Téměř všechna energie z obnovitelných zdrojů využívaná na planetě Zemi pochází ze slunce. Naším pozemským prostředím prochází jedna část této energie rychle a druhá část velmi pomalu. Z fyziky je známo, že jednotlivé formy energie nejsou kvalitativně ani časově stálé, ale jedna energie se může měnit ve druhou. Na této přeměně energie závisí nejen doba setrvání energie pocházející ze slunce v našem pozemském prostředí, ale také jak bude tato darovaná energie využita lidmi.
Energie ze slunce je, po určitých řízených (úmyslných) i neřízených přeměnách a jejím využití člověkem, nakonec zase vyzářena zpět do prostoru kolem planety Země a pochopitelně i dále do vesmíru. Lidé mohou do určité míry ovlivnit dobu setrvání sluneční energie na Zemi a mohou se i aktivně zúčastnit na přeměnách a využití této energie.
Část sluneční energie přichází v podobě infračerveného záření, ohřívá vzduch, povrchy všech těles na zemském povrchu, ohřívá vodu a zahřívá také vše živé, co není před sluncem ukryto, resp. co není na odvrácené straně planety. Tuto část energie lidé také využívají pro ohřev vzduchu a teplé užitkové vody.
Další část sluneční energie přichází ve formě světelného záření. Energie světelného záření se například přeměňuje fotosyntézou na energii chemickou a ta je po určitý čas na zemském povrchu uskladněna v rozmanitých „skladech“. Z takových skladů například pocházejí fosilní paliva jako je uhlí a ropa. Sklady fosilního paliva jsou většinou nedobytné, resp. velmi obtížně dobytné sklady, které byly budovány a naplňovány velmi dlouho a důkladně. I přesto, že jsou v současné době k vyskladnění zmíněné chemické energie používány špičkové stroje a technologie, je tato energie, která je ukrytá ve fosilních palivech, velmi zdlouhavě, nebezpečně a nákladně získávána lidmi pro energetické využití. Tyto sklady po jejich vyprázdnění už nikdo dále nedoplňuje, resp. jak se mnohdy říká, tyto zdroje se již neobnovují. Jsou to tedy neobnovitelné zdroje energie.
Biomasa jako sklad energie
Jiným skladem chemické energie může být biomasa. Biomasa je definována jako hmota organického původu, takže se samozřejmě jedná o veškerou živou přírodu. Jednu část biomasy tvoří rostliny, které při svém růstu nepřetržitě spotřebovávají sluneční energii ve formě světelného záření a fotosyntézou jí přeměňují na energii chemickou.
Na první pohled je patrné, že snáze než ze skladů fosilních paliv, je chemická energie získávána z rostlinné biomasy. Ale v souvislosti s energetických využíváním biomasy pro ohřev vzduchu a užitkové vody se rozumí biomasou především dřevo a různorodý dřevní odpad, resp. jiné energetické rostliny jako jsou zemědělské produkty a zbytky nebo cíleně pěstované energetické rostliny, které se v poslední době prosazují (šťovík Uteuša). Je patrné, že sklady energetické biomasy mohou být každodenně doplňovány a obecně lze říci, že „toto doplňování nikoho nic nestojí“. Každý obchodník, i ten nejméně zdatný, vidí, že takový sklad energetické suroviny je „k nezaplacení“.
Při spalování biomasy se mění chemická energie na teplo, které je využíváno na ohřev vzduchu, vody, živočichů a hmoty, tedy v podstatě všeho, co člověk ke svému životu potřebuje.
Každý si dokáže představit, že způsob získávání energie z těžených dřevin a jiných rostlin je nesrovnatelně snazší než z fosilních paliv. Na druhou stranu je také patrné, že některým lidem se tento fakt příliš nezamlouvá, protože sledují „své zájmy“.
Navíc, když si připomeneme druhý zákon termodynamiky, který mimo jiné říká, že energie může mít rozdílnou kvalitu, dostaneme další argument pro úmyslné skladování sluneční energie v rostlinách, zejména v dřevinách.
V elektrárně je totiž velká část vyrobeného tepla spalováním uhlí odvedena do atmosféry, část je zmařena v systému přeměny tepelné energie v elektrickou energii, část je ztracena v elektrickém vedení a část je ztracena v tepelném spotřebiči, kdy elektrická energie přechází zpět v energii tepelnou. Její kvalita tedy postupně klesá, mnoho energie je uvolňováno do prostředí ve formě odpadního tepla a tato energie není tedy vůbec využita. Tepelné elektrárny nemají účinnost vyšší než asi 40 %. Využití energie při spalování dříví v topidlech (krby, kamna, kotle na pyrolýzu) je mnohem účinnější, protože se teplo produkuje na místě.
