Projekt. Analýza energetické bilance, efektivity a logistiky zpracování lesních těžebních zbytků pro energetické využití

Transkript

1 Ministerstvo životního prostředí České republiky Projekt Analýza energetické bilance, efektivity a logistiky zpracování lesních těžebních zbytků pro energetické využití Č.j /ENV/10; 705/640/10 Ústav pro hospodářskou úpravu lesů Brandýs nad Labem, organizační složka státu pobočka Brno 2010

2 Obsah studie: Úvod 3 Pojmový aparát / Teoretická východiska 4 1 Energetická bilance a efektivita výroby lesní biomasy pro energii Popis výrobního procesu lesní biomasy pro energii včetně jednotlivých operací Souvislosti s těžbou dříví a využitím těžebně-dopravních prostředků Soustřeďování a sběr lesních těžebních zbytků Vyvážení na odvozní místo Zpracování dendromasy k energetickým účelům Nakládka a manipulace Doprava k energetickému zdroji a přejímka Skladování energetické štěpky Místa zpracování těžebních zbytků Základní varianty výrobního řetězce lesní dendromasy Metodika výpočtu energetické náročnosti operací a energetické bilance Úvod metodiky Problematika Metodika energetického auditu Sběr a vyhodnocení dat o používaných technologiích a operacích v procesu využívání LTZ a následná 32 analýza energetické náročnosti používaných technologií Kalkulace kůň Kalkulace traktor Kalkulace shrnovač klestu Kalkulace forwarder Kalkulace štěpkovač Kalkulace balíkovač Kalkulace odvoz Kalkulace drtič Stanovení energetické bilance a hodnocení technologických postupů při získávání energetické biomasy 48 2 Logistika získávání lesních těžebních zbytků jako materiálu k energetickému využití Zhodnocení terénních podmínek, dostupnosti a lesní dopravní sítě pro využívání lesních těžebních zbytků Přehled dosavadních poznatků Analýza zastoupení terénních typů v CHS dle přijatelného a podmíněně přijatelného rizika Syntéza jednotlivých vyhodnocení Výsledky hodnocení terénních podmínek a náročnosti pro technologie Riziko nutriční degradace - přijatelné riziko Riziko nutriční degradace podmíněně přijatelné riziko Zastoupení stupňů náročnosti technologií celkem Vliv formy hospodářského způsobu a tvaru na náročnost technologií Zhodnocení analýzy terénních typů Návrh propojení jednotlivých operací a příklad aplikace výsledků projektu na lokality podrostního 61 hospodaření a s přechodem na výběrný les na lokalitách ŠLP Křtiny a LČR Pelhřimov Aplikace metodiky na porosty s přechodem na výběrný les (ŠLP Křtiny) Aplikace metodiky na porosty s podrostním hospodářstvím (LČR Pelhřimov) Dopravní podmínky v krajích ČR Diskuze k účinnosti využití získaných zdrojů při výrobě energie 67 Závěr 68 Anotace 69 Použitá literatura 70 Seznam zkratek 72 Seznam jednotek 73 Tabulky převodů jednotek 74 Seznam autorů 75 Přílohy 76 2

3 Úvod Spotřeba energií roste a trh s fosilními palivy začíná znepokojovat rychlost čerpání zásob. Alternativou při výrobě elektrické a tepelné energie jsou obnovitelné zdroje energie (OZE) s významným podílem biomasy rostlin a dřevin. Z environmentálního pohledu má dendromasa četné přednosti před fosilními palivy, a to např. ve vyrovnané bilanci CO 2, minimálních emisích a lehké biologické odbouratelnosti. Z pohledu technického má přednosti ve stálé dostupnosti, snadné skladovatelnosti a energetické stabilitě oproti jiným OZE. České lesy jsou i v současnosti značně hospodářsky využívány. Základním principem je trvale udržitelné hospodaření a ochrana přírody a životního prostředí. Současným i budoucím cílem lesnických odborníků je bezpečně využívat potenciálu lesních zdrojů, zejména dřevní hmoty. Tyto zdroje totiž nejsou neomezené a dynamická rovnováha přírodních ekosystémů pozměněných člověkem nevylučuje riziko negativního ovlivnění případným neuváženým zásahem. Ministerstvo životního prostředí nechalo zpracovat základní metodiku pro hodnocení lesních energetických zdrojů v Ústavu pro hospodářskou úpravu lesů v Brandýse nad Labem. V rámci této spolupráce byly zpracovány v minulých letech projekty, které na sebe funkčně navazují. V roce 2008 byly hodnoceny zásoby lesní biomasy na základě výstupů projektu Czech-Carbo, v roce 2009 se zpracovávala rozsáhlá analýza rizik využívání lesních těžebních zbytků (LTZ) při zohlednění možných dopadů na půdu, koloběh živin a biologickou rozmanitost. Z těchto posouzení vyplývá, že pro sběr lesních těžebních zbytků pro výrobu energie je v České republice vhodných přibližně 60 % pozemků určených k plnění funkcí lesa, ale i na těchto pozemcích je však nutno ponechávat minimálně 20 % LTZ k zetlení. Na základě výsledků hodnocení rizik a terénní dostupnosti je možno přikročit k hodnocení energetické účinnosti sběru klestu a výroby lesní biomasy pro energetické využití. Tento projekt hodnotí energetickou bilanci používané mechanizace a získaných lesních zdrojů na základě využívaných technologických procesů. Projekt se v počátku soustředí na detailní popis výrobního procesu lesní biomasy, definici možností zpracování lesních potěžebních zbytků a přehled používaných mechanizačních prostředků. Na základě těchto informací jsou vybrány základní varianty řetězců pro zpracování LTZ, které jsou následně analyzovány z hlediska energetické náročnosti. Na podkladě zpracované metodiky energetického auditu a analýzy technologií výrobního procesu je zpracována energetická bilance definující množství energie vložené do procesu vzhledem k získané energii ve formě energetické štěpky (koeficient čisté energie). Dalším tématem studie je logistika získávání lesních těžebních zbytků, kdy jsou zhodnoceny terénní podmínky, dostupnost a lesní dopravní síť pro využívání lesních těžebních zbytků z lesních porostů. Výstupy energetické bilance a dopravní náročnosti pro technologie jsou následně použity pro modelový návrh propojení jednotlivých operací a příklad aplikace výsledků projektu na lokality s šetrným způsobem hospodaření. Cílem je tedy posouzení energetické účinnosti současných technologiích sběru, soustřeďování a dopravy LTZ a výroby štěpky pro energetické účely při zachování trvale udržitelného hospodaření v lesních porostech. 3

