STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Využití papírového odpadu Petr Volný Jihlava 2012
STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 8. Ochrana a tvorba životního prostředí Využití papírového odpadu Use of paper rubbish Autor: Petr Volný Škola: Střední škola obchodu a služeb Jihlava K. Světlé 2, 586 01 Jihlava Konzultant: Mgr. Eva Lemberková Jihlava 2012
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou práci vypracoval samostatně, použil jsem pouze podklady (literaturu, SW) uvedené v přiloženém seznamu a postup při zpracování a dalším nakládání s prací je v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) v platném znění. V dne podpis:
Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat majiteli firmy Ing. Dušanu Tripalovi, bez jehož ochoty a nadšení pro můj výzkum by práce nevznikla a také Mgr. Evě Lemberkové za poskytnuté odborné konzultace.
ANOTACE V této práci budu popisovat využití papírového odpadu. Dočtete se o papírových briket, využití vzniklého popelu a úspoře emisí. výrobě Klíčová slova: Papír, brikety, popel, emise, úspora ANNOTATION In this written work I will describe paper recovery.you will read about: paper briquettes production, formed ash use and about emissions saving. Key words: Paper, briquettes, ash, emissions, saving
Obsah Strana ÚVOD 7 1. POPIS VÝROBY BRIKET 8 2. NÁVRATNOST INVESTICE A ÚSPORA EMISÍ 9 2.1 Návratnost investice 9 2.2. Emise vzniklé spalováním dřeva a papírových briket 9 2.2.1 Obecně o spalování papírových briket 9 2.2.2 Výpočet úspory emisí, které vznikají vytápěním firmy 11 2.2.3 Další úspora emisí 13 3. VYUŽITÍ POPELU JAKO HNOJIVA 14 3.1. Obecné informace 14 3.1.1 Rozbor popelu 14 3.2 Hnojení popelem 17 ZÁVĚR 19 OBRAZOVÁ PŘÍLOHA 20 SEZNAM ZDROJŮ 21
Úvod V projektu bych chtěl napsat o firmě TRIPET, která se zabývá výrobou proložek a fixačních střiží z nevyužitých kartonových zásob různých firem. Z papírového odpadu, který při výrobě proložek vzniká, začala firma od roku 2009 lisovat papírové brikety. O firmě TRIPET jsem se dozvěděl v r. 2010, kdy jsem se v krajském tisku dočetl, že Ing. Dušan Tripal, majitel firmy, získal ocenění Živnostník roku. Moje původní plány byly zdokumentovat výrobu papírových palivových briket a vytvořit pro své spolužáky o této výrobě krátkou prezentaci. Když jsem ale firmu navštívil a s majitelem si prohlédl výrobu, bylo mi jasné, že nezůstane pouze u popisu briket. Práce má nakonec 3 základní části: 1.Popis výroby papírových briket 2.Výpočet návratnosti investice a úspory emisí 3.Využití popelu z briket jako hnojiva: a) stanovení obsahu minerálních látek ve školní laboratoři b) výzkum vlivu hnojení popelem na výnos brambor 7
1. Popis výroby briket Zbytkový nevyužitý odpadový papír se podrtí na drtiči a vzniknou částice o rozměrech cca 5 x 15 mm. Tato papírová drť se bez jakýchkoliv příměsí a lepidel slisuje pouze tlakem v hydraulickém lisu. Po slisování vznikne válcovitá briketa o průměru 65mm a délce 50-100mm. Hustota takto vyrobené brikety je 1180 kg.m -3. K lisování briket se používá především odpadní vlnitá lepenka a některé jiné druhy neběleného papíru. Nepoužívají se barevné časopisy, letáky a ostatní barevné tiskoviny. Tyto barevné papíry se nepoužívají především proto, že špatně hoří a kvůli barvivům mají vyšší obsah nežádoucích látek (zejména těžkých kovů). Obr. č. 1: Odstranění nežádoucí lepenky Obr. č. 2: Drcení na drtiči Obr. č. 3: Briketovací lis Obr. č. 4: Hotové brikety 8
