PYROLÝZA KOMPOSTŮ Z TRVALÝCH TRAVNÍCH POROSTŮ A Z ÚDRŽBY KRAJINY THE PYROLYSIS OF COMPOST OF PERMANENT GRASS COVER AND FROM LANDSCAPE MAINTENANCE

Transkript

1 PYROLÝZA KOMPOSTŮ Z TRVALÝCH TRAVNÍCH POROSTŮ A Z ÚDRŽBY KRAJINY THE PYROLYSIS OF COMPOST OF PERMANENT GRASS COVER AND FROM LANDSCAPE MAINTENANCE A. Hlavsová 1, H. Raclavská 2, D. Juchelková 1, P.Sýkorová 3 1 VŠB-Technická Univerzita Ostrava, Centrum energetických jednotek pro využití netradičních zdrojů energie 2 VŠB-Technická Univerzita Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, Institut geologického inženýrství 3 VŠB Technická univerzita Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, Institut environmentálního inženýrství Abstract The contribution deals with the pyrolysis of compost made from nine energy crops under the same process conditions: 0.5 g samples of material were pyrolysed in the nitrogen atmosphere; the final temperature of pyrolysis process was set at 700 C, and the experiments took 172 minutes. This research was focused on pyrolytic gas analysis. Predominant compounds of pyrolytic gas are hydrogen (40-50 %), carbon dioxide (20 25 %), carbon monoxide (15 25 %) and methane (7 10 %). For most of pyrolysed composts the production of gases decreases in given order: hydrogen > carbon dioxide > carbon monoxide > methane > hydrocarbons. It was proved that the compost with high lignin content and simultaneously low cellulose content produce pyrolytic gas with the highest hydrogen proportion. A significant dependence of the carbon monoxide proportion in pyrolytic gas on the potassium content was found out (r = 0.79). The pyrolysis of compost from clover grass mixture with energy yield TJ m -3 is definitely the most favorable from the point of view of energetic utilisation of the pyrolytic gas, the least beneficial is the pyrolysis of compost of Hybrid LOFA with energy yield 5,77 TJ m -3. Keywords: compost, energy crops, pyrolysis, pyrolytic gas 1. ÚVOD Pyrolýza je fyzikálně-chemický děj, kdy je na vstupní materiál působeno teplotou, která přesahuje mez jeho chemické stability. Je to termický proces, při němž za nepřístupu oxidačního činidla (kyslík, vzduch, atd.) dochází ke štěpení makromolekulárních sloučenin až na stálé nízkomolekulární produkty a tuhý zbytek. Konečnými produkty jsou pyrolytický koks, pyrolytický olej (kapalina) a pyrolytický plyn obsahující H 2, CO, CO 2 a nižší uhlovodíky. Pyrolýzní produkty se využívají pro produkci široké škály paliv, rozpouštědel, chemikálií a dalších produktů. Výtěžnost frakcí je ovlivněna složením pyrolyzovaného materiálu, velikostí částic a operačními podmínkami, především teplotou, rychlostí ohřevu a dobou zdržení plynu (Gomez-Barea et al., 2010). Biomasa se skládá především z celulózy, hemicelulózy a ligninu. Kompostování je biologický proces rozkladu, který mění chemické složení a tepelné chování původní biomasy (Barneto et al., 2010b). V průběhu kompostování je houbami a bakteriemi podporován rozklad hemicelulózy a celulózy, čímž se zvětšuje poměr ligninu a huminových látek (Barneto et al., 2010b). Kompost tak může být považován za nový typ biomasy s rozdílným proporcionálním složením základních komponent biomasa obohacená o lignin (Barneto et al., 2010a). Kompost je obvykle aplikován do