MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2012 TOMÁŠ FARKAŠ

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Potenciál krajiny pro zabezpečení zdrojů energetických plodin ve vztahu ke spalovně biomasy Dešná Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Rudolf Rybář, CSc. Brno 2012 Vypracoval: Tomáš Farkaš

3 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Potenciál krajiny pro zabezpečení zdrojů energetických plodin ve vztahu ke spalovně biomasy Dešná vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a ředitelky vysokoškolského ústavu ICV Mendelovy univerzity v Brně. Brno, dne Podpis studenta..

4 Poděkování Děkuji panu doc. Ing. Rudolf Rybářovi, CSc. za dozor, odborné vedení, konzultace, připomínky a rady, které mi pomohly zpracovat bakalářskou práci. Dále děkuji Karlovi Poláčkovi za poskytnutí materiálů o spalovně Dešná a za zajištění její prohlídky.

5 ABSTRAKT Úkolem bakalářské práce Potenciál krajiny pro zabezpečení zdrojů energetických plodin ve vztahu ke spalovně biomasy Dešná v první části je seznámit se s pojmem biomasa a jejím rozdělením. Poukázat na její vznik, zpracování a úpravu před energetickým použitím a vliv jejího pěstování na životní prostředí. Dále se zabývá vhodnými pozemky a podmínkami určenými k jejímu pěstování, samotným představením některých energetických plodin a popisuje využití biomasy, hlavně využití na výrobu tepla spalování. V závěrečné části se popisuje spalovna Dešná. Představuje obec, financování spalovny, samotnou spalovnu s vnitřním zařízením a její okolí. Klíčová slova: biomasa, spalování, energetická plodina, štěpka, lisování, brikety, pelety, sláma. Abstract In the first part, the task of thesis "Potential sources of the land for security of energy cropsn relation to the incineration of biomass Dešná" is to become familiar with concept of biomass and its division. Point to its origin, treatment and processing prior to energy usage and its cultivation impact on the environment. It also deals with suitable land and conditions designated for its cultivation, the actual presentation of some energy crops and describes the use of biomass, mainly use for heat production - combustion. In the final section is described the incinerator in Dešná. The community, incinerator's funding, incinerator itself with an internal device and its surroundings is introduced. Key words: biomass, combustion, energy crop, chips, pressing, briquettes, pellets, straw.

6 OBSAH: 1. Úvod Cíle bakalářské práce Obnovitelný zdroj energie Biomasa Vymezení pojmu biomasa Vznik biomasy Biomasa v ČR Rozdělení biomasy Primární získávání Vhodné pozemky a podmínky pro pěstování biomasy Sekundární získávání Biomasa určená k energetickým účelům Fytomasa s vysokým obsahem lignocelulózy Fytomasa olejnatých plodin Fytomasa s vysokým obsahem škrobu a cukru Organické odpady a druhotné produkty živočišného původu Směsi různých organických odpadů Konkrétní energetické plodiny Sloní trávy (Miscanthus, Arundo) Krmný šťovík Ozimá řepka Obiloviny Rychle rostoucí trávy Využití biomasy Biomasa jako potrava Kompost, hnojivo Zdroj energie pro dopravní prostředky Zdroj energie pro výrobu elektřiny Surovina v průmyslu Biomasa jako zdroj tepla Příprava biomasy ke spálení 22 6

7 Sušení biomasy Mechanická úprava biomasy Spalování biomasy Proces spalování Zařízení na spalování biomasy Vliv energetické biomasy na krajinu a životní prostředí Spalování biomasy Vliv pěstování biomasy na estetiku krajiny a životního prostředí Spalování Biomasy v obci Dešná Obec Dešná Podmínky pro vznik centrálního zdroje tepla na biomasu Vznik centrálního zdroje tepla na Biomasu Technické řešení spalovny Doprava a skladování Příprava slámy pro spalování Kotle Čištění a odvod spalin Měření, regulace, rozvod tepla Financování spalovny Závěr Seznam použité literatury Přílohy 43 7

8 1. ÚVOD Zajištění energie, tepla, spalovacích paliv do motorů pro další generace to je aktuální problém dnešní doby, který znepokojuje ne jen celou naši společnost v republice, ale i společnost celosvětovou. Časy, kdy se topí uhlím v tepelných elektrárnách a domácnostech, kdy motorová vozidla pohání spalování nafty a benzínu budou jednou pryč. Může to být za 100let, může to být i za 300 let, ale už teď je nutné hledat jiné zdroje energie. Ano, je možné že někdy přijdeme na to jak využít už jednou štěpený uran v jaderných elektrárnách, který je uložen hluboko v podzemí. Jednou třeba i přijdeme na způsob jak získat dostatečné množství vodíku ke spalování, který by mohl nahradit spalovací motory na benzín a naftu. Jistí si však tím být nemůžeme. Proto je důležité zaměřit se na zdroje, kterých máme dostatek a mezi takové zdroje patří alternativní neboli obnovitelné zdroje energie. 8

9 2. CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE - Prostudovat a zpracovat použitou literaturu - Splnit zadané zásady pro vypracování bakalářské práce - Vymezení hlavních pojmů a seznámení s technologickými postupy při zpracování a spalování biomasy použitých v bakalářské práci - Poukázat na problematiku vlivu biomasy na životní prostředí - Popsat fungování spalovny Dešná 9

10 3. OBNOVITELNÝ ZDROJ ENERGIE Říci přesně co patří a nepatří mezi obnovitelné zdroje, je těžké a diskutabilní. Například biomasa se řadí mezi obnovitelné zdroje. Na druhou stranu ropa, která postupem času a vlivem vnějších činitelů (tlak, teplota) vzešla právě z biomasy, se mezi obnovitelné zdroje neřadí. Proto ve chvílích kdy si nejsme jisti, se naskytuje možnost nahlédnout do sbírky zákonů České Republiky. Obnovitelnými zdroji se rozumí obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu a energie bioplynu. Definice podle zákona č. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a o změně některých zákonů. (6) Obnovitelné přírodní zdroje mají schopnost se při postupném spotřebovávání částečně nebo úplně obnovovat, a to samy nebo za přispění člověka. Definice podle českého zákona č.17/1992 Sb. o životním prostředí. (7) 4. BIOMASA Vymezení pojmu biomasa Schopnost stručně definovat pojem biomasa by mělo být základem všech úrovní vzdělání. Ovšem ne vždy to musí být jednoduché. Příkladem může být bývalá místopředsedkyně strany zelených Kateřina Jacques, která s vysvětlením pojmu biomasa měla problémy. V diskusním pořadu Jana Krauze Uvolněte se prosím odpověděla: Je to bioodpad, který se zpracovává do biomasy. Bývalý ministr životního prostředí Pavel Drobil, měl podobnou odpověď v pořadu České televize Hyde park Je to veškerý bioodpad. Vysvětlení pojmu biomasa není tedy zdaleka jednoduché. Spousta lidí by na tuto otázku asi odpověděla, že je to všechno živé nebo že se jedná o rostliny. Asi by nebyli daleko od pravdy, ovšem tyto definice nejsou úplně přesné. Biomasu definujeme jako veškerou organickou složku přírody rostlinného nebo živočišného původu, kterou můžeme nějakým způsobem využít ať už pro obživu, energeticky nebo pro zúrodnění půdy. Biomasa patří mezi obnovitelný zdroj energie. Když vytěžíme kus lesa nebo 10