4 Pojmový aparát / Teoretická východiska Pojem přírodě blízké obhospodařování lesa Obhospodařování lesa přírodě blízkým způsobem předpokládá respektovat biologické a ekologické nároky dřevin, využívat přirozené růstové procesy odpovídající přírodní dynamice vývoje ekosystému a vytvářet členitou prostorovou a věkovou strukturu včetně pestré biodiverzity, reprezentované výskytem zvláště chráněných nebo ohrožených druhů rostlin a živočichů. Strategickým cílem přírodě blízkého obhospodařování lesa zůstává ekonomicky usměrněná geobiocenóza. Přírodě blízké lesní hospodářství není specificky definovaným systémem s jednoznačně kategorizovaným obsahem. Pojem šetrné obhospodařování lesa Jedná se o široce pojatou problematiku zahrnující řadu pěstebně - ekologických a technicko technologických opatření v obhospodařování lesa. A to ve využívání jak lesní půdy a mikroklimatu, tak lesního porostu samotného. Ke špičkovému způsobu šetrného využívání lesa patří především výběrný princip jeho obhospodařování. Tímto postupem se totiž nejlépe využívají samočinné růstové procesy jako tzv. biologická racionalizace minimalizující energetické a finanční vstupy a současně škody na stojících stromech, porostech a půdě způsobené těžebně - dopravními operacemi. Součástí šetrného obhospodařování lesa je však i řada dalších pěstebních opatření respektujících ekologické a genetické vlastnosti dřevin (zalesňování holin s využíváním přípravných porostů, plné hektarové počty sazenic, přirozená obnova atd.), ale i metody šetrné těžby a přibližování dřeva (např. lanovkami, harvestory apod.). Odpovědné nakládání s lesními těžebními zbytky by mělo být nedílnou součástí celé problematiky šetrného obhospodařování lesů. Jedním ze stěžejních cílů lesníků je tedy diferencované obhospodařování lesů a uplatnění přírodě blízkých způsobů ve všech vhodných podmínkách, bez ohledu na druh vlastnictví. Tyto snahy směřují k jejich přestavbě na ekologicky stabilní lesní ekosystémy, plnící optimálně všechny funkce společností na ně kladené, ať již produkční, ekologické, environmentální i sociální. 4

5 1 Energetická bilance a efektivita výroby lesní biomasy pro energii 1.1 Popis výrobního procesu lesní biomasy pro energii včetně jednotlivých operací Souvislosti s těžbou dříví a využitím těžebně-dopravních prostředků Se zpracováním LTZ je spojena řada procedur jako těžba, štěpkování nebo drcení a doprava. Lesní těžba je prvním krokem při získávání energetické biomasy. V lesích České republiky je k dispozici cca 543 mil. t sušiny stromové lesní biomasy, z toho cca 360 mil. t hroubí. Každoroční těžba dosahuje výše cca 2,7% ze zásoby hroubí. Hodnota teoreticky využitelných LTZ (nehroubí) z mýtních těžeb dosahuje výše 511 tis. t sušiny/rok, praktická využitelnost LTZ je však daleko nižší vzhledem k ekosystémovým omezením ochrany přírody a činí přibližně 317 tis. t sušiny/rok. LTZ mohou být zpracovány okamžitě po těžbě nebo během letních měsíců, celková délka doby zpracování může dosáhnout až jednoho roku. Na stanovišti se ponechává minimálně 20 % těžebních zbytků, tato maximální výtěžnost je dosažitelná pouze na vhodných stanovištích. Těžba dřeva je prováděna jednotlivými pracovníky s JMP nebo za pomoci mechanizace. Těžebně - dopravní stroje umožňuji provádět manipulaci a druhování dříví přímo v lese a tím otevírají cestu rychlejší organizaci dodávek a přepravy dříví z lesa přímo odběrateli. Harvestorové technologie dávají výjimečnou možnost v logistice, přehledu cesty sortimentů přes lokality P na OM a odtud přímo ke zpracovatelským kapacitám, mají možnost snížit četnost v dopravě dříví a sníží hmotnostní zatížení již tak přetížené a poškozované lesní i státní dopravní sítě. Rozdělení těžebních technologií (podle podílu ruční práce): manuální těžební práce - výhradně ruční práce (např. těžba ručním nářadím ve výchovných těžbách, ruční kácení, odvětvování, odkorňování loupákem/škrabákem). moto-manuální těžební práce - technologie s použitím ručních strojů, tj. jednomužných motorových pil (JMP), křovinořezů, odkorňovacích adaptérů na JMP. mechanizované těžební práce - jsou většinou plně mechanizované, což znamená, že lidská ruka se vyráběného dříví vůbec nedotkne (harvestory, procesory, odvětvovací protahovací stroje, štěpkovací stroje s výložníkem). Z celkového množství těžby dřeva v ČR v roce 2008 bylo vyrobeno m 3 v předmýtních a obnovních těžbách, z toho m 3 sortimentní technologií a m 3 kmenovou technologií. Na celkové těžbě se sortimentní technologie podílela 30ti % v roce 2008 a 25ti % v roce Největšího podílu sortimentní technologie bylo dosaženo v národních parcích, LS Lány a VLS. Bylo by vhodnější, aby zastoupení sortimentních technologií převažovalo v předmýtních porostech oproti obnovním těžbám. Ve všech subjektech se zpracovávaly těžební zbytky štěpkováním nebo drcením. V ČR nachází uplatnění svazkovač klestu v počtu 2 strojů, který umožňuje ekonomičtější dopravu těžebních zbytků pro energetické účely, které jsou trendem a úkolem pro budoucnost. Podíl lanovkového soustřeďování byl jen m 3. Je zjištěno, že v současné době je v provozu celkem 332 těžebních strojů a z toho 307 kolových harvestorů, přičemž 19 je již za hranicí životnosti, 235 těžebních strojů bylo zakoupeno po r Kladným zjištěním je skutečnost, že 89 kolových harvestorů je vybaveno kácecí hlavicí s úřezem do 55 cm, což dává předpoklady k jejich uplatnění pro práce v probírkových porostech. Další početnou skupinu s 87 stroji tvoří harvestory s úřezem do 72 cm, a větší úřez do 75 cm je zastoupen 49 stroji. (zdroj: Zelená zpráva 2008, MZe) 5

6 Obr. 1 Podíl sortimentní technologie na celkové těžbě, (%) zdroj: Zelená zpráva 2008, MZE Mezi přední firmy zaměřené na výrobu harvestorů patří John Deere, Valmet, Rottne, Ponsse, o výkonu 86 kw při 2000 ot. /min. po 240 kw, tažná síla se pohybuje od 75 kn do 200 kn. Tab. 1 Přehled nejběžnějších typů harvestorů a jejich technických parametrů: výkon (kw při ot. tažná síla maximální dosah typ /min.) (kn) (m) světlost (mm) největší šířka (mm) 770D 86 při , D Eco 650 (s pneu III 136 při 1900, max ,6 / 10 34/14) D Eco III 136 při 1900, max ,6 / 10 / 11, D 160 při ,3 / 9 / 9,7 / 11, D 180 při ,3 / 9,7 / 10, E 190 při ,6 /10 / John Deere Valmet kw DIN při / (minimální) 170 kw DIN při / (minimální) 204 kw DIN při (minimální) Rottne H8 104 při (standardní) H při , H při Ponsse Beaver 129 kw Fox 145 kw Ergo 205 kw Bear 240 kw zdroj: Zelená zpráva 2008, MZE Výhody harvestorových technologií z pohledu technologického: těžební společnost současně s mýtní těžbou vyklidí i paseku; organizačně jednoduché, vlastník předá zpracovateli pracoviště (mýtní porost) a převezme téměř vyklizenou paseku; tato metoda je využitelná i v předmýtních těžbách. 6