2. Návratnost investice a úspora emisí 2.1 Návratnost investice Počáteční investice do strojového vybavení byla 213 000 Kč za drtič a 392 000 Kč za briketovací lis. Polovina této částky však byla uhrazena z dotace od SZIF (Státní Zemědělský Intervenční Fond). Celkové náklady na pořízení tedy byly 302 500Kč. Před zakoupením drtiče a lisu odpadový papír odvážela externí společnost. Za odvoz firma zaplatila takřka 200 000 Kč ročně. Díky briketám firma také každou zimu ušetří 20 000 Kč za uhlí, kterým se spolu se dřevem dříve vytápěly výrobní i skladovací prostory. Druh stroje Cena Roční úspora Návratnost Drtič Lis 106 500 Kč 196 000 Kč 220 000 Kč 1,4 roku Na základě předchozích údajů nebylo složité spočítat návratnost investice. Pokud celkové náklady byly 302 500 Kč a uspořená částka za rok je 220 000 Kč, pak návratnost této investice je 1,4 roku, tj. rok a pět měsíců. To znamená, že v současné době už se podnikateli investice zaplatila. 2.2. Emise vzniklé spalováním dřeva a papírových briket 2.2.1 Obecně o spalování papírových briket Spalování papírových briket je podobné jako spalování biomasy. Při optimálním spalování se vytváří pouze oxid uhličitý, který je opět spotřebován v průběhu růstu nové biomasy díky fotosyntéze. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze prováděla v roce 2005 spalovací zkoušky paliv na bázi odpadního papíru se závěrem, že emisní faktory alternativních paliv na bázi starého papíru jsou velmi podobné hodnotám dosaženým při spalování dřevěných briket. Byly testovány brikety ze směsného papíru 9
z třídírny komunálního odpadu. Spalováním briket můžeme z 1 kg získat 12-15 MJ energie. 1 Zásadní legislativou v této oblasti je Vyhláška o stanovení požadavku na kvalitu paliv pro stacionární zdroje z hlediska ochrany ovzduší 13/2009 Sb. a Nařízení vlády o emisních limitech 146/2007 Sb.Podle těchto vyhlášek mají mít brikety z papíru výhřevnost 12 MJ/kg v malých stacionárních zdrojích. Pro velké zdroje výhřevnost nesmí být nižší než 10 MJ/kg. Emisní limity podle výsledků zkoušek vyhovují limitům v této vyhlášce (viz tabulka č.1). Tabulka č. 1: Emisní faktory vztažené na množství získané energie Druh paliva CO [g/mj] NOx [g/mj] SO 2 [g/mj] TOC [g/mj] TZL [g/mj] papírové brikety 0,60 0,07 <0,01 0,07 0,02 brikety papír-uhlí 0,65 0,08 <0,01 0,06 0,01 brikety papír-dřevo 1,62 0,04 <0,01 0,21 0,01 papírové pelety 7,04 0,35 <0,01 1,55 0,01 pelety papír-uhlí 9,33 0,08 <0,01 1,73 0,02 dřevěné brikety 1,98 0,04 <0,01 0,20 0,04 2 1 Zdroj: media0.soustav.mypage.cz /files/media0:4cb41b8ab5c5c.html.upl/likvidace%20papíru.html 2 Zdroj: www.biomasa-info.sk/docs/b12_bogoczova.pdf 10