11 sklidíme plodinu na poli, tak je vždy můžeme obnovit. Les znovu zasadíme, plodinu znovu vypěstujeme a celý cyklus se opakuje Vznik biomasy Jak rostliny, tak dřeviny získávají potřebnou energii k životu a rozmnožování pomocí opakovaného přírodního procesu, který se nazývá fotosyntéza. Jde o přeměnu jednoduchých chemických látek na látky složitější, bohaté na energii. Pro rostliny je životně důležitý oxid uhličitý, který dýchají a voda která za pomoci UV záření ze slunce je důležitá při fotosyntéze. Fotosyntézou vzniká cukr glukóza a další druhotná látka kyslík, který zase rostliny vydechují a který dýchají všichni živočichové. Jde o uzavřený koloběh, který se neustále opakuje a na kterém závisí život na Zemi. (1) Rovnice fotosyntézy: 6CO 2 +12H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2 Pro růst biomasy však nestačí jen fotosyntéza. Rostliny potřebují i další minerální látky pro svůj růst. Dalším faktorem pro rostliny je i dostatek tepla a vody. (1) Biomasa v ČR Je třeba si uvědomit, že možnosti naší republiky ve využívání obnovitelných zdrojů jsou omezené. Těžko můžeme konkurovat větrným elektrárnám v Německu či Nizozemí. O přílivu a odlivu se ani bavit nemůžeme. Vodních elektráren také nemůžeme zrealizovat mnoho, protože vodních toků s dostatečným průtokem a spádem vody máme málo a pokrýt obrovské plochy solárními panely by bylo nepřijatelné. Naše republika patří rozlohou do skupiny menších států, i přes to disponuje docela velkým množstvím lesů, kterých by se mohlo využít. Je zde i potenciál v našich zemědělských plochách, na kterých by se mohli pěstovat energetické plodiny. Proč tedy potenciál biomasy není plně využit? Rozvoji rostlinné energetiky podle Ing. Sergeje Usťaka brání: (4) - málo vhodných druhů a odrůd energetických plodin pro fytoenergetiku - nedostatečná produkce energetických druhů, které mají ztrátovou ekonomiku při jejich pěstování. - nedostatečná podpora výzkumu v oblasti pěstování, zpracování a šlechtění plodin - nedostatek praktických zkušeností a znalostí v oblasti pěstování energetických plodin 11

12 - málo ploch pro pěstování energetických plodin a to znemožňuje aplikovat specializované stroje. Tyto stroje jsou dalším problémem. Pro pěstování a úpravu biomasy jsou potřeba nové specializované stroje, které jsou drahé. - skrytý i otevřený odpor lidí velkého energetického průmyslu a fosilních paliv proti biomase - ekonomický tlak sousedních států na ceny a dostupnost biopaliv v ČR Pro zlepšení tohoto stavu je podle Ing. Sergeje Usťaka důležité zajistit tyto úkony: (4) - pomocí introdukce, selekce, šlechtění a GMO postupů rozšířit sortiment druhů a odrůd energetických rostlin. - zvýšit produkci rostlin na dvojnásobek současného stavu do tun suché hmoty z 1ha a tím zlepšit ekonomickou situaci při jejich pěstování. - zavedením nových druhů snížit náklady na jejich ochranu, hnojení a úpravu. - vývoj nových a zdokonalených technologií pro pěstování, sklizeň, skladování a zpracování plodin Rozdělení biomasy V mé práci jsem se zaměřil na to, jak biomasu získáváme pro energetické využití (rozdělení podle původu)a jakou máme biomasu určenou k energetickým účelům Primární získávání Primární získávání znamená, že biomasu záměrně pěstujeme právě pro energetické využití. Na plochách, kde biomasu pěstujeme, nezůstávají žádné zbytky a plodiny se plně využijí pro energetické účely. Mohou to být cukrová řepa, obilí, brambory, cukrová třtina, olejniny, energetické dřeviny jako jsou vrby, topoly, olše, akáty a další Vhodné pozemky a podmínky pro pěstování biomasy Z hlediska dopravního je nejlepší rozmístění pozemků jak polí, lesů, tak i plantáží okolo centrálního spalovacího zařízení. S rostoucí cennou benzínu a nafty bude toto hledisko možná rozhodující pro další rozšiřování využití biomasy. Zvyšováním zemědělské produkce vzniká nárůst přebytku zemědělských ploch, což je celosvětový problém. Pokud tedy tuto zemědělskou plochu nebudeme využívat 12

13 pro obživu obyvatelstva, můžeme ji využít pro energetické účely. Tyto pozemky jsou v hodné pro pěstování obilovin, řepky, různých travin i rychle rostoucích dřevin. Tuto fytomasu můžeme využít pro spalování nebo pro výrobu etanolu (cukrovka, brambory, obilí). Pokud bychom tyto pozemky jenom zatravnili či zalesnili, tak by se sociální i ekonomická situace na venkově jen zhoršovala. Neudrželo by se osídlení ani kvalita života na venkově. (1) Zemědělsky a lesnicky využitelná půda světa z hlediska přírodních podmínek (1) Faktory přírodních podmínek mil. ha % z celkové rozlohy souše Individuální faktory - Dostatečné srážky Spolehlivé srážky Příznivá teplota Vhodná topografie Úrodná půda Kombinace faktorů - Dostatečné a spolehlivé srážky Dostatečné a spolehlivé srážky a příznivá teplota Dostatečné a spolehlivé srážky a příznivá teplota a vhodná topografie (zemědělská a lesní půda) - Dostatečné a spolehlivé srážky a příznivá teplota, vhodná topografie a orná půda Celkový povrch souše *) 100 *) Celková rozloha suché části povrchu Země je ve skutečnosti asi 149,4 km2 K úpravám těchto ploch a půd může, někdy i musí docházet, abychom uživili rychle rostoucí počet obyvatel na Zemi. V tomto ohledu musíme být však velmi opatrní, abychom příliš nezměnili nebo dokonce nezničili některé ekosystémy (v minulosti k tomu tak došlo Aralské jezero, vznik Sahary). V Této době dochází hlavně k likvidaci deštných pralesů. (1) 13

14 Předpokládaná struktura zemědělské půdy ČR (1) tis. ha % U nás je tato situace o poznání lepší, celková rozloha státu je 7886 tisíc hektarů. Tato rozloha umožňuje poměrně vysoké využití odpadních i pěstovaných biopaliv hlavně na venkově. (1) Struktura zemědělského půdního fondu v ČR (1) Půda tis. ha Zemědělská půda (tj. 54 % rozlohy) - Z toho orná půda (tj. 40% rozlohy) Lesní půda (tj. 33% rozlohy) Zemědělská a lesní půda celkem (tj. 87% rozlohy) Výměra zemědělské půdy Převod do jiných kategorií (stavební pozemky, 80 2 komunikace atd.) Výměra marginálních oblastí Půda s produkcí potravin pro spotřebu v ČR nadbytečná zemědělská půda Pro pěstování obilovin, brambor, řepky atd. máme vhodné podmínky. Většina těchto plodin má v ČR dlouhou tradici, tudíž zemědělci mají zvládnuto na jakých pozemcích a půdách je mají či nemají pěstovat. Jak hnojit, kdy a jakými vhodnými stroji mají sklízet to vše mají zvládnuto. (1) Zaměřil bych se spíše na rychle rostoucí dřeviny, které sice u nás rostou také velmi dlouho, ale až nedávno, se začaly pěstovat ve velkém za účelem energetickým. Pěstování těchto dřevin se vyplatí zejména v oblastech s mírným podnebím na půdách s dobrou zásobou živin a vody. Mohou se pěstovat i v horších podmínkách s tím, že výnos bude mnohem menší (poškození mrazem). Mohou se pěstovat i v místech se zvýšenými imisemi, kde pěstování jiných plodin (obilí, brambory) z hlediska znečištění není možné. (1) Pro efektivní pěstování rychle rostoucích dřevin na orné půdě je třeba zajistit splnění těchto hlavních požadavků (1) 14