7 Nevýhody harvestorových technologií z pohledu technologického: za zpracování je nutno uhradit zpracovateli smluvní cenu za úklid klestu; velká prostorová náročnost na odvozním místě na uložení vyvezených sortimentů i těžebních zbytků ke zpracování, na postavení vlastního technologického uzlu i manipulační prostor pro odvozní prostředky. (Chytrý, 2006) Význam těžební metody pro využití LTZ: Metoda stromová Na odvozním místě (OM) je dopraveno dříví ve formě celých stromů, tj. s větvemi. Odvětvení se může provést na OM, nebo až na manipulačním skladě. Metoda sortimentní je nejšetrnější vůči stojícímu porostu. Proto je vhodná především ve výchovných těžbách. V mýtních těžbách se používá hlavně v listnatých porostech, ve kterých hmotnatost těžených stromů a jejich netvárnost neumožňují použití jiné těžební metody. Rozvoj stromové metody byl podmíněn dosažitelností přibližovacích prostředků s dostatečnou tažnou silou, protože vlečení stromů s větvemi vyžaduje tažnou sílu cca o 25 % vyšší než vlečení kmenů. Dalším předpokladem pro rozvoj této metody byla dostupnost odvětvovacích strojů a procesorů. Hlavními přínosy této metody je odstranění motomanuálního odvětvování jako operace s vysokou pracností a rizikovostí, přenesení části prací na příznivější místo, vyklizení těžební plochy od klestu současně s těžbou, soustředění těžebního odpadu (klestu) pro případné další zpracování. (Lesnický naučný slovník, 1994) Výhody stromové metody: těžební společnost současně s mýtní těžbou vyklidí i paseku k zalesnění; organizačně jednoduché, vlastník předá zpracovateli pracoviště (mýtní porost) a převezme vyklizenou paseku; tato metoda je využitelná i v předmýtních těžbách, při využití lanovkových systémů pro vyklizování je tato metoda šetrnější k půdě. Nevýhody stromové metody: vyklizením veškerého klestu dojde k ochuzování lesní půdy o živiny v ní obsažené, čímž může dojít ke zvýšení rizika acidifikace lesních půd a snížení kapacity jejich sorpčního komplexu velká prostorová náročnost pro přibližování dřeva i pro manipulaci sortimentů, uložení sortimentů i těžebních zbytků ke zpracování, na postavení vlastního technologického uzlu i manipulační prostor pro odvozní prostředky (Chytrý, 2006); při přibližování celých stromů, pokud není použito vyklizování lanovkovými systémy, dochází k vyššímu poškozování stojících stromů a půdního povrchu než u sortimentní metody, zvyšuje se riziko zhutnění půd, vytváření kolejí pojezdem, rozbahnění s možným ovlivněním vodních toků. Zvýšené riziko především pro podmáčené a vodou ovlivněné půdy nebo skeletovité půdy na svazích při vyvážení traktorem (Dutch, Moffat, Nisbet 1997). Metoda kmenová Na OM je dopraveno dříví ve formě surového kmene, kterým rozumíme strom zbavený větví, ponechaný v celé délce, popřípadě zkrácený na transportní délku. Adjustace sortimentů může být provedena na odvozním místě nebo až na manipulačním skladě. Přínosem kmenové metody je přenesení části prací na manipulační sklad, tj. zprůmyslnění výroby při zvýšení kultury, hygieny a bezpečnosti práce. Zdůrazňovaným přínosem jsou lepší předpoklady pro co nejvyšší zhodnocení suroviny spočívající v lepších podmínkách pro druhování. Metoda sortimentní Dříví je dopraveno na OM ve formě hotových sortimentů, tj. adjustováno k přímé dodávce. Modifikací této metody je metoda výřezů standardních délek, při které se v porostu zkrátí kmeny na výřezy stejných délek, odpovídajících technickým parametrům transportních prostředků. (Lesnický naučný slovník, 1994) 7

8 1.1.2 Soustřeďování a sběr lesních těžebních zbytků Sběr po těžbě může probíhat v následujících variantách: ruční snášení klestu, mechanické shrnování klestu nebo sběr v kombinaci se svazkováním. Ruční snášení klestu je tradiční nicméně nejdražší z důvodu největšího podílu ruční práce; použití je tedy vhodné spíše v terénu s překážkami, špatně dostupném pro mechanizaci nebo na neúnosném podloží. Mechanické shrnování klestu je založeno na využití různých mechanizačních prostředků od shrnovačů po vývozní soupravy. Shrnovače klestu představují adaptery upevněné a nesené na místě čelních rampovačů UKT nebo SLKT. Nejčastěji jsou klest a těžební zbytky shrnovány na ploše do pruhů s následným ponecháním biomasy na ploše nebo následným vyvezením na OM k dalšímu zpracování štěpkování/drcení Vyvážení na odvozní místo Soustředění klestu z hromad nebo pruhů na ploše těžby se provádí mechanizovaně vyvážecími soupravami nebo vyvážecími polopřívěsy upevněnými na UKT. Takové soupravy svým provedením umožňují jak postupné nakládání klestu drapákem, tak popojíždění po pasece dle potřeby k jednotlivým hromadám LTZ či k odvoznímu místu. Tab. 2 Přehled nejběžnějších typů vyvážecích souprav a jejich technických parametrů: tažná síla maximální dosah světlost největší šířka typ výkon (kw při ot. /min.) (kn) (m) (mm) (mm) 810D 86 při ,2 / 8,7 / 9, D 86 při ,5 / (2 860) 1010E 115,5 při ,2 / 8,5 / D 120 při ,2 / 8,5 / E 136 při ,2 / 8,5 / E 136 při ,2 / 8,5 / E 145 při ,2 / 8,5 / D 129 při ,2 / 8,5 / D 160 při , John Deere Valmet Rottne kw DIN při ,85/9, (pneu 600 mm) výkon D: 140 kw DIN při ,8/10 (combi) kw DIN při ? F při ,5 6, Solid F při , Solid F12 -s 137 při , Solid F při , SMV Rapid 137 při , Terri Terri 34 44,7 při 2800 ca kp 5, Gazelle 129 kw Elk 129 kw Buffaloking 205 kw 210 9, Elephant 205 kw 220 9, (zdroj: Zelená zpráva 2008, MZE) Ponsse 8