půdy, nicméně jeho fyzikálně-chemické vlastnosti z něj činí zajímavé palivo pro pyrolýzní a zplyňovací zařízení (Barneto et al., 2010b). Celulóza, hemicelulóza a lignin se při pyrolýze chovají odlišně, dekompozici podléhají v různých teplotních intervalech a aktivační energie jejich rozkladných reakcí je také různá (Brito et al., 2008; Wang et al., 2008 in Zhang, 2011, Barneto et al., 2010a). Lignin zlepšuje účinnost termochemické konverze biomasy. Z toho důvodu je možné předpokládat, že zvýšený obsah ligninu (například při vyšším stupni zralosti trav nebo vlivem kompostování) pozitivně ovlivňuje výtěžnost pyrolýzních produktů. U kompostování je tento vliv odvozen od fyzikálněchemických změn, které nastávají během termofilní fáze kompostování (Barneto et al., 2010a). Zatímco produkce vodíku vzrůstá, produkce oxidu uhelnatého se snižuje. Na druhé straně kompostování nemá žádný vliv na produkci metanu a oxidu uhličitého (Barneto et al., 2010a). Z jednotlivých složek biomasy nejvíce vodíku (vztaženo na jednotku hmotnosti) vzniká při pyrolýze ligninu, který vykazuje mnohem větší produkci vodíku než sacharidy (Yang et al., 2007). Vyšší produkce vodíku při pyrolýze kompostu může také souviset s jeho mineralizací. Bylo dokázáno, že větší množství anorganických iontů, které katalyzují karbonizaci, zvyšují produkci vodíku v bylinných vzorcích (Barneto et al., 2010a). Dle Fahmi et al. (2008) na výtěžnost organických kapalných látek, plynu a koksu má vliv při pyrolýze trav přítomnost minerálů, přičemž vliv přítomnosti minerálů dominuje nad vlivem obsahu ligninu. Největší vliv na výtěžnost frakcí mají alkalické kovy, především sodík a draslík, katalyzují tepelnou degradaci biomasy a snižují teplotu rozkladu (Fahmi et al. 2008). Cílem práce bylo učení rozdílů v chemickém složení a množstevní produkci pyrolýzního plynu získaných pyrolýzou kompostů vyrobených z devíti energetických travin v závislosti na složení vstupní suroviny (lignin, celulóza a hemicelulóza) a vodorozpustných alkálií. 2. MATERIÁL A METODY Energetické byliny byly vypěstovány a dodány OSEVA PRO s.r.o - Výzkumné stanice travinářské v Rožnově Zubří: psineček velký (Agrostis gigantea 1

2 Roth.), lesknice rákosovitá Chrastava (Phalaroides arundinacea L.), kostřava rákosovitá Kora (Festuca arundinacea Schreb.), ovsík vyvýšený (Arrhenatherum elatius L.), sveřep horský Tacit (Bromus marginatus Nees ex Steud.) jetelotravní směs (Trifolium pratense) a hybridy jílkovitého charakteru (Festulolium). Energetické byliny byly sklízeny během roku 2011 v měsíci květnu. U sklízených bylin byl sledován výnos sušiny. Pro optimalizaci kompostovacího procesu (úprava poměru C/N) byly k travám přidány piliny v poměru trávy:piliny (2:1). Trávy byly společně s pilinami a zeminou kompostovány v minikomposteru NatureMill model NM125 v laboratořích VŠB - TU Ostrava, Institut geologického inženýrství. Komposty a pyrolytický koks byly analyzovány dle ČSN EN 15104: Tuhá biopaliva - Stanovení celkového obsahu uhlíku, vodíku a dusíku - Instrumentální metody. Obsah prchavé hořlaviny byl stanoven dle ČSN EN 15402: Tuhá alternativní paliva - Metody pro stanovení obsahu prchavé hořlaviny. Obsah popela byl stanoven podle ČSN EN 15403: Tuhá alternativní paliva - Stanovení obsahu popela. Po stanovení