15 - Extrémně vysoký vzrůst rostlin v mládí - Výborně obrůstací schopnosti pařezů po obmýtí - Snášenlivost konkurence bez regulovatelných zásahů - Odolnost proti škůdcům a chorobám - Uzpůsobený pozemek k mechanizačnímu zpracování - Mocnost ornice min. 30 cm, opt. 70 cm - Hodnota ph min. 5,5 - Vysoká hladina spodní vody (60 až 120 cm, nesmí klesnout pod 2 m) Sekundární získávání Co se týče plodin na polích, tak tam získáváme biomasu pro energetické využití i sekundárně. To znamená, že prvotní důvod pěstování rostliny je určený třeba pro obživu obyvatelstva. Příkladem můžou být obiloviny. Z obilovin získáme tolik potřebné zrno a zbude nám sláma. Tuto slámu můžeme kromě podestýlky dobytka použít právě pro energetické účely. Sekundárními zdroji biomasy jsou hlavně odpady z různých zemědělských a průmyslových činností a řadí se mezi ně: - rostlinné zbytky ze zemědělství a úpravy krajiny: kukuřičná sláma, řepková sláma, zbytky z lučních pastevních areálů, zbytky po likvidaci křovin a lesních náletů, odpady ze sadů a vinic. - zvířecí exkrementy jako kejda či chlévský hnůj - zbytky krmiv po dobytku - organické komunální odpady: kaly z odpadních hmot, organický podíl tuhých komunálních odpadů, organické zbytky z údržby zeleně (sečení trávy, zastřižení živého plotu). - organické odpady z potravinářských a průmyslových výrob: odpady z jatek, odpady z mlékáren, odpady při skladování a zpracování rostlinné produkce, odpady z lihovarů, odpady z konzerváren, odpady z vinařských provozoven, odpady z dřevařských provozoven (hobliny, odřezky), lesní odpady (po těžbě dřeva, šišky, kůra, větve, klest) (1,2) 15

16 Biomasa určená k energetickým účelům Do energetických rostlin patří rostliny, které se pěstují hlavně pro energetické využití. Zpravidla každou rostlinu lze energeticky využít, ovšem významné jsou jen ty, které splňují určité vlastnosti. Mezi tyto vlastnosti patří: (2) - vysoká účinnost přeměny CO 2 na fytomasu s přispěním slunečního záření vysoká primární produkce - nízký obsah vody v době sklizně - vysoká výhřevnost a nízký obsah popela - nenáročnost na živiny a vodu - odolávání proti různým škůdcům a chorobám Fytomasa s vysokým obsahem lignocelulózy (1) - dřeviny (vrba, akát, olše) - obiloviny (čirok, pšenice) - travní porosty (sloní tráva, trvalé travní porosty) - ostatní plodiny (konopí, šťovík) Fytomasa olejnatých plodin - řepka olejka, slunečnice Fytomasa s vysokým obsahem škrobu a cukru - patří sem hlavně obiloviny a brambory, které mají vysoký obsah škrobu. Vysoký obsah cukru má např. cukrová třtina Organické odpady a druhotné produkty živočišného původu - chlévský hnůj, kejda Směsi různých organických odpadů - mezi tyto odpady patří organický komunální odpad. 16

17 Zdroje energeticky využitelné biomasy v ČR v číslech (1) Biopalivo mil. t Odpadní a palivové dřevo 1,7 Obilní a řepková sláma 2,7 Rychlerostoucí dřeviny a energetické plodiny 1,0 Komunální odpad 1,5 Spalitelný odpad z průmyslové výroby 1,0 Celkem 7, Konkrétní energetické plodiny Sloní trávy (Miscanthus, Arundo) Patří mezi méně známé plodiny. Jedná se o víceleté traviny, které se vyskytují v tropických oblastech. Mohou dorůstat do výšky až 7m a v ideálních podmínkách vyprodukují téměř 90t/ha/rok. Jejich výhřevnost se pohybuje okolo 18,5MJ.kg -1. (1) Tyto Sloní trávy lidé dovezli i do Evropy. A i když tady nemají takové podmínky jako v tropech a jejich produkce klesla cca 35t/ha/rok, tak jsou nejlepší a nejvhodnější plodinou. Výhodou pěstování těchto rostlin může být i to, že se mohou sklízet suché i v zimě (toto plus vyrovnává celoroční potřebu pracovních sil v zemědělství) a na jejich sklizeň se mohou použít prostředky, kterými se sklízí silážní kukuřice. (1) Výnosy suché hmoty vybraných druhů jednoletých a vytrvalých rostlin (průměr z různých lokalit) (1) Rostliny jednoleté Výnos (t ha -1 ) Rostliny vytrvalé Výnos (t ha-1) Konopí 12,05 Šťovík krmný 43,00 Hyso 19,33 Sléz topolovka 13,40 Čirok zrnový 9,83 Smoloroň 11,20 Čirok cukrový 14,77 Bělotrn 16,50 Křídlatka 37,50 Pajasan žláznatý 16,97 17

18 Krmný šťovík V našich podmínkách je několik zajímavých plodin s vysokým biologickým potenciálem. Většina jsou ale jednoleté rostliny. K přímému spalování, ale hlavně k efektivnějšímu pěstování se více hodí vytrvalé byliny jako například krmný šťovík. Sází se na jaře až do poloviny června. První rok vyrůstá pozvolna a nesklízí se. Rychle vyrůstá další rok a to do výšky až 2m. Nejvíc květů má koncem května, kdy se šťovík nechá až do poloviny července zaschnout a poté se může sklízet běžnou dostupnou mechanizací. (1) Ozimá řepka S obilovinami má řepka dokonale propracovanou technologii pěstování. Lisování slámy je stejné. Lisování oleje a výroba metylesteru jsou dobře zvládnuty. Dříve jsme se ve výrobní intenzitě pěstování řepky řadili mezi nejpřednější země Evropy. V současné době tato přednost klesla. (1) Obiloviny Obiloviny patří mezi nejčastěji pěstované kulturní plodiny u nás. Mohou se pěstovat téměř po celé České Republice. Sláma z obilovin tvoří významný zdroj biomasy pro energetické využití. Obiloviny pěstujeme hlavně pro obživu obyvatelstva a jako krmivo pro dobytek. Sláma zůstává jako sekundární produkt, který kromě podestýlky neměl téměř žádné využití. Sláma se plně začala využívat v energetice díky svému energetickému potanciálu. Technologie zpracování a sklizně obilovin včetně skladování slámy je známá a propracovaná. V tomto směru neexistuje zádrhel. (1) Poměr zrna ke slámě (1) Plodina Poměr zrno: sláma Plodina Poměr zrno: sláma Pšenice 1 : 1,85 Oves 1 : 1,4 Žito 1 : 1,7 Kukuřice na zrno 1 : 1,2 Ječmen 1 : 0,8 Řepka olejná 1 : 1,2 až 1,8 18