2.2.2 Výpočet úspory emisí, které vznikají vytápěním firmy Podnikatel protopí 30 m 3 dřeva a 15 000 kg papírových briket. V roce 2010 si nechal udělat na VŠCHT Brno zkoušky výhřevnosti papírových briket, které TRIPET vyrábí. Zjištěná výhřevnost je 13, 8 MJ/kg. Podle těchto údajů jsem vypočítal množství získané energie. hustota smrku... 455 kg/m 3 30 m 3 smrku... 13 650 kg výhřevnost smrku.. celková energie... výhřevnost briket. celková energie. 16,2 MJ/kg 13 650. 16,2 = 221 130 MJ 13,8 MJ/kg 15 000. 13.8 = 207 000 MJ Celkem tedy 428 130 MJ Přepočet na kwh: 428 130 000 : 3600 = 118 925 kwh 11
Tabulka č. 2: Normové množství znečišťujících látek Typ znečišťující látky kotel dřevo [kg/mwh] kotel HU pevný [kg/mwh] Tuhé látky 3,339 2,539 SO 2 0,267 4,792 NOx 0,801 0,610 CO 0,267 9,157 CxHy 0,237 2,035 CO 2 0 357,142 Tabulka č. 3: Množství znečišťujících látek přepočtené na 118,925 MWh Typ znečišťující látky kotel dřevo [kg] Kotel HU pevný [kg] Tuhé látky 397,09 301,98 SO 2 31,77 569,99 NOx 95,30 72,62 CO 31,77 1089,01 CxHy 28,27 242,10 CO 2 0 42473,21 Zdroj: Energetická agentura Vysočiny Podle výše uvedených informací (viz tabulka č.2, č.3), můžeme topení papírovými briketami z hlediska emisí brát přibližně jako topení dřevem. Z tabulky č.3 je patrné, že kromě tuhých látek a oxidů dusíku, je nynější způsob vytápění (dřevo + papírové brikety) výrobních a skladovacích prostor firmy výrazně ekologicky šetrnější, než vytápění v minulých letech (uhlí + dřevo). Po spálení briket vzniká také určité množství popela, jeho využitím se budu zabývat v kapitole 3. 12
2.2.3 Další úspora emisí V úvodu této kapitoly je potřeba zdůraznit, že drobný papírový odpad, který při výrobě proložek vzniká, nechtějí odebírat sběrny a musel se tedy odvážet. Tento odvezený papír byl z větší části uložen na skládce s běžným komunálním odpadem. Jako důsledek tohoto uložení vznikalo z papíru, díky činnosti methanogenních bakterií, velké množství skleníkových plynů zejména methan a také oxid uhličitý. Dalším znečišťovatelem ovzduší bylo také nákladní auto odvážející papír. Papír byl odvážen přes Mrákotín u Telče do Českých Budějovic, což při průměrné spotřebě 18 l/100 km činilo minimálně 74 litrů spálené nafty každý týden (auto přijíždělo dvakrát týdně). Za rok toto množství činí 3848 litrů. 13
3. Využití popelu jako hnojiva 3.1. Obecné informace Citace: Jelikož je papír vyráběn z biomasy, musí popel obsahovat různé důležité prvky pro vývoj rostlin. Popel je všeobecně zásaditý s vysokým podílem vápníku, hořčíku, fosforu, draslíku a dalších prvků. Efektivním spalováním vzniká světle hnědý popel s minimálním obsahem uhlíku. Obsah dusíku je nízký, aplikací popela se nezvyšuje vstup dusíku do prostředí. V pojetí komerčních hnojiv může mít průměrný vzorek dřevěného popela základní živiny (N:P:K) v poměru 0:1:3. Kromě makroelementů je popel také zásobárnou mnoha živin, potřebných pro růst rostlin, pouze ve stopovém množství. Popel lze považovat za vhodné přírodní hnojivo dodávající nedostatkové prvky, svým množstvím vápníku se může blížit běžně používanému vápenci. Díky své zásadité reakci je vhodný zejména pro kyselé půdy a lesní porosty, kde zvyšuje ph a tím snižuje kyselost půdy. Aplikací dřevěného popelu se kromě dodání vápníku a hořčíku zvýší i obsah draslíku, fosforu a dalších prvků. Doporučovaná