IEE Project BiogasIN Materiál pro Českou republiku Seminář pro finanční sektor o realizaci projektů výroby a využití bioplynu D.3.6.3, 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/SI2.558364) is supported by:
Obsah Předmluva... 3 1. Základní informace o bioplynu... 3 1.1. Historie vyuţívání bioplynu... 3 1.2. Současnost výroby bioplynu v Evropě... 4 1.2.1. Vstupní suroviny... 4 1.2.2. Různé koncepty produkce bioplynu... 6 1.3. Vývoj v posledních letech... 12 1.4. Politika EU a potenciál... 14 1.5. Energie bioplynu a způsoby jeho vyuţití... 16 1.5.1. Části zařízení... 17 1.5.2. Způsoby využití bioplynu... 17 1.6. Výhody bioplynu... 20 2. Úspěšná realizace projektů výroby a využití bioplynu... 23 2.1. Nejlepší praxe schvalování BPS... 23 2.1.1. Získané zkušenosti... 24 2.2. Novelizace energetické legislativy a její důsledky pro současné a budoucí projekty bioplynových stanic... 26 2.2.1. Požadavky zákona společné pro všechny OZE... 27 2.3. Příklad z praxe... 28 2.3.1. Požadavky na úspěšný projekt BPS podle nejmenované banky... 28 2.3.2. Po dodržení veškerých podmínek se přechází k postupu poskytnutí úvěru... 28 3. Překážky v průběhu povolovacího řízení v ČR... 30 3.1. Nedostatky z pohledu projektantů a investorů... 30 4. Závěr... 31 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
Předmluva Projekt BiogasIN s názvem Rozvoj udrţitelnosti 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 vyuţití bioplynu v 7mi zemích východní Evropy: Bulharsku, Chorvatsku, České republice, Řecku, Lotyšsku, Rumunsku a Slovinsku. Projekt BiogasIN je zaloţen na partnerství 10 evropských organizací. Koordinátorem projektu je národní energetická agentura v Chorvatsku Hrvoje Poţar Energy Institute. Tento materiál poskytuje informace o schvalovacích procedurách pro zařízení výroby a vyuţití 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 dosaţení 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
1.2. Současnost výroby bioplynu v Evropě Výroba bioplynu prostřednictvím anaerobní digesce (AD) při vyuţití statkových hnojiv a kalů je dnešní moderní společností široce vyuţívána. 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, vyuţívaných jako vstupní suroviny pro produkci bioplynu. AD je dnes běţnou 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 dodrţována, jsou zaloţena na současném stavu znalostí. Tato úroveň odbornosti souvisí s vývojem technologií, které jsou v příslušném průmyslovém sektoru ekonomicky ţivotaschopné. 1.2.1. Vstupní suroviny Pro výrobu bioplynu můţe být, jako vstupních surovin, vyuţita široká škála typů biomasy. Nejběţnější kategorie substrátů vyuţívaných k produkci bioplynu v evropě jsou znázorněny v diagramu vpravo: Vyuţití 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), zajišťuje dobré zředění dalšch substrátů, a tím zajišťuje následné dobré promíchání a tekutou konzistenci biomasy velmi nízká cena dobrá dostupnost (zbytky z ţivočišné výroby) AD ţivočišného hnoje a kejdy zlepšuje hodnotu vystupujícího digestátu, jako hnojiva z hlediska obsahu ţivin (koncentrací anorganických látek) Odpadů, které mohou být zpracovány AD je široké spektrum. Dřívější technologie zpracovávaly pouze čistírenské kaly a kejdu z ţivočišné výroby. V současnosti jiţ více zařízení zpracovává také tuhý komunální odpad (TKO), tuhé průmyslové odpady, průmyslové odpadní vody a moderní technologie i čistou, cíleně pěstovanou biomasu. Čistírenské kaly Anaerobní digesce čistírenských kalů přináší značné výhody při recyklaci ţivin zpět do země. Proces digesce zajišťuje dezinfekci a také omezuje potenciální zápach kalu. V závislosti na místních předpisech a prioritách, zpracovává se 30 aţ 70% čistírenských kalů. Vyrobená energie je zdrojem 4
pro čistírnu odpadních vod a u větších čistíren je jí dokonce přebytek a tak můţe být dále vyuţívána. Technologie digesce čistírenských kalů je dnes jiţ dobře zavedena. Většina stavebních společností, které se zabývají výstavbou čistíren odpadních vod, jiţ AD nabízí. Odpady ze zemědělství Farmářské bioplynové stanice (BPS) zpracovávající především ţivočišné odpady jsou rozšířené po celém světě. Pro venkov rozvojových zemí jsou typická malá zařízení, Nepál má zhruba 47.000 fermentorů, v Číně se odhaduje cca 6 milionů těchto zařízení. Tato zařízení jsou obvykle vyuţívána k výrobě plynu pro vaření a osvětlení pro jednu domácnost. V rozvinutých zemích jsou jiţ výhradně vyuţívány BPS většího