D.3.4.3, WP 3. This Project (Contract No. IEE/09/848/SI ) is supported by:

Transkript

1 IEE Project BiogasIN Materiál pro Českou republiku Seminář pro administrativní sektor o realizaci projektů výroby a využití bioplynu D.3.4.3, WP 3 Česká bioplynová asociace, o.s. (CzBA) Za přispění Henning Hahn (IWES) Franz Kirchmeyr, Jan Štambaský, Enrico Rose (EBA) Biljana Kulišič (EIHP), Dominik Rutz (WIP) This Project (Contract No. IEE/09/848/SI ) is supported by:

2 Obsah Předmluva Základní informace o bioplynu Historie využívání bioplynu Současnost výroby bioplynu v Evropě Vstupní suroviny Různé koncepty produkce bioplynu Vývoj v posledních letech Politika EU a potenciál Energie bioplynu a způsoby jeho využití Části zařízení Způsoby využití bioplynu Výhody bioplynu Bilance skleníkových plynů Úspěšná realizace projektů výroby a využití bioplynu Nejlepší praxe schvalování BPS Získané zkušenosti Informace pro úspěšné zvládnutí schvalovacích procedur Umístění bioplynové stanice Prevence výbuchu Ochrana před hlukem Překážky v průběhu povolovacího řízení v ČR Nedostatky z pohledu úřadů Nedostatky z pohledu projektantů a investorů Závěr Výhradní odpovědnost za obsah tohoto dokumentu nesou jeho autoři. Nemusí nutně odrážet názor EU a Evropská komise není zodpovědná za jakékoli využití informací v něm obsažených či jejich použití v jiných dokumentech. 2

3 Předmluva Projekt BiogasIN s názvem Rozvoj udržitelnosti trhu s bioplynem ve Střední a Východní Evropě (Smlouva č. IEE/09/848) je podporován Evropskou komisí v rámci programu Inteligentní energie pro Evropu. Cílem projektu BiogasIN je efektivní zlepšení rámcových podmínek pro instalaci nových zařízení výroby a využití bioplynu v 7mi zemích východní Evropy: Bulharsku, Chorvatsku, České republice, Řecku, Lotyšsku, Rumunsku a Slovinsku. Projekt BiogasIN je založen na partnerství 10 evropských organizací. Koordinátorem projektu je národní energetická agentura v Chorvatsku Hrvoje Požar Energy Institute. Tento materiál poskytuje informace o schvalovacích procedurách pro zařízení výroby a využití bioplynu v Evropě, zejména o příkladech dobré praxe, ale také o získaných zkušenostech a nedostatcích. Seminář by měl zvýšit povědomí o komplexnosti a širokém rozpětí tohoto oboru, a také zpřístupnit a pomáhat v hledání řešení pro dosažení lepších rámcových podmínek pro všechny zúčastněné strany: pro investory, provozovatele zařízení, stejně jako i odpovědné administrativní pracovníky schvalující tyto projekty. 1. Základní informace o bioplynu 1.1. Historie využívání bioplynu 3

4 1.2. Současnost výroby bioplynu v Evropě Výroba bioplynu prostřednictvím anaerobní digesce (AD) při využití statkových hnojiv a kalů je dnešní moderní společností široce využívána. Cílem je výroba obnovitelné energie a zlepšení kvality těchto surovin jako hnojiva. V zemích s rozvinutou zemědělskou výrobou se zvyšuje zájem o AD nejen díky zesilujícímu vlivu environmentální legislativy, ale také jako nutnost recyklace rostlinných odpadů a hnoje ze zemědělské výroby (ekologicky příznivé zpracování hnoje). V Evropě, USA a dalších částech světa roste zájem farmářů o pěstování energetických plodin, využívaných jako vstupní suroviny pro produkci bioplynu. AD je dnes běžnou technologií pro stabilizaci čistírenských kalů, zpracování organického odpadu z průmyslového zpracování potravin kvasného a konzervárenského průmyslu, stejně jako pro zpracování organického podílu tuhého komunálního odpadu. Dalším významným způsobem výroby je pak jímání bioplynu ze stávajících skládek komunálních odpadů. Současný vývoj technologií v této oblasti je odrazem stávající legislativy, jedná se o určitou úroveň rozvoje, která reflektuje technický vývoj v daném čase. Všeobecně uznávaná pravidla, která jsou dodržována, jsou založena na současném stavu znalostí. Tato úroveň odbornosti souvisí s vývojem technologií, které jsou v příslušném průmyslovém sektoru ekonomicky životaschopné Vstupní suroviny Pro výrobu bioplynu může být, jako vstupních surovin, využita široká škála typů biomasy. Nejběžnější kategorie substrátů využívaných k produkci bioplynu v evropě jsou znázorněny v diagramu vpravo: Využití hnoje a kejdy jako vstupního substrátu pro AD má díky svým vlastnostem značné výhody: přirozený obsah anaerobních bakterií vysoký obsah vody (4-8% obs. sušiny u kalů), působí jako rozpouštědlo pro další substráty, zajišťuje dobré promíchání a tekutou konzistenci biomasy velmi nízká cena dobrá dostupnost (zbytky z živočišné výroby) AD živočišného hnoje a kejdy zlepšuje hodnotu vystupujícího digestátu, jako hnojiva z hlediska obsahu živin (koncentrací anorganických látek) Odpadů, které mohou být zpracovány AD je široké spektrum. Dřívější technologie zpracovávaly pouze čistírenské kaly a kejdu z živočišné výroby. V současnosti již více zařízení zpracovává také tuhý komunální odpad (TKO), tuhé průmyslové odpady, průmyslové odpadní vody a nejmodernější technologie i čistou cíleně pěstovanou biomasu. Čistírenské kaly Anaerobní digesce čistírenských kalů přináší značné výhody při recyklaci živin zpět do země. Proces digesce zajišťuje dezinfekci a také omezuje potenciální zápach kalu. V závislosti na místních předpisech a prioritách, zpracovává se 30 až 70% čistírenských kalů. Vyrobená energie je zdrojem 4