prchavé hořlaviny a popela se fixní uhlík stanovuje dopočtem do 100 %. Spalné teplo bylo stanoveno dle ČSN EN 15400: Tuhá alternativní paliva - Stanovení spalného tepla a výhřevnosti. Obsah ligninu byl stanoven podle ČSN EN ISO 13906: Krmiva - Stanovení obsahu acidodetergentní vlákniny (ADF) a acidodetergentního ligninu (ADL). Majoritní složky celulóza a hemicelulóza byly stanoveny podle metodiky dle Kačík et al. (2000). Analýzy obsahu alkálií byly provedeny podle metodiky ČSN EN 15105: Tuhá biopaliva - Metody stanovení obsahu chloridů, sodíku a draslíku rozpustných ve vodě. Koncentrace humínových kyselin byla stanovena dle metody popsané v Swift (1996). Pro stanovení barevného kvocientu byla použita metodika podle Králová et al. (1991). Stanovení oxidovatelného uhlíku bylo provedeno dle metody popsané ve Zbíral et al. (1997). Pyrolýzní testy byly prováděny na laboratorním zařízení, jehož hlavní součástí je ocelový reaktor firmy Parr. Ohřev do maximální teploty 900 C je zajištěn keramickým elektrickým ohřívačem firmy Parr a řízen regulátorem teploty, který používá PID (proportional, integral-derivative) regulaci, což je spojení proporcionálního, integračního a derivačního řízení. Aktuální teplota je měřena termočlánkem typu K, signál je veden do regulátoru teploty. Čidlo teploty je umístěno v prostřední části reaktoru, kam se také umisťuje vzorek na vrstvě křemenné vaty. Pyrolýzní testy na tomto zařízení probíhají v dusíkové atmosféře. Režim nosného plynu je sestupný. Dávkování dusíku z tlakové láhve je zajištěno pomocí redukční stanice. K nastavení požadovaného průtoku plynu je použit regulátor značky SIERRA C100 Serie Smart-Trak. Ke kondenzaci kapalných produktů pyrolýzy je použita dewarova nádoba se suchým ledem. Pyrolytický plyn byl analyzován pomocí plynové chromatografie na analyzátoru Agilent 3000 Micro Gas Chromatograph, který má teplotně vodivostní detektor a tyto dvě chromatografické kolony: kolona Mol-sieve o průměru 0,32 mm a délce 10 m, s předkolonou Plot U o průměru 0,32 mm a délce 3 m, kolona Plot U o průměru 0,32 mm a délce 8 m s předkolonou Plot Q o průměru 0,32 mm a délce 1 m. Jako nosný plyn pro obě kolony se používá helium. Analýza plynů probíhala kontinuálně a koncentrace vodíku, oxidu uhličitého, oxidu uhelnatého, metanu, etanu, etylenu, propanu a metylacetylenu byly stanovovány ihned po skončení předchozí analýzy, tedy každé 4 minuty. Schéma pyrolýzního zařízení je zobrazeno na obrázku č. 1.. Obr. 1: Schéma pyrolýzního zařízení 2

3 V tomto zařízení byly pyrolyzovány vzorky kompostů trav o hmotnosti 0,5 g. Průtok dusíku byl pro všechny experimenty nastaven 20 ml/min. Konečná teplota pyrolýzního procesu byla pro všechny experimenty 700 C a experimenty trvaly 172 minut. 3. VÝSLEDKY A DISKUZE Základní energetické parametry kompostů jsou uvedeny v tabulce č. 1. Tab. č. 1: Základní energetické parametry kompostů C N H O Spalné Prchavá Fixní Popeloviny teplo hořlavina uhlík % kj/kg % Sveřep horský TACIT 42,43 0,52 6,33 39, ,10 11,42 15,48 Hybrid PERUN 41,61 0,94 5,91 41, ,29 10,52 16,19 Hybrid BEČVA 41,09 0,59 5,91 44, ,73 7,95 16,32 Ovsík vyvýšený rožnovský 42,63 0,97 5,85 37, ,29 12,72 14,98 Hybrid LOFA 43,81 0,70 5,94 40, ,98 8,94 16,80 Jetelotravní směs 42,90 0,45 6,36 42, ,56 7,60 16,38 Kostřava