dávka popelu v současnosti je 3-4 tuny na hektar v závislosti na stanovištních podmínkách a složení popelu. Pro posouzení mezních hodnot rizikových prvků ve vzorcích popela je možné za současného stavu legislativy použít ČSN normu 465735 pro kompost, nebo mezní limity rizikových prvků uvedené v příloze vyhlášky č. 474/2000 Sb., o stanovení požadavků na hnojiva, kde jsou stanoveny mezní hodnoty pro obsah rizikových prvků pro ostatní minerální hnojivo nebo mezní hodnoty rizikových prvků pro minerální vápenatá a hořečnatovápenatá hnojiva. 3 Tyto hodnoty budou uvedeny ve srovnání s popelem v tabulce č. 4, v kapitole 3.1.1. 3 Zdroj: http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasovy-popel-prvkove-slozeni-a-moznosti-jehovyuziti 14
3.1.1 Rozbor popelu stanovení obsahu minerálních látek ve školní laboratoři Všechny předcházející informace jsem si chtěl ověřit v praxi, a tak jsem tedy odebral vzorky popelu a začal ve školní laboratoři ověřovat přítomnost a množství některých prvků (N, P, Fe, K). (viz tabulka č. 5) Ke stanovení obsahu prvků v popelu jsem použil tyto metody: Spektrofotometre - stanovení přijatelného fosforu podle Exnera Chelatometrie - stanovení Ca, Mg Semikvantitativní test quantofix - stanovení K, Fe, NH 4 + Další prvky se díky pomoci učitelů podařilo zajistit na Mendelově univerzitě v Brně. (viz tabulka č.4) 15
Tabulka č. 4: Hmotnostní zastoupení prvků v hnojivu Rizikový prvek ČSN 465735 [mg/kg] Ostatní hnojiva [mg/kg] Hořečnatovápenatá hnojiva [mg/kg] Popel z briket [mg/kg] As 50 10 10 9,23 Cd 13 1 1,5 <0,4 Cr 1000 50 50 47 Cu 1200 Není požadováno Není požadováno 243 Hg 10 1 0,5 Nebylo stanoveno Ni 200 Není požadováno Není požadováno 20,8 Pb 500 10 30 9,21 Zn 3000 Není požadováno Mo 25 Není požadováno Není požadováno 107,7 Není požadováno 5,28 Z tabulky č.4 jasně vyplývá, že popel splňuje všechny mezní limity obsahu rizikových prvků dané příslušnými normami. Lze jej tedy využít jako kvalitní doplňkové hnojivo, zejména během květové fáze rostlin. Tabulka č. 5: Hmotnostní zastoupení nerizikových prvků Prvek Množství [g/kg] P 1,248 K 3,924 Mg 13,65 Ca 37,85 16
V popelu jsem také zjišťoval obsah dusíku, avšak vypočtené množství bylo bezvýznamné 20 [mg/kg]. Z tabulky č. 5 lze jednoduše spočítat poměr základních živin N:P:K. V popelu jsou zastoupeny v poměru 0:1:3,13. Podle těchto hodnot se popel zdál být ideální hnojivem, a tak jsem se rozhodl na školním pozemku za pomoci učitelů provést praktický pokus. 3.2 Hnojení popelem pokus na školním pozemku Cílem pokusu bylo porovnat výnosy brambor na nehnojeném poli oproti poli hnojeném popelem. Pro srovnání bylo třetí pole hnojeno klasickou chlévskou mrvou. Pro větší množství dat byly pěstovány 3 odrůdy brambor. Srovnání výnosů je popsáno v následujících tabulkách (tabulka č. 6, č. 7 a č.8) Tabulka č. 6: Výnosnost při hnojení popelem Odrůda Hnojivo Plocha [m 2 ] Výnos [kg] Princess popel 26 60 Baccara popel 26 95 Belladona popel 26 64 Výnos celkem [kg] 219 Tabulka č. 7: Výnosnost při hnojení chlévskou mrvou Odrůda Hnojivo Plocha [m 2 ] Výnos [kg] Princess chlévská mrva 26 70 Baccara chlévská mrva 26 112 Belladona chlévská mrva 26 75 Výnos celkem [kg] 257 17