5 pro čistírnu odpadních vod a u větších čistíren je jí dokonce přebytek a tak může být dále využívána. Technologie digesce čistírenských kalů je dnes již dobře zavedena. Většina stavebních společností, které se zabývají výstavbou čistíren odpadních vod, již AD nabízí. Odpady ze zemědělství Farmářské bioplynové stanice (BPS) zpracovávající především živočišné odpady jsou rozšířené po celém světě. Pro venkov rozvojových zemí jsou typická malá zařízení, Nepál má zhruba fermentorů, v Číně se odhaduje cca 6 milionů těchto zařízení. Tato zařízení jsou obvykle využívána k výrobě plynu pro vaření a osvětlení pro jednu domácnost. V rozvinutých zemích jsou již výhradně využívány BPS většího rozsahu a bioplyn je využíván k výrobě elektřiny a tepla pro vlastní chod farmy, případně i na prodej. Tyto zemědělské BPS mají jednoduché nádrže s míchadly a využívají dlouhé retenční časy. Moderní vývoj zemědělských BPS rozvíjí také koncept centralizovaných stanic, kdy více farem společně provozuje a zásobuje vstupními surovinami jednoduchou větší BPS. Vstupními surovinami je v těchto případech především hnůj a další zbytky ze zemědělské výroby, v některých případech se zde zpracovává také malé množství průmyslových a/nebo komunálních odpadů. Využití této spolupráce přináší významné výhody z pohledu hospodaření s živinami i ekonomické výhody, ale vyžaduje překonání určitých bariér, jako je například důvěra v kvalitu řízení nebo sanitace. Tuhý komunální odpad Organické odpady z domácností jsou také potenciální vstupní surovinou pro anaerobní digesci. Existují možnosti zpracování čistých, separovaných frakcí tohoto odpadu nejen za účelem získání energie, ale také recyklace organického materiálu. I z nevyseparované frakce komunálního odpadu může být získáván bioplyn, současně se jeho řízeným zpracováním předejde environmentálním problémům spojeným se skládkováním. V případě využití neseparované frakce komunálního odpadu však není možné využít digestát jako zemědělské hnojivo, a to z důvodu kontaminace těžkými kovy z dalších složek směsného odpadu. Průmyslový odpad Tuhé organické odpady z průmyslu jsou stále více kontrolovány ekologickou legislativou. Zpracování těchto odpadů přináší přidanou hodnotu v jejich využití a snižování nákladů na jejich likvidaci. Kromě toho, vhodné zpracování odpadů může být cílem environmentálního image daného průmyslového podniku. AD průmyslových odpadních vod se stává standardem. Přestože je AD pouze jednou z fází v úpravě vypouštěných vod, může významně redukovat náklady a velikost zařízení s čistě aerobní úpravou. Projekty fermentorů pak musí být optimalizovány pro příslušné vstupní suroviny. Žádný ze stávajících fermentačních systémů nemůže zpracovat všechny druhy odpadů stejně dobře. Protože proces fermentace probíhá při teplotách kolem 50 C, je také zajímavý z hlediska hygienizace. Fermentory mohou být navrženy tak, aby pracovaly výhradně při této teplotě, nebo pracují postupně při nižších teplotách. Kromě teploty násobí proces sanitace anaerobní chemické prostředí. Dánské právní předpisy (jako jedni z prvních) uznaly AD jako hygienizační opatření při zpracování organických odpadů. Stejně jako u všech biotechnologických procesů, také u AD existuje několik limitujících faktorů. Největším omezením je neschopnost procesu rozkládat lignin, hlavní složku dřeva. Navzdory této skutečnost, v několika výzkumných programech již byly úspěšně použity některé plodiny včetně vodních a mořských rostlin a trav, jako např. Napierova tráva a dřevitá biomasa, jako potenciální vstupní suroviny pro proces AD. Z evolučního hlediska jsou anaerobní bakterie velmi staré, jestě mnohem starší, než jejich aerobní protějšky. Anaerobní bakterie se popvé objevily ještě před tím, než kyslík začal tvořit podstatnou část atmosféry. To je přičítáno jejich neschopnosti rozkládat lignin, protože dřevnaté rostliny dosud nebyly vyvinuty. V posledních letech, se v mnoha zemích zavádí a testují nové vstupní suroviny pro AD, speciální energetické plodiny, pěstované právě pro získání energie, respektive produkci bioplynu. Mohou být travní (tráva, kukuřice, rapuje) ale také dřevité (vrba, topol, buk), přestože dřeviny potřebují 5

6 speciální předúpravu před AD tzv. delignifikaci. Substráty pro AD mohou být klasifikovány podle různých kritérií: původ obsah sušiny (DM) výnos metanu, atd. Substráty s obsahem sušiny nižším než 20% jsou využívány pro tzv. mokrou digesci (mokrou fermentaci). Do této kategorie patří např. zvířecí kejda a hnůj, dále různé mokré organické odpady z potravinářského průmyslu. Pokud obsah sušiny číní 20% a více procent (obvykle až 35%), jedná se o suchou digesci (fermentaci), která je typická pro siláž a energetické plodiny. Volba typu a množství vstupních surovin závisí na obsahu sušiny, a také na obsahu tuků, cukrů a bílkovin. Substráty obsahující velké množství ligninu, celulózy a hemicelulózy mohou být také fermentovány, ale obvykle musí být předupraveny pro zvýšení jejich rozkladatelnosti. Specifický výnos metanu je jedním z nejdůležitějších kritérií k vyhodnocování různých druhů substrátů pro AD (Graf 1 - Specifické výnosy metanu). Je z něho patrné, že např. zvířecí hnůj má dosti nízký výnos metanu. To je důvodem, proč v praxi není většinou zvířecí hnůj zpracováván samostatně, ale je pro zvýšení tvorby bioplynu míchán s dalšími substráty (s vyšším výnosem metanu). Běžnými ko-substráty, přidávanými k hnoji a kalům, jsou kuchyňské odpady, odpady z potravinářského a rybářského průmyslu, odpadní produkty z pivovarů, lihovarů a cukrovarů, anebo také energetické plodiny. Graf 1 - Specifické výnosy metanu Vstupní suroviny mohou obsahovat různé chemické, biologické, anebo fyzikální zněčištění. Kontrola kvality všech druhů vstupních surovin je nezbytná pro zajištění bezpečné recyklace digestátu jako hnojiva. Odpady živočišného původu vyžadují zvláštní pozornost, pokud jsou využívány jako vstupní substrát pro AD. Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002 ukládá pravidla týkající se nakládání a využívání vedlejších produktů živočišné výroby, které nejsou určeny pro lidskou spotřebu Různé koncepty produkce bioplynu Výroba bioplynu prostřednictvím AD je v moderní společnosti široce využívána při zpracování kalů a statkových hnojiv. Cílem je nejen vyrábět obnovitelnou energii, ale také zlepšit hnojivý účinek výstupního digestátu. V zemích s významnou zemědělskou tradicí se zvyšuje zájem o AD jako o způsob nakládání se statkovými hnojivy, recyklaci rostlinných odpadů, řešení levné a současně přátelské k životnímu rostředí. Poslední vývoj v Evropě, USA a dalších částech světa ukazuje na rostoucí zájem farmářů o pěstování energetických plodin využívaných jako vstupní suroviny pro výrobu bioplynu. AD je dnes standardní technologií pro stabilizaci čistírenských kalů, pro 6

