny v informačním systému VŠB - TUO. Bylo sjednáno, že s VŠB - TUO, v případě zájmu z její strany, uzavřu licenční smlouvu s oprávněním užít dílo v rozsahu 12 odst. 4 autorského zákona. Dále bylo sjednáno, že užít své dílo - diplomovou práci nebo poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem VŠB - TUO, která je oprávněna v takovém případě ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly VŠB -TUO na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše). V Ostravě Adresa trvalého pobytu diplomanta: Fügnerova 30 Opava Plné jméno diplomanta

5 ANOTACE DIPLOMOVÉ PRÁCE MICHÁLEK, J. Fermentor pro anaerobní digesci, Ostrava: Katedra výrobních strojů a konstruování VŠB TU, 2004, 80 s. Diplomová práce, vedoucí: Prof. Ing, Josef Jurman, CSc. Cílem této diplomové práce je navrhnout model fermentoru pro anaerobní digesci biomasy a komunálních odpadů. Dále jsou uvedeny návrhové a kontrolní výpočty. Také jsem zdůraznil nutnost využití biomasy k energetickým účelům a v zemědělství. Nárůst využití biomasy u nás za poslední roky je však stále pomalý, neboť zde působí nepříznivě specifické ekonomické, informační a administrativní bariéry a přitom se jedná o metodu ekologickou, nezatěžující životní prostředí. Biomasa má neomezené perspektivy pro budoucí využití. V další části své diplomové práce jsem poukázal na rostoucí produkci odpadů, která je spojena se stoupající spotřebou lidské společnosti a proto je nezbytné zajistit odstranění vznikajícího odpadu způsobem, který zabezpečí trvalé zamezení škodlivých vlivů odpadů na jednotlivé složky životního prostředí. ANNOTATION OF THE THESIS MICHÁLEK, J. Fermenter for Anaerobic Digestion, Ostrava Department of Manufacturing Machines and Design VŠB TU, 2004, 80 pages. Thesis, consultant: prof. ing. Josef Jurman, CSc. The target of this thesis is to propose the model of the fermenter for anaerobic digestion of the biomass and municipal waste. Moreover, proposing and control calculations are mentioned. I have also emphasized the necessity to use the biomass for energy purposes in the agriculture. However, the increase in using biomass has been rather slow in the Czech Republic since there is a negative influence of specific economic, information, and administrative barriers in spite of the fact that it is an enviroment-friendly method. Biomass has got unlimited prospects for future use. In the following part of my thesis I have pointed out to the growing production of waste connected to the increasing consumption of the human society and therefore it is necessary to provide removal of the waste in the way which shall guarantee permanent prevention from harmful impacts of waste on particular components of the environment.

6 Obsah diplomové práce Seznam použitého značení Úvod Biomasa Skleníkový efekt Odpady Komunální odpad Spalování odpadů Jiné způsoby tepelného zpracování odpadů Přednosti a nevýhody spalování Ekologické důsledky spalování odpadů Fyzikální a chemické zpracováni odpadů Kompostování Biodegradace Konstrukční výpočty Závěr Seznam použitých pramenů Přílohy

7 Seznam použitého značení A tabulkové konstanty - b vzdálenost síly mm C konstanta - d průměr míchadla mm d1 vnitřní průměr pláště mm d2 vnější průměr fermentory mm Eum tabulková hodnota - FG celková síla tíhy fermentory N F 1lop síla působící na jednu lopatku N Fx síla v ose x N Fy síla v ose y N g gravitační zrychlení m.s -2 h šířka lopatkového kola mm J počet podpěr - J x kvadratický moment průřezu mm 4 K vypočtená konstanta - k 3, k4 tabulkové součinitele - k počet lopatek - l výška lopatky mm M k kroutící moment N. M 1 lop kroutící moment na jednu lopatku N.m mb hmotnost biomasy kg ml hmotnost lopatek kg mm hmotnost elektromotoru kg mh hmotnost hřídele kg mv hmotnost víka kg n otáčky elektromotoru s -1 p počet pólů - P potřebný výkon pro míchání W 5