Existují i jiné zdroje energie, které mají původ na planetě Zemi, ale investice do systému výroby energie jsou velmi vysoké a skutečná návratnost investic je nízká. Lze říci, že náklady na výrobu jsou tak vysoké, že náklady na sadbu, ošetření, sklizeň a zpracování energetických rostlin jsou oproti nákladům na využití pozemských zdrojů energie (například energie z jádra atomu) téměř zanedbatelné.
Nezanedbatelný je i pozitivní vliv biomasy na globální ekosystém. Je známo, že uhlík „putuje“ globálním ekosystémem, protože je získáván fotosyntézou z atmosféry (z oxidu uhličitého) a je součástí rostlinné tkáně. Biomasa se stává dílčím skladem uhlíku při svém růstu i po její těžbě. Pokud je biomasa využívána pro energetické účely, spálením se uhlík dostává do atmosféry a může být opět uložen do rostlinné tkáně, resp. může být také vdechnut do těl živočichů. Produkty vznikající spalováním biomasy jsou vráceny zpět do čistého koloběhu a jsou tedy vůči člověku přátelské. Navíc zbytky spáleného („vyhořelého?“) paliva (popel) mohou být vráceny zpět přírodě. Jinak je tomu pochopitelně v systému využívání energie uložené na Zemi. Zde jsou produkty člověku velmi nepřátelské a sklady „vyhořelého paliva“ jsou celospolečenským problémem.
Obrovská produkce biomasy
Kapacita ekosystému z hlediska produkce energetické biomasy je obrovská. Paradoxně je však stav zásob energetické biomasy na Zemi snižován a produkce energetické biomasy je stále omezována člověkem. Člověk si energetické biomasy vždy vážil (především dřeva a slámy), využíval ji ke všem účelům a lze říci, že bez ní nedokázal žít. Se stupňujícím se pokrokem v oblastech lidského života se od dřeva postupně odvracel a lze říci, že do nedávné doby neustále vědomě snižoval plochy pro energetické rostliny (zejména dřeviny) a málo si také cenil dřevního odpadu (piliny, hobliny, kůra, klestí, potěžební zbytky, apod.) využitelného pro spalování a ohřev vzduchu a vody. Jsou známy případy, kdy bylo velké množství dřevních odpadů neúčelně spalováno a štěpka, kůra a piliny byly na obtíž.
V současné době se situace obrací a díky vzrůstajícímu zájmu o tuto surovinu jí začíná být nedostatek. Začíná boj o piliny pro výrobu dřevěných briket, o suroviny pro výrobce peletek, o štěpky pro velmi výkonné kotle a jsou již lokality, kde je sváděn boj o palivové dříví z obecních pozemků.
Obnovitelnost biomasy je obrovská výhoda a kouzlo, které mnoho lidí ještě do důsledku nechápe. Proto jsou i dotace na zakládání, ošetření a sklizeň energetických dřevin a rostlin takové, jaké jsou. Tedy výrazně (nesrovnatelně!) nižší než „dotace“ na využití jiných zdrojů energie.
Protože se vývoj lidské společnosti ubírá cestami, které jsou modernizovány, resp. stavěny i s využitím stavebních prvků, které byly již v minulosti použity („vývoj po spirále“), přichází člověk opět na výhody topení dřevem a rostlinnými produkty. Někteří lidé pochopili důležitou úlohu dřeva a uvědomili si význam výše uvedeného a vrací se zpět k jeho energetickému využívání ve všech jeho formách. Ze statistiky vyplývá, že 23 % bytů na venkově je vybaveno individuálními topidly. Síťová energie (dálkové teplo, zemní plyn, elektřina) vytápí 32 % venkovských bytů, uhlím a koksem je vytápěno 44 % bytů a dřevem je vytápěno 23 % bytů (CityPlan, 2001).
Moderní stroje pro zpracování dřevní hmoty
Vývojem prošly i stroje, které slouží k těžbě dřeva, k odstraňování nežádoucích dřevních nárostů, ke zpracování dřeva a dřevních zbytků a k jejich přípravě pro využití v rozmanitých topeništích. Výrobci dodávají na trh všechny stroje, které jsou schopny sbírat, zpracovávat, nakládat a přepravovat odpadní dřevní hmotu s cílem, aby byla připravena a využita pro energetické účely. Na výstavě Silva regina 2004 v Brně to bylo na první pohled patrné.