rákosovitá KORA 41,61 0,50 6,36 51, ,17 61,83 15,53 Psineček velký rožnovský 42,60 0,82 5,95 40, ,88 9,83 15,29 Lesknice rákosovitá Chrastava 38,52 0,93 5,14 42, ,25 13,3 14,72 V kompostu byl v laboratořích sledován i obsah majoritních složek (lignin, celulóza, hemicelulóza) dále oxidovatelný uhlík a parametry humifikace, které zahrnují obsah fulvokyselin a huminových kyselin, stupeň depolymerizace (poměr huminových a fulvokyselin-ha/fa), barevný koeficient Q4:6. Čím vyšší je hodnota tohoto kvocientu, tím je vyšší zastoupení látek typu fulvokyselin, obsahujících velké množství bočních řetězců a méně aromatických jader (Králová et al., 1991). Tab. č. 2: Majoritní složky kompostů, parametry humifikace, oxidovatelný uhlík (C ox ) Lignin Celulóza Hemicelulóza Q4/6 C ox HA/FA % % Sveřep horský TACIT 30,48 55,41 5,98 8,31 19,20 2,58 Hybrid PERUN 34,66 54,75 7,18 9,46 17,90 2,87 Hybrid BEČVA 36,54 53,47 7,78 7,88 18,05 2,58 Ovsík vyvýšený rožnovský 38,20 46,20 17,92 9,13 18,43 3,13 Hybrid LOFA 34,75 51,28 5,77 13,13 17,81 2,57 Jetelotravní směs 34,04 51,71 2,51 19,24 18,90 2,57 Kostřava rákosovitá KORA 36,27 49,49 6,99 10,94 18,81 2,58 Psineček velký rožnovský 37,47 43,07 19,07 11,34 17,21 2,63 Lesknice rákosovitá Chrastava 38,24 43,62 9,07 10,08 16,65 3,12 Z hodnot barevného kvocientu Q4/Q6 (> 9) vyplývá, že v kompostech převládají fulvokyseliny, hnědé huminové kyseliny se vyskytují v oblasti mezi 4 a 6. Tyto výsledky nejsou ve shodě s poměr HA/FA (huminové kyseliny/fulvokyseliny). Obsah vodorozpustných alkálií, který je uveden v následující tabulce: V tabulce č. 4 jsou uvedeny výsledky stanovení elementárního složení v pyrolýzním koksu, množství uhlíku vyjádřené v procentech, které bylo pyrolýzou využito na tvorbu pyrolytického koksu, a množství vodíku a dusíku vyjádřené v procentech, které se při pyrolýze z materiálů uvolnilo a bylo přeměněno na složky pyrolýzního plynu nebo kapaliny. 3

4 Tab. č. 3: Obsah vodorozpustných alkálií Na K (mg/g sušiny) (g/kg sušiny) Sveřep horský TACIT 2,09 3,93 Hybrid PERUN 4,42 7,86 Hybrid BEČVA 1,35 2,87 Ovsík vyvýšený rožnovský 1,51 7,70 Hybrid LOFA 1,12 6,70 Jetelotravní směs 4,92 3,44 Kostřava rákosovitá KORA 1,16 4,71 Psineček velký rožnovský 1,40 7,76 Lesknice rákosovitá Chrastava 3,01 7,76 Tab. č. 4: Elementární složení pyrolytického koksu Materiál Po pyrolýze Index nabohacení Uvolněno Uvolněno C H N pro C H N % % Sveřep horský TACIT 58,38 0,90 0,44 137,59 85,78 15,38 Hybrid PERUN 49,64 0,79 0,57 119,30 86,63 39,36 Hybrid BEČVA 60,94 1,21 0,39 148,31 79,53 33,90 Ovsík vyvýšený rožnovský 53,72 1,15 0,70 126,01 80,34 27,84 Hybrid LOFA 60,60 1,23 0,53 138,32 79,29 24,29 Jetelotravní směs 61,25 1,08 0,43 142,77 83,02 4,44 Kostřava rákosovitá KORA 62,42 0,85 0,47 150,01 86,64 6,00 Psineček velký rožnovský 57,75 1,05 0,71 135,56 82,35 13,41 Lesknice rákosovitá Chrastava 45,02 0,73 0,61 116,87 85,80 34,41 Index nabohacení uhlíku byl vypočten jako poměr obsahu uhlíku v pyrolytickém koksu a v kompostu vynásobený 100. Z výsledků je patrné, že u všech kompostů došlo ke zvýšení obsahu uhlíku v koksu vzhledem k původnímu materiálu. K nejvyššímu nabohacení došlo u Kostřavy rákosovité KORA, hybridu BEČVA, jetelotravní směsi, hybridu LOFA a Sveřepu horského TACIT. Dle Gascó et al. (2005) roste nabohacení