7 zpracování organického průmyslového odpadu z potravinářských a kvasných průmyslových odvětví, stejně tak jako pro zpracování organické frakce tuhého komunálního odpadu. Specifickým případem je využití bioplynu ze stávajících skládek. Vzhled a technologie bioplynových stanic se v jednotlivých zemích liší v závislosti na klimatických podmínkách, národní legislativě, energetické politice, dostupnosti energií a jejich cenové dostupnosti. Na základě relativní velikosti, funkcí a lokace, mohou být zemědělské BPS klasifikovány jako: BPS rodinné (velmi malé) BPS farmářské (male, střední až velké) Centralizované/ společná zařízení kodigesce (střední až velké) Zemědělské BPS Existuje mnoho typů a konceptů BPS farmářského rozsahu. Zájem evropských farmářů o tyto technologie dnes roste, nejen proto, že přeměňují odpadní produkty v hodnotné zdroje energie a produkují vysoce kvalitní hnojivo, ale také proto, že vytváří nové obchodní příležitosti a přináší farmářům nové postavení - jako poskytovatelům obnovitelné energie. Za zemědělské BPS jsou považovány stanice, které zpracovávají vstupní suroviny zemědělského původu (chlévská mrva a hnůj, rostlinné zbytky a vedlejší produkty, energetické plodiny, ale také např. různé zbytky z potravinářského průmyslu a rybářství atd.). Chlévská mrva a hnůj jsou základní vstupní surovinou pro většinu evropských zemědělských BPS, ačkoli v posledních letech roste také počet BPS využívajících energetické plodiny. Jejich výhodou je vysoký energetický obsah, který je vyšší než u většiny organických odpadů. Hlavním omezením těchto zařízení jsou pak provozní náklady, využití půdy a dostupnost vstupních substrátů. Do nedávna byla většina těchto BPS realizována přímo farmáři, jako vlastníky, s odborníky v oboru bioplynu jako projektanty, ve spolupráci s místními řemeslníky a zemědělskými subjekty. Využívají se běžně průmyslově vyráběné komponenty, jako kalová čerpadla, míchadla, ocelové nebo betonové skladovací nádrže, pouze s mírnými úpravami. Zkušenosti posledních 20 let však ukázaly, že využití hnoje jako hlavního substrátu, odpadů potravin a doplnění energetickými plodinami je nejlepší variantou ekonomicky životaschopných bioplynových stanic. Současně je možná spolupráce několika místních zemědělců, kteří spravují společnou BPS, pod dohledem odborníka v oboru výroby bioplynu, nebo specializované společnosti. Každá z těchto stanic je složena ze standardních součástí, ale individuálně zapojena do chodu farmy. Pro snížení nákladů (o zhruba 30%) může téměř veškeré práce provádět sám provozovatel, ovšem farmáři s méně technickými zkušenostmi si mohou nechat postavit i provozovat bioplynové zařízení na klíč. Všechny tyto BPS mají podobný princip uspořádání: kejda je shromažďována v před-skladovací nádrži, blízko fermentoru (plynotěsná nádrž, vyrobená z oceli nebo betonu, izolovaná pro udržení konstantní provozní teploty), do kterého je postupně přečerpávána. Průměrná doba zdržení zpracovávaných substrátů ve fermentoru je obvykle 20 až 40 dní, v závislosti na typu substrátu a teplotě fermentace. Digestát je pak využíván jako hnojivo na farmě a jeho přebytek se prodává farmám v blízkém okolí. Vyrobený bioplyn je využíván k pohonu plynových motorů, k výrobě elektřiny a tepla. Kolem 10 až 20% vyrobeného tepla a energie je využito k provozu BPS a pro domácí potřeby farmáře. Přebytek je prodáván elektrárenským společnostem, respektive sousedním spotřebitelům tepla. 7

8 Obrázek 1 - Schematické znázornění farmářské BPS, s horizontálním ocelovým fermentorem Obrázek 2 - Farmářská BPS Klasický evropský koncept představují betonové (méně často ocelové) fermentory, koncipované jako nadzemní nádrže s integrovaným plynojemem. Plynojem tvoří jedno-, nebo dvou-vrstvá membrána (vnitřní membrána je flexibilním plynojemem a vnější slouží jako ochrana proti povětrnostním vlivům). Standarní velikost fermentoru je 500 až m³, typická výška je 5 až 6 m a průměr 10 až 20 m. Míchání fermentorů zajišťují míchadla nejrůznější koncepce. Méně časteji jsou fermentory konstruovány jako podzemní nádrže. Technické vybavení fermentorů však zůstává prakticky stejné. Stanice většího rozsahu obvykle potřebuje dvě nebo tři lopatková míchadla, pokud jsou míchány tuhé kosubstráty. Při použití (dnes již konstukčně zastaralých) vrtulových rychloběžných míchadel může být počet potřebných míchadel ještě větší. Takové technické řešení má však negativní vliv na vlastní spotřebu energie a tím i celkovou energetickou efektivitu provozu BPS. 8

9 Obrázek 3 - Profil běžného zemědělského fermentoru Zemědělské fermentory velkého objemu jsou většinou provozovány skupinou farmářů sdružených formou právnického subjektu. Jejich objem bývá 800 až m 3. Některé jsou z betonu, většina z nich je však ze smaltované oceli nebo oceli potažené sklem. Standartní výška je 10 až 15 metrů a průměr 10 až 18 m. Všechny velké fermentory mají centrální míchadlo, eventuálně s přídavným míchadlem k prevenci tvorby pěny a sedimentace. Jsou plně řízené a navržené pro nepřetržitý provoz. Mají zařízení pro odstraňování písku a automatický plnící systém. Tvar dna je často (zvláště v severských zemích) formován do kužele pro snadné odčerpávání písku. Centralizovaná zařízení Centralizovaná kodigesce je konceptem založeným na zpracování živočišných zbytků z několika farem v jedné centrálně umístěné BPS v oblasti původu těchto vstupních surovin. Centrální umístění BPS snižuje náklady, čas, i pracovníky na přepravu biomasy. Centralizované BPS zpracovávají živočišný hnůj s řadou dalších kosubstrátů (např. fermentovatelné zbytky ze zemědělství, potravinářského průmyslu, organický odpad z domácností, čistírenské kaly). Jsou rožšířené například v Dánsku, ale také v dalších oblastech s intenzivním zemědělstvím. Vzhledem k výši výkupních tarifů elektřiny, největší počet cetralizovaných BPS je stavěno v Německu a Rakousku. V oblastech s vysokou koncetrací BPS se stávají vzácnou komoditou zbytky s vysokou energetickou hodnotou jako je např. živočišný tuk z jatek, nebo zbytky potravin, a jsou dopravovány ze vzdálenějších oblastí. Vzhledem k omezenému množství dostupných průmyslových odpadů pak mnoho farmářů přechází na využívání energetických plodin. Také zbytkový digestát musí být dočasně skladován, přičemž i tyto skladovací nádrže bývají často zakryty plynotěsnou membránou plynojemu pro čerpání zbytkové produkce bioplynu (kolem 15% z celkové produkce). Před opuštěním BPS je digestát analyzován a hodnocen z hlediska množství obsažených živin (obs. sušiny, těkavých pevných látek, N, P, K, and ph). Dodavatelé surovin (zemědělci) mohou využít jen takové množství digestátu, které mají legislativně povoleno využít na svých pozemcích. Zbytek je prodáván jako hnojivo zemědělcům v okolí. Digestát je vždy integrován do plánu hnojení farmy, namísto minerálních hnojiv, a uzavírá tak cyklus minerálních látek jejich recyklací zpět do půdy. Stále více BPS je také vybaveno zařízeními pro separaci digestátu na tekutou frakci (fugát) a tuhý podíl (separát). 9

10 Obrázek 4 - Pohled na centralizovanou BPS Podle evropské legislativy musí ještě před vstupem do fermentoru proběhnout řízený proces sanitace určitých typů substrátů živočišného původu, který poskytne efektivní snížení patogenů a zajistí bezpečnou recyklaci digestátu. ČOV AD je dnes již běžně využívána pro zpracování čistírenských kalů - pro stabilizaci a redukci finálního množství kalu, v kombinaci s moderními systémy úpravy a čištění. Většina společností poskytujících systémy čištění odpadních vod nabízí dnes také proces AD. Evropské země zpracovávají procesem AD, v závislosti na místní legislativě a prioritách, 30 až 70% čistírenských kalů. Kal upravený AD může být později využit jako hnojivo nebo pro výrobu energie spalováním. Jsou však stále ještě země, které ukládají kal z ČOV na skládky. Tento postup může mít negativní důsledky na ŽP v důsledku průsaku živin do podzemních vod a emisí skleníkových plynů do atmosféry, a proto je ve většině evropských zemí již zakázán. TKO V mnoha zemích je tuhý komunální odpad (TKO) shromažďován jako netříděná směs a následně spalován ve velkých spalovnách nebo odvážen na skládky. Tato praxe je však plýtváním energie a živin, protože většina organického podílu by mohla být vyseparována a využita jako surovina pro AD. Třídění a recyklace odpadů získává v posledních letech stále větší pozornost. Separované frakce TKO začínají být dostupné pro dokonalejší recyklaci a využití. Původ organického odpadu je důležitý pro určení nejvhodnější metody zpracování. Kuchyňský odpad je obvykle příliš mokrý a nemá vhodnou strukturu pro aerobní kompostování, ale je výborným vstupem pro AD. Na druhé straně, dřevěné odpady obsahující vysoký podíl lignocelulózy jsou vhodnější pro kompostování. Využití separované organické frakce odpadu z domácností pro výrobu bioplynu má velký potenciál a několik set AD zařízení, zpracovávajících organické frakce TKO, již na světě funguje. Cílem je snížit tok organických odpadů na skládky nebo do spaloven, a směrovat jej k recyklaci. Průmyslové BPS Anaerobní procesy jsou široce využívané pro zpracování průmyslových odpadů a odpadních vod již více než století, a AD je dnes již standardní technologií pro zpracování průmyslových odpadních vod z potravinářského, zemědělského a farmaceutického průmyslu. 10