Takže všichni ti, kteří přírodě rozumějí a dokáží se správně orientovat v problematice získávání energie z dřevní hmoty a dalšího, tedy i neergetického využívání dřevní hmoty (například majitelé lesů, provozovatelé služeb (města a obce), firmy provádějící údržbu krajiny, parků, komunikací, údržbu melioračních objektů, stavební firmy provádějící představební úpravy, majitelé zahrad, zemědělská družstva a firmy využívající energetické plantáže rychle rostoucích dřevin) si „tu svoji“ mechanizaci mohli nalézt.
Štípače, štěpkovače, shrnovače klestu, třídící stroje, míchací překladače, hydraulické jeřáby a odvozní prostředky byly ke spatření ve všech velikostních kategoriích.
Například štípacích strojů, které slouží převážně k přípravě dříví do topenišť, bylo vystavováno velké množství a v různých modifikacích. V následujících řádcích některé představíme.
Štípací stroje pracují na principu vrážení klínu mezi dřevní vlákna a jejich oddělování od sebe. Při strojním štípání se využívá mechanického tlaku na štípací klín nebo mechanické natlačování štípaného výřezu na nepohyblivý klín. Štípací klín se při strojním štípání zatlačuje mezi dřevní vlákna na čele výřezu v podélném směru. V současné době se i u malých štípacích strojů běžně používají křížové klíny, které mohou výřez rozdělit současně na čtyři štěpiny (obr. 1). Jsou to v podstatě dva klíny postavené k sobě kolmo, takže jeden má vertikální a druhý horizontální polohu. Klíny jsou vůči sobě posunuty o určitou délku, aby nepřicházely do záběru současně a nezvyšovaly tlak potřebný ke štípání. U horizontálních štípacích strojů s křížovým klínem musí být klín pouze horizontálně zkosený, aby mohl odsouvat štěpiny. U automatických štípacích strojů jsou běžně používány i šestidílné štípací klíny a automatický štípací a řezací stroj firmy POSCH používá vícedílné štípací klíny (obr. 2).
Štípací stroje využívají ke štípání dříví princip:
a) Zarážení klínu do dřeva v podélném směru
b) Zatlačování klínu do dřeva v podélném směru
Podle způsobu přemísťování lze rozdělit štípací stroje na:
1. Stacionární
2. Převozné (na kolech, na podvozku, v tříbodovém závěsu traktoru)
3. Pracovní adaptér univerzálních strojů (například UNC) (fotografie 3)
Podle polohy štípaného kusu lze štípací stroje dělit na:
1. Horizontální (na manipulačních skladech dříví, protože se k nim štípané dříví dobře podává) (obr. 4)
2. Vertikální (určeny ke štípání krátkého dříví) (obr. 1)
Pohon štípacích strojů je zabezpečen elektromotory, hydromotory nebo vlastními a externími (pomocí vývodového hřídele) spalovacími motory.
Pro zpracování většího množství dříví, resp. pro kontinuální zpracovávání dříví jsou určeny automatické řezací a štípací stroje (kompaktní štípací stroje). Tyto stroje jsou schopny zpracovávat různé průměry kmenů (obyčejně od 30 do 60 cm) a různé délky. Také délka štípaných výřezů je variabilní. Jsou vybaveny pilovými kotouči různých průměrů (800 až 1400 mm) s břity ze slinutých karbidů. Stroj může být poháněn elektromotory nebo vývodovou hřídelí traktoru. Vzhledem k možnosti zpracovávat větší průměry kmenů, mohou pracovat s vícebřitými štípacími klíny (2, 4, 6, 8, 10).
Nastavování délky řezání může být elektronické a také měřící zařízení pro zjištění průměru kmene může být elektronické. Pro snadnou manipulaci se zpracovávaným materiálem jsou vybaveny podávacím dopravníkem kmenů a pro manipulaci s naštípanými výřezy jsou k dispozici pevným nebo mobilním pásovým dopravníkem pro nakládání naštípaného dřeva délky 5 až 15 m na odvozní prostředek. Tyto stroje mohou být vybaveny modemem pro dálkové ovládání.
Například automatický řezací a štípací stroj SSA 310 (obr. 5) pro kmeny do průměru 30 cm je poháněn buď elektromotorem o příkonu 7,5 kW nebo pomocí vývodového hřídele traktoru, který musí mít výkon od 25 kW. Tento štípací stroj zpracovává výřezy kmenů délky čtyři metry na požadovanou délku polen. Délka polen může být nastavena v rozsahu 20 až 50 cm.