19 Rychle rostoucí dřeviny Pro pěstování rychle rostoucích dřevin se mohou u nás využít přebytečné zemědělské plochy. Toto pěstování se však musí hlouběji propracovat. Dalším problémem bude získat vhodné stroje pro ošetřování a sklizeň. (1) Tyto dřeviny potřebují pro svůj růst mírné podnebí s dostatečným přístupem k vodě a živinám. Z rychle rostoucích dřevin, které se nejvíce hodí pro pěstování na plantážích, můžeme jmenovat topol černý, topol balzámový a různé druhy vrb. Další druhy jsou sice také dobře přizpůsobivé jako topoly a vrby, ovšem jsou méně výnosné (akát, olše, bříza). Na nejvhodnějších stanovištích může být dosáhnuto průměrného ročního výnosu až 15t/ha. Toto číslo je však hodně smělé, spíše to bývá kolem 10t/ha. (1) Využití biomasy Biomasa jako potrava Toto využití asi zůstane nejdůležitějším využitím biomasy. Zároveň se jedná i o nejstarší. Tuto biomasu nevyužíváme tedy pro energetické účely. Je třeba říct, že při zpracování této biomasy vznikne spousta zbytků, které už využít můžeme. Může se sem zařadit i biomasa zkažená, pro kterou už jiné využití není. (2) Kompost, hnojivo Biomasa funguje jako hnojivo. Za pomocí mikroorganismů a vnějších vlivů se organické látky rozloží na látky jednoduché, které následně využijí rostliny pro svůj růst a výživu. To je ovšem řečeno zjednodušeně. Tento rozklad látek má spoustu fází a reakcí a trvá delší dobu. Biomasu bohužel nemůžeme naráz použít do kompostu a ještě ji spalovat. Pokud ji použijeme do kompostu, tak už je určená pro zemědělskou činnost, pro zúrodnění půdy. Do kompostu se můžou použít různé organické zbytky z potravinářských výrob, organické odpady ze zahrady, slabší větvičky z prořezávky keřů, listí, kůra a další rozložitelné, organické a hlavně vhodné látky. 19

20 Zdroj energie pro dopravní prostředky Pokud nepočítáme dobu, kdy auta byla poháněna dřevoplynem (za války), tak pohon automobilů využívající biomasu je takřka nový a v poslední době se o něm hodně mluví. Hlavně o jeho významu ať už je politický (snižuje závislost na zemích, které dováží ropu) nebo čistě energetický a ekologický (téměř žádné znečištění životního prostředí). Už teď je známo, že malé množství rostlinných olejů se přidává do pohonných hmot. A v budoucnu toto množství určitě poroste. (2) Zajímavostí je, že počet obyvatel ve většině zemí (neberou se v úvahu rozvojové) klesá, ale i přes to počet automobilů stoupá. Takže spotřeba pohonných hmot logicky stoupá taktéž, tím se zvyšuje i jejich cena, protože ložisek ropy stále ubývá. (2) Abychom biomasu mohli použít ve spalovacích motorech a nahradit tak benzín a naftu, musíme ji nejdříve přeměnit z pevného na kapalný stav. Těžko můžeme vyrobit auto, které bude mít místo motoru kotel s nějakou turbínou a místo kufru bude zásobník pevné biomasy. Přeměnění pevné biomasy na kapalnou vyžaduje velké náklady jak energetické, tak finanční. Je otázkou, jak dlouho bude trvat, než se vyplatí přeměnit lokálně pěstovanou biomasu na kapalné palivo oproti dovozu ropy z rozvojových zemí, které jsou v tomto ohledu nestabilní. Z dovážené ropy se vyrábí pohonné hmoty, jejichž cena každým rokem stoupá (během cca 4 let stoupla cena litru nafty více jak o deset korun). (2) Mezi kapalná paliva z biomasy patři: - etanol, který se vyrábí alkoholovým kvašením cukrů. Jezdit na lihoviny, ale nemůžeme. Tento etanol se dále různými chemickými procesy upravuje. - metanol (dřevěný líh), který se získává pyrolýzou-suchou destilací biomasy. - rostlinné oleje. Jedná se o estery vyšších mastných kyselin a glycerinu a vyskytují se v některých semenech rostlin. Jsou vhodné pro motory spalující naftu vznětové). Kvůli malé těkavosti se ale nedají použít pro benzínové motory. (2) Zdroj energie pro výrobu elektřiny Bez elektrické energie se neobejdeme. Je to nejuniverzálnější využitelná forma energie, kterou získáváme z fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn). Princip je stejný jako u zmíněných fosilních paliv. Použijí se spalovací motory či kotle s tím rozdílem, že se v nich bude spalovat biomasa. (2) 20

21 Surovina v průmyslu V tomto odvětví může biomasa nahradit různé věci. Ve stavebnictví místo zděných domů mohou vzniknout dřevostavby. Rostlinná vlákna mohou být využita jako izolátor tepla. Využití papíru jako různých obalů atd. (2) Biomasa jako zdroj tepla Toto využití je jedno z nejdůležitějších a má dlouhou tradici. Jeho princip je jednoduchý a samotné spalování je i nejběžnějším využitím vůbec. Oproti spalování uhlí je spalování biomasy i šetrnější k životnímu prostředí. Spalováním se do ovzduší vypouští méně oxidu siřičitého a síry. S těžkými kovy je to jiné. Je známo, že některé druhy rostlin je v sobě vážou a proto se i na kontaminovaných půdách pěstují záměrně. I přes to se ale mohou spalovat, protože těžké kovy zůstávají v popelu, který se poté uloží na skládku. Jako u každého spalování, i spalováním biomasy vzniká oxid dusíku, ovšem jeho obsah bývá malý. Jak už jsem zmínil spalování biomasy je šetrnější k přírodě. Důvod je prostý všechny plyny, živiny či škodliviny co si rostliny během svého života vypůjčili, musí zase někdy vrátit a vrátit je mohou dvěma způsoby. První je završení životního cyklu tedy uhynutí, kdy rostlinu rozloží mikroorganismy. Druhý je spálení ať už přírodními požáry nebo spalováním v kotli. (2) Způsoby využití biomasy k energetickým účelům (1) Typ konverze Způsob konverze Energetický Odpadní materiál biomasy biomasy výstup nebo druhotná surovina Termochemická konverze (suché procesy) Biochemická konverze (mokré procesy) Spalování Teplo vázané na Popeloviny nosič Zplyňování Generátorový plyn Dehtový olej, uhlíkaté palivo Pyrolýza Generátorový plyn Dehtový olej, pevné hořlavé zbytky Anaerobní Bioplyn Fermentovaný fermentace substrát Aerobní Teplo vázané na Fermentovaný fermentace nosič substrát 21