rozsahu a bioplyn je vyuţíván k výrobě elektřiny a tepla pro vlastní chod farmy, případně i na prodej. Tyto zemědělské BPS mají jednoduché nádrţe s míchadly a vyuţívají 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 mnoţství průmyslových a/nebo komunálních odpadů. Vyuţití této spolupráce přináší významné výhody z pohledu hospodaření s ţivinami i ekonomické výhody, ale vyţaduje 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 moţnosti zpracování čistých, separovaných frakcí tohoto odpadu nejen za účelem získání energie, ale také recyklace organického materiálu. I z nevyseparované frakce komunálního odpadu můţe být získáván bioplyn, současně se jeho řízeným zpracováním předejde environmentálním problémům spojeným se skládkováním. V případě vyuţití neseparované frakce komunálního odpadu však není moţné vyuţít digestát jako zemědělské hnojivo, a to z důvodu kontaminace těţkými kovy z dalších sloţek směsného odpadu. Průmyslový odpad Tuhé organické odpady z průmyslu jsou stále více kontrolovány ekologickou legislativou. Zpracování těchto odpadů přináší přidanou hodnotu v jejich vyuţití a sniţování nákladů na jejich likvidaci. Kromě toho, vhodné zpracování odpadů můţe být cílem environmentálního image daného průmyslového podniku. AD průmyslových odpadních vod se stává standardem. Přestoţe je AD pouze jednou z fází v úpravě vypouštěných vod, můţe významně redukovat náklady a velikost zařízení s čistě aerobní úpravou. Projekty fermentorů pak musí být optimalizovány pro příslušné vstupní suroviny. Ţádný ze stávajících fermentačních systémů nemůţe zpracovat všechny druhy odpadů stejně dobře. Protoţe proces fermentace probíhá při teplotách kolem 50 C, je také zajímavý z hlediska hygienizace. Fermentory mohou být navrţeny tak, aby pracovaly výhradně při této teplotě, nebo pracují v teplotní kaskádě. 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 sloţku dřeva. Navzdory této skutečnost, v několika výzkumných programech jiţ byly úspěšně pouţity 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, neţ jejich aerobní protějšky. Anaerobní bakterie se popvé objevily ještě před tím, neţ kyslík začal tvořit podstatnou část atmosféry. To je přičítáno jejich neschopnosti rozkládat lignin, protoţe 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), přestoţe dřeviny potřebují 5
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 niţším neţ 20% jsou vyuţívány 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 aţ 35%), jedná se o suchou digesci (fermentaci), která je typická pro siláţ a energetické plodiny. Volba typu a mnoţství vstupních surovin závisí na obsahu sušiny, a také na obsahu tuků, cukrů a bílkovin. Substráty obsahující velké mnoţství ligninu, celulózy a hemicelulózy mohou být také fermentovány, ale obvykle musí být předupraveny pro zvýšení jejich rozkladatelnosti. Specifický výnos metanu je jedním z nejdůleţitějších kritérií k vyhodnocování různých druhů substrátů pro AD (Graf 1 - Specifické výnosy metanu). Je z něho patrné, ţe 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). Běţnými 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 ţivočišného původu vyţadují zvláštní pozornost, pokud jsou vyuţívány jako vstupní substrát pro AD. Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1774/2002 ukládá pravidla týkající se nakládání a vyuţívání vedlejších produktů ţivočišné výroby, které nejsou určeny pro lidskou spotřebu. 1.2.2. Různé koncepty produkce bioplynu Výroba bioplynu prostřednictvím AD je v moderní společnosti široce vyuţívána 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 ţivotnímu rostředí. Poslední vývoj v Evropě, USA a dalších částech světa ukazuje na rostoucí zájem farmářů o pěstování energetických plodin vyuţívaných jako vstupní suroviny pro výrobu bioplynu. AD je dnes standardní technologií pro stabilizaci čistírenských kalů, pro 6