8 Ps navýšený výkon W Rem tabulková hodnota - S plocha svaru mm 2 S 1l plocha lopatky dle normy m 2 S ml plocha navržené lopatky m 2 s n jmenovitý skluz - W k modul průřezu v krutu mm 3 W o modul průřezu v ohybu mm 3 W o1 modul průřezu v ohybu mm 3 o α dovolený úhel naklopení ložisek β vypočítaný úhel naklopení ložisek o η dynamická viskozita Pa.s -1 ρ hustota biomasy kg.m -3 φ tabulková konstanta - σ o dovolené napětí v ohybu MPa τ dovelené napětí kolmo působící MPa τ s dovolené napětí rovnoběžné působící MPa τ s celkové napětí ve svaru MPa ω úhlová rychlost rad.s 1 Úvod Veškerá výrobní i nevýrobní činnost dnešní společnosti je doprovázena vznikem odpadů. Nejen z hlediska ochrany životního prostředí, ale i z hlediska ekonomického se musí přihlížet k nejefektivnějšímu využití odpadů. Odpadové hospodářství se stalo novým technologickým odvětvím. Všechen odpad, který se nyní nazývá druhotnou surovinou, se stane hlavním zdrojem surovin. Svědčí o tom fakt, že jeden milion obyvatel žijící na ploše km 2, vyprodukuje za 10 let tolik odpadů, že na 1 km 2 jejich obývané plochy připadne 1 kt komunálních odpadů, tedy jeden kg na 1 m 2. V České republice zatím stále neexistuje jednotný systém evidence využívání obnovitelných zdrojů včetně biomasy. I když od ruku 1999 je možno zaznamenat jisté 6

9 zlepšování situace s využíváním biomasy. Velmi výrazně se také projevuje potřeba odstraňování bariér, které dosud v České republice brání v rozvoji využívání biomasy a obnovitelných zdrojů energie jako celku. Za nejvýznamnější bariéru je nutné považovat nedostatek objektivních informací u státní správy, samosprávy i veřejnosti. Biomasa je vhodná převážně k výrobě bioplynu nebo jiných biopaliv. Zkonstruoval jsem fermentor na anaerobní digesci fytomasy. Fermentor je v horizontální poloze a je promícháván jedenkrát denně soustavou lopatek šroubovitě uložených na hřídeli. Hřídel je na pravé straně utěsněna ucpávkami a poháněna asynchronním elektromotorem a frekvenčním měničem pro změnu otáček. Otáčky jsou regulovatelné od 0 ot.min -1 po 30 ot.min -1. Využití biomasy má budoucnost v každé vyspělé a racionálně smýšlející společnosti. Věřím, že tomu bude tak i u nás. 2 Biomasa Je definována jako hmota organického původu, jde o veškerou živou přírodu. Hovoříme-li o biomase v souvislosti s energetikou, máme na mysli nejčastěji dřevo a dřevní odpad, slámu a jiné zemědělské zbytky a exkrementy užitkových zvířat. Pomineme-li tedy energii potravin, je energie ze spalování biomasy nejstarší energií, kterou kdy člověk využíval. Ale od doby, kdy člověk objevil oheň, uběhlo tisíce let, a proto v dnešní době už dokážeme spalovat dřevo mnohem účinněji a komfortněji. 2.1Základní pojmy Tab. 1 Pojem Význam Hodnocení Biomasa Biologická masa živoucí nebo nedávno odumřelá v buněčné formě. Užívá se také u takových produktů, jako je třeba palivové dřevo. Jednoduché označení celého nepotravinového spektra, nejasné rozlišování produktů. Fytomasa Rostlinná biomasa. Jasný termín, ačkoliv jen zřídka užívaný. Biozdroj Biologické zdroje. Jasné pro zdroje biomasy. Biomasová energie Energie z biomasy. Nejasný termín, kterému bychom se měli vyhnout. Možnost záměny s jinými termíny. 7