22 Fyzikálně- Esterifikace Metylester biooleje Glycerin chemická konverze bioolejů Příprava biomasy ke spálení Zpravidla jakákoliv forma biomasy se může spalovat. Pokud by ale neprošla různými úpravami, tak by její spalování bylo ekonomicky nepřijatelné. Podmínky pro správné spalování: - biomasa musí mít přijatelnou vlhkost - musí být upravena na vhodnou velikost a formu - ke spalování by se měla použít vhodná zařízení Sušení biomasy Správná vlhkost biomasy je důležitá. Jakákoliv biomasa obsahuje vlhkost. Pravidlem je, že s rostoucí vlhkostí klesá výhřevnost biomasy. Doporučená vlhkost se pohybuje okolo 30%, proto je dobré nechat biomasu sušit alespoň pod přístřeškem za normálních venkovních podmínek. Například pro lisování briket toto sušení nestačí a musí se sušit za vyšších teplotních podmínek, což už vyžaduje energii (teplo) navíc. (2) Tabulka výhřevnosti biomasy závislá na vlhkosti (2) Vlhkost [%] Výhřevnost [MJ/kg] Vlhkost [%] Výhřevnost [MJ/kg] 0 18, ,2 5 17, , , , Pokud tedy budeme spalovat například biomasu, která bude mít vlhkost 50%, nevyužijeme ani polovinu její potenciální energie. Proto se biomasa uměle dosušuje. Z ekonomického pohledu je dobré k sušení použít nějaké odpadní teplo. Třeba teplou vodu, která se o několik stupňů ochladila ohříváním vody, která nám proudí 22

23 v radiátorech a vrací se zpátky do spalovny. Dobré je i využít solární panely v letním období, kdy je tepla přebytek. Výhodné je sušit i dřevo do rodinných kotlů. Pokud vysušíme dřevo až na 5%, jeho výhřevnost stoupne o několik desítek procent. Při sušení tohoto dřeva je potřeba, aby bylo polenové dřevo naštípáno na čtvrtky nebo alespoň na půlky. (2) Mechanická úprava biomasy Nejvyužívanější energetickou biomasou a je bezesporu dřevo. Dřevo se upravuje hlavně do velikosti. Jednou z možností této úpravy jsou stříhací zařízení. Toto zařízení funguje jako gilotina. Stříhá dřevo na kusy (cca 30cm) a jedná se nejvíce o tenčiny a odpady z dřevařského průmyslu. Toto zařízení, hlavně u soukromých výrobců, doprovází i svazkovací zařízení. U nás, s ohledem na potřebnou kapacitu odpadového dřeva, stříhací zařízení v dohledné době nenajdou uplatnění. Používají se spíše v zahraničí. (1) Dalším ústrojím pro úpravu dřeva jsou štěpkovače. Dělí dřevo příčným řezáním nožů. Tímto řezáním nevznikají piliny a jiné odpady. Existují štěpkovače: (1) - stacionární: skládají se ze statoru a rotoru a jsou trvale zabudovány na pevném základu. - Mobilní: patří mezi štěpkovače pojízdné, na pracoviště se dopraví jiným dopravním prostředkem. Podle sekacího orgánu dělíme štěpkovače na: (1) - - diskové: jsou nejrozšířenější a nejvýkonnější. Nejprve se vyráběli jen stacionární, ale postupem času se ze stacionárních štěpkovačů vyrobily mobilní. Mohou sekat dřevo o průměru až půl metru, mají vysokou kvalitu štěpky a lopatky na diskovém štěpkovači pomocí velkého vrhacího a hlavně ventilačního účinku dopraví štěpku do přistavěných kontejnerů nebo do jiných zařízení. Nevýhodou těchto štěpkovačů je, že nemohou sekat dřevo o více různých průměrů. Vstupní otvor mají limitován poloměrem sekacího disku. (1) bubnové: tyto štěpkovače jsou určeny pro menší výkony i rozměry hmoty. Fungují tak, že na obvodu rotujícího válce jsou uloženy sekací nože, které materiál rozdělí na menší kousky. Bubnové štěpkovače se dobře hodí ke štěpkování chaotického dřeva (dřeva s různými průměry a velikostmi). Nevýhodou je malý ventilační účinek, vrhací není téměř žádný, proto se musí montovat ventilátor z bubnu do zásobníku. (1) 23

24 - šroubové: jsou určeny spíš pro tenčí velikosti (10x10cm) a dělají palivovou štěpku o velikosti cca 1cm. Princip tohoto štěpkovače funguje podobně jako mlýnek na maso. (1) Dále rozdělujeme pojízdné štěpkovače: (1) - podle dávkování dřeva na štěpkovače s ručním dávkováním a s mechanickým dávkováním. - podle způsobu podávání dřeva na štěpkovače bez podávacího zařízení a s podávacím zařízením Pro úpravu drobného dřeva, křovin, pařezů a stavebního odpadu, které se nedají štěpkovat, se používají takzvané drtiče. Podle otáček máme drtiče nízkootáčkové, které se používají k drcení různě velikého odpadu z nábytkářské výroby a vysokootáčkové (bubnové, diskovité). Drtič vypadá jako válec, na kterém jsou po obvodu umístěny nože a protinože různého tvaru. Mohou být jednoválcové s protinoži nebo dvou válcové bez protinožů, kdy válce rotují proti sobě. (1) Všechny tyto stroje dřevo rozdělili, zmenšili. Jsou ale i zařízení, které dřevo upravují trochu jinak a za pomoci velkých tlaků. Zařízení na paketování je jedním z nich. Funguje podobně, jako když se dělají balíky slámy. Klest a větve se za pomocí vysokých tlaků (vyšších jak u slámy) lisují do balíků (paket). Takto vyrobené pakety jsou v hodné pro skladování, dopravu, manipulaci a k následnému spálení. (1) K další úpravám dřeva za pomocí tlaků se řadí briketování a peletování. Jedná se o použití různých lisů s dalšími pomocnými stroji, kdy za velkého lisovacího tlaku a teploty se z dřevin uvolní lignin, který následně funguje jako pojivo. Mohou se použít například drtiče s dvěmi pístovými nebo hydraulickými lisy (průměr briket až 6cm, výkonnost cca 0,5 t/h) nebo šnekové jednovřetenové nebo dvouvřetenové lisy (výkonnost 0,5 t/h) vhodné pro lisování pilin ne však pro lisování stébelnatých rostlin nebo protlačovací, granulační lisy (velikost briket 8x8x1mm, výkonnost kolem 1t/h). Někdy se briket či pelet přimíchávají různé látky podporující soudržnost a hořlavost briket. Některé se přidávají, aby na sebe vázali různé životnímu prostředí škodící látky. Může to být vápenec, který na sebe váže síru. Ta se však neuvolňuje do ovzduší, ale zůstává v popílku. Výroba briket je značně energeticky náročná, proto je dobré mít vstupní materiál co nejlépe vysušen v průběhu jiného technologického procesu. (1) Jenom dřeviny se však neupravují. Musíme ke spálení připravit i stébliny, které se nejdříve sklidí. Mezi technologie zpracování energetických stéblin patří sběrací vozy. Sběrací vozy mají v dnešní době velkou nevýhodu a to malé stlačení materiálu. Pokud 24