pyrolytického koksu uhlíkem s obsahem fulvokyselin v původním materiálu. Fulvokyseliny obsahují ve srovnání s huminovými kyselinami větší množství kyslíku vázaného v COOH, OH a C=O funkčních skupinách, ale obsahují méně uhlíku. Huminové kyseliny jsou látky s vyšší molekulovou hmotností, vyšším obsahem uhlíku, ale menším obsahem kyslíku. Kyslík je zde vázán v etherových a esterových vazbách (Gascó et al., 2005). Této teorii odpovídá poměr HA/FA, jak je možné vidět v tabulce č. 2, nejnižší hodnotu HA/FA mají hybrid LOFA, jetelotravní směs, hybrid BEČVA, sveřep horský TACIT a Kostřava rákosovitá KORA. Pyrolýzou materiálů s nižšími hodnotami poměru HA/FA vzniká také koks s vyšším specifickým povrchem (Gascó et al., 2005). Nejvíce vodíku bylo v průběhu pyrolýzy uvolněno z Kostřavy Rákosovité, Hybridu PERUN, Lesknice Rákosovité Chrastavy a Sveřepu horského. V následující tabulce jsou uvedeny celkové objemy detekovaných plynů, získané z jednotlivých experimentů a procentuální vyjádření těchto objemů ve směsi tvořené detekovanými plyny. V posledním řádku tabulky jsou uvedeny průměrné hodnoty výtěžnosti plynů z pyrolýzy kompostů všech druhů trav vztaženo na 1 g kompostu. Dominantními složkami pyrolytického plynu z kompostů trav jsou vodík (40-50 %), oxid uhličitý (20 25 %), oxid uhelnatý (15 25 %) a metan (7 10%). Pro většinu z pyrolyzovaných kompostů produkce plynů klesá v tomto pořadí: vodík > oxid uhličitý > oxid uhelnatý > metan > uhlovodíky. Výjimku tvoří Sveřep horský TACIT a Hybrid BEČVA, kdy při pyrolýze vzniká více oxidu uhelnatého než oxidu uhličitého. Celková výtěžnost pyrolytického plynu je nejvyšší pro kompost jetelotravní směs, dále pro Sveřep horský TACIT a také Ovsík vyvýšený rožnovský. Komposty s nejvyšším obsahem ligninu produkují pyrolytický plyn s nejvyšším procentuálním zastoupením vodíku. Výjimku však tvoří komposty vytvořené z hybridů, kdy se jedná o téměř opačnou závislost. Závislost obsahu ligninu (r = 0,91) na procentuálním zastoupení objemu vodíku ve směsi tvořené detekovanými plyny, kdy byly ze souboru dat vyloučeny komposty hybridů, je znázorněna 4

5 v následujícím grafu (obrázek č. 2). Kritická hodnota koeficientu korelace na hladině pravděpodobnosti 0,01 pro 6 vzorků je 0,91. Dále bylo zjištěno, že plyn s nejvyšším procentuálním zastoupením vodíku produkují komposty s nejnižším obsahem celulózy Závislost obsahu celulózy (r = 0,81) na procentuálním zastoupení objemu vodíku ve směsi tvořené detekovanými plyny je znázorněna v následujícím grafu (obrázek č. 2). Kritická hodnota koeficientu korelace na hladině pravděpodobnosti 0,01 pro 9 vzorků je 0,79. Dále byl zjišťován vliv obsahu draslíku a sodíku v kompostu na výtěžnost pyrolýzních plynů. Závislost byla zjištěna pouze mezi obsahem draslíku a koncentrací oxidu uhelnatého ve směsi tvořené detekovanými plyny (r = 0,79). Tato závislost je znázorněna na obrázku č. 3. Obr. 2. Závislost mezi obsahem ligninu a celulózy v kompostu na koncentraci vodíku v pyrolýzním plynu. Obr. 3. Závislost mezi obsahem draslíku a koncentrací oxidu uhelnatého v pyrolytickém plynu. Pro směsi plynů získané pyrolýzou kompostů byly vypočteny přibližné hodnoty výhřevnosti dle vzorce: Q = Σφi Qi, kde Q je výhřevnost směsi plynů, φi je objemový zlomek jednotlivých spalitelných složek plynu, Qi je výhřevnost jednotlivých spalitelných složek plynů. Orientační výhřevnosti pyrolytického plynu jsou uvedeny v tabulce č. 6. Rozdíly ve výhřevnostech pyrolýzního plynu z jednotlivých kompostů nejsou značné. Tabulka dále uvádí energetický výnos z kompostů jednotlivých plodin. Energetický výnos byl vypočten jako součin výhřevnosti vzniklého plynu (MJ m-3), objemu vzniklého plynu (m3 kg-1) a výnosu ze sklizně (kg ha-1). 5