9 Hlavními výrobci, jejichž stroje pracují v ČR, jsou opět John Deere, Valmet, Rottne, Ponsse a Terri. Zastoupeny jsou výkonově od 86 kw při 2000 ot. /min. po 205 kw, s tažnou silou od 110 kn do 220 kn. Maximální dosah hydraulického jeřábu činí od 5,5 m až do 10 m dle výrobce a typu. Nezastupitelnou doplňující technikou k harvestorům jsou vyvážecí traktory (forwardery) v celkovém počtu 373 ks. Jsou začleněny podle nosnosti do 4 tříd. Nejnižší nosnost je ve třídě do 9 tun, což odpovídá náročným ekologickým požadavkům na zhutnění půdy po několikerém přejíždění v jedné stopě a je zastoupena 175 stroji. Další třída s nosností do 12 tun je zastoupena 139 stroji. Dalších 59 strojů s nosností 14 až 17 tun je vhodných pro mýtní a kalamitní lesní porosty. Malé vyvážecí traktory v celkovém počtu 162 ks jsou zastoupeny malými dopravními stroji s nosností do 3 tun, kam patří Terri na kolopásovém podvozku, a vyšší třída také na kolopásovém podvozku, kam patří Logbear a Vimek, který má šestikolový podvozek, v počtu 58 ks. Stroj s osmikolovým podvozkem vyráběný v ČR je zastoupen v počtu 44 strojů. Pravidelně narůstá výroba domácích automobilových hydraulických jeřábů, které se stávají konkurenčními k zahraničním výrobkům. Celkem se dostalo do provozu 29 automobilových hydraulických jeřábů a 14 bylo exportováno Ostrojem Opava. Při kompletaci odvozních souprav dochází k nárůstu výroby typů na krátké výřezy dříví v počtu 19 ks, což navazuje na využívání harvestorových technologií, které jsou šetrné jak k vychovávaným porostům, tak i k půdě, po které se vyvážejí hotové sortimenty na OM. Vývoj poskytnul lesnímu hospodářství nové hydraulicky ovládané návěsové soupravy, které se na OM upravují podle rozměrů uloženého dříví nastavitelnou délkou návěsu a posuvem klanic. Návěsy jsou vyráběny s dvou i třínápravovou alternativou. (zdroj: Zelená zpráva 2008, MZe) Vyvážecí traktory a přívěsy se zvýšenou ložnou kapacitou Dalším trendem v soustřeďování těžebních zbytků je zvětšování kapacity vyvážecích traktorů a vyvážecích souprav. Při použití standardních typů nedochází k využití užitečné nosnosti. Hustota volně ložených těžebních zbytků se pohybuje v rozmezí kg/m 3. Pro zvýšení produktivity v procesu soustřeďování těžebních zbytků se provádějí úpravy zejména zvětšováním ložného prostoru. Nejjednodušší a nejlevnější variantou je prodloužení klanic do výšky, prodloužení ložného prostoru a instalace předních a zadních zábran. Existují prototypy strojů, kde se klanice od sebe vzdalují hydraulicky, takže si stroj uchovává své vlastnosti pro transport dříví a navíc nabízí výhodné vlastnosti pro dopravu klestu. (ÚHÚL, 2007) Obr. 2 Vyvážecí přívěs s prodlouženými klanicemi ( 9

10 Zajímavé řešení přívěsu, který umožňuje nejen efektivní nakládku těžebních zbytků, ale i jejich kompresi, je systém firmy Havu-Hukka (na obr.3). Díky hydraulickému sklopení kompresních postranic je možné přepravovat až 45 prostorových metrů (prm) klestu o hmotnosti 10 tun. (Leinonen et al. 2004, Příhoda, 2007) Obr. 3 vlevo: Vyvážecí přívěs umožňující kompresi nakládání (Havu-Hukka, Finsko) ( Obr. 3 vpravo: zdroj (ÚHÚL, 2007) Další řešení pro přepravu těžebních zbytků zefektivňuje soustřeďování nejen zvětšeným ložným prostorem a kompresí, ale možností naložený klest vyklopit. Rozvoj a nasazení speciálních technologií závisí zejména na ekonomické výhodnosti využívání těžebních zbytků pro energetické účely a dostupnosti jednotlivých speciálních technologií v ČR. (ÚHÚL, 2007) Obr. 4 Nástavba na forwarder (vyvážecí traktor), umožňující kompresi a následné vyklopení těžebních zbytků (Allan Bruks) 10

11 1.1.4 Zpracování dendromasy k energetickým účelům Předpokládané zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie (OZE) na primárních energetických zdrojích bude spojeno s významným navýšením využití biomasy pro energetické účely. V sektoru lesního hospodářství lze za perspektivní energetické zdroje považovat zejména těžební zbytky, nekvalitní sortimenty dříví a také rychle rostoucí dřeviny pěstované však především na nelesní půdě. S rozvojem využívání dendromasy pro energetické účely je spojen i rozvoj technologií pro její zpracování. Štěpkovače, drtiče, popř. svazkovače musí splňovat mnoho požadavků producentů i zpracovatelů biomasy producentů energie. Mezi základní požadavky patří ekonomická perspektivnost výroby, využitelnost v daném terénu, technologické požadavky na kvalitu výstupního materiálu a ekologická šetrnost. V této oblasti již existuje mnoho zkušeností a technologie pro dezintegraci dendromasy (těžebních zbytků) jsou nabízeny mnoha výrobci. V praxi se setkáváme s využitím tří technologií zpracování těžebních zbytků, a to štěpkování, drcení (dezintegrace) a svazkování s následným štěpkováním. Štěpkovači je hmota štěpkována soustavou nožů, technologie je menší a mobilnější, výkon menší než u drtičů a technologie je více náchylná k poškození. Obecně vhodné k nasazení na plochách o desítkách prm klestu. Štěpkovače se vyrábějí v různých velikostech a kromě výkonu se liší konstrukcí štěpkovacího zařízení, průchodností podávacího zařízení a např. nastavitelnou velikostí frakce. Konstrukčně mohou být samostatně poháněny vlastním motorem, hřídelí traktoru v případě připojení na tříbodový závěs nebo mohou být zakomponovány do vyvážecího traktoru. Rozdělení štěpkovačů podle sekacího (štěpkovacího agregátu) a) Diskové štěpkovače Jsou co do počtu nejrozšířenějším zařízením na výrobu štěpky. Mobilní diskové štěpkovače byly vyvinuty ze stacionárních sekaček, na kterých byly provedeny některé úpravy a změny. Podávání vstupního materiálu probíhá ručně nebo hydraulickou rukou. Teoretická výkonnost těchto štěpkovačů v mobilním provedení je maximálně cca 30 prm/hod (pozn. výkon je udáván v prostorových metrech štěpky). Obr. 5 Zobrazení diskového štěpkovače (štěpkovač Linddana 270 K, schéma, disk s noži) b) Bubnové štěpkovače Na rozdíl od diskových typů jsou sekací nože bubnových štěpkovačů uloženy na obvodu rotujícího válce. Obvykle jsou vybaveny podávacím pásem a vtahovacími válci pro transport hmoty k rotoru s břity (noži). Vtahovací pás je tvořen řetězovým nebo jiným dopravníkem. Vtahovací válce jsou opatřeny hroty, obvykle speciálně tvarovanými, aby umožňovaly dokonalé posunování i nesourodého materiálu. Horní podávací válec je pohyblivě uchycen, což umožňuje přizpůsobení velikosti otvoru různým velikostem 11