25 se materiál bude dovážet daleko tak s rostoucí cenou pohonných hmot by se to nevyplatilo. (1) V tomto ohledu jsou vhodnější sběrací lisy, které jsou vhodné pro celou řadu stéblin v suchém stavu (sláma z obilnin, rákosových travin, lnu, konopí). Sběrací lisy se během několika minulých let zmodernizovaly po stránce pohodlí řidiče, kontroly chodu lisů a přídavných zařízení (řezací ústrojí ke sběracím lisům). Mezi nejznámější a nejčastější sběrací lisy se řadí lisy na válcové balíky a lisy na hranaté balíky. Lisy na válcové balíky jsou oblíbenější pro svou nižší pořizovací cenu. Velikost balíků může být až 1,8 m a obsahem až 3 m 3 o hmotnosti kolem 500 kg. K lisům na hranaté balíky se přidává přívěsný mechanizovaný vozík na dva balíky, který spolu s balíkem v lisu vytváří na poli skupinu tří balíků. Tato skutečnost je výhodou při sbírání balíků na poli a následný odvoz. Firmy CLAAS a DEUTZ-FAHR vyrábí i lisy samojízdné (na hranaté velké balíky). (1) K nejstarším zařízením pro úpravu stéblin, ke kterým se lidí vrací, patří svinovací lisy. Svinovací lis se původně používal pro výrobu lan. Dnes už trochu upravený se nazývá svinovací kompaktor. Nejčastěji se používá v Německu, Francii a Rumunsku. Vytváří nekonečné svinuté válce se značným stupněm stlačení, který bývá větší než u běžných lisovacích strojů a přibližuje se stupni stlačení briketovacích lisů. Průměry těchto válců se pohybují v rozmezí 300 až 800 mm. Tyto válce porcuje na menší kusy pila tak, aby byly vhodné pro další přepravu (od 0,5 až 2,4 m). Odřezávané válce odpadávají na manipulační, zásobníkovou plošinu nesenou nebo taženou lisem či na dopravník. (1) Výkonnost německého kompaktoru je údajně 14 až 22 t slámy za hodinu, objemová hmotnost výstupního materiálu je až 350 kg/m 3 (sláma). Slámu z jednoho hektaru je možné odvést jedním dopravním prostředkem s ložným prostorem kolem 15m 3. (1) Porovnání parametrů již klasických lisů na hranaté a rotační balíky (1) Typ lisu Hranaté balíky Rotační balíky Princip funkce Lisování Svinování Hustota balíku, sláma (kg m -3 ) Hmotnost balíku (kg) Výkonnost (t h -1 ) Potřebný výkon (kw)

26 Stejně jako dřevo, tak i energetické stébliny se mohou briketovat či peletovat. Slaměná briketa nebo peleta se považuje za ideální palivo. Sláma je na poli levný zdroj a energetické obilí (Triticale) má v porovnání se vstupy vysoký výnos energie. Jediné co brzdí tuto úpravu slámy, je vysoká cena strojů ve zpracovatelské lince. Do té patří manipulační zařízení, rozpojovač balíků, drtič u peletizačních protlačovacích lisů a vlastní lisy. (1) Nejlepším doposud využívaným systémem pro výrobu briket či pelet je systém HAIMER. Jde o projekt dotovaný vládou SRN, kdy se brikety vyrábí přímo na poli. Samojízdná sekačka a řezačka se žacím nebo sběracím ústrojím, na kterou bezprostředně navazuje dosoušecí provětrávací zařízení a lisovací peletovací ústrojí. U této soupravy, která má výkon cca 353kW, se veškeré odpadní teplo z motoru využívá k dosoušení sklízeného materiálu. Výrobkem je nekonečný pás o šířce asi 100 mm a tloušťce přibližně 25 mm, který se při průchodu strojem rozlamuje na menší kousky. (1) Porovnání technických údajů mobilního tvarovacího stroje HAMER a běžného protlačovacího lisu na tvarování slámy celého obilí (1) Údaj Jednotka HAIMER Pelety Výkonnost (sláma) t h Výkonnost (sláma + zrno) t h Potřebná energie MJ h Tvar výrobku - vlnovice Váleček Délka výrobku mm 30 x průměr, tloušťka mm Hustota kg m Přes 1000 Sypná směs kg m *) *) *) při lisování slámy se zrnem K posledním mechanickým úpravám biomasy patří úprava rychle rostoucích dřevin. Existují dvě možnosti v technologii sklizně rychle rostoucích dřevin. První je využívání technologií tažené traktorem. Jedná se o odřezávače stromků, kdy jsou stromky následně vynášeny na ložnou plochu návěsu dopravníkem, kde jsou ručně nebo mechanicky rovnány či svazovány (snopkovány). Takto sklizené dřeviny jsou odvezeny do skladů, kde mohou schnout i půl roku a poté se štěpkují. Tato štěpka je relativně 26

27 suchá a energeticky velmi vydatná. Může se spalovat v běžných topeništích na dřevní štěpku. (1) U druhé úpravy rychle rostoucích dřevin se využívá technologie většinou samojízdných strojů (jsou i tažné), schopných okamžitě vyrábět dřevní štěpky. Tato štěpka má sice větší vlhkost, ale lépe se s ní manipuluje a i doprava k velkým spalovnám s dosoušenými prostory je výhodnější. (1) U nás se z rychle rostoucích dřevin pěstují vrby a topoly. Pro svoji menší velikost a kratší obmýtní dobu (vrby 2 až 3 roky, topoly 3 až 5 let) nám jsou asi příjemnější vrby než topoly. Vrba je podobnější jiným plodinám (kukuřice, slunečnice), proto se pro její sklizeň může použít stejný sklizňový stroj, který bude trochu upraven. Nevýhodou vrb je, že na jednotku plochy se jich musí vysázet více než topolů. Mezi sklízecí stroje rychlerostoucích dřevin patří odřezávače tažené traktory s řezacím a vázacím zařízením a na sklizeň vrby speciální výkonnější kombinované stroje. (1) Spalování biomasy Spalováním biomasy získáváme tolik potřebné teplo pro ohřev vody v domácnostech, pro různé průmyslové procesy nebo pro výrobu elektřiny Proces spalování Hoření biomasy je poměrně složitý proces, který na sebe váže několik po sobě jdoucích chemických reakcí. Reakce probíhají za vysoké teploty a za účasti vzdušného kyslíku a v ideálním případě je výsledkem spalování biomasy vznik oxidu uhličitého a vody. Při nedokonalém spalování vznikají další nežádoucí a toxické látky (oxidy dusíku, aromatické uhlovodíky, saze apod.). Účinnost spalování se pohybuje okolo 90% i více. (2) Proces spalování s čistým kyslíkem v chemických rovnicích (1) C + O 2 CO 2 + teplo H 2 + ½ O 2 H 2 O + teplo S + O 2 SO 2 + teplo Proces skutečného spalování s kyslíkem ze vzduchu v chemických rovnicích: (1) C + O 2 + N CO 2 + N + teplo H 2 + ½ O 2 + N H 2 O + N +teplo S + O 2 +N SO 2 + N + teplo 27