6 Tab. č. 5: Celková výtěžnost plynů z pyrolýzy 1 g kompostů trav H 2 CO 2 CO CH 4 C 2 H 6 C 2 H 4 C 3 H 8 C 3 H 4 Celkem Sveřep horský TACIT ml 126,52 59,40 62,62 23,52 1,62 2,42 1,68 0,26 278,18 % 45,48 21,41 22,51 8,45 0,58 0,87 0,61 0, Hybrid PERUN Hybrid BEČVA Ovsík vyvýšený rožnovský Hybrid LOFA ml 105,38 60,08 47,78 17,86 1,16 1,32 1,26 0,22 235,04 % 44,83 25,56 20,33 7,60 0,50 0,56 0,54 0, ml 98,30 54,88 58,56 22,34 1,26 2,48 1,86 0,26 239,94 % 40,97 22,87 24,41 9,31 0,52 1,03 0,77 0, ml 135,82 63,94 43,56 18,84 1,42 1,66 2,10 0,50 267,88 % 50,71 23,87 16,26 7,03 0,53 0,62 0,79 0, ml 94,74 58,94 48,54 16,04 1,3 1,18 1,04 0,58 222,38 % 42,60 26,50 21,83 7,21 0,59 0,53 0,46 0, Jetelotravní směs ml 129,7 65,64 61,3 22,02 1,64 2,00 1,28 0,1 283,68 % 45,72 23,14 21,61 7,77 0,58 0,71 0,45 0, Kostřava rákosovitá ml 126,68 54,8 49,96 19,04 1,06 0,92 0,84 0,28 253,58 KORA % 49,96 21,61 19,70 7,51 0,42 0,37 0,33 0, Psineček velký rožnovský ml 124,18 59,24 42,90 18,28 1,18 1,38 1,04 0,36 248,56 % 49,96 23,83 17,26 7,36 0,47 0,55 0,42 0, Lesknice rákosovitá ml 118,92 53,34 35,88 14,36 0,96 0,90 0,88 0,26 225,5 Chrastava % 52,73 23,65 15,92 6,37 0,43 0,40 0,39 0, Průměr ± sm. odchylka ml % 117,80 ±14,70 47,02 ±4,01 58,94 ±4,13 23,52 ±1,65 50,12 ±9,07 20,01 ±2,96 19,14 ±3,01 7,64 ±0,85 1,28 ±0,23 0,51 ±0,06 1,58 ±0,60 0,63 ±0,21 1,32 ±0,45 0,53 ±0,16 0,3 ±0,15 0,12 ±0,07 250,52 ±22, Tab. č. 6: Výnos sušiny, výhřevnost a energetický výnos plynů z pyrolýzy kompostů Materiál Výnos sušiny (t/ha) Výhřevnost Q (kj m -3 ) Energetický výnos (MJ m -3 ) Sveřep horský TACIT 2, ,88 Hybrid PERUN 2, ,06 Hybrid BEČVA 2, ,76 Ovsík vyvýšený rožnovský 1, ,69 Hybrid LOFA 2, ,43 Jetelotravní směs 5, ,91 Kostřava rákosovitá KORA 2, ,48 Psineček velký rožnovský 2, ,60 Lesknice rákosovitá Chrastava 2, ,17 Průměr ± sm.odchylka 2,69 ± 1, ± 524, ,11 ± 2851,30 6

7 Průběh uvolňování plynů byl pro všechny komposty podobný. Nejprve se začínají uvolňovat oxidy uhlíku, poté uhlovodíky a nakonec vodík. Průběh uvolňování plynů při pyrolýze kompostu jetelotravní směsi (vztaženo na 1 g kompostu) je znázorněn na obrázku č. 4. V tomto případě maxima uvolněného objemu dosahuje vodík (3,92 ml/min v 36 minutě), dále oxid uhličitý (2,52 ml/min v 24 minutě), oxid uhelnatý (2,04 ml/min v 24 minutě), metan (0,74 v 36 minutě) a pak uhlovodíky ( 0,08 ml/min okolo 32 minuty). Podobný průběh vykazují také Sveřep horský TACIT, Hybrid BEČVA, Ovsík vyvýšený rožnovský, Kostřava rákosovitá KORA, Psineček velký rožnovský a Lesknice rákosovitá Chrastava. Na obrázku 5 je znázorněn průběh uvolňování plynů během pyrolýzy kompostu Hybridu LOFA (vztaženo na 1 g kompostu), zde maxima uvolněného objemu dosahuje oxid uhličitý (2,3 ml/min v 24 minutě), dále vodík (2,14 ml/min v 40 minutě), oxid uhelnatý (1,40 ml/min v 24 minutě), metan (0,62 v 36 minutě) a pak uhlovodíky ( 0,06 ml/min okolo 32 minuty). Podobný průběh vykazuje také Hybrid PERUN. Obr. 4: Průběh uvolňování plynů při pyrolýze kompostu Jetelotravní směsi vztaženo na 1 g vzorku. 