11 Tyto technologie se neustále a rychle vyvíjí a zlepšují. V současnosti mohou být zpracovány procesem AD i průmyslové odpadní vody. Environmentální a energetické aspekty přispěly v posledních letech k dalšímu rozvoji anaerobního zpracování organických průmyslových odpadů, a hospodaření s těmito odpady je přísně kontrolováno environmentální legislativou. Průmysl využívající AD pro zpracování odpadních vod má široký rozsah: Zpracování potravin: např. konzervace zeleniny, zpracování mléka a sýrů, brambor, masný průmysl Výroba nápojů: např. pivovary, nealkoholické nápoje, lihovary, káva, ovocné šťávy Průmyslové výrobky: např. papír a lepenka, guma, chemikálie, škrob, léčiva, kosmetika Průmyslové BPS přinášejí společnosti i průmyslu mnoho výhod: Přidanou hodnotu v recyklaci živin a snížení nákladů na likvidaci těchto odpadů Využití bioplynu k výrobě procesní energie Lepší environmentální image, prostřednictvím ekologického zpracování vyprodukovaných odpadů Environmentální a socio-ekonomické přínosy AD společně s vyššími poplatky za jiné metody zpracování odpadů pravděpodobně zvýší počet průmyslových BPS v budoucnu. Využití skládkového plynu Také skládky mohou být považovány za velká anaerobní zařízení - s tím rozdílem, že proces rozkladu není kontinuální a je závislý na stáří skládky. Skládkový plyn má podobné složení jako bioplyn, ale může obsahovat také toxické plyny, vznikající při rozkladu některých odpadů. Současně vždy obsahuje určité množství vzduchu. Získávání skládkového plynu tedy není jen zásadní pro ochranu životního prostředí a snižování emisí metanu a dalších skládkových plynů, ale je také levným zdrojem energie, což přináší výhody rychlejší stabilizace skládky a výnosy z využití plynu. Vzhledem k odlehlosti skládek je skládkový plyn běžně využíván k výrobě elektrické energie, ale je možné také další využití skládkového plynu, od vytápění po čištění na pohonné hmoty v kvalitě zemního plynu. Využití skládkového plynu může být optimalizováno prostřednictvím hospodaření na skládce, například drcením odpadu, recirkulací organického podílu, nebo úpravou skládky jako bioreaktoru. Skládkový bioreaktor je řízená skládka, navržená pro urychlení přeměny pevných odpadů na metan, a je typicky rozdělena na jednotlivé buňky, vybavená systémem sběru průsakové vody ze spodních částí buněk. Shromážděná průsaková voda je čerpána na povrch, následně rovnoměrně rozlévána v jednotlivých buňkách, a mění tak skládku v obrovský fermentor s vysokým podílem pevných látek. Obrázek 5 - Plynné emise a možné znečišťování podzemních vod ze skládek jsou vážnou hrozbou pro životní prostředí 11

12 1.3. Vývoj v posledních letech V posledních letech dochází v mnoha zemích k rozvoji moderních technologií výroby a využití bioplynu. Konkurenceschopné národní trhy s těmito technologiemi, po desetiletí intenzivního výzkumu, doplňuje vládní a veřejná podpora. Evropský sektor výroby a využití bioplynu čítá již tisíce bioplynových instalací. Největší počet moderních bioplynových stanic mají země jako Německo, Rakousko, Dánsko a Švédsko, které patří mezi technické průkopníky tohoto oboru. V současnosti existují tři hlavní typy produkce bioplynu v Evropě: skládky (35,9%), ČOV (městské i průmyslové, 12,1%) a účelově navržené BPS (52%). V Číně se odhaduje kolem 18 milionů venkovských domácích zařízení výroby a využití bioplynu (v roce 2006), a celkový čínský potenciál výroby bioplynu je odhadován na 145 miliard kubických metrů, a například v Indii je v současnosti kolem 5 milionů BPS malého (domácího) rozsahu. Další země, jako Nepál nebo Vietnam, mají také značné množství bioplynových instalací velmi malého, rodinného rozsahu. Většina zařízení výroby a využití bioplynu v Asii využívá velmi jednoduché technologie, které je snadné konstruovat i rozšiřovat. Tyto technologie však nesplňují technické a bezpečnostní normy kladené na technické výrobky a zařízení v Evropě, nebo USA. Na druhé straně Atlantiku, USA, Kanada a mnoho států Latinské Ameriky, se vydalo cestou rozvoje moderních instalací výroby bioplynu. Příznivé politické podmínky tento trend podporují. Výzkum a získávání potřebných zkušeností probíhá v současné době všude na světě. Hlavním cílem výzkumu je zdokonalovat technologii přeměny biomasy, provozní i procesní stabilitu, výkon a energetickou efektivitu zařízení. Průběžně jsou vyvíjeny a testovány nové fermentory, nové kombinace vstupních substrátů, plnících systémů, skladovacích zařízení i dalšího vybavení. Vedle tradičních druhů vstupních surovin se v některých zemích využívají také cíleně pěstované energetické plodiny. Současný výzkum je zde zaměřen na zvyšování produktivity a rozmanitosti energetických plodin a hodnocení jejich potenciálu pro získávání bioplynu. Pěstování energetických plodin přináší nové zemědělské postupy a je nutno definovat nové systémy střídání plodin, předmětem intenzivního výzkumu je kombinované pěstování plodin a meziplodin. Využití bioplynu pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny je typické hlavně pro moderní technologie v Evropě. Bioplyn je také čištěn a zušlechťován na kvalitu zemního plynu. Následně je využíván v dopravě jako obnovitelné palivo (Švédsko, Švýcarsko, Německo), kde fungují sítě tohoto upgradovaného bioplynu (biometanu) a plnící stanice. Úprava bioplynu na biometan, a jeho vtláčení do sítí zemního plynu je relativně novým řešením, ale nové instalace se rozšiřují poměrně rychle (Německo, Švédsko, Nizozemí, Rakousko). Spousta lidí si dnes neuvědomuje, že zemní plyn se k pohonu různých zařízení využívá již velmi dlouhou dobu. Biometan by tak mohl hrát velmi důležitou roli právě v sektoru dopravy. Zatím pouze Švédsko uvedlo na trh auta na biometan. Vzhledem k relativně nízkým cenám elektřiny je bioplyn ve Švédsku využíván tradičně k výrobě tepla dnes kolem 50% bioplynu, a méně zaměřen na výrobu elektřiny (8%). Kolem 25% vyrobeného bioplynu je upravováno a využíváno jako pohonné hmoty. Upravený bioplyn je také vtláčen do sítě zemního plynu, v 7mi místech s kapacitou vtláčení 220 GWh (nahrazuje 2% zemního plynu). Je plánováno další navýšení kapacity pro vtláčení biometanu o GWh (10-15% zemního plynu) do 5 let. Relativně nové využití bioplynu v palivových článcích je blízko komerčnímu využití v Evropě a USA. Další vývoj v oblasti úpravy bioplynu na kvalitu zemního plynu nabízí další nepřeberné možnosti využití. Integrovaná produkce biopaliv (bioplyn, bioetanol, biobutanol a biodiesel), známá jako koncept biorafinerií, je dnes jednou z důležitých výzkumných oblastí, kde bioplyn může být významným zdrojem biopaliv a současně využívá odpadní materiály z jiných procesů. Integrovaný koncept biorafinerií by měl nabídnout řadu výhod ve vztahu k energetické účinnosti, ekonomice, i snižování 12