28 Právě z dusíku, který je samozřejmě obsažen ve vzduchu, vznikají škodlivé oxidy (NO, NO 2 ). Při zahřátí biomasy na 200 a více C vzniká tzv. prchavá hořlavina. Ta způsobuje v topeništích vznik dlouhého plamene, což komplikuje konstrukci topenišť. (2) Porovnání výhřevnosti a vzniku prchavé hořlaviny různých druhů paliv (2) Palivo Výhřevnost [MJ/kg] Prchavá hořlavina [%] Palivo Výhřevnost [MJ/kg] Prchavá hořlavina [%] Koks 28,5 1,5 Dřevo Černé uhlí Sláma Hnědé uhlí V posledních asi dvaceti letech se objevil nový způsob spalování. Jedná se o pyrolytické spalování v kotlích, ve kterých dochází k velmi účinnému spalování za vzniku malého množství škodlivých látek. Kotle jsou poměrně malé a topeniště je rozděleno na dvě části. V horní komoře probíhá první fáze, kdy se spaluje dřevo. Ze dřeva se za omezeného přístupu vzduchu vypaří voda a těkavé složky. Částečně dojde i k hoření dřevěného uhlí. Vzniklé plyny prochází keramickou tryskou do spodní komory kotle, kde za přívodu potřebného množství sekundárního vzduchu hoří plamenem o teplotě 1000 C. (2) Jednou z nejdůležitějších vlastností biomasy při spalování je její výhřevnost, která udává, kolik se uvolní energie spálením určitého množství paliva, v našem případě biomasy. Výhřevnost biomasy velice závisí také na vlhkosti. Ať už dřevo ze skladu nebo sklizená sláma z pole, většinou vždy nějaké to procento vlhkosti vždy najdeme. A čím větší vlhkost, tím menší výhřevnost. (2) Přeměna surového paliva při spalovacím procesu na tuhé a plynné zbytky (1) Složení surového paliva před spálením Celková voda popeloviny Hořlavina Voda povrchová Voda hydroskopická Křemičitany vápníku a hliníku, uhličitany Tuhá hořlavina Prchavá hořlavina hořčíku a železa, oxid křemičitý, pyrit atd. Uhlík, vodík, síra, dusík, kyslík 28

29 Stav po spálení paliva ve skutečném ohništi Plynné zbytky z vody Tuhé zbytky z popelovin Plynné zbytky z hořlaviny Vodní pára Škvára Popílek Složky kouřových plynů Oxid křemičitý, hlinitý, vápenatý, železitý, železnatý, draselný, sodný atd. Oxid uhličitý, siřičitý, oxidy dusíku, oxid uhelnatý, a vodík, vzdušný kyslík a dusík, vodní pára Výhřevnost různých druhů biomasy při určité vlhkosti (2) Druh paliva Obsah vody Výhřevnost [MJ/kg] Druh paliva Obsah vody Výhřevnost [MJ/kg] [%] [%] Listnaté dřevo 15 14,605 Buk 20 15,5 Jehličnaté dřevo 15 15,584 Smrk 20 15,3 Borovice 20 18,4 Bříza Vrba 20 16,9 Modřín Olše 20 16,7 Topol 20 12,9 Habr 20 16,7 Dřevní štěpka 30 12,18 Akát 20 16,3 Sláma obilovin 10 15,49 Dub 20 15,9 Sláma 10 14,4 Kukuřice Jedle 20 15,9 Lněné stonky 10 16,9 Jasan 20 15,7 Sláma řepky Skutečná výhřevnost dřeva a kůry v závislosti na obsahu vody (1) Obsah vody Palivo Dřevo Kůra % (MJ kg -1 ) (kw h kg -1 ) (MJ kg -1 ) (kw h kg -1 ) 0 18,5 5,1 18,8 5, ,3 4,0 14,6 4, ,1 2,8 10,5 2,9 60 6,0 1,7 6,3 1,8 29

30 Zařízení na spalování biomasy K nejstarším a dosud stále používaným zařízením na spalování biomasy patří krby. Během let používání se aplikovala četná vylepšení. Krb předává teplo převážně sáláním, trochu předává i komínem a zdivem. Otevřené krby jsou v dnešní době nevyhovující. Nevýhodou je produkce škodlivých emisí, které by vstupovaly do místností. Hlavní nevýhodou je však přílišné ochlazování hořícího dřeva a nemožné řízení vstupu vzduchu v krbu. Díky tomu že si krb bere vzduch z místnosti, tak ji ochlazuje tím je účinnost velice snížena. Proto se dnes využívají krby uzavřené tzv. krbové vložky. Vzduch pro spalování si přivádí zvenku zvláštním otvorem. Také se odebírá část tepla z kouřových plynů pomocí výměníků jak teplovzdušných, tak teplovodních (radiátory). Nejčastěji se krby používají jako doplňkový a záložní zdroj tepla, kdy hlavním zdrojem je elektrické nebo plynové vytápění nebo se dělají jako zdroj tepla v chatách. (2) K dalším z těch starších zařízení patří kachlová kamna. Objevila se už v 15. Století. Oproti krbu měla kamna své výhody. Hlavními výhodami byly vysoká účinnost (až 80%) a schopnost akumulace tepla což umožnilo rovnoměrnější vytápění a menší náročnost na obsluhu. Vysoká účinnost u kachlových kamen je způsobena tím, že spaliny jsou do komína vedeny řadou kanálů, kde odevzdají větší část tepla. Teplo se může rozvádět po domu pomocí tepelného rozvodu stejně jako u krbu. (2) V kuchyni můžeme používat kombinované sporáky. Na sporáku si uvaříme, upečeme a vedlejším produktem bude teplo. Bohužel tyto funkce nelze od sebe oddělit. Proto v létě kdy vaříme, tak bude v kuchyni ukrutné horko. Takové použití sporáku se hodí spíše do oblastí, kde je přebytek dřeva a jeho cena nehraje moc velkou roli. Nebo do méně přístupných oblastí, kde není zaveden plyn nebo elektřina. (2) V poslední době výrobci nabízejí kamna, ve kterých se spalují pelety. Použití těchto kamen se nejvíc hodí do nízkoenergetických a pasivních domů. Výhodou je jejich výkon, který se pohybuje od 1 kw. V pasivních a nízkoenergetických domech se používá rekuperační větrání (rozvod vzduchu po celém domě). Proto se ohřátý vzduch může tímto systémem rozvádět po celém domě a tím už neplatí nevýhoda lokálního vytápění. Tato kamna jsou dobře regulovatelná a dávkování pelet je zautomatizováno. Jsou také velice univerzální mohou se použít k systému ústředního topení. (2) 30

31 Nejrozšířenějším vytápěním v Evropě jsou jednoznačně teplovodní kotle. Kotel doprovází rozvod studené a teplé vody v potrubí a radiátory. Teplovodní kotle rozdělujeme podle toho, co se v nich spaluje na: (2) - teplovodní kotle na dřevo - teplovodní kotle na přelety - teplovodní kotle na štěpku a piliny - teplovodní kotle na slámu Oproti lokálnímu vytápění mají kotle s ústředním vytápěním výhody. Tím, že vytápíme dům jako celek, můžou mít kotle větší výkony (lépe se konstruují). Dřevo může být spalováno ve větších kusech i množství, což snižuje pracnost. Další plus je, že kotel nemusí být umístěn přímo v domě, tím znemožníme úniku plynů do domácnosti (hlavně při přikládání). Pořizovací cena jednoho kotle je menší než cena všech topidel do každé místnosti. Z těchto důvodů jsou kotle na dřevo nejběžnějším zdrojem tepla v rodinných domech. Výrobci tyto kotle nabízejí už s pyrolytickým spalováním o výkonu kolem 20 kw. Pokud se topí dřevem do vlhkosti 20%, lze výkon snížit až o 40%. Firmy jako ATMOS, ATTACK, DAKON, VIMAR patří mezi hlavní výrobce pyrolytických kotlů na dřevo. (2) Kotle na spalování pelet obvykle může doprovázet i výrobní linka na pelety. Výroba pelet je náročná (hlavně energeticky) a promítne se v ceně, ovšem oproti dřevu má mnoho výhod, které tuto cenu vyváží. Tím, že pelety mají malé, pravidelné rozměry a značnou pevnost, se může dávkování do kotle zautomatizovat a to i u malých topidel. Peletové kotle mají i menší výkony, než kotle na dřevo. Jsou určeny hlavně pro nízkoenergetické domy (např. v Rakousku je možné na tyto domy využít dotace) s výkonem od 2 do 8 kw. Spalované pelety mají podstatně nižší vlhkost, která se pohybuje okolo 10%. Jak už bylo zmíněno, tak pelety jsou dražším palivem, než dřevo. Pro srovnání pelety stojí přibližně 1Kč/ kwh, dřevo cca 0,3-0,6 Kč/kWh.(STR 47) Vyrábí se i kotle kombinované, kdy se může spalovat dřevo i pelety. Dávkování pelet ze zásobníku se provádí šnekovým mechanismem. Zapalování pelet se děje za pomocí elektricky žhavené spirály. Účinnost spalování je asi 90%. Kotle na spalování pelet vyrábí firmy ATMOS, BENEKOV, HAMONT a další. (2) Teplovodní kotle na spalování štěpky jsou podobně jako u pelet zautomatizované (štěpku doplňuje šnekový mechanismus). Štěpka se vyrábí především z dřevního odpadu při těžbě dřeva a prořezáváním stromků. Většinou se štěpkuje přímo v lese (kůra, větvě apod.). Další možností výroby štěpky je z rychle rostoucích dřevin na 31