4. ZÁVĚR Pyrolýzou kompostů byl získán plyn s vysokým obsahem výhřevných složek vodíku, oxidu uhelnatého a metanu. Plyn z pyrolýzy kompostů obsahuje především velké množství vodíku, až 50 %. Obsah nevýhřevné složky, tj. oxidu uhličitého, se pohybuje okolo 23 %. Na podobném zařízení byly v předchozích výzkumech pyrolyzovány také kaly z čistíren odpadních vod (pyrolýzní plyn obsahoval okolo 30 % H 2, 45 % CH 4 a 20 % CO 2 ) nebo černé uhlí (pyrolýzní plyn obsahoval okolo 60 % H 2, 35 % CH 4 a 1-11 % CO 2 ). Z uvedeného vyplývá, že pyrolýzní plyn ze zkoumaných kompostů se obsahem vodíku přibližuje plynu z pyrolýzy uhlí. Pyrolýzou kompostů vzniká středně výhřevný plyn, vypočtená výhřevnost pyrolytického plynu z kompostů se pohybuje okolo 11-12,5 MJ m -3. Nejvyšší výhřevnost 12,6 MJ m -3 má plyn z pyrolýzy kompostu Hybridu BEČVA a nejnižší výhřevnost 10,9 MJ m -3 měl pyrolytický plyn z kompostu Lesknice rákosovité Chrastava. Ze zkoumaných plodin je z hlediska energetického využití plynu jednoznačně nejvýhodnější pyrolýza kompostu Jetelotravní směsi, tato plodina má cca dvakrát vyšší výnos ze sklizně než ostatní byliny a zároveň pyrolýzou vzniká největší objem pyrolytického plynu. Kompost Jetelotravní směsi má tedy nejvyšší energetický výnos tj. 17,98 TJ m -3, což je více než dvojnásobek v porovnání s energetickým výnosem kompostu Sveřepu horského TACIT, který je druhý nejvyšší 8,74 TJ m -3. Nejméně vhodný je kompost Hybridu LOFA s energetickým výnosem 5,77 TJ m -3. Z výsledků je patrné, že komposty s nejvyšším obsahem ligninu a současně nejnižším obsahem celulózy produkují pyrolytický plyn s nejvyšším procentuálním zastoupením vodíku, jedná se o lesknici rákosovitou Chrastava (38,24 % ligninu, 43,62 % 7

8 celulózy a 52,73 % vodíku v plynu), Ovsík vyvýšený rožnovský (38,20 % ligninu, 46,2 % celulózy a 50,61% vodíku v plynu), Psineček velký rožnovský (37,47 % ligninu, 43,07 % celulózy a 49,96 % vodíku v plynu). Obr. 5: Průběh uvolňování plynů při pyrolýze Hybridu LOFA vztaženo na 1 g vzorku. PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu Ministerstva zemědělství QI101C246 Využití travní fytomasy z trvalých travních porostů a z údržby krajiny a MŠMT CZ.1.05/2.1.00/ ENET - Energetické jednotky pro využití netradičních zdrojů energie. LITERATURA BARNETO, A. G.; ARIZA CARMONA J.; CONESA FERRER, J. A.; DÍAZ BLANCO, M.J.: Kinetic study on the thermal degradation of a biomass and its compost: Composting effect on hydrogen production. Fuel. 89, , 2010a. BARNETO, A. G.; ARIZA CARMONA, J.; DÍAZ BLANCO, M. J.: Effect of the previous composting on volatiles production during biomass pyrolysis. J. Phys. Chem. A. 114, , 2010b. BRITO, J. O.; SILVA, F. G.; LEAO, M. M.; ALMEIDA, G.: Chemical composition changes in eucalyptus and pinus woods submitted to heat treatment. Bioresour. Technol. 99, , FAHMI, R.; BRIDGWATER, A. V.; DONNISON, I.; YATES, N.; JONES, J. M.: The effect of lignin and inorganic species in biomass on pyrolysis oil yields, quality and stability. Fuel. 87, , GASCÓ, G.; BLANCO, C. G.; GUERRERO, F.; MÉNDEZ LÁZARO, A. M. The influence of organic matter on sewage sludge pyrolysis. J. Anal. Appl. Pyrol. 