10 Bioenergie Energie z biomasy. Jasný doporučený termín. Bioteplo Tepelná energie z biomasy. Jasný doporučený termín. Bioelektřina Elektrické energie z biomasy. Jasný doporučený termín. Biopaliva Bioplyn Bioetanol Bionafta Biotopy Biouhlí Odpady Zbytky Vedlejší produkty, doprovodné produkty Biochemikálie Biomateriály, bioprodukty 2.2Rozdělení biomasy Všechna paliva vyráběná z biomasy, včetně pevných (palivové dřevo, pelety), kapalných (bioetanol, bionafta, bioropa) a plynných (bioplyn, jiné plyny). Směs metanu a CO 2 vznikající anaerobním rozkladem biomasy (biologický proces). Etanol vyráběný na základě biologických procesů ze surovin majících svůj původ v biomase. Kapalné palivo odvozené z rostlinných olejů a nahrazující běžnou naftu. Kapalný zbytek při pyrolýze biomasy, který může být případně energeticky nebo chemicky využit. Dřevěné uhlí nebo výsledek karbonizace biomasy. Ve spojení s biomasou se jedná o materiály pocházející z různých zdrojů. Obyčejně se užívá pro zbytky biomasy, která zbývá na polích nebo po zemědělské výrobě. Měly by se užívat k charakterizaci veškerých druhů materiálů, které jsou vztaženy k biomase, odpadům a druhotným tokům. Chemikálie z biomasy nebo vyráběné biologickými procesy. Materiály nebo jiné výrobky vyrobené z biomasy nebo biologickým procesem. Nemá se omezovat jenom na kapalná paliva, která se obyčejně užívají v dopravě. Doporučený termín pokud je doprovázen (viz vlevo) upřesněním. Nepříliš jasný termín vzhledem k tomu, že se může týkat veškerých plynných paliv odvozených z biomasy. Termín rozlišuje petrochemicky vyráběný etanol od chemicky totožného etanolu. Možná záměna s bioropou využívanou stejným způsobem. Nejasný termín, který by se neměl užívat ve spojení s veškerými kapalnými produkty z biomasy. Nejasné, neměl by se užívat. Nejasný záporně znějící termín, který se týká produktů pocházejících z biomasy i odjinud. Užívá jej organizace FAO, nemá záporný význam, ale nejasně rozlišuje úpravnické odpady. Kladně znějící termín pokud je dobře specifikován, doporučeno k užívání. Nejasný, ale užitečný termín; měl by být specifikován. Totéž jako u biochemikálií. Využití energie biomasy je nutné rozdělit do několika podskupin, protože se při využívání tohoto obnovitelného zdroje jedná o celou řadu různých možností. 8

11 Energii lze získávat z biomasy termochemickou nebo biochemickou přeměnou. Rozlišujeme biomasu "suchou" (např. dřevo) a "mokrou" (např. kejda). 2.3Podstata vzniku a přeměny energie v biomase A jak to vlastně příroda zařídila, z čeho nám vzniká energie? Všechno je založeno na zákonech fyziky, chemie přírody a jejím koloběhu uhlíku. Energie nevzniká ani nezaniká, jenom se přeměňuje v jiný druh energie, tak naše slunce vlastně vlivem fotosyntézy přeměňuje uhlík(co 2 ) a vodu vlivem působení slunečních paprsků a fotosyntézy na uhlohydráty, ze kterých je každá biologická hmota složená a ta se pak při anaerobní fermentaci (vyhnívání bez přístupu vzduchu) přeměňuje na BIOPLYN (60-80% methanu CH 4 ). Tab. 2 Chemické složení a vlastnosti bioplynu Charakteristika Metan CH 4 Oxid uhličitý CO 2 Vodík H 2 Sulfan H 2 S Bioplyn 60 % CH 4 40 % CO 2 objemový díl (%) 55 až až 47 l výhřevnost (MJ-m 3 ) 35,8-10,8 22,8 21,5 hranice zápalnosti (obj. %) 5 až 15-4 až 80 4 až 45 6 až 12 zápalná teplota ( C) 650 až až 750 hustota (kg.nr 3 ) 0,72 1,98 0,09 1,54 1,2 9