Výrobce Pezzolato dodává na trh model TLC, který může být vybaven pilovými kotouči různého průměru, s rozdílnou štípací silou pro různé průměry štípaných výřezů. Například pro průměr kmene 50 cm je k dispozici kotouč o průměru 1300 mm, štípací síla 215 kN, hydraulicky stavitelný štípací klín s osmi břity. Potřebný výkon traktoru s vývodovou hřídelí je 60 kW. Stroj je ovládán dvěma pákami. Jednou pákou se ovládá podávání, svírání při přeřezávání, řezání, posuv a štípání. Druhá páka slouží k nastavení výšky štípacího klínu odpovídající průměru štípaného výřezu.
Automatické řezací a štípací stroje jsou vybaveny posuvnou dráhou (dopravníkem), po které se posouvají výřezy různé délky k pilovému kotouči, resp. k liště s pilovým řetězem (např. KSA 370 Automat). Pilou je upravena požadovaná délka štípaného materiálu (podle topeniště spotřebitele = kamna, kotle krby). Tento upravený výřez je posunut do štípacího koryta, potom je opěrou zatlačen na štípací kříž a rozštípnut. Rozštípnuté části jsou dopraveny pomocí pásového dopravníku (obr. 7) do korby odvozního prostředku nebo na manipulační plochu, kde jsou polena balena k uskladnění nebo pro spotřebitele. Piliny a zbytky dřeva po štípání jsou gravitačně shromažďovány pod strojem (sítem ve dně štípacího koryta) nebo jsou transportovány vzduchem do kontejnerů (KISA Vedprofis 400).
Malé štípací stroje mají hmotnost od 35 až 90 kg, obsluha je přemísťuje pomocí kolového podvozku, který je součástí štípacího stroje. Například hydraulický štípač Power Axe, model Magnum 40 má rozměry 75.5 x 29 x 48, hmotnost 37 kg a je poháněn elektromotorem se síťovým přívodem 230 V a příkonem motoru 1500 W a disponuje štípací sílou 41,2 kN. Horizontální štípač firmy Bystroň z kategorie malých štípačů je poháněn elektromotorem 2000 W/230 V, jeho hmotnost je 56 kg, je vybaven rukojetí a pojezdovými koly pro přemísťování. S tímto štípačem lze zpracovávat průměr 25 cm a délku výřezů 51 cm. Vertikální hydraulický štípač firmy BGU Maschinen Woody HS 6 je vybaven elektromotorem 2200 W /400, resp. 230 V, jeho hmotnost je 88 kg. Je určen ke štípání délky dřeva 57 cm.
Malé štípací stroje slouží k přípravě paliva pro malá topidla (výkon kotle 20 – 150 kW), resp. pro dělení dřevní hmoty při jednorázové zpracování dříví pro rozmanité účely, zejména však pro přípravu palivového dříví na topnou sezónu.
Středně velké štípací stroje mohou mít hmotnost 100 až 500 kg, jsou poháněny elektromotory o výkonu 2,5 – 5 kW (400 V) nebo pomocí vývodové hřídele traktoru. Například horizontální štípač dřeva BGU SM 300 je vybaven elektromotorem 3000 W /400 V pro pohon hydraulického čerpadla, délka štípaného dříví je 57 cm, průměr 30 cm. Jeho hmotnost je 129 kg a přímočarý hydromotor je schopen vyvinout sílu 58,8 kN. Jako příslušenství je dodáván štípací kříž. Pro manipulaci je štípací stroj opatřen koly a madlem pro uchopení. Štípací stroj z STS Jindřichův Hradec s označením SD 27 VHG je poháněn vývodovou hřídelí traktoru a jeho hmotnost je 495 kg. Hydromotor vyvine sílu 264 kN. Délka štípaného dříví může být až 110 cm. Firma POSCH Leibnitz dodává na trh prostřednictvím všechny typy štípacích strojů. Model B (5,5, resp. 5,9) je vybaven čtyřtaktním benzínovým motorem Briggs&Stratton, resp. Honda, takže tyto štípače mohou pracovat i mimo dosah elektrické sítě.
Středně velké štípací stroje jsou určeny pro zpracování většího množství palivového dříví pro několik odběratelů, resp. kotlů. Například pro tvorbu zásoby a využívání palivového dříví pro horské chaty, penziony, resp. pro jednorázové zpracování při nahromadění dostatečného množství sortimentů určených ke štípání a k realizaci prodeje spotřebitelům.