zpracování organického průmyslového odpadu z potravinářských a kvasných průmyslových odvětví, stejně tak jako pro zpracování organické frakce tuhého komunálního odpadu. Specifickým případem je vyuţití bioplynu ze stávajících skládek (tzv. skládkový plyn). 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, funkci a lokaci, mohou být zemědělské BPS klasifikovány jako: BPS rodinné (velmi malé) BPS farmářské (male, střední aţ velké) Centralizované/ společná zařízení kodigesce (střední aţ velké) Zemědělské BPS Existuje mnoho typů a konceptů BPS farmářského rozsahu. Zájem evropských farmářů o tyto technologie dnes roste, nejen proto, ţe přeměňují odpadní produkty v hodnotné zdroje energie a produkují vysoce kvalitní hnojivo, ale také proto, ţe vytváří nové obchodní příleţitosti a přináší farmářům nové postavení - jako poskytovatelům obnovitelné energie. Za zemědělské BPS jsou povaţovány 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 vyuţívajících energetické plodiny. Jejich výhodou je vysoký energetický obsah, který je vyšší neţ u většiny organických odpadů. Hlavním omezením těchto zařízení jsou pak provozní náklady, vyuţití 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. Vyuţívají se běţně průmyslově vyráběné komponenty, jako kalová čerpadla, míchadla, ocelové nebo betonové skladovací nádrţe, vše pouze s mírnými úpravami. Zkušenosti posledních 20 let však ukázaly, ţe vyuţití hnoje jako hlavního substrátu, odpadů potravin a doplnění energetickými plodinami je nejlepší variantou ekonomicky ţivotaschopných bioplynových stanic. Současně je moţná spolupráce několika místních zemědělců, kteří spravují společnou BPS, pod dohledem odborníka v oboru výroby bioplynu, nebo specializované společnosti. Kaţdá z těchto stanic je sloţena ze standardních součástí, ale individuálně zapojena do chodu farmy. Pro sníţení nákladů (o zhruba 30%) můţe 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 shromaţďována v před-skladovací nádrţi, blízko fermentoru (plynotěsná nádrţ, vyrobená z oceli nebo betonu, izolovaná pro udrţení konstantní provozní teploty), do kterého je postupně přečerpávána. Průměrná doba zdrţení zpracovávaných substrátů ve fermentoru je obvykle 20 aţ 40 dní, v závislosti na typu substrátu a teplotě fermentace. Digestát je pak vyuţíván jako hnojivo na farmě a jeho přebytek se prodává farmám v blízkém okolí. Vyrobený bioplyn je vyuţíván k pohonu plynových motorů, k výrobě elektřiny a tepla. Kolem 10 aţ 20% vyrobeného tepla a energie je vyuţito k provozu BPS a pro domácí potřeby farmáře. Přebytek je prodáván elektrárenským společnostem, respektive sousedním spotřebitelům tepla. 7
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 nádrţe s integrovaným plynojemem. Plynojem tvoří jedno-, nebo dvou-vrstvá membrána (vnitřní membrána je flexibilním plynojemem a vnější slouţí jako ochrana proti povětrnostním vlivům). Standarní velikost fermentoru je 500 aţ 1 500 m³, typická výška je 5 aţ 6 m a průměr 10 aţ 20 m. Míchání fermentorů zajišťují míchadla nejrůznější koncepce. Méně časteji jsou fermentory konstruovány jako podzemní nádrţe. Technické vybavení fermentorů však zůstává prakticky stejné. Stanice většího rozsahu obvykle potřebuje dvě nebo tři lopatková míchadla, pokud jsou míchány tuhé kosubstráty. Při pouţití (dnes jiţ konstukčně zastaralých) vrtulových rychloběţných míchadel můţe 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
Obrázek 3 - Profil běţného zemědělského fermentoru Zemědělské fermentory velkého objemu jsou většinou provozovány skupinou farmářů sdruţených formou právnického subjektu. Jejich objem bývá 800 aţ 3 000 m 3. Některé jsou z betonu, většina z nich je však ze smaltované oceli nebo oceli potaţené sklem. Standartní výška je 10 aţ 15 metrů a průměr 10 aţ 18 m. Všechny velké fermentory mají centrální míchadlo, eventuálně s přídavným míchadlem k prevenci tvorby pěny a sedimentace. Jsou plně řízené a navrţené pro nepřetrţitý provoz. Mají zařízení pro odstraňování písku a automatický plnící systém. Tvar dna je často (zvláště v severských zemích) formován do kuţele pro snadné odčerpávání písku. Centralizovaná zařízení Centralizovaná kodigesce je konceptem zaloţeným na zpracování ţivočišných zbytků z několika farem v jedné centrálně umístěné BPS v oblasti původu těchto vstupních surovin. Centrální umístění BPS sniţuje náklady, čas, i pracovníky na přepravu biomasy. Centralizované BPS zpracovávají ţivočišný hnůj s řadou dalších kosubstrátů (např. fermentovatelné zbytky ze zemědělství, potravinářského průmyslu, organický odpad z domácností, čistírenské kaly). Jsou roţšířené 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. ţivočišný tuk z jatek, nebo zbytky potravin, a jsou dopravovány ze vzdálenějších oblastí. Vzhledem k omezenému mnoţství dostupných průmyslových odpadů pak mnoho farmářů přechází na vyuţívání energetických plodin. Také zbytkový digestát musí být dočasně skladován, přičemţ i tyto skladovací nádrţe 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 mnoţství obsaţených ţivin (obs. sušiny, těkavých pevných látek, N, P, K, and ph). Dodavatelé surovin (zemědělci) mohou vyuţít jen takové mnoţství digestátu, které mají legislativně povoleno vyuţít na svých pozemcích. Zbytek je prodáván jako hnojivo zemědělcům v okolí. Digestát je vţdy 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