12 Obr. 1 Obr. 2 Produkce bioplynu Výhřevnost bioplynu v závislosti na různých typech substrátů v čerstvém stavu na obsahu metanu A při spalování methanu nevzniká navíc žádný CO 2, ale jen tolik, kolik ho daná rostlina použila při růstu, tedy fotosyntéze, vlastně nějaké ekologické perpetum mobile přírody, ale i zde jsou asi také ztráty. V dnešní době neexistuje žádné zařízení s 100 % účinností. Možná až pochopíme více chemii přírody, tak se z ní možná poučíme. Obr. 3 Oběh CO 2, H 2 O, O 2 při spálení 1 tuny biomasy 10

13 Člověk nemusí být zarputilým ekologem, aby viděl jak ekonomicky přínosným je tento systém. Vytvořením těchto energetických zdrojů se ušetří nejen značné finanční prostředky, ale i naše životní prostředí. A ochrana životního prostředí by měla být prvořadým cílem a tomu by se měl podřídit i prudký rozvoj průmyslu. 2.4Methan Člen rady alkanů je metan CH 4. Je podstatnou součástí zemního plynu, který se vyskytuje poblíž nalezišť ropy a bývá uzavřen v dutinách uhelných slojí, odkud se při dolování uvolňuje. Smíšen se vzduchem je výbušný a bývá příčinou výbuchů v dolech (třaskavý plyn báňský). Vzniká také při karbonizaci uhlí, a je proto součástí svítiplynu a koksárenského plynu (25 až 35 %). Tvoří se při hnití rostlinných zbytků (listí) v bahně a při vyhnívání kalu v městských kanalizačních čistírnách (tzv. kalový plyn). Vedle jiných uhlovodíků vzniká i při výrobě syntetického benzínu a při krakování ropy (štěpení teplem). Obr. 4 Kuličkový model molekuly etanu a kalotový model molekuly etanu Je to plyn bezbarvý, bez zápachu, zapálen hoří slabě svítivým, horkým plamenem na CO 2 a H 2 O za vývoje tepla 195,4kcal. Ochlazením a stlačením se dá metan zkapalnit. Používá se ho k topení v domácnosti i v průmyslu (zemní plyn), mísí se se svítiplynem a je také důležitou surovinou chemického průmyslu. 2.5Schéma možnosti využití BIOMASY Obr. 5 Možnosti zpracování biomasy 11

14 2.6Suché procesy - (termochemická přeměna) a) spalování Například teplárensko energetický komplex v městečku Wordingborgu pokrývá téměř veškeré energetické požadavky celého městečka. Jsou k tomu zapotřebí balíky slámy, které rostou na okolních polích. Komplex pracuje nepřetržitě na plně automatické bázi. Sláma z osmi balíků slámy stačí jako zdroj tepla a světla pro jednu rodinu na celý rok. Tato sláma se vypěstuje na poli o rozměrech 100 x 100 m. A v roce % domácnosti v Dánsku využívalo obnovitelné zdroje energie. To souvisí s přísnou ekologickou daní podporovanou malovýrobou. Cílem je vytvořit rovnováhu mezi dodávkami energie a spotřebou. Dále jiná oblast na využití suché biomasy. V dřevařském v jižním Rakousku jsou všechny hobliny a piliny pečlivě sbírány. Posílají se do speciálního závodu, tam jsou zpracovávány do podoby, která je rakouským zákazníkům prezentovaná jako zdroj ekologicky nezávadné energie. Dřevnou štěpku může používat kdokoliv. Tento zásobník je čistou energií srovnatelnou s jedním barelem ropy. Jsou v něm komprimované vysušené piliny bez chemických přísad. Z jednoho kilogramu je téměř tolik energie jako z půl litru motorové nafty. Z hlediska zisku je to lukrativní sortiment. Dřevo, z kterých vznikly, pochází z nedalekých lesů. S dřevnou štěpkou se manipuluje snáz nežli s ropou. A náklady bývají podobné či nižší. Bývaly doby, kdy se tu pohyboval prodejce nafty se svou cisternou, dnes tento řidič rozváží holcis, což jsou lisované piliny. Rakouští producenti dřeva jich ročně prodají tun. Jednou za rok se tu staví prodejce těchto stlačených pilin a nasype tyto piliny každému obyvateli do sklepa, kde kdysi stávala nádrž na naftu. Ve sklepě je nainstalován nový kotel ústředního topení na dřevo, zařízení je řízeno elektronicky, popel se vyváží jen jednou za rok a dřevené brikety jsou přidávány zcela automaticky. Tento systém může být ve větším měřítku používán k vytápění celých komunit, jinými slovy může vniknout dálkové vytápění na bázi biomasy. Jeden ekologicky kotel nahradí tisíce kotlů na naftu, které se ukrývají ve sklepích. Jeden takový nalezneme v rakouském Tamsbergu obyvatel a spousta lyžařů jsou v teple díky kotli na dřevo, modernímu a ekologickému řešení. Je to jeden z modelových projektů EU. 12