13 emisí skleníkových plynů. Pilotní projekty biorafinerií probíhají v Evropě i jinde ve světě, a komplexní výsledky budou známé v následujících letech. V roce 2009 vzrostla primární produkce bioplynu v Evropě na 8,3 Mtoe, což je o 346,8 ktoe více, než v roce 2008 (vzrůst o 4,3%). Bioplyn je využíván především ve formě elektřiny. V roce 2009, bylo vyrobeno z bioplynu 25,2 TWh, což je nárůst o 17,5% oproti roku Výroba tepla se odhaduje na 171,7 ktoe v roce 2009, což je nárůst o 13,1% oproti r Tento odhad zahrnuje pouze prodané teplo, ne teplo přímo využité v procesu (vlastní technologická spotřeba). Tabulka 1 - Primární produkce bioplynu v EU v r a 2009* (v ktoe) 13

14 Cíle Bílé knihy Evropské komise pro bioplyn vyjádřené jako výroba primární energie (15 Mtoe v roce 2010) jsou již dlouho překonané, a není možné jich dosáhnout. Výroba primární energie z bioplynu se v roce 2010 odhaduje na 8,7 Mtoe. Sektor výroby bioplynu se nicméně stává hodnotnou investicí do budoucna, se kterou většina Evropských zemí počítá. Graf 2 - Cíl Bílé knihy EU pro sektor výroby bioplynu a odhad roku 2010 v Mtoe Kukuřice je již dnes široce využívána pro výrobu energie, a další energetické plodiny jsou testovány pro jejich využití v optimalizaci výnosu energie z hektaru zemědělské půdy v budoucnu. Současné scénáře nastiňují budoucí využití 10-30% orné půdy pro výrobu energie. Velké evropské země, s významnými zemědělskými regiony, mohou hrát v budoucnu důležitou roli v produkci bioenergie, např. Ukrajina nebo Francie. Průměrný výnos 20 t/ha (sušiny) je v blízké budoucnosti považován za reálný. Kukuřice, cukrová řepa a další plodiny budou mít celoevropský význam. Již v současné době se mění celkový pohled na využití a cennost zemědělských plodin Politika EU a potenciál Evropská bioplynová asociace (EBA) odhaduje nárůst evropské produkce energie z biomasy ze 72 Mtoe (837 TWh) v r na 220 Mtoe (2.558 TWh) v r Největší potenciál pochází právě ze zemědělské biomasy. V současnosti disponuje Evropa přibližně 109 miliony hektarů orné půdy. Podle AEBIOM může být využito pro výrobu energie milionů hektarů (Mha) půdy v EU, bez ovlivnění evropských zásob potravin. Pokud by se 5 % této půdy využilo pro pěstování energetických plodin, s výnosem 15 t suš./ha, mohla by být zdrojem 23,4 Mtoe (272 TWh) energie z bioplynu, což je třikrát více, než je současná produkce bioplynu v EU. Německý institut pro energetiku a životní prostředí uvádí, že potenciál bioplynu v Evropě je dostatečný, aby nahradil celou spotřebu zemního plynu, při vtlačování biometanu do stávajících sítí zemního plynu. Odhad potenciálu bioplynu v Evropě závisí na různých faktorech a předpokladech, jako například dostupnost zemědělské půdy, která neovlivní produkci potravin, produktivita energetických plodin, kvalita bioplynu z daných vstupních substrátů a energetická účinnost koncového využití bioplynu. Realistický potenciál výnosu metanu z chlévské mrvy, energetických plodin a odpadů se pohybuje kolem 40 Mtoe (465 TWh) v r. 2020, v porovnání s 8,7 Mtoe (101 TWh) v r Využití meziplodin nabízí další potenciál. Národní plány využití obnovitelných zdrojů energie jsou politicky důležité, protože demonstrují společné úsilí směrované k nízko-uhlíkové ekonomice. Také vytváří určitou míru jistoty pro všechny, kdo chtějí investovat do obnovitelných zdrojů a jasně stanovují obnovitelné zdroje energie jako prioritu politického programu vlády. Národní plány jsou také dobrým zdrojem 14

15 informací o obnovitelných zdrojích daného státu, přispívají k vytváření lepších vládních politik a zásad, a umožňují sdílení dobré praxe. Následující graf zobrazuje realizovatelný potenciál pro produkci energie a cíle uvedené v Národních akčních plánech pro OZE pro r Odhad potenciálu ve velmi obtížný, protože každá země má jiné předpisy pro odpadové hospodářství, a proto také jiné možnosti dosažení svého potenciálu výroby bioplynu. Německo již dnes převyšuje téměř o 500 ktoe potenciál uvedený v této studii, a tento rozdíl je srovnatelný s více než 1.000ci bioplynovými stanicemi. Graf 3 - Realizovatelný potenciál pro produkci energie (modře) cíle určené Národními akčními plány pro OZE do r (červeně) Různé cíle Národních akčních plánů pro OZE souvisejí s vládou a obyvatelstvem příslušných zemí. Můžeme vidět výrazné hráče EU, jako je Německo, Dánsko a Nizozemí, ale také další země, např. Španělsko, Lotyšsko, Lucembursko a další, které zvyšují svůj zájem o trhy týkající se OZE Graf 4 - Bioplyn pro výrobu elektřiny a tepla na obyvatele v r v kwh Bioplyn je pouze malou součástí technologií v rámci obnovitelných zdrojů energie, ale i tato malá část je nutná k zajištění trvalé udržitelnosti dodávek energie. Každý typ obnovitelné energie má konkrétní účel a využití. Bioplyn hraje rozhodující roli ve zhodnocení místních zdrojů a lokální výrobě energie. 15

16 Opatření, která bude nutná učinit k dosažení cílů EU: 1.5. Energie bioplynu a způsoby jeho využití Bioplyn je vyráběn biologickým rozkladem organického materiálu za nepřítomnosti kyslíku. Může vznikat anaerobní digescí všech biodegradabilních materiálů. Hlavní složky bioplynu: % metanu (podmiňuje energetický obsah!) % CO 2 Vodní pára Stopy dalších plynů (<1%) Energetický obsah bioplynu: 1 m³ bioplynu = 5,0 7,5 kwh = 1,5 3,0 kwh el 1 m³ bioplynu se rovná cca 0,6 litrům topného oleje 1 m³ biometanu = 9-11 kwh Kogenerační jednotka BPS vyrábí elektřinu při plném zatížení hodin za rok Procesní kroky: Před-úprava (sekání, míchání, odstraňování nečistot z bioodpadů) Hygienizace Anaerobní digesce Separace digestátu (volitelné) Využití bioplynu Recirkulace tekutého digestátu jako procesní tekutiny (volitelné) 16