12 štěpkovaného materiálu při zachování schopnosti materiál posouvat dále k rotoru. Po obvodu u rotoru (bubnu) jsou pevně připevněny břity, jež jsou často horizontálně děleny na více jednotlivých břitů. Tyto nože jsou vyráběny ze směsí tvrdých, pevných a odolných kovů. Bubnovým sekacím zařízením jsou vybaveny štěpkovače o vyšších výkonech s teoretickým výkonem pohybujícím se na hranici 200 prm/hod. Jsou umísťovány na robustní samostatné podvozky, na podvozky nákladních automobilů nebo vyvážecích souprav. Umožňují štěpkování do průměru až 900 mm měkkého dřeva a zhruba 700 mm tvrdého dřeva. c) Šroubové sekačky (štěpkovače) Šroubové sekačky jsou jednoúčelové menší sekačky k sekání tenkých stromků a kmínků. Sekací agregát v podobě šroubovice se stoupajícím průměrem se při otáčení postupně zařezává do dřeva a zároveň vtahuje dřevo k většímu průměru. Názorně si lze představit šroubovou sekačku na principu mlýnku na maso. Využití tohoto dělicího agregátu je testovánu při zpracování rychle rostoucích dřevin. Podle způsobu dávkování materiálu do štěpkovače: a) S ručním dávkováním dřeva pro sekání tenkého odpadového dříví menších objemů. Nasekaná štěpka se využívá pro vlastní technologické účely (např. cihlářský průmysl), k energetickým účelům, někdy také jako náhrada mulčovací kůry. b) S mechanickým dávkováním dřeva dávkovací zařízení je obvykle hydraulická ruka, která je umístěna na stejném podvozku jako štěpkovač nebo na traktoru a může tak být ovládána z kabiny traktoru. Štěpkovače jsou obvykle vybaveny i elektronickou pojistkou proti přetížení, kdy v případě přetížení motoru dojde k blokaci přísunu materiálu do té doby, než je předešlý materiál zpracován a rotor získá potřebné otáčky. Štěpkovače dle způsobu podávání: a) Štěpkovače bez podávacího zařízení dřevo je do sekacího agregátu podáváno vtahovacím účinkem sekacích nožů. b) Štěpkovače s mechanickým podávacím zařízením k podání slouží soustava podávacích válců, případně i dopravníků (řetězových, válcových). Štěpkovače dle celkového technického řešení: a) Štěpkovače zavěšené za tříbodový závěs univerzálního traktoru. b) Štěpkovače přívěsné za traktory. Někteří výrobci nabízejí štěpkovače, které ve spojení se silným univerzálním traktorem poskytují vysokou výkonnost, dříve nabízenou pouze u štěpkovačů se samostatným spalovacím motorem. c) Štěpkovače na samostatném podvozku, pracující bez nutnosti připojení k vozidlu. Stroje se samostatným pohonem, vybavené dálkovým ovládáním základních prvků a často se vkládáním vstupního materiálu externím strojem. d) Štěpkovače umístěné na podvozcích nákladních automobilů a návěsů, jedná se o skupinu nejvýkonnějších štěpkovačů. Mají obvykle vlastní pohon technologické nástavby. Nasazení těchto strojů vyžaduje důkladné vyřešení návaznosti těžby a přibližování dřeva ke štěpkovači a plynulého odvozu nasekané štěpky, aby byl štěpkovač plně využit. e) Štěpkovače umístěné na podvozcích vyvážecích souprav jsou určeny ke štěpkování dřeva mimo zpevněné cesty. Mohou pracovat přímo na pasece bez předešlého shrnutí klestu nebo na odvozních místech a kontinuálně zpracovávat velké skládky těžebních zbytků. Jsou vybaveny hydraulickou rukou ovládanou z kabiny operátora. Většinou je štěpkovač poháněn samostatným motorem. 12

13 Tab. 3 Výhody a nevýhody mobilních štěpkovačů (ve srovnání s drtiči) Výhody Nevýhody nižší pořizovací náklady náchylnost k otupení nožů nižší hmotnost malý vstupní otvor pro neuspořádaný materiál obvykle jednodušší konstrukce nižší výkon kvalita štěpky možnost rychlé změny velikosti štěpky Drtiče dezintegrují hmotu pomocí kladiv, výkon i odolnost drtičů je větší, ale hmota je velikostně více rozrůzněná. Větší výkon si žádá větší koncentraci klestu, až stovky prm klestu. Nevýhodou drtiče je produkce rozměrově různého materiálu (rozdílná velikost frakce), znečištěného nebo mimořádně netvárného, který způsobuje problémy na dopravnících v energetickém provozu. Ke znečištění dochází shrnováním klestu na pasekách, kdy se dostává mezi vlastní biomasu i značné množství nečistot, zejm. písku, hlíny a kamenů či jiných tvrdých předmětů. Takové znečištění je pro štěpkovače negativním činitelem, protože dochází k poškozování ostrých nožů a je nutná jejich častá výměna. Proto jsou štěpkovače v některých technologických postupech nahrazovány drtiči, které mají na rotoru místo pevně umístěných ostrých břitů pohyblivě nebo pevně umístěná kladiva. Pohyblivě umístěná kladiva při nárazu na tvrdý předmět mění svou polohu a snižují tak riziko poškození. Kladiva mohou být opatřena výměnnými hranami nebo jsou bez ostrých ploch speciálně tvarována pro drcení. Drtiče jsou umístěny na návěsných, přívěsných kolových podvozcích nebo na samostatných pásových podvozcích, které jim dovolují pohyb přímo v terénu. Vstupní materiál je čelním nakladačem nebo hydraulickou rukou, která může být součástí drtiče, nakládán na dopravníkový pás. Materiál je dopravován k podávacímu válci, jenž je umístěn na pohyblivých ramenech. Tato konstrukce umožňuje přizpůsobení se pro podávání různých objemů a velikostí vstupního materiálu. Vlastní drcení probíhá účinkem kladiv na rotoru. Za rotorem s kladivy je obvykle umístěn třídící (dodrcovací) koš, určující velikost výsledné frakce. Tab. 4 Výhody a nevýhody mobilních drtičů (ve srovnání se štěpkovači) Výhody Nevýhody vyšší odolnost dělícího agregátu vysoká hmotnost vysoký výkon vysoká cena rozměrný podávací pás konstrukční složitost možnost podávání i čelním nakladačem rozměrově různorodý výstupní materiál možnost drtit i materiál s příměsí železa Svazkovače / balíkovače (bundlers) jsou vysoce výkonné stroje, které se v ČR v současnosti vyskytují pouze ve dvou kusech a produkují tzv. zelenou kulatinu o průřezu balíků cm a délce 3 m s hmotností podle obsahu vody od 300 do 700 kg. Ve Skandinávii se tyto balíky většinou dopravují na sklad spotřebitele a štěpkují těsně před spálením. Tato technologie nemusí být bezproblémová, při delším skladování může docházet k nepravidelnému vysychání balíků a při dezintegraci se vázací šňůry mohou zaplétat do štěpkovacího/drtícího mechanizmu. Svazkovače těžebních zbytků neboli paketovací stroje či balíkovače vznikly jako reakce na zvýšený zájem o využívání biomasy v severských zemích. Podle dostupných informací vyrábí svazkovací jednotky firmy John Deere, Valmet a Pinox a všechny pracují na podobném principu. Popsán bude svazkovací stroj John Deere, který pracuje i v České republice. John Deere 1490D sbírá klest a dřevní odpad vzniklý po těžbě a zakládá ho do svazkovací jednotky, v níž je dřevní hmota lisována a svazkována do kompaktních balíků. Proces balení je průběžný bez omezení délky. Operátor si může nastavit délku balíku v závislosti na možnostech transportu z lesa. Každý takto vytvořený balík nabízí přibližně 1 MWh energie (balík o délce 3,2 m). Tato hodnota se mění v závislosti na typu dřeviny a vlhkosti materiálu. V porostu o velikosti plochy 1 ha může být vyrobeno balíků s průměrnou hodinovou výrobou balíků v podmínkách ČR. 13