15 b) zplyňování - Jeden špičkový experimentální projekt probíhá ve východoněmeckém Sasku. Toto je prototyp závodu, ve kterém se zpracovává dřevo a vytváří se svítiplyn. Zatím se podařilo zvýšit energetickou výtěžnost z biomasy až ztrojnásobit. 2.7Mokré procesy - (biochemická přeměna) a) aerobní fermentace (kompostování) Dochází vlastně přeměně biologického odpadu, ale s přístupem kyslíku opak anaerobní fermentace a dochází ke vzniku kompostu. b) anaerobní vyhnívání (produkce bioplynu) - Nikde jinde není štědrost přírody tak patrná jako při zpracovávaní odpadu. V bavorském městě Rotthal, přišli 3 sedláci s nápadem, jak vyrábět teplo a energii z organických odpadů. Používají generátor bioplynu, a z 1 m 3 se vyrábí 1,6 1,9 kwh, to podle toho, jak vysoká je koncentrace methanu a ta se pohybuje od 50 % až 60 %. A dnes se tento plyn vyrábí a prodává ve velkém. Z různých zdrojů se vytvoří vhodný organický odpad a ten se nechá kvasit v nádrži. Vzniká tak bioplyn. Plyn se následně spaluje a vytváří se energie. Z pevného zbytku se oddělí odpadky a nebezpečné látky a pak se prodává jako vysoce kvalitní hnojivo. Tento systém dokáže být v zemědělství prospěšný v několika směrech. Tento statek se už bez tohoto zaměření neobejde. Až 90 % bioplynu pro něj představuje bezprostřední zdroj příjmu. Sedláci z Rotthálu se skutečně naučili používat přírodního bohatství. Jejich generátor bioplynu byl vybrán na Expo Může fungovat kdekoliv na světě. Ale je tu jeden problém. Bioplyn vznikající ve fermentoru obsahuje malé množství sirovodíku H 2 S a to je pro spalovací motory nebezpečné, protože tento plyn se nám při spalovaní zanáší do oleje a následně rozežírá celý motor. Proto se vznikající plyn musí čistit - filtrovat. A asi nevhodnější způsob, jak by se vyřešil tento problém, je, že by byla použita technologie turbíny na základě Ericssonového tepelného oběhu.ten se skládá z komprese a expanze ohřáté vodní páry na lopatky turbíny a ta nám pohání generátor elektrického proudu. Ale v Rotthalu používají spalovací motory jako u klasických automobilu. A vyrobená elektřina jim prý postačí pro 150 domácností. Toto je vzorový projekt zpracování biomasy, který změnil způsob myšlení bavorských zemědělců. Bylo by příjemné, kdyby někdy v budoucnosti mohli lidé znovu říci, že sedlák má zase to postavení jako před 100 lety, to je, že bude zase lidem přinášet obživu. Ale dnes už je jasné, že to bude i elektřina. Zemědělští odborníci Rotthalu předpokládají, že se vytvoří sektor minimálně 500 pracovních příležitostí. A síla slunce se může stát pro sedláky věčným požehnáním, ať už bude vlhko nebo sucho. Bude to 13