17 Části zařízení Obrázek 6 - Schematický přehled typické BPS Způsoby využití bioplynu 1. Přímé spalování a výroba tepla 2. Kombinovaná výroba elektřiny a tepla (CHP) 3. Čištění a vtláčení do sítě zemního plynu Přímé spalování a výroba tepla: Bioplyn může být spalován přímo v kotlích Široké využití malých domácích fermentorů (v rozvojových zemích) Nepotřebuje žádné úpravy ani čištění Může být spalován na místě, nebo přepravován potrubím ke koncovému uživateli Kombinovaná výroba elektřiny a tepla: je standardním využitím bioplynu v mnoha zemích (s výkupními tarify elektřiny) Odvodňování a sušení bioplynu před kogenerační jednotkou Motory kogeneračních zařízení mohou mít účinnost až 90 % (43 % elektřiny a 47 % tepla) Vyrobené teplo je možné využít v absorpčních výměnících k výrobě chladu Využití vyrobeného odpadního tepla je velmi důležité z hlediska energetické, ekonomické i ekologické efektivity 17

18 Obrázek 7 - CHP proces Elektřina Teplo o o Úprava bioplynu na biometan: Pokud není využíváno vyprodukované teplo, využití energie z bioplynu je obvykle nízké. Ztrácí se tak až 2/3 primární energie bioplynu. To znamená, že zařízení na výrobu bioplynu je často, z hlediska využití energie, velmi neefektivní proces. Dalším energeticky efektivnějším využitím bioplynu je vtláčení upraveného bioplynu do sítí zemního plynu. Bioplyn je pak přímo u spotřebitele využit k produkci elektřiny, vytápění, nebo jako pohonná hmota. Primární výhodou vtláčení bioplynu do sítě zemního plynu je trvale udržitelný systém získávání energie, s oddělením místa výroby a vlastního využití. Přínosem je nejen flexibilní, místní využití bioplynu s vysokým stupněm účinnosti, ale současně také náhrada fosilních paliv. Pro úpravu bioplynu na kvalitu zemního plynu existují různé osvědčené postupy a technologie. Uspořádání procesních kroků a technologií závisí na kvalitě bioplynu. V zásadě je možné použít pro úpravu bioplynu stejné procesy jako pro úpravu jiných technických plynů. Úprava surového bioplynu z anaerobní digesce vyžaduje 3 základní kroky, které se u různých technologií mohou do určité míry překrývat: o Odstranění reaktivníchplynů (odsíření, odstranění amoniaku) o Odstranění kapének vody a sušení o Upgrading, tj. odstranění CO 2 - pro dosažení požadovaného Wobbeho indexu plynu je hlavní právě odstranění CO 2 Upravený bioplyn může být obohacován propanem, nebo LPG směsí (pro další zvýšení spalného tepla) 18

19 Biometan pak může být buď vtláčen do sítě zemního plynu, nebo využíván přímo jako pohonná hmota pro pohon CNG/LNG vozidel. Vlastnosti biometanu o Obsah metanu % o Energetický obsah 9-11 kwh/m³ Obrázek 8 - Proces úpravy a vtlačování bioplynu Nejvýznamnější minoritní složkou bioplynu je sulfan (sirovodík, H 2 S), přičemž jeho množství se může velmi měnit v závislosti na vstupních substrátech. Rozsah kolísání H 2 S může být v různých BPS od 200 do ppm. Dokonce i v rámci jedné BPS může množství H 2 S kolísat v určitém časovém období. Obecně lze předpokládat, že bioplyn ze stanic s vysokým podílem bílkovin ve vstupních substrátech bude mít podstatně vyšší obsah síry. Dalším faktorem ovlivňujícím množství H 2 S v bioplynu při využití tekuté kejdy je také kvalita pitné vody pro daná hospodářská zvířata. Některé metody průmyslového upgradingu bioplynu se stávají již standardem (např. PSA, zkrápění tlakovou vodou), zatímco další se stále ještě vyvíjí (např. kryogenní technologie). Proces koncentrování metanu je odlišný od procesu čištění, nejen kvalitou a charakterem upraveného plynu, ale také s ohledem na složitější postup realizace, který se odráží ve vyšších cenách (investiční i provozní). Physical Absorption organic solvents 7 Chemical Absorption organic solvents 9 Membrane 4 Cryogenic 1 PSA 33 Water Scrubber 32 Graf 5 - Počet instalací na úpravu biometanu v EU [Fraunhofer IWES 2009] Výroba jiných (kapalných) biopaliv je založena pouze na pěstování energetických plodin, a využití půdy je pak mnohem nižší než v případě biopynu. Výtěžnost půdy vztažená k produkci etanolu, činí u běžných obilovin a cukrové třtiny asi litrů ropného ekvivalentu na jeden hektar. Za stejných podmínek dosahuje produkce bioplynu litrů ropného ekvivalentu, což je téměř dvojnásobné množství. Pokud bychom aplikovali tuto 53% výtěžnost u bioetanolu na produkci 19

20 bioplynu, odhadovaných TWh (5,4 EJ = 130 Mtoe) u bioplynu, by bylo v případě etanolu sníženo na 800 TWh (2,9 EJ = 70 Mtoe). Obrázek 9 - Účinnost různých biopaliv v dopravě, NGVA Europe Výhody bioplynu Obnovitelný zdroj energie Současné celosvětové zásobování energií je velmi závislé na fosilních zdrojích (ropa, černé a hnědé uhlí, zemní plyn). Jsou to fosilizované zbytky mrtvých zvířat a rostlin, které byly vystaveny působení tepla a tlaku zemské kůry stovky milionů let. Proto jsou fosilní zdroje neobnovitelné, a jejich rezervy jsou vyčerpávány mnohem rychleji, než mohou vzniknout nové. Světové ekonomiky jsou dnes závislé na ceně ropy. Mezi vědci panuje neshoda v tom, jak dlouho fosilní zdroje ještě vydrží, nicméně podle současných výzkumů již bylo dosaženo ropného zlomu, nebo se očekává v poměrně blízkém období. Na rozdíl od fosilních paliv, bioplyn z AD je trvale obnovitelný, protože je vyráběn z biomasy, která je díky fotosyntéze vlastně živým skladem solární energie. Bioplyn z AD nejen zlepší energetickou bilanci země, ale také významně přispěje k zachování přírodních zdrojů a ochraně životního prostředí. Snižování závislosti na dovážených fosilních palivech Fosilní paliva jsou omezenými zdroji energie, koncentrované v několika málo geografických oblastech naší planety. Pro země mimo tyto oblasti tato skutečnost vytváří permanentní a nejistý stav závislosti na dovozu energie. Většina evropských zemí je silně závislá na energii fosilních zdrojů z regionů bohatých na tyto zdroje, jako je Rusko a Střední Východ. Rozvoj a zavádění obnovitelných energetických systémů, jako je bioplyn, založených na národních a regionálních zdrojích biomasy, zvýší bezpečnost místních dodávek energie a sníží závislost na dovozu fosilních paliv. Příspěvek k dosažení environmetálních a energetických cílů EU Boj proti globálnímu oteplování je jednou z hlavních priorit evropských energetických a environmentálních politik. Evropské cíle pro produkci obnovitelné energie, redukci emisí skleníkových plynů, a trvale udržitelné odpadové hospodářství, jsou založeny na odhodlání členských států EU k realizaci vhodných opatření k jejich dosažení. Produkce a využití bioplynu má potenciál plnit všechny tři cíle najednou. 20