14 Proces lisování je zcela automatický, operátor musí pouze umístit materiál hydraulickou rukou na podávací stůl. Svazkovací jednotka se skládá ze dvou pevných lisů a jednoho pohyblivého lisu. Lisováním je objem materiálu zredukován na cca 20 % původního objemu. Lisovací tlak je nastaven tak, aby byly vyráběny kompaktní balíky bez poškození materiálu. Balík je posouván pohyblivým lisem a strojem pevně vázán tak, že se motouz po uvolnění lisu napne. Parametry (například délka balíků, odstup mezi vinutím motouzu a kompresní intervaly) jsou nastavovány pomocí palubního počítače, který vyhodnotí, kolik vinutí je zapotřebí, aby balíky vykazovaly potřebnou pevnost pro nakládání a transport. Objem balíku činí dle materiálu 0,7-0,8 m 3. Svazkovač je umísťován na podvozek vyvážecí soupravy v 6 nebo 8 kolové verzi. Výrobce dokladuje podíl energetických vstupů na výrobu ve výši 3 % získané energie. Svazkovače těžebních zbytků jsou v největší míře provozovány ve Finsku, v menší míře i v dalších zemích. Hlavní výhoda metody svazkování spočívá v jednoduchosti celého výrobního postupu, kdy dochází ke svazkování těžebních zbytků přímo na pasece, následně vyvezení již svázaného, tedy minimálně objemného materiálu vyvážecí soupravou na odvozní místo, odkud jsou balíky odvezeny standardní odvozní soupravou přímo ke spalování. Samotné štěpkování svázaného materiálu by mělo probíhat u zpracovatele, který musí před své dopravníky předřadit výkonný štěpkovač. Velkou výhodou je relativně jednoduchá manipulace bez nutnosti využití speciálních nebo upravených strojů pro přepravu svazků. Dle informací od výrobce je objem svazků nižší než objem štěpky při stejné hmotnosti. Přehled technologií štěpkovačů a drtičů používaných v ČR Předními výrobci štěpkovačů a drtičů jsou Jenz a Bruks. Jedná o stroje výkonu 55 kw až 480 kw. V závislosti na požadovaném množství biomasy pro zpracování je možné dle výrobce a typu dosáhnout od 60 do 360 prm štěpky za hodinu při plném výkonu stroje. 14

15 Tab. 5 Přehled jednotlivých typů štěpkovačů JENZ a jejich technické parametry: Typ výkon (kw) tvrdé dřevo měkké dřevo průchodnost šířka do do do (m) (cm) (cm) (prm/h) HEM 1000 D XL 450 (volitelně 480) HEM 1000 DQ 450 (volitelně 480) HEM 820 DL / 360 (volitelně 450 nebo 480) DQ ,55 HEM 820 Z od cca 150, do max ,97 HEM 700 DL 360 (volitelně 450 nebo 480) ,55 HEM 582 DQ 295 (volitelně 360) HEM 561 DQ 205 (volitelně 360) HEM 582 Z od cca 132, do max ,55 HEM 561 Z od cca 100, do max ,55 HEM 561 Z od cca 150, do max. 235 Bunker ,55 HEM 581 DL / 360 / 205 (volitelně 360) 561 DL / 150 HEM 420 Z od cca 90, do max ,55 HEM 420 DQ ,55 HEM 420 DL HEM 360 DL ,55 HEM 360 Z od cca 74, do max. cca ,55 HEM 360 ZA od cca 110, do max. cca HE 700 STA 200, volitelně HE 561 STA 160, volitelně HE 300 STA potřeb. výkon 55 až 160, dle šíř. kmeny do 30 cm do 60 m 3 1,48 až /h stroje 1,98 HEM 582 R součet výkonu 2 motorů: více než (zdroj: Zelená zpráva 2008, MZE) Tab. 6 Přehled jednotlivých typů štěpkovačů BRUKS a jejich technické parametry: Typ výkon (kw) nastavitelná délka štěpky (mm) šířka (m) vstupní otvor (v x š) (mm) tvrdé dřevo do (cm) výkon traktoru: 130-2,3 605 PT Trailer x (transportní) STC ,8 (2,5) 850 x PTC truck: HP truck: 2,5 850 x Truck 805 CT ECO ,5 (transportní) 850 x CT ,8 (2,5) 850 x CT , x (zdroj: Zelená zpráva 2008, MZE) měkké dřevo do (cm) 15

16 1.1.5 Nakládka a manipulace Nakladače se používají v různých variantách podvozků a liší se silou hydraulického zařízení, délkou ramene a konstrukcí drapáku. Množství drapákem nabrané hmoty má důležitý význam pro celkovou produktivitu technologického postupu. Velikost nákladu závisí na konstrukci, velikosti vlastního drapáku a jeho čelistí. Standardní drapáky pro náklad dřeva nejsou vhodné. Vzhledem ke své konstrukci nepronikají do hromad klestu a pláty na jejich konci snadno naberou i půdu, která následně způsobí otupení provozních částí štěpkovačů. Hmota nabraná speciálním drapákem je kompaktnější nenabírá kameny a nečistoty. Ve Finsku byl zkonstruován tzv. prstový drapák. Ten byl původně vyroben odstraněním spodních spojovacích plátů běžného drapáku. V praxi se využívají drapáky se dvěma nebo třemi prsty na každé straně. Výhody prstového drapáku : nenabírá nečistoty ze země, lépe proniká do hromady klestu, vykládka a nakládka je rychlejší, náklad má větší objem o % a je kompaktnější. Manipulace s lesními štěpkami - jakoukoliv manipulaci s lesními štěpkami je nutno minimalizovat, štěpka ze štěpkovače nebo drtiče musí přímo putovat do dopravních prostředků nebo kontejnerů; výkupní ceny lesních štěpek již nemohou zvyšovat náklady na manipulaci s lesní štěpkou Doprava k energetickému zdroji a přejímka Technologie pro dovoz zpracovaných těžebních zbytků a jejich výběr záleží především na množství a dopravní vzdálenosti. Obecně je vhodné přepravovat těžební zbytky ve formě štěpek ve velkoobjemových kontejnerech o ložném objemu 60 m 3 až 90 m 3. Z kalkulací i zkušeností vyplývá, že v běžných podmínkách České republiky je ekonomické vozit štěpku do vzdálenosti 50 km, v případě menších dodávek může být ekonomickým limitem i 20 km a je nutno používat velkoobjemové návěsy nebo kontejnery. Využití odvozních souprav, nakladačů a kontejnerů závisí od parametrů konkrétně zvoleného typu. Výhodou transportu štěpek je použití standardních dopravních prostředků a výhodné je taky skladování. Železniční doprava není nikdy efektivní. Přejímka dendromasy se liší podle velikosti odběratele, nicméně musí být prováděna rychle, průhledně a jednoduše, ale současně musí poskytnout dostatek údajů nezbytných k fakturaci. Jednotkou fakturace může být: tuna dodané dendromasy, prostorový metr dodané dendromasy, tuna sušiny dodané dendromasy gigajoule obsažený v dodané dendromase, gigajoule vyrobený z dodané dendromasy. 16