Obrázek 4 - Pohled na centralizovanou BPS Podle evropské legislativy musí ještě před vstupem do fermentoru proběhnout řízený proces sanitace určitých typů substrátů ţivočišného původu, který poskytne efektivní sníţení patogenů a zajistí bezpečnou recyklaci digestátu. ČOV AD je dnes jiţ běţně vyuţívána pro zpracování čistírenských kalů - pro stabilizaci a redukci finálního mnoţství 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 aţ 70% čistírenských kalů. Kal upravený AD můţe být později vyuţit jako hnojivo nebo pro výrobu energie spalováním. Jsou však stále ještě země, které ukládají kal z ČOV na skládky. Tento postup můţe mít negativní důsledky na ŢP v důsledku průsaku ţivin do podzemních vod a emisí skleníkových plynů do atmosféry, a proto je ve většině evropských zemí jiţ zakázán. TKO V mnoha zemích je tuhý komunální odpad (TKO) shromaţďován jako netříděná směs a následně spalován ve velkých spalovnách nebo odváţen na skládky. Tato praxe je však plýtváním energie a ţivin, protoţe většina organického podílu by mohla být vyseparována a vyuţita 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 vyuţití. Původ organického odpadu je důleţitý 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. Vyuţití separované organické frakce odpadu z domácností pro výrobu bioplynu má velký potenciál a několik set AD zařízení, zpracovávajících organické frakce TKO, jiţ na světě funguje. Cílem je sníţit tok organických odpadů na skládky nebo do spaloven, a směrovat jej k recyklaci. Průmyslové BPS Anaerobní procesy jsou široce vyuţívané pro zpracování průmyslových odpadů a odpadních vod jiţ více neţ století, a AD je dnes jiţ standardní technologií pro zpracování průmyslových odpadních vod z potravinářského, zemědělského a farmaceutického průmyslu. 10
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 vyuţívající 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 ţivin a sníţení nákladů na likvidaci těchto odpadů Vyuţití 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. Vyuţití skládkového plynu Také skládky mohou být povaţovány za velká anaerobní zařízení - s tím rozdílem, ţe proces rozkladu není kontinuální a je závislý na stáří skládky. Skládkový plyn má podobné sloţení jako bioplyn, ale můţe obsahovat také toxické plyny, vznikající při rozkladu některých odpadů. Současně vţdy obsahuje určité mnoţství vzduchu. Získávání skládkového plynu tedy není jen zásadní pro ochranu ţivotního prostředí a sniţování emisí metanu a dalších skládkových plynů, ale je také levným zdrojem energie, coţ přináší výhody rychlejší stabilizace skládky a výnosy z vyuţití plynu. Vzhledem k odlehlosti skládek je skládkový plyn běţně vyuţíván k výrobě elektrické energie, ale je moţné také další vyuţití skládkového plynu, od vytápění po čištění na pohonné hmoty v kvalitě zemního plynu. Vyuţití skládkového plynu můţe být optimalizováno prostřednictvím hospodaření na skládce, například drcením odpadu, recirkulací organického podílu, nebo úpravou skládky jako bioreaktoru. Skládkový bioreaktor je řízená skládka, navrţená pro urychlení přeměny pevných odpadů na metan, a je typicky rozdělena na jednotlivé buňky, vybavená systémem sběru průsakové vody ze spodních částí buněk. Shromáţděná 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 moţné znečišťování podzemních vod ze skládek jsou váţnou hrozbou pro ţivotní prostředí 11
1.3. Vývoj v posledních letech V posledních letech dochází v mnoha zemích k rozvoji moderních technologií výroby a vyuţití bioplynu. Konkurenceschopné národní trhy s těmito technologiemi, po desetiletí intenzivního výzkumu, doplňuje vládní a veřejná podpora. Evropský sektor výroby a vyuţití bioplynu čítá jiţ 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 navrţené BPS (52%). V Číně se odhaduje kolem 18 milionů venkovských domácích zařízení výroby a vyuţití 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 mnoţství bioplynových instalací velmi malého, rodinného rozsahu. Většina zařízení výroby a vyuţití bioplynu v Asii vyuţívá 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. Průběţně 