21 Snižování objemu odpadů Jednou z hlavních výhod výroby bioplynu je možnost přeměnit odpadní materiál na hodnotný zdroj energie. Mnoho evropských zemí čelí enormním problémům spojených s nadprodukcí organických odpadů z průmyslu, zemědělství a i domácností. Výroba bioplynu je excelentním řešením, jak dodržet stále přísnější národní i evropská nařízení v této oblasti a využívat organické odpady pro výrobu energie, s následnou recyklací digestátu (zfermentovaného substrátu) jako hnojiva. AD tak může přispět ke snížení množství odpadu a ceny za jeho likvidaci. Pracovní příležitost Výroba bioplynu vyžaduje pracovní výkon při výrobě, shromažďování a přepravě vstupních surovin, při výrobě technických zařízení, výstavbě, provozu a údržbě bioplynových stanic. To znamená, že rozvoj sektoru výroby a využití bioplynu přispívá současně k vytváření nových podniků a zvyšuje příjmy ve venkovských oblastech, kde vytváří nové pracovní příležitosti. Řada z těchto společností již dosáhla celoevropské působnosti a významného ekonomického vlivu. Efektivní a flexibilní využití bioplynu Bioplyn je flexibilním nosičem energie, vhodný pro mnoho různých využití. Jedním z nejjednodušších využití bioplynu je jeho přímé využití pro vaření a osvětlení. V rámci Evropy pak jasně převládá využití bioplynu v kombinované výrobě elektřiny a tepla. Stále větší pozornost pak poutá čištění, upgrading a vtláčení biometanu do sítí zemního plynu, případně pak jeho využití jako pohonné hmoty (i např. v palivových článcích). Nízké nároky na vodu Ve srovnání s jinými biopalivy má bioplyn řadu výhod. Jednou z nich je, že proces AD nepotřebuje žádné, nebo jen velmi malé množství procesní vody. Vzhledem k očekávanému nedostatku vody v mnoha oblastech světa se tato skutečnost stává velmi důležitým aspektem. Dodatečný příjem pro zemědělce Produkce vstupních surovin v kombinaci s provozem bioplynových stanic činí bioplynové technologie pro farmáře ekonomicky atraktivní a poskytuje jim dodatečný příjem. Farmáři získávají také novou, důležitou funkci ve společnosti - jako poskytovatelé energie a zpracovatelé odpadů. Digestát je vynikajícím hnojivem Bioplynová stanice není jen dodavatelem energie. Po proběhlé digesci vzniká substrát, nazývaný digestát, který je hodnotným půdním hnojivem, bohatým na dusík, fosfor, draslík a stopové prvky, které lze aplikovat na půdu s využitím obvyklých zařízení pro aplikaci tekutého hnojiva. Ve srovnání s klasickým zvířecím hnojem má digestát lepší hnojivou účinnost (vyšší homogenita a dosažitelnosti živin), lepší poměr C/N, dramaticky snížený obsah patogenů a klíčivých zrn, a v neposlední řadě významně snížený zápach. Uzavřený koloběh živin Od produkce vstupních surovin, až po aplikaci digestátu jako hnojiva, zajišťuje bioplyn z AD uzavřený koloběh živin a uhlíku (Obrázek 10). Metan (CH 4 ) je využíván pro výrobu energie a oxid uhličitý (CO 2 ) se uvolňuje do atmosféry, kde je re-absorbován vegetací v průběhu fotosyntézy. Některé sloučeniny uhlíku zůstávají v digestátu, a zvyšují tak obsah uhlíku v půdě po aplikaci digestátu jako hnojiva. Výroba bioplynu pak může být dokonale integrována do konvenčního i 21

22 ekologického zemědělství, kdy digestát nahradí průmyslová hnojiva, která jsou vyráběna za spotřeby velkého množství energie z fosilních paliv. Obrázek 10 - Schematické znázornění uzavřeného cyklu centralizované AD [AL SEADI 2001] Flexibilita použití různých vstupních surovin Pro výrobu bioplynu mohou být využity různé druhy vstupních surovin: chlévská mrva, rostlinné zbytky, organické odpady z mléčného průmyslu, potravinářství a agroprůmyslu, čistírenské kaly, organická frakce TKO, organické odpady z domácností a ze stravovacích zařízení, stejně jako energetické plodiny. Bioplyn může být také jímán ze skládek. Jednou z hlavních výhod produkce bioplynu je možnost využití mokré biomasy jako vstupní suroviny, charakterizované vysokým obsahem vody 60 70% (např. čistírenské kaly, kejda, flotační kal ze zpracování potravin atd.). V současnosti je také pro výrobu bioplynu využíváno velké množství energetických plodin (obilí, kukuřice, řepka). Kromě energetických plodin mohou být využity pro výrobu bioplynu také všechny typy zbytků ze zemědělství, jakkoli poškozených plodin nevhodných pro spotřebu. Velmi výhodně mohou být spotřebovány plodiny poškozené v důsledku nepříznivého růstu a/nebo špatného počasí. V BPS může být také využito velké množství vedlejších živočišných produktů nevhodných pro lidskou spotřebu Bilance skleníkových plynů Při využívání fosilních paliv jako je uhlí, ropa a zemní plyn se uhlík uložený miliony let v zemské kůře, po sloučení s kyslíkem, uvolňuje do atmosféry jako oxid uhličitý (CO 2 ). Zvyšování koncentrace CO 2 v atmosféře je pak příčinou globálního oteplování. Spalování bioplynu také uvolňuje CO 2, hlavním rozdílem však je, že uhlík v bioplynu byl z atmosféry před krátkým časem odebrán, prostřednictvím fotosyntetické aktivity rostlin. Koloběh uhlíku u bioplynu je tak velmi brzy uzavřen (v rozmezí jednoho až několika let). Produkce bioplynu prostřednictvím AD redukuje také emise metanu (CH 4 ) a oxidu dusného (N 2 O), které se uvolňují při skladování a využití nezpracovaného hnoje jako klasického hnojiva. A potenciál metanu, jako skleníkového plynu je ve srovnání s CO 2 23násobně vyšší, v případě oxidu dusného pak dokonce 296násobně vyšší než u CO 2. Pokud tedy bioplyn nahrazuje fosilní paliva, dochází k významnému snížení emisí CO 2, CH 4 i N 2 O, což přispívá ke zmírnění globálního oteplování. Produkce bioplynu je kromě jeho energetického využití také efektivním způsobem hospodaření s odpady, jehož výsledkem je navíc vysoce kvalitní přírodní hnojivo pro další pěstování plodin 22