17 1.1.7 Skladování energetické štěpky Skladování štěpky je obtížné z důvodu náročnosti na plochu, kvůli nebezpečí degradace materiálu při delším skladování na nekrytém prostranství a kvůli riziku samovznícení při zahřátí probíhajícími procesy uvnitř hromad. Řešením je zkrácení doby skládkování. Dlouhodobé skladování štěpek je nevhodné. Činností živých parenchymatických buněk, okysličováním, hydrolýzou celulózových komponentů v kyselém prostředí a biologickou aktivitou bakterií a hub se štěpky rozkládají. Tím dochází ke ztrátě objemu a zvyšování vlhkosti. Tab. 7 Ztráty objemu při skladování energetické štěpky Měsíce skladování Ztráta objemu % 0 3,0 5,5 5,5 5,5 5,5 3,0 3,0 Kumulovaná ztráta objemu % 0 3,0 8,5 14,0 19,5 25,0 28,0 31,0 Skutečný objem % 100,0 97,0 91,5 86,0 80,5 75,0 72,0 69,0 Zdroj: Simanov, Místa zpracování těžebních zbytků Místo zpracování LTZ je třeba volit podle nejvhodnější nebo dostupné technologie, účelu zpracování a vzdálenosti cíle využití LTZ. Tyto požadavky se sdružují do optimálního technologického procesu, tedy optimálního z hlediska nejnižších nutných nákladů na jednotlivé operace. Důležitým předpokladem je, aby manipulační plocha byla v blízkosti zdroje těžebních zbytků, protože jakákoliv nadměrná manipulace a transport štěpky celý proces významně prodražuje. Lokalita Pařez (P) Lokalitou Pařez se míní těžební plocha, kde podle zvolené těžební technologie vznikají sortimenty. Těžební zbytky se v každém případě snáší do hromad nebo valů, je tedy otázkou, zda ho zpracovat přímo na těžební ploše nebo ho soustřeďovat na jiné lokalitě. Zpracování lesní biomasy na místě těžby je pro další technologické využití a odvoz nevýhodné, především z důvodu horší dostupnosti štěpkovače a roztroušenosti materiálu pro štěpkování a tedy zvýšené namáhavosti pro lesní personál, nízkého využití štěpkovače a vynaložení vyšších jednotkových nákladů. Zpracování lesní biomasy na místě těžby je možné využít při větší koncentraci mýtních těžeb v rámci jednoho území (LHC), kde by se klest snášel a štěpkovač by se přesunoval po zpracování na další mýcenou plochu. Nejméně vhodné jsou lokality, kde se používají jemnější způsoby hospodaření. Jako rizika se v tomto případě jeví složitější logistika, nízké využití technologie, vysoké náklady na přesun a obsluhu. Podle toho by se musela zvolit výkonnost štěpkovače. Při použití harvestoru se na neúnosném terénu ukládá klest pod kola a tento znečištěný klest se nepoužívá. Štěpkování na těžební ploše je vhodné v případě, že je záměrem zpracovatele vyrobenou štěpku na místě ponechat nebo rozptýlit po ploše a nechat k zetlení pro podporu oběhu živin v ekosystému. Ovšem i v tomto případě bude nutné provést lokální sběr těžebních zbytků ke štěpkovači, a to ručně nebo mechanizovaně. 17

18 Lokalita Odvozní místo (OM) Štěpkování na odvozním místě si vyžaduje logistické zajištění z pohledu dodávky těžebních zbytků, vlastního štěpkování a odvozu štěpky. Přesto se OM v našich podmínkách jeví jako nejvhodnější z hlediska kumulace materiálu, dostupnosti pro technologie a odvoz štěpek. Při provozu se bude přísun těžebních zbytků opět lišit podle použité těžební metody. Pro soustředění na odvozní místo se využívají vyvážecí soupravy nebo vyvážecí traktory. Využitelné technologie v případě stromové metody: lesní kolový traktor, protahovací odvětvovací stroj, štěpkovač, nakladač nebo fukar, kontejnerová odvozní souprava. Stromová metoda je ovšem naprosto nevhodná, protože při ní dochází k odběru takřka veškeré stromové biomasy a ochuzování stanovišť o živiny v ní obsažené. Využitelné technologie v případě kmenové a sortimentní metody: shrnovač těžebních zbytků, vyvážecí souprava nebo traktor s valníkem, štěpkovač, nakladač nebo fukar, kontejnerová odvozní souprava. Lokalita Sklad (S) Štěpkování na skladu je vhodné provádět asi pouze v případě, kdy lesní biomasu transportujeme ve formě komprimovaných (stlačených) balíků. Převozem volně ložené biomasy (klestu) na delší vzdálenosti by vznikaly zbytečně zvýšené náklady, protože takový objem je až 2,5 krát větší než je objem sypané štěpky. V zahraničí existuje vyvážecí souprava s upraveným svěrným oplenem pro až dvojnásobné stlačení klestu. Tato technologie se v ČR nevyskytuje, nicméně její nasazení by bylo rentabilní při dovozu klestu ke skladu odběratele do maximální vzdálenosti 10 až 15 km. 18

19 1.1.9 Základní varianty výrobního řetězce lesní dendromasy V této kapitole je navržen přehled nejvíce v praxi používaných technologických řetězců pro zpracování LTZ s variantami pro mechanizaci podle lokalit. Každá varianta technologického řetězce obsahuje uzly, které jsou určeny jednak místem zpracování (lokality pařez P, odvozní místo OM, sklad odběratele S), dále procesem a technologií a nakonec vstupní a výstupní surovinou (lesní těžební zbytky a štěpka). Tab. 8 Posloupnost operací pro holosečný (a násečný) způsob hospodaření Lokalita 1 P P-OM OM OM-S S Proces těžba přiblížení štěpkování nakládání, doprava Technologie harvestor forwarder štěpkovač kontejner přejímka Zdroj/výstup hroubí, LTZ LTZ štěpka štěpka štěpka Poznámky linka nutná zelená štěpka, 50% vlh. Lokalita 2 OM OM-S S Proces balíkování nakládání, doprava Technologie balíkovač drtič přejímka Zdroj/výstup balíky drcení Poznámky štěpka Lokalita 3 P P-OM OM OM-S S Proces těžba WTH přiblížení štěpkování nakládání, doprava přejímka Technologie harvestor, ŘMP UKT, UKT+vlek štěpkovač kontejner Zdroj/výstup celé stromy celé stromy štěpka štěpka štěpka Poznámky linka nutná, WTH = stromová metoda, vyhodnocená jako naprosto nevhodná následné odvětvení na protahovacím stroji 1 měsíc proschnout na OM, hnědá štěpka, 30% vlh. 19

20 Tab. 9 Posloupnost operací pro podrostní (a výběrný) způsob hospodaření Lokalita 4 P P-OM OM OM-S S Proces Těžba přiblížení štěpkování nakládání, doprava forwarder Technologie harvestor a štěpkovač kontejner Zdroj/výstup hroubí, LTZ LTZ štěpka štěpka přejímka Poznámky linka nutná zelená štěpka, 50% vlh. Lokalita 5 P P-OM OM OM-S S Proces Těžba přiblížení štěpkování nakládání, doprava kůň, žel.kůň, Technologie ŘMP traktor štěpkovač kontejner přejímka Zdroj/výstup hroubí, LTZ LTZ štěpka štěpka štěpka Poznámky linka nutná zelená štěpka, 50% vlh. Tab. 10 Další v praxi používané technologické řetězce mimo lesní hospodářství Lokalita 6 provoz provoz OM-S S Proces soustřeďování štěpkování nakládání, doprava Technologie štěpkovač kontejner přejímka Zdroj/výstup zbytky z průmyslu štěpka štěpka štěpka Poznámky v projektu nebude dále rozpracována hnědá/bílá štěpka, 25% vlh. 20