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 vyuţívají 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. Vyuţití 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 vyuţíván 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, ţe zemní plyn se k pohonu různých zařízení vyuţívá jiţ velmi dlouhou dobu. Biometan by tak mohl hrát velmi důleţitou roli právě v sektoru dopravy. Zatím pouze Švédsko uvedlo na trh auta na biometan. Vzhledem k relativně nízkým cenám elektřiny je bioplyn ve Švédsku vyuţíván tradičně k výrobě tepla dnes kolem 50% bioplynu, a méně zaměřen na výrobu elektřiny (8%). Kolem 25% vyrobeného bioplynu je upravováno a vyuţíváno 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 1 600 GWh (10-15% zemního plynu) do 5 let. Relativně nové vyuţití bioplynu v palivových článcích je blízko komerčnímu vyuţití v Evropě a USA. Další vývoj v oblasti úpravy bioplynu na kvalitu zemního plynu nabízí další nepřeberné moţnosti vyuţití. Integrovaná produkce biopaliv (bioplyn, bioetanol, biobutanol a biodiesel), známá jako koncept biorafinerií, je dnes jednou z důleţitých výzkumných oblastí, kde bioplyn můţe být významným zdrojem biopaliv a současně vyuţívá odpadní materiály z jiných procesů. Integrovaný koncept biorafinerií by měl nabídnout řadu výhod ve vztahu k energetické účinnosti, ekonomice, i sniţování 12
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, coţ je o 346,8 ktoe více, neţ v roce 2008 (vzrůst o 4,3%). Bioplyn je vyuţíván především ve formě elektřiny. V roce 2009, bylo vyrobeno z bioplynu 25,2 TWh, coţ je nárůst o 17,5% oproti roku 2008. Výroba tepla se odhaduje na 171,7 ktoe v roce 2009, coţ je nárůst o 13,1% oproti r. 2008. Tento odhad zahrnuje pouze prodané teplo, ne teplo přímo vyuţité v procesu (vlastní technologická spotřeba). Tabulka 1 - Primární produkce bioplynu v EU v r. 2008 a 2009* (v ktoe) 13
Cíle Bílé knihy Evropské komise pro bioplyn vyjádřené jako výroba primární energie (15 Mtoe v roce 2010) jsou jiţ dlouho překonané, a není moţné 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 jiţ dnes široce vyuţívána pro výrobu energie, a další energetické plodiny jsou testovány pro jejich vyuţití v optimalizaci výnosu energie z hektaru zemědělské půdy v budoucnu. Současné scénáře nastiňují budoucí vyuţití 10-30% orné půdy pro výrobu energie. Velké evropské země, s významnými zemědělskými regiony, mohou hrát v budoucnu důleţitou roli v produkci bioenergie, např. Ukrajina nebo Francie. Průměrný výnos 20 t/ha (sušiny) je v blízké budoucnosti povaţován za reálný. Kukuřice, cukrová řepa a další plodiny budou mít celoevropský význam. Jiţ v současné době se mění celkový pohled na vyuţití a cennost zemědělských plodin. 1.4. Politika EU a potenciál Evropská bioplynová asociace (EBA) odhaduje nárůst evropské produkce energie z biomasy ze 72 Mtoe (837 TWh) v r. 2004 na 220 Mtoe (2.558 TWh) v r. 2020. Největší potenciál pochází právě ze zemědělské biomasy. V současnosti disponuje Evropa přibliţně 109 miliony hektarů orné půdy. Podle AEBIOM můţe být vyuţito pro výrobu energie 20-40 milionů hektarů (Mha) půdy v EU, bez ovlivnění evropských zásob potravin. Pokud by se 5 % této půdy vyuţilo pro pěstování energetických plodin, s výnosem 15 t suš./ha, mohla by být zdrojem 23,4 Mtoe (272 TWh) energie z bioplynu, coţ je třikrát více, neţ je současná produkce bioplynu v EU. Německý institut pro energetiku a ţivotní prostředí uvádí, ţe 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 vyuţití 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. 2010. Vyuţití meziplodin nabízí další potenciál. Národní plány vyuţití obnovitelných zdrojů energie jsou politicky důleţité, protoţe 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
informací o obnovitelných zdrojích daného státu, přispívají k vytváření lepších vládních politik a zásad, a umoţňují sdílení dobré praxe. Následující graf zobrazuje realizovatelný potenciál pro produkci energie a cíle uvedené v Národních akčních plánech pro OZE pro r. 2020. Odhad potenciálu ve velmi obtíţný, protoţe kaţdá země má jiné předpisy pro odpadové hospodářství, a proto také jiné moţnosti dosaţení svého potenciálu výroby bioplynu. Německo jiţ dnes převyšuje téměř o 500 ktoe potenciál uvedený v této studii, a tento rozdíl je srovnatelný s více neţ 1.000ci bioplynovými stanicemi. Graf 3 - Realizovatelný potenciál pro produkci energie (modře) cíle určené Národními akčními plány pro OZE do r. 2020 (červeně) Různé cíle Národních akčních plánů pro OZE souvisejí s vládou a obyvatelstvem příslušných zemí. Můţeme 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. 