16 ale vyžadovat průkopnického ducha a vynalézavost, než se nám podaří vytvořit zaslíbenou zemi plnou bioplynu a energie. c) Zvláštní podskupinu - Tvoří lisování olejů a jejich následná úprava, což je v podstatě mechanicko-chemická přeměna (např. výroba bionafty a přírodních maziv). V jižním Rakousku se nachází oblast s několika restauracemi. Je zde několik sběrných míst pro použitý olej na smažení, ze kterého potom vyrábí bionaftu pro místní autobusy. Z technického hlediska je to nejrafinovanější způsob výroby vysoko jakostní nafty v Evropě. Každoročně vyrobí několik tun bionafty z organických tuků a olejů. Vědci z univerzity v Gratzu už 20 let experimentují a zdokonalují celý proces. Díky novým obnovitelným zdrojům energie dnes nesměřuje doprava do slepé uličky. Bionaftu lze také vyrábět z řepky či sojového oleje. Často bývá lepší než ekologicky škodlivá paliva vyráběná na ropné bázi. Vedlejší produkty z rafinérie lze použít pro výkrm hospodářských zvířat. Bionafta není o nic škodlivější než salátová zálivka a suroviny k její výrobě si můžeme kdykoliv vypěstovat. Výrobna oleje v Bléru, na německo holandské hranici, produkuje bionaftu z řepky. Řepka se pěstuje v rámci programu pro ochranu půdy v rámci EU. Trh s bionaftou se začíná pomalu rozšiřovat, někteří lidé dnes tvrdí, že právě zde se nachází budoucnost spalovacích motorů. Jsme jednou nohou v budoucnosti, v níž se zemědělství stane producentem surovin pro energetiku. Ve Francii farmář odevzdává 10 procent své sklizně pšenice největší naftařské společnosti Total. Tady se z něj vyrábí velké množství přírodního aditiva ETBE ekologické aditivum pro špičkové bezolovnaté palivo. ETBE se přidává do nejlepších paliv a může nahradit až 15 procent složek fosilní báze. Francouzská vláda toto palivo podporuje daňovými úlevami. Ve Francii se ho vyrobí více než 50 mil. litrů ročně. A toto aditivum výrazně snižuje obsah škodlivin ve výfukových plynech. Na švédském trhu se uplatní jen ti výrobci energie, kteří berou ohled na životní prostředí. Ve Švédsku (země, která produkuje největší množství dřeva v Evropě), evidují odborníci každý strom (jak jsou staré, jak silné, jaké mají genetické rysy), což je nezbytnou součástí pro kvalitní těžbu a udržení lesa. V desetiletých intervalech vybírají místa pro těžbu, ta se provádí těžkými stroji přesně podle plánu. Těží se pouze geneticky slabé stromy. Bezhlavé kácení lesů patří minulostí. 14

17 Toto je zodpovědně využívaní zdrojů. Před dvěma stoletími naznačil tuto strategii Johann Wolfgang Goethe: Příroda jediná kniha, která předkládá velká témata na každé stránce a bude otevřena dokořán a je na člověku, aby si ji přečetl. Jednoho dne, kdy nastane situace zbavit se jaderných a fosilních paliv bude hrát fotosyntetizovaná energie ze Slunce hlavní roli. Pokud se bude biomasa pěstovat nepřetržitě a systematicky, nemůže se stát, že by nebyla kdykoliv a kdekoliv k dispozici a bude ji tu dost pro každého. 15