74, , GOMEZ-BAREA, A.; NILSSON, S.; Vidal BARRERO, F.; CAMPOY, M.: Devolatilization of wood and wastes in fluidized bed. Fuel. Process. Technol. 91, , KAČÍK, F.; SOLÁR, R.: Analytická chémia dreva. Technická univerzita vo Zvolene : 369, Zvolen KRÁLOVÁ, M. a kolektiv: Vybrané metody chemické analýzy půd a rostlin. ACADEMIA : 160, Praha SWIFT R.S., Organic matter characterization, In: Sparks D.L., Page A.L., Helmke P.A., Loeppert R.H., Soltanpour P.N., Tabatabai M.A., Johnson C.T., Sumner M.E.: Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. Soil Science Society of America: , Wisconsin WANG, G.; LI, W.; LI, B.; CHEN, H.: TG study on pyrolysis of biomass and its three components under syngas. Fuel. 87, , YANG, H.; YAN, R.; CHEN, R.; HO, D.; ZHENG, Ch.: Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel. 86, ,

9 ZBÍRAL, J.; HONSA, I.; MALÝ, S.: Jedotné pracovní postupy. ÚKZÚZ Brno : 150, Brno 1997 ZHANG, S. Y.; WANG, X. J.; CAO, J. P.; TAKARADA, T.: Low temperature catalytic gasification of pig compost to produce H 2 rich gas. Bioresour. Technol. 102, , Abstrakt: Příspěvek se zabývá pyrolýzou kompostů vyrobených z devíti různých energetických travin za stejných procesních podmínek: vzorky materiálu o hmotnosti 0,5 g byly pyrolyzovány v atmosféře dusíku, konečná teplota pyrolýzního procesu byla nastavena na 700 C a experimenty trvaly 172 minut. Výzkum byl zaměřen na analýzu pyrolytického plynu. Dominantními složkami pyrolytického plynu z kompostů trav jsou vodík (40-50 %), oxid uhličitý (20 25 %), oxid uhelnatý (15 25 %) a metan (7 10 %). Pro většinu z pyrolyzovaných kompostů produkce plynů klesá v tomto pořadí: vodík > oxid uhličitý > oxid uhelnatý > metan > uhlovodíky. Bylo prokázáno, že komposty s vysokým obsahem ligninu a současně nízkým obsahem celulózy produkují pyrolytický plyn s nejvyšším procentuálním zastoupením vodíku. Dále byla zjištěna významná závislost obsahu draslíku v kompostech na procentuálním zastoupení oxidu uhelnatého ve směsi tvořené detekovanými plyny (r = 0,79). Ze zkoumaných plodin je z hlediska energetického využití plynu jednoznačně nejvýhodnější pyrolýza kompostu z jetelotravní směsi, která má energetický výnos 17,98 TJ m -3, a nejméně vhodná je pyrolýza kompostu Hybridu LOFA s energetickým výnosem 5,77 TJ m -3. Klíčová slova: kompost, energetické plodiny, pyrolýza, pyrolytický plyn Kontaktní adresa: Ing. Adéla Hlavsová, Ph.D Centrum energetických jednotek pro využití netradičních zdrojů energie VŠB-TUO 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba Tel: Adela.hlavsova@vsb.cz Prof. Ing. Helena Raclavská, CSc. Institut geologického inženýrství Hornicko-geologická fakulta, VŠB-TUO 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba Tel: helena.raclavska@vsb.cz Prof. Ing. Dagmar Juchelková, Ph.D. Centrum energetických jednotek pro využití netradičních zdrojů energie VŠB-TUO 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba Tel: , Fax: dagmar.juchelkova@vsb.cz Ing.Petra Sýkorová Institut environmentálního inženýrství Hornicko-geologická fakulta, VŠB-TUO 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba Petra.sykorova@vsb.cz Recenzovali: doc. Ing. B. Cagaš, CSc., doc. Ing. M. Rùžicka,CSc. 9