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Biogas for electricity and heat production per capita in kwh, 2020 Graf 4 - Bioplyn pro výrobu elektřiny a tepla na obyvatele v r. 2020 v kwh Bioplyn je pouze malou součástí technologií v rámci obnovitelných zdrojů energie, ale i tato malá část je nutná k zajištění trvalé udrţitelnosti dodávek energie. Kaţdý typ obnovitelné energie má konkrétní účel a vyuţití. Bioplyn hraje rozhodující roli ve zhodnocení místních zdrojů a lokální výrobě energie. 15
Opatření, která bude nutná učinit k dosaţení cílů EU: 1.5. Energie bioplynu a způsoby jeho využití Bioplyn je vyráběn biologickým rozkladem organického materiálu za nepřítomnosti kyslíku. Můţe vznikat anaerobní digescí všech biodegradabilních materiálů. Hlavní sloţky bioplynu: 50 75 % metanu (podmiňuje energetický obsah!) 25 50 % 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 zatíţení 7 500 8 000 hodin za rok Procesní kroky: Před-úprava (sekání, míchání, odstraňování nečistot z bioodpadů) Hygienizace Anaerobní digesce Separace digestátu (volitelné) Vyuţití bioplynu Recirkulace tekutého digestátu jako procesní tekutiny (volitelné) 16
1.5.1. Části zařízení Obrázek 6 - Schematický přehled typické BPS 1.5.2. 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 můţe být spalován přímo v kotlích Široké vyuţití malých domácích fermentorů (v rozvojových zemích) Nepotřebuje ţádné úpravy ani čištění Můţe být spalován na místě, nebo přepravován potrubím ke koncovému uţivateli Kombinovaná výroba elektřiny a tepla: je standardním vyuţitím bioplynu v mnoha zemích (s výkupními tarify elektřiny) Odvodňování a sušení bioplynu před kogenerační jednotkou Motory kogeneračních zařízení mohou mít účinnost aţ 90 % (43 % elektřiny a 47 % tepla) Vyrobené teplo je moţné vyuţít v absorpčních výměnících k výrobě chladu Vyuţití vyrobeného odpadního tepla je velmi důleţité z hlediska energetické, ekonomické i ekologické efektivity 17
Obrázek 7 - CHP proces Elektřina Teplo o o Úprava bioplynu na biometan: Pokud není vyuţíváno vyprodukované teplo, vyuţití energie z bioplynu je obvykle nízké. Ztrácí se tak aţ 2/3 primární energie bioplynu. To znamená, ţe zařízení na výrobu bioplynu je často, z hlediska vyuţití energie, velmi neefektivní proces. Dalším energeticky efektivnějším vyuţitím bioplynu je vtláčení upraveného bioplynu do sítí zemního plynu. Bioplyn je pak přímo u spotřebitele vyuţit k produkci elektřiny, vytápění, nebo jako pohonná hmota. Primární výhodou vtláčení bioplynu do sítě zemního plynu je trvale udrţitelný systém získávání energie, s oddělením místa výroby a vlastního vyuţití. Přínosem je nejen flexibilní, místní vyuţití 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 moţné pouţít pro úpravu bioplynu stejné procesy jako pro úpravu jiných technických plynů. Úprava surového bioplynu z anaerobní digesce vyţaduje 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 dosaţení poţadovaného Wobbeho indexu plynu je hlavní právě odstranění CO 2 Upravený bioplyn můţe být obohacován propanem, nebo LPG směsí (pro další zvýšení spalného tepla) 18
Biometan pak můţe být buď vtláčen do sítě zemního plynu, nebo vyuţíván přímo jako pohonná hmota pro pohon CNG/LNG vozidel. Vlastnosti biometanu o Obsah metanu 80 99 % o Energetický obsah 9-11 kwh/m³ Obrázek 8 - Proces úpravy a vtlačování bioplynu Nejvýznamnější minoritní sloţkou bioplynu je sulfan (sirovodík, H 2 S), přičemţ jeho mnoţství se můţe velmi měnit v závislosti na vstupních substrátech. Rozsah kolísání H 2 S můţe být v různých BPS od 200 do 10 000 ppm. Dokonce i v rámci jedné BPS můţe mnoţství H 2 S kolísat v určitém časovém období. Obecně lze předpokládat, ţe bioplyn ze stanic s vysokým podílem bílkovin ve vstupních substrátech bude mít podstatně vyšší obsah síry. Dalším faktorem ovlivňujícím mnoţství H 2 S v bioplynu při vyuţití tekuté kejdy je také kvalita pitné vody pro daná hospodářská zvířata. Některé metody průmyslového upgradingu bioplynu se stávají jiţ 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 sloţitější postup realizace, který se odráţí 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 zaloţena pouze na pěstování energetických plodin, a vyuţití půdy je pak mnohem niţší neţ v případě biopynu. Výtěţnost půdy vztaţená k produkci etanolu, činí u běţných obilovin a cukrové třtiny asi 2 400 litrů ropného ekvivalentu na jeden hektar. Za stejných podmínek dosahuje produkce bioplynu 4 500 litrů ropného ekvivalentu, coţ je téměř dvojnásobné mnoţství. Pokud bychom aplikovali tuto 53% výtěţnost u bioetanolu na produkci 19