23 výhodné z hlediska ochrany životního prostředí (redukce emisí pevných částic a přispívá ke zmírnění emisí skleníkových plynů). Environmentální dopad produkce bioplynu a jeho zužitkování vyžaduje pečlivé zvážení, tak aby byl využíván co nejlepším a trvale udržitelným způsobem. Ačkoliv obecně využívání bioplynu přispívá k trvale udržitelnému hospodaření s odpady, v některých případech již může být příprava vstupních substrátů a jejich další využití k životnímu prostředí méně šetrná (např. neuvážená produkce energetických plodin, nekontrolované šíření monokultur). V rámci podpory výroby bioplynu musí místní, národní, evropské, i mezinárodní environmentální předpisy zohledňovat. Především jde o následující právní úpravy: Směrnice o přírodních stanovištích, Ptačí směrnice, systém Natura 2000, Cross Compliance (Kontrola podmíněnosti), Mezinárodní úmluva o biologické rozmanitosti, a Rámcová úmluva OSN o změně klimatu. Z celosvětových 30 milionů tun emisí metanu za 1 rok, které pocházejících z různých druhů zvířecích odpadů a systémů hospodaření s nimi (skladování, anaerobní laguny, sklady kejdy a pastviny) by celá polovina těchto emisí mohla být snížena pomocí kontrolovaných systémů AD a výroby bioplynu. Asie a Dálný Východ emitují 6,2 milionů tun metanu ročně. Zatímco ve východní Evropě je příčinou emisí nevhodné nakládání se zvířecími odpady, na Dálném Východě jsou zapříčiněny vysokým počtem hospodářských zvířat. Únikům metanu z fermentorů, skladů digestátu, ale také z potrubí, je nutné zabránit. Také je nezbytné zamezit únikům emisí ze skladování vstupních substrátů, zvláště pokud je zpracováván domácí nebo průmyslový odpad. Pokud jsou využívány energetické plodiny, je třeba zvážit, že nadměrné používání průmyslových dusíkatých hnojiv může způsobit emise oxidu dusíku, které jsou také příčinou klimatických změn. Tomu se lze vyhnout hnojením energetických plodin digestátem. Mezi další emise týkající se výroby bioplynu patří: Sulfan (H 2 S) - látka obsažená v bioplynu s pravděpodobně největším potenciálním rizikem. Používá se několik metod ke snížení obsahu H 2 S v bioplynu (např. biologické odsíření, nebo adsorpce na aktivním uhlí). Dusík (N 2 ) a kyslík (O 2 ) - mohou být přítomny v malém množství, ale tyto plyny nejsou vnímány jako nebezpečné pro životní prostředí Oxid dusný (CO) - může se vyskytnout ve stopovém množství ve spalinách kogenerační jednotky. Emise CO mohou být efektivně eliminovány oxidativními katalyzátory spalin. Amoniak (NH 3 ) - také se může vyskytnout ve stopovém množství, ale toto množství je zanedbatelné, především pak při srovnání potenciálu snížení emisí oxidů dusíku v prostředí, které je výsledkem využití digestátu jako bio-hnojiva (v porovnání s hnojením klasickým hnojem nebo kejdou) Z hlediska životního prostředí je energetická bilance bioplynové stanice odrazem jejího environmentálního vlivu. Čím nižší je energetický vstup pro výrobu vstupních surovin a provoz BPS, tím nižší je její vliv na životní prostředí. Na druhé straně, čím větší je energetický výstup, tím vyšší je příznivý environmentální dopad, vzhledem k náhradě fosilních paliv, se zřetelem k předpokládaného znečištění. Účinnost celého řetězce přeměny energie paliva popisuje analýza vlivu paliva na životní prostředí, která se dělí na dvě části: první od zdroje do nádrže (WTT Well-To-Tank) druhá z nádrže na kola (TTW Tank-To-Wheels) Obě tyto části pak zahrnují celý životní cyklus tzv. od zdroje na kola (WTW Well-To-Wheels). Emise skleníkových plynů jsou přepočítávány na ekvivalenty CO 2 (CO 2 eq.). Při porovnání dostupných paliv je zřejmé, že zemní plyn má největší potenciál pro snížení emisí skleníkových plynů ve srovnání s fosilními palivy. V porovnání s benzínem lze snížit emise až o 24% (viz obrázek níže). LPG (autogas) má tento potenciál již jen kolem 14%, příměs 20% biometanu v zemním plynu může snížit emise CO 2 o 39% (ve srovnání s benzínem). Pokud by byl využit čistý 23

24 biometan, mohlo by být dosaženo až 97% snížení emisí, v závislosti na použité metodě hodnocení. Graf 6 - WTW emise skleníkových plynů v g CO 2 eq./km 2. Úspěšná realizace projektů výroby a využití bioplynu 2.1. Nejlepší praxe schvalování BPS Prvním krokem před výstavbou BPS by mělo být setkání s poradcem příslušného ministerstva nebo místního kompetentního úřadu. Poradce poskytne informace o vhodnosti umístění, ekonomické efektivitě, a pomůže investorovi definovat odpovědné úřady. Dobrá příprava postupu a průběžný dialog s kompetentní autoritou pomůže urychlit celý proces. Porovnání doby potřebné pro získání všech potřebných povolení v rámci 5 zemí s nejlepší praxí ukázalo, že Německo a Rakousko implementovalo dobré a efektivní struktury k urychlení tohoto procesu. Itálie potřebuje v oblasti schvalovacích procedur větší transparentnost a centralizaci, Dánsko by potřebovalo zkrátit dobu trvání tohoto procesu. Zkušenosti ukázaly, že vytváření speciálních příruček a pravidel pro schvalovací procedury projektů výroby a využití bioplynu je velmi přínosné pro všechny zúčastněné strany. Pro efektivní schvalovací proces BPS je třeba určit dotčené zákony, ve kterých jsou zahrnuty všechny další příslušné předpisy potřebné pro provoz i výstavbu. V následující tabulce jsou ve třech hlavních kategoriích stručně načrtnuty jednotlivé důležité kroky, které jsou nutné během schvalovacího procesu. Obrázek 11 pak znázorňuje jednotlivé zúčastněné strany v procesu schvalování BPS a vazby mezi nimy. JEDNODUCHÝ PŘEHLED ZÚČASTNĚNÝCH STRAN BĚHEM SCHVALOVACÍHO PROCESU BPS Výstavba Provoz Podpora Plánované využití půdy Připojení do sítě Výkupní tarify Ochrana vod Odpady & Hnojiva Zelené certifikáty Životní prostředí Bezpečnost práce Investiční dotace Požární ochrana Emise Sanitace 24

25 Obrázek 11 - Zúčastněné strany v procesu schvalování BPS Získané zkušenosti Zpracování bioplynu je poměrně stará technologie a na počátku bylo jen několik zařízení. Pro mnoho expertů byla po dlouhou dobu jakousi černou skříňkou. Zkušenosti získané z dosavadního provozu ve střední Evropě, jsou popsány v následujících bodech: 1. Neexistují žádné přímé předpisy pro schvalování zařízení výroby a využití bioplynu. 2. Ani odpovědné orgány a instituce mnohdy neví, jak schvalovat tato zařízení. 3. Na začátku se každý budoucí provozovatel BPS sám musí ujistit, kde může získat všechna potřebná povolení. 4. Obvyklým řešením tohoto problému je postupovat podle postupů pro podobná zařízení o zemní plyn, elektrárny o ČOV o množství předpisů, které se často netýkají tématu bioplynu o povolení podle nevhodného zákona 5. Na počátku pouze projektant/investor žádající o povolení ví, na co toto zařízení je, a jak funguje. 6. Někteří projektanti a později provozovatelé si nepřipouští, že by mohly nastat nějaké bezpečnostní problémy. 7. Odborné orgány se snaží najít další a další zákony, kterých by se tato zařízení mohla týkat. 8. Pro design zařízení výroby a využití bioplynu je potřeba technických inženýrů (výstavba, energie, plyn ) i biologických projektantů, ale projekční kanceláře mají obvykle kvalifikaci technického, nebo biologického zaměření, ale ne obojí, a často se dotazují odborných orgánů, které zákony musí být dodrženy. 9. Nexistuje přehled nutných bezpečnostních zařízení a jejich správné instalace. 25