32 plantážích. Oproti peletám je vlhkost štěpky vyšší (z důvodu štěpkování čerstvých dřevin). Cena štěpky je nižší a proto se ji vyplatí spalovat, i když je vlhká. Je zbytečně drahé ji sušit, ale na druhou stranu nám dá více tepla suchá než mokrá. Štěpka se zpravidla spaluje ve velkých kotlích, které zásobují teplem velké firmy, farmy i obce. V kotlích na štěpku se bez problému mohou spalovat i piliny. Kotle na štěpku a piliny vyrábí například firma VERNER. Výkon takových kotlů se pohybuje v rozmezí 100kW-10MW. (2) S teplovodními kotli na slámu přišli jako první zemědělci pro potřeby rodinných farem. Tvar kotle byl přizpůsoben tvaru balíků slámy. Dříve se sláma do kotle dostávala ručně nebo za pomocí vysokozdvižných vozíků. Dnes je tento problém vyřešen zautomatizován. Toto spalování lze zkombinovat se štěpkou. (2) Vliv energetické biomasy na krajinu a životní prostředí I když je biomasa organického původu a člověk na ni nevytvořil nic umělého, tak i přesto biomasa v některých případech škodí životnímu prostředí. Existují dvě fáze, kdy může biomasa škodit. A to při spalování a pěstování Spalování biomasy Jak už bylo zmíněno dříve, rostliny během svého růstu a vývoje na sebe vážou různé látky a prvky a při konci jejich života (ať už spálením nebo uhynutím) vrací všechny tyto látky zpátky do přírody. Biomasa tedy patří do koloběhu prvků, hlavně uhlíku. Takové spalování, kdy za pomocí blesku či horka shoří část savany nebo pralesa není přírodě škodlivé ba naopak čas od času i nutné. Spalování biomasy záměrně pěstované člověkem a spalování v režii přírody nepatří do stejné kategorie. Člověk tím, že biomasu záměrně pěstuje, zavlažuje, postřikuje, sklízí, mechanicky upravuje ke spálení, přidává kromě prvků po samotném spálení i další prvky navíc. Například používá stroje na pohonné hmoty, aby zasel nebo sklidil. Sice to nejsou škodliviny přímo ze spalování, ale jsou druhotným znečištěním, které předchází samotnému spálení. Ve spalovnách se také nespaluje jen čistá biomasa, ale i biomasa různě upravená (např. různá pojiva v briketách). Při spalování biomasy vznikají stejné látky jako při spalování jiných organických paliv. Jedná se hlavně o oxid uhličitý a vodní páru. Mezi další látky patří oxidy dusíku a při nedokonalém spalování oxid uhelnatý. Velkým plusem oproti 32

33 hnědému a černému uhlí je ten, že biomasa má minimální obsah síry a proto emise v podobě oxidu siřičitého jsou velmi nízké. Srovnání produkce emisí ze spalování uhlí a biomasy (5) Biomasa koncentrace plynů (mg/m 3 ) A 1 A 2 A 3 A 4 měření CO SO2 NO2 Uhlí koncentrace plynů (mg/m 3 ) A 1 A 2 A 3 A 4 měření CO SO2 NO Vliv pěstování biomasy na estetiku krajiny a životní prostředí Toto téma je velice diskutabilní, proto je možné uvést následující výhody a nevýhody pěstování biomasy na životní prostředí. Výhody: - ladem ležící zemědělské plochy se využijí - v místech, kde nelze pěstovat plodiny na obživu (např. znečištěná místa emisemi) se vysadí energetické plodiny - technika na sklízení energetických rostlin je podobná technice na sklízení kulturních plodin - plochy málo přístupné nebo plochy se ztíženými podmínkami se mohou energetickými plodinami využít 33

34 - mohou se plně využít mokřady pro sadbu vrb - celkově se zlepší estetika krajiny - dřeviny i některé energetické plodiny zabraňují erozi ať už větrné nebo vodní - nahrazení pohonných hmot etanolem z biomasy - nahrazení uhlí ve spalovnách, a tím zabránění úniku SO 2 - větší produkce O 2 ve světě - kompletní využití druhotných produktů z pěstování (sláma, větvě) - vyčištění půdy od těžkých kovů. Některé plodiny mají schopnost vázat těžké kovy, po spálení zůstávají kovy v popelu, který se uskladní na skládce Nevýhody: - vytvoření nových strojů pro úpravu a sklizeň biomasy (další úniky plynů z pohonných hmot, ať už přímo z nich nebo při jejich výrobě) - zanesení nepůvodních druhů do našich oblastí (např. sloní trávy) - postřiky proti škůdcům na energetických plodinách mohou škodit jiným druhům rostlin - pěstování energetických plodin a dřevin v CHKO, ptačích oblastí nebo ve významně krajinných prvcích (nivy, remízky) je obtížné nebo není povoleno. - možné nadměrné hnojení způsobeno nadměrným vyčerpáním půdy - zhoršení retenční schopnosti krajiny - některé zemědělské pozemky (ne jen na pěstování energetických plodin, ale pozemky celkově) jsou z erozního hlediska špatně rozmístěné a mají i špatné rozměry. Proto tyto pozemky je nutné upravit za pomocí komplexních pozemkových úprav, což stojí další peníze, ale budoucí výsledek bude optimální. 5. SPALOVÁNÍ BIOMASY V OBCI DEŠNÁ Obec Dešná Obec Dešná se nachází na rozhraní jižní Moravy a Čech asi 4 km od hranic s Rakouskem. Leží v nadmořské výšce 466 metrů v rovinaté krajině. K Dešné, která má kolem 320 obyvatel, patří i další místní části jako Dančovice, Bělčovice, Rancířov, Plačovice, Hluboká a Chvalkovice. Celkový počet obyvatel je tedy asi 760. Pošta, fara, školka, kulturní dům, kostel, zdravotní a matriční obvod, restaurace a dva obchody to 34