bioplynu, odhadovaných 1 500 TWh (5,4 EJ = 130 Mtoe) u bioplynu, by bylo v případě etanolu sníţeno na 800 TWh (2,9 EJ = 70 Mtoe). Obrázek 9 - Účinnost různých biopaliv v dopravě, NGVA Europe 2010 1.6. 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, neţ mohou vzniknout nové. Světové ekonomiky jsou dnes závislé na ceně ropy. Mezi vědci panuje neshoda v tom, jak dlouho fosilní zdroje ještě vydrţí, nicméně podle současných výzkumů jiţ bylo dosaţeno ropného zlomu, nebo se očekává v poměrně blízkém období. Na rozdíl od fosilních paliv, bioplyn z AD je trvale obnovitelný, protoţe je vyráběn z biomasy, která je díky fotosyntéze vlastně ţivým skladem solární energie. Bioplyn z AD nejen zlepší energetickou bilanci země, ale také významně přispěje k zachování přírodních zdrojů a ochraně ţivotního prostředí. Sniţování závislosti na dováţených 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, zaloţených na národních a regionálních zdrojích biomasy, zvýší bezpečnost místních dodávek energie a sníţí závislost na dovozu fosilních paliv. Příspěvek k dosaţení 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 udrţitelné odpadové hospodářství, jsou zaloţeny na odhodlání členských států EU k realizaci vhodných opatření k jejich dosaţení. Produkce a vyuţití bioplynu má potenciál plnit všechny tři cíle najednou. 20
Sniţování objemu odpadů Jednou z hlavních výhod výroby bioplynu je moţnost 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 dodrţet stále přísnější národní i evropská nařízení v této oblasti a vyuţívat organické odpady pro výrobu energie, s následnou recyklací digestátu (zfermentovaného substrátu) jako hnojiva. AD tak můţe přispět ke sníţení mnoţství odpadu a ceny za jeho likvidaci. Pracovní příleţitost Výroba bioplynu vyţaduje pracovní výkon při výrobě, shromaţďování a přepravě vstupních surovin, při výrobě technických zařízení, výstavbě, provozu a údrţbě bioplynových stanic. To znamená, ţe rozvoj sektoru výroby a vyuţití bioplynu přispívá současně k vytváření nových podniků a zvyšuje příjmy ve venkovských oblastech, kde vytváří nové pracovní příleţitosti. Řada z těchto společností jiţ dosáhla celoevropské působnosti a významného ekonomického vlivu. Efektivní a flexibilní vyuţití bioplynu Bioplyn je flexibilním nosičem energie, vhodný pro mnoho různých vyuţití. Jedním z nejjednodušších vyuţití bioplynu je jeho přímé vyuţití pro vaření a osvětlení. V rámci Evropy pak jasně převládá vyuţití bioplynu v kombinované výrobě elektřiny a tepla. Stále větší pozornost pak poutá čištění, upgrading a vtláčení biometanu do sítí zemního plynu, případně pak jeho vyuţití 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, ţe proces AD nepotřebuje ţádné, nebo jen velmi malé mnoţství procesní vody. Vzhledem k očekávanému nedostatku vody v mnoha oblastech světa se tato skutečnost stává velmi důleţitým 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, důleţitou 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 vyuţitím obvyklých zařízení pro aplikaci tekutého hnojiva. Ve srovnání s klasickým zvířecím hnojem má digestát lepší hnojivou účinnost (vyšší homogenita a dosaţitelnosti ţivin), lepší poměr C/N, dramaticky sníţený obsah patogenů a klíčivých zrn, a v neposlední řadě významně sníţený zápach. Uzavřený koloběh ţivin Od produkce vstupních surovin, aţ po aplikaci digestátu jako hnojiva, zajišťuje bioplyn z AD uzavřený koloběh ţivin a uhlíku (Obrázek 10). Metan (CH 4 ) je vyuţíván 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 můţe být dokonale integrována do konvenčního i 21
ekologického zemědělství, kdy digestát nahradí průmyslová hnojiva, která jsou vyráběna za spotřeby velkého mnoţství energie z fosilních paliv. Obrázek 10 - Schematické znázornění uzavřeného cyklu centralizované AD [AL SEADI 2001] Flexibilita pouţití různých vstupních surovin Pro výrobu bioplynu mohou být vyuţity 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 můţe být také jímán ze skládek. Jednou z hlavních výhod produkce bioplynu je moţnost vyuţití 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 vyuţíváno velké mnoţství energetických plodin (obilí, kukuřice, řepka). Kromě energetických plodin mohou být vyuţity 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 můţe být také vyuţito velké mnoţství vedlejších ţivočišných produktů nevhodných pro lidskou spotřebu. 22