18 2.8Technologický postup pro kompostování Receptura zakládky musí být optimalizována tak, aby se docílilo co nejvyšší účinnosti tvorby humusových látek. V surovinovém složení kompostu je nejdůležitějším elementem organická hmota rozložitelná mikroorganismy, které svou činností realizují transformační procesy. Základním předpokladem správného kompostování je udržení přiměřené vlhkosti kompostové hromady na počátku a během celého procesu. Vlhkost je závislá zejména na pórovitosti zpracovávaného materiálu. Jak uvádí Jaroslav Váňa, optimální vlhkost u čerstvého kompostu pro zemité komposty s obsahem organických látek do 20 % v sušině (např. na bázi rybničního bahna) je %. Komposty ze zemědělských odpadních hmot s obsahem % organických látek v sušině vyžadují počáteční vlhkost %. Organické komposty ze stromové kůry, dřevních odpadů a při kompostování chlévské mrvy se zeminou, kdy obsah organických látek v sušině je v rozmezí %, vyžadují vlhkost %. Je nutné ale zdůraznit, že kompostování zemědělských odpadů, jakými jsou např. chlévský hnůj a kejda, je možné provádět na malých hromadách pouze tehdy, je-li zaručeno, že neobsahují patogenní mikroorganismy nebo látky neodbouratelné procesem rychlokompostování. V malých hromadách vždy nelze udržet potřebnou teplotu po dostatečně dlouhou dobu (55 C minimálně 21 dní) a nedochází tedy k dostatečné hygienizaci kompostu. Kompostováním na malých hromadách je myšleno kompostování na hromadách s výškou od 1,1 m do 2,5 m. Počáteční vlhkost kompostové hromady by měla být vyšší, než vlhkost zralého kompostu. Pórovitost kompostu se činností mikroorganismů zmenšuje a tím klesá i potřeba vlhkosti. Prakticky je lépe udržovat vlhkost blíže k nižší hranici potřebného rozmezí, zvýšit ji lze snadno, opačná procedura je však dosti problematická a v některých podmínkách i nemožná. Nadměrná vlhkost zabraňuje přístupu vzdušného kyslíku a aerobní fermentace pak rychle přechází v anaerobní. Při stanovování surovinové skladby kompostu je podstatným kriteriem poměr uhlíku (C) k dusíku (N). Poměr C : N zásadně ovlivňuje intenzitu činnosti mikroorganismů a tím tedy dobu zrání kompostu, tvorbu humusových látek a samozřejmě také výslednou kvalitu kompostu. Abychom dosáhli u zralého kompostu C : N v rozmezí : l (vysoká stabilita a agronomická účinnost), je třeba optimalizovat C : N v čerstvém kompostu v rozmezí : l. 16

19 K tomuto účelu byl vytvořen databázový program (obr. l), v kterém jsou obsaženy vybrané organické materiály s jejich základními vlastnostmi, jakými jsou vlhkost, obsah organických látek, obsah uhlíku a obsah dusíku. Tyto materiály lze vkládat do okénka, které značí kompostovou zakládku, a udávat jejich množství. Ve zmíněném okénku se zobrazí poměr C : N celé této zakládky a ten lze korigovat výběrem některého z materiálů a úpravou jeho množství. Množství lze upravit přepsáním či pohybem jezdce umístěného vedle tohoto údaje. Je-li zadaná receptura z hlediska C : N výhodná pro kompostování, číslo udávající tento poměr změní barvu z červené na zelenou. Organické materiály uložené v této databázi jsou převzaté z publikace Výroba a využití kompostů v zemědělství" a jsou zobrazené vtab. l. Program je volně k dispozici na webových stránkách Odchylky od doporučeného poměru C : N prodlužuji dobu zrání kompostu. V průběhu procesu kompostování je produkován oxid uhličitý (C0 2 ). Jeho únikem se část uhlíku obsaženého v zakládce ztrácí. Z tohoto důvodu je poměr C : N v zakládce vyšší, než ve finálním zralém kompostu. Nadměme množství dusíku v kompostovaném materiálu způsobuje jeho únik ve formě amoniaku. Tento jev je charakteristický zápachem, který kompostování doprovází. Jak je popsáno Miroslavem Kalinou, ztráty dusíku ve formě plynného amoniaku mohou představovat až 20 % a ztráty uhlíku do vzduchu ve formě oxidu uhličitého činí asi 30 %. Rozhodujícími faktory, ovlivňujícími průběh kompostování, nejsou jen vlhkost a poměr C : N, ale také obsah fosforu. V zemědělských odpadech je jeho minimální obsah (0,2 % P 2 0.-, v sušině) převážně zaručen. Výjimečně doplňujeme P 2 O.s přídavkem superfosfátu (maximálně 2 kg na l t odpadu) u kompostů s převažujícím podílem stromové kůry, dřevní štěpky a pilin. Aby stanovení správné surovinové skladby kompostu neztrácelo smysl, je nutné zajistit po navážce dokonalou homogenizaci celé hromady. V případě, že by k tomuto nedošlo, byla by v kompostové hromadě jádra jednotlivých složek. Kompostování by tak probíhalo za jiných, než optimálních podmínek, kterých se skladbou receptury snažíme dosáhnout. Prodloužila by se doba fermentace a finální produkt by neměl požadované parametry. Dalším požadavkem je umožnit všem látkám, obsaženým v surovinách, zúčastnit se kompostovacího procesu od samého prvopočátku. Proto je nevhodné dávat do kompostu celé části dřevin (klestí, větve apod.) i rostlin (vysoká tráva, seno, sláma apod.) a je vhodná jejich desintegrace např. nadrcením či nasekáním. 17