Tabulka č. 8: Výnosnost při absenci hnojení Odrůda Hnojivo Plocha [m 2 ] Výnos [kg] Princess bez hnojiv 26 54 Baccara bez hnojiv 26 84 Belladona bez hnojiv 26 50 Výnos celkem [kg] 188 18
Závěr Před rokem a půl jsem navštívil firmu TRIPET, abych nafotil a popsal výrobu papírových briket. Při prohlídce firmy a diskuzi s Ing. Tripalem, který firmu vlastní, jsem začal přemýšlet o tom, že popel, který spalováním vzniká, by se mohl dát využít jako kvalitní hnojivo. To se také nakonec stalo hlavním cílem mé práce. Z tabulek výnosnosti vyplývá, že vliv přídavku popela jako hnojiva je znatelný, avšak nemůže se rovnat chlévské mrvě. Navrhoval bych kombinovat oba druhy hnojení, případně popel před hnojením kompostovat. Jelikož studuji analýzu potravin, zajímalo mě především, zda ani vypěstované brambory nebudou vykazovat škodlivé látky. Z odebraných vzorků mohu konstatovat, že brambory hnojené popelem měly z hlediska potravinářské kvality stejné vlastnosti jako brambory hnojené mrvou. V kapitole 2 jsem přibližně vyčíslil úsporu emisí, která vznikla přechodem firmy TRIPET na jiný druh vytápění. Z mého projektu vyplývá, že využití papírového odpadu na výrobu briket má značný ekologický přínos. Je ale potřeba zdůraznit, že ekologický přínos nastává pouze v případě, že se brikety vyrábějí z nebarveného papíru a před drcením se odstraní lepenka tak, jak je popsáno v první kapitole mé práce. Pokud by se k výrobě využíval jiný, než doporučený druh papíru, efekt by mohl být opačný. Práce pro mě měla velký význam. Seznámil jsem se s technologií výroby papírových briket a dozvěděl jsem se spoustu nových informací o výhřevnosti a emisích různých paliv. Věřím, že práce je přínosem také pro firmu TRIPET. Potvrzené laboratorní výsledky popela může firma využít při nabídce hnojiva pro zemědělské firmy. 19
Obrazová příloha Obr. č. 1: Pokus na školním pozemku Obr.č. 2: Stanovení hodnoty PH Obr.č.3: Příprava na stanovení fosforu Obr. č. 4: Přesné navážení popelu Obr. č. 5:. Měření obsahu fosforu na spektrofotometru 20
Seznam zdrojů http://media0.soustav.mypage.cz/files/media0:4cb41b8ab5c5c.html.upl/likvidace%20papíru.h tml www.biomasa-info.sk/docs/b12_bogoczova.pdf www.biomasa-info.sk/docs/b12_bogoczova.pdf Chemie pro 2. ročník středních zemědělských a lesnických škol - Ing. František Pazderka, Ing. Josef Kroc 21
Vyjádření majitele firmy, ing. Tripala From: TRIPET Třeštice D.Tripal [mailto:d.tripal@tripet.cz] Sent: Sunday, December 18, 2011 5:10 PM To: Lemberková Eva Subject: Re: Hotová práce Děkuji za zaslanou práci, kterou jsem si hned přečetl. Jsem rád, že takováto práce vznikla a že laboratorní výsledky popela potvrzují, že ho je možné použít jako hnojivo. Myslím si, že práce je velmi zajímavá a určitě by stálo za to, kdyby se jí další studenti pokusili rozvinout - opakovat hnojení brambor, aby vznikly srovnatelné hodnoty v řádech několika let. Pokud moje součinnost pomohla, jsem rád a i v budoucnu, pokud budete mít zájem, Vám vyjdu vstříc. Ing. Dušan Tripal - TRIPET, nezávislý obchodník, 588 56 Třeštice 53, 602 557 283, d.tripal@tripet.cz, www.tripet.cz 22