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 pomůţe investorovi definovat odpovědné úřady. Dobrá příprava postupu a průběţný dialog s kompetentní autoritou pomůţe urychlit celý proces. Porovnání doby potřebné pro získání všech potřebných povolení v rámci 5 zemí s nejlepší praxí ukázalo, ţe 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, ţe vytváření speciálních příruček a pravidel pro schvalovací procedury projektů výroby a vyuţití 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 důleţité 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 23
Obrázek 11 - Zúčastněné strany v procesu schvalování BPS 2.1.1. 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 ţádné přímé předpisy pro schvalování zařízení výroby a vyuţití bioplynu. 2. Ani odpovědné orgány a instituce mnohdy neví, jak schvalovat tato zařízení. 3. Na začátku se kaţdý budoucí provozovatel BPS sám musí ujistit, kde můţe získat všechna potřebná povolení. 4. Obvyklým řešením tohoto problému je postupovat podle postupů pro podobná zařízení o zemní plyn, elektrárny o ČOV o mnoţství předpisů, které se často netýkají tématu bioplynu o povolení podle nevhodného zákona 5. Na počátku pouze projektant/investor ţádající o povolení ví, na co toto zařízení je, a jak funguje. 6. Někteří projektanti a později provozovatelé si nepřipouští, ţe by mohly nastat nějaké bezpečnostní problémy. 7. Odborné orgány se snaţí najít další a další zákony, kterých by se tato zařízení mohla týkat. 8. Pro design zařízení výroby a vyuţití bioplynu je potřeba technických inţenýrů (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 dodrţeny. 9. Nexistuje přehled nutných bezpečnostních zařízení a jejich správné instalace. 24
10. Často aţ během schvalovacího procesu odborné orgány ukládají, která nařízení a normy musí být dodrţeny a vypisují je do svých stanovisek a povolení. 11. Samotné odborné orgány si často nejsou jisty, zda pokryli veškerou problematiku: o často se ptají kolegů o téměř ţádný odborný orgán nevyloučí, pokud je dotázán, ţe je tato problematika také v jeho kompetenci 12. Bezpečnostní a environmentální pokyny pro BPS o zahrnují bezpečnostní pravidla a povinné vybavení o jsou otevřená dalšímu vývoji o stanovují maximální limity emisí a imisí, např. pro hluk, ovzduší a vodu. 13. Není podstatné v jakém regionu, nebo v jaké zemi, vţdy je nutné důsledně promyslet postup náročné procedury získání povolení, jinak hrozí, ţe ţadatel bude bezradně komunikovat s různými odpovědnými orgány a bude vrácen zpět k tomu prvnímu. 14. Detailní školení/výuka projektantů, odpovědných schvalovacích orgánů i provozovatelů je proto namístě. 15. Závady a nehody přinášejí nové vědecké a bezpečnostní poznatky, proto by měl být kaţdoročně projednáván další vývoj a z toho vyplývající bezpečnostní opatření. 16. Prohlášení o kvalitě digestátu: Je to hnojivo, nebo odpad? 17. Unbundling (rozdělení) energetických sítí 18. Vytvořit pokyny pro vtláčení do sítě zemního plynu a jednoznačná pravidla pro o kvalitu o tlak a mnoţství o investice a platby Například zkušenosti z Dánska ukázaly, ţe je dobré jiţ ve stádiu příprav projektu vytvořit pracovní skupinu, která podporuje investora a dokáţe přesvědčit odpovědné instituce o vhodnosti a správnosti technologie na základě jejich posudků a doporučení. Vytvoření obchodního plánu trvá přibliţně 4 měsíce, získání všech povolení však můţe trvat 2 aţ 6 let. Tento čas závisí, mimo jiné, také na přípravě projektu a na osobních zkušenostech vedoucího projektu. Také v motivačních systémech státu jsou vzhledem k získaným zkušenostem nutné zásadní změny, např.: - omezení vzniku nových zařízení ročně - min. účinnost procesu 60% - zavedení nových bonusů (CHP bonus, bonus za čištění na kvalitu zemního plynu) - změna doby trvání tarifů, delší stabilní rámec Zkušenosti posledních let ukázaly, ţe ekonomika projektu závisí na koncepci vstupních surovin a jejich cen, stejně jako na výši výkupních cen elektřiny. Proto je pro tento obor tak důleţité silné politické povědomí. Politici musí být dobře informováni, aby mohli zajistit vhodný právní rámec a podmínky dlouhodobé podpory produkce energie z bioplynu. 25