20 Je-li složení kompostu, jeho vlhkost a ph příznivé pro rozvoj mikroflóry, je také nutné zaručit přítomnost těchto mikroorganismů v zakládce. Naočkování hromady půdními mikroorganismy lze dosáhnou přidáním alespoň minimálního množství zeminy či vyzrálého kompostu do 10 % váhového podílu. Správného procesu nelze dosáhnout pouze aplikací hnoje, kejdy či močůvky. Tyto materiály obsahují střevní nikoli půdní mikroflóru. V případě kompostování surovin či odpadů s nízkým ph faktorem, je vhodná jeho úprava před homogenizační překopávkou např. vápencem. Přebytek vápence nevadí a hotový kompost podle ČSN má mít ph = 6,0-8,5. Smícháním samotného vápence se zeminou v poměru l : l lze dospět k hodnotě kolem ph = 8,6. Tab. 3 Organické suroviny a jejich základní vlastnosti pro optimalizaci zakládky Surovina Vlhkost Org.látky N (% suš.) (%) (% suš.) Chlévská mrva skot ,8-2,4 Chlévská mrva koně ,9-2,5 Chlévská mrva ovce ,5-3,0 Močůvka ,1-0,9 v původní hmo. Kejda prasat ,0-5,8 Kejda skotu ,5-4,5 Kejda drůbeže ,0-8,1 Sláma obilovin ,4-0,6 Sláma řepky ,5-0.7 Nať brambory ,7-0,8 Listí ,9-1,5 Odpad zeleniny ,2-2,5 Stařina z luk ,8-1,0 Výhozy z příkopů ,3-0,6 Kuchyňský odpad ,2-2,3 Výlisky z ovoce ,1-0,6 Piliny ,0-0,2 Stromová kůra ,2-0,4 Zemina cukrovar, a škrobárenská ,1-0,2 Sáma cukrovamická ,2-0,5 Kanalizační kal ,0-4,5 Jímkový kal (a ze septiků) ,2-4,0 18

21 Popel ze dřeva ,0-0,1 Vytříděný bioodpad ,2-1,9 Fa/den ,4-0,7 Rybniční bahno ,3-0,6 Lihovarské výpalky ,9-3,3 Kostní šrot ,4-1,9 Kapucín, hnědouhelný prach ,2-0,7 Odpad mlýnský, krmivářský ,8-1,3 Rašelina ,2-3,0 Jateční odpad ,0-9,0 19

22 V tabulce nejsou uvedeny obsahy uhlíku jednotlivých surovin. Obsah uhlíku v sušině organické suroviny je převážně roven polovině obsahu spalitelných (organických) látek v sušině této suroviny. K výběru vhodných surovin zakládky a k určení jejich množství dle poměru C : N lze použít níže uvedený vztah n - počet surovin (-) M i - množství jednotlivých surovin (kg) C i - obsah uhlíku, C, v sušině (%hm.) N I - obsah dusíku, N, v sušině (%hm.) W i - vlhkost (%) příkladu: Postup při volbě optimální surovinové skladby zakládky je uveden v následujícím 20