21 1.2 Metodika výpočtu energetické náročnosti operací a energetické bilance Základem hodnocení energetické náročnosti je pro účely projektu zpracovaná metodika Radomíra Klvače Hodnocení vlivu technologií těžby a zpracování dřevní suroviny na životní prostředí pomocí LCA a energetického auditu (2010) Úvod metodiky Otázky vztahů výrobních technologií a životního prostředí jsou (zejména v posledních dvaceti letech) právem diskutovány širokou odbornou i laickou veřejností. Ve snaze poznat co nejlépe veškeré vazby, pochopit existující zákonitosti a vyvodit z nich racionální opatření ve prospěch životního prostředí při zachování trvale udržitelné kvality života, bylo studováno mnoho oblastí lidské činnosti a publikováno mnoho více či méně odborně fundovaných prací. Ukázalo se, že je třeba nalézt vhodné, srovnatelné a opakovatelné metody hodnocení jevů a vytvořit mezinárodní standardy. V posledních letech se tyto standardní postupy začaly používat rovněž při hodnocení lesnických technologií, avšak ukázalo se, že je dále mnoho otázek, které vyžadují řešení. Při tvorbě této metodiky je nutno vycházet z následujících faktů: Spotřeba energií ve světě neustále roste. Statistické údaje ve Spojených státech zaznamenávají za posledních 40 let neustálý růst spotřeby energií. V roce 2003 dosáhla spotřeba energií ve Spojených státech závratných 98,22 biliard Btu (tedy 103 tisíc PJ; 1 Btu = 1055 J), z toho spotřeba energie ropných produktů činila 40%. Neustálým růstem spotřeby energií roste zátěž na životní prostředí. Volba vhodné technologie v jakékoli oblasti lidské činnosti - na základě energetické bilance - je racionálním způsobem hospodaření se zdroji, snižujícím environmentální zátěž. Energetický audit dává ucelenou informaci o veškeré spotřebované energii na jakoukoli činnost. Existuje-li více možných technicky i ekonomicky srovnatelných technologií, mohl by být energetický audit klíčovým ukazatelem pro volbu technologie šetrnější k životnímu prostředí (environmentálně vhodnější). Skleníkové plyny, z nich pak zejména CO 2, zásadně ovlivňují klima a snížení jejich emise do životního prostředí je jedním z hlavních cílů Evropské unie (White paper, Green paper) v současné době. Aby bylo možno tohoto cíle dosáhnout, je mimo jiné nezbytně nutné zvýšit podíl energie z obnovitelných zdrojů, u kterých lze předpokládat v podstatě nulovou bilanci CO 2 pocházejícího z fosilních zdrojů. V současné době je každý výrobek zatížen určitým podílem na spotřebě primárních zdrojů paliv a tím i podílem na emisích, především CO 2, do životního prostředí. Pro hodnocení vlivu jakékoli technologie (systému) či produktu na životní prostředí lze použít metodologie LCA (Life cycle assessment), která identifikuje vstupy a výstupy včetně jejich dopadu na životní prostředí (normy ISO až 2). V posledních desetiletích se podíl plně mechanizovaných technologií těžby a zpracování dřevní hmoty v našich lesích viditelně zvyšuje. Jde, stejně jako v jiných odvětvích, o trend, kdy se přechází od manuálních technologií k technologiím motomanuálním a poté mechanizovaným. Jejich cílem je zvýšení produktivity a hygieny práce při současném zvýšení její přesnosti a tím i minimalizaci škod na životním prostředí. Proto lze v budoucnu očekávat nástup automatizace a robotizace, i když z počátku se bude týkat jen některých fází výroby. Dosažení plné robotizace, vzhledem ke komplikovaným terénním a výrobním podmínkám (ve srovnání s jinými obory lidské činnosti), pak potrvá patrně ještě desítky let. Se zvyšujícím se tlakem na podíl energie z obnovitelných zdrojů obecně nazýáný jako cíle , což lze přeložit, že v roce 2020 bude dosaženo 20% podílu energie z obnovitelných zdrojů, dochází k prudkému rozvoji technologií užívaných na zpracování materiálu na bázi dřeva pro energetické účely. V rámci skupiny materiálu na bázi dřeva převažuje využití potěžebních zbytků a materiálu z prořezávek. Již nyní se v ČR vyskytuje rozsáhlá škála štěpkovačů a drtičů a jsou využívány speciální stroje pro dopravu integrované i dezintegrované hmoty určené ke štěpkování. 21

22 1.2.2 Problematika Life Cycle Assessment (hodnocení životního cyklu) je metoda posuzování životního cyklu produktu, technologie či služby z hlediska jeho působení na životní prostředí. V úvahu bere procesy od těžby nerostných surovin přes dopravu, výrobu, užití až k jeho konečnému zpracování jako odpadu. V LCA se zohledňují také energetické a surovinové náklady a dopad na životní prostředí pro každý z nich. Důležité jsou zejména emise do ovzduší, vody i půdy a spotřeba energie a materiálů. LCA se používá k porovnání alternativních výrobků, které plní stejnou funkci, nebo alternativní životní cykly pro daný výrobek. Metodika LCA je používána při rozhodování v oblasti životního prostředí a výběru materiálů. Podle metodiky LCA je možné hodnotit kteroukoli oblast lidské činnosti, která ovlivňuje životní prostředí. Životní cyklus produktů můžeme rozdělit do čtyř hlavních fází: těžba nebo získávání surovin pro výrobu, zpracování surovin (výroba), provoz výrobku a jeho opravy, recyklace a likvidace produktu. Vstupem do této analýzy jsou suroviny, energie, voda atd., výstupem jsou pak vodní a vzdušné imise, pevný odpad atd. Studie LCA je složena ze 4 fází: 1. Počáteční fáze LCA zahrnuje definování cílů a rozsahu studie, shromažďování a výpočtet dat LCI (Life Cycle Inventory). Cílová definice procesu určuje typ potřebných analýz, zamýšlené využití výsledků studie a způsob, kterým jsou výsledky prezentovány. 2. V materiálové fázi jsou evidovány a spojeny LCI a energetické toky studovaného systému s funkční jednotkou. Analýza LCI vyjadřuje způsob inventury údajů a jejich shromažďování, které by mělo být v souladu s cíli studie. 3. Třetí fází studie je hodnocení dopadů životního cyklu. Toto hodnocení se provádí na základě roztřídění dat z LCI analýzy do kategorií možných dopadů na prostředí. Dopady na životní prostředí můžeme rozdělit do dvou kategorií. Do první kategorie řadíme dopady vzniklé ze vstupů do systému. K nim řadíme jednak čerpání živé složky okolního prostředí, jako je například lidská práce, ale také čerpání neživé složky tohoto prostředí, mezi které řadíme především nerostné bohatství. Do druhé kategorie patří dopady vzniklé z výstupů, které výrazně, co do počtu, převyšují dopady vzniklé ze vstupů a řadíme k nim například změnu klimatu, vliv na ozonovou vrstvu, acidifikaci půdy, toxicitu, jak pro lidi, tak i ekotoxicitu. 4. Poslední fází studie je výklad prostředků zahrnujících výsledky LCI analýzy a dopadové analýzy. Na základě těchto výsledků je možno stanovit závěry, které nám mohou pomoci při rozhodování o používání různých prostředků, výrobních postupů nebo technologií. Energetický audit Energetický audit je soubor činností, které jsou prováděny za účelem zjištění hospodárnosti využívání materiálů a energií. Výsledkem energetického auditu je analýza, kde je zhodnocen současný stav hospodaření s energiemi a následně jsou na jejím základě navrhována opatření, které vedou ke snížení energetické náročnosti (ERS Energy Reduction Strategy). Je-li sledován složitý technologický řetězec, je vhodné jej rozdělit na jednotlivé prvky, které jsou hodnoceny samostatně. Celý životní cyklus lze znázornit diagramem viz obr.6. 22