Když se řekne bioplyn, vybaví se většině lidí zapáchající plyn, který má asi něco společného s rozkladem biologického materiálu. Málokdo však ví, že přeměnit na bioplyn se dají čistírenské kaly, kejda, veškerý organický odpad i třeba dnes tak často diskutovaná masokostní moučka. Ve švédském městě Linköping na bioplyn jezdí městská autobusová doprava a dalších 70 vozidel.
Nejen o tom byl odborný seminář Použití bioplynu v podmínkách ČR, který koncem minulého roku společnost GAS ve vzdělávacím a ubytovacím středisku v Říčanech u Prahy.
Počátkem semináře došlo také k jedné slavnostní události, a sice ke křestu zbrusu nové publikace s názvem Bioplyn. Vedoucí autorského kolektivu a otec celého díla je doc. Ing. František Straka, CSc. Kniha podává kompletní informaci o problematice bioplynu, počínaje čistě vědeckými statěmi o biochemických procesech jeho tvorby, technologií zpracování různých organických substrátů, až po praktické využití bioplynu jako zdroje energie. Podle hlavního autora je publikace široce koncipována, aby mohla být použita jak pro výukové účely na středních a vysokých školách, tak i jako příručka pro projektanty dílčích biotechnologických zařízení.
Co je bioplyn a jaké je jeho využití?
Bioplyn vzniká anaerobní metanovou fermentací (laicky řečeno vyhníváním) organických materiálů – tzv. metanizací. Jde o soubor na sebe navazujících biochemických procesů, při nichž kultura mikroorganismů prostupně rozkládá biologicky degradovatelnou organickou hmotu bez přístupu vzduchu. Hlavní a žádoucí složkou bioplynu je metan, v menší míře vznikají při fermentaci i jiné plyny – CO2, H2, N2, H2S a další. Některé z nich však působí negativně. Po fermentaci zbude na dně fermentoru tzv. digestát – organický zbytek, který je z hlediska hygienického a senzorického nezávadný pro prostředí
Tvorba bioplynu probíhá v samovolně a neřízeně také na skládkách, kde je plyn nežádoucí. Jestliže je proces usměrněn v reaktoru a bioplyn se vhodně jímá, dá se vzhledem k vysokému obsahu metanu využít jako zdroj energie. Výhřevnost se pohybuje od 13,7 do 27,4 MJ/m3.
V tomto duchu začal prof. Ing. Michal Dohányos, CSc. (VŠCHT – Praha) sérii přednášek. Profesor dále rozdělil reaktory podle vlastností zpracovávaného materiálu do tří základních skupin. V provozech čistíren odpadních vod bychom našli reaktory pro zpracování rozpuštěného substrátu. Reaktory pro zpracování substrátu v suspenzi, kdy obsah sušiny nepřekračuje 10 až 12 %, nacházejí uplatnění v zemědělských bioplynových stanicích (hlavně zpracování kejdy a drcených rostlinných materiálů). Technologický systém pro zpracování tuhých materiálů, např. slamnatého hnoje (podíl sušiny 10 až 50 %), se od předcházejících opět poněkud liší.
Nejefektivnější a nejfrekventovanější využití bioplynu je v současné době pro pohon spalovacích motorů spojených s agregátem na výrobu elektrické energie, tzv. kogenerační výroba elektrické energie. Lze používat upravené zážehové motory nebo plynové turbíny. Odpadní teplo z chlazení motoru a spalin se využívá k ohřevu anaerobních reaktorů či k výrobě teplé vody, vytápění, sušení atd.
Po úpravě bioplynu na vysoký obsah mentanu lze za určitých podmínek dodávat tento plyn do sítě nebo plnit tlakové láhve pro pohon motorových vozidel.
Síra a křemík jsou v bioplynu nežádoucí
Spalovací motory, které fungují na bioplyn, se rychle opotřebovávají, jestliže se v bioplynu vyskytují sloučeniny křemíku. Tvoří podle hlavního autora publikace doc. Straky nánosy ve spalovacích prostorách motoru, a ty mohou po odlomení působit silně abrazivně (způsobují obrušování).
Prof. Ing. Jana Zábranská, CSc., (VŠCHT Praha) členka autorského kolektivu knihy, dala ve svém příspěvku návod, jak ze systému odstranit síru, která ve formě sulfanů způsobuje korozi zařízení, o silném zápachu ani nemluvě.
Budeme jezdit na bioplyn?
Ing. Jan Žákovec z PP, a. s., na tuto otázku odpověděl spíše skepticky. Odborníci i ropné společnosti se shodují, že éra ropy pomalu končí. Budoucnost automobilismu je v tzv. čistých technologiích. Kolem roku 2020 by mělo 15 až 20 % vozidel na světě používat alternativní pohonné hmoty a do konce 21. století spalovací motory podle expertů nebudou existovat. Budoucnost je v plynných palivech, vodíkovém pohonu, v elektromobilech, ve vozidlech s palivovými články a na solární pohon.
Biologický materiál se dá využít jako pohonná hmota několika způsoby. Rostlinné oleje (převážně řepkový) mohou být přeměněny na bionaftu. Cukrová řepa, obilí a další rostliny mohou být prostřednictvím fermentace přeměněny na bioetanol, který se může přidávat do benzínu, nebo přímo jako motorové palivo. Z organického odpadu se dá získat automobilové palivo v podobě bionafty (odpadní olej) nebo bioplynu (např. domácí a jatečný odpad).
Jak bylo již uvedeno, hlavní složkou bioplynu je metan, který je zároveň hlavní součástí zemního plynu. Vozidlo upravené pro stlačený zemní plyn (CNG) může stejně dobře jezdit na bioplyn, protože spaluje metan. Rozdíl a jedna z hlavních nevýhod bioplynu je v tom, že bioplyn se před spalováním v automobilových motorech musí čistit od příměsí. To jej také prodražuje. Další skutečností, která mluví proti bioplynu v dopravě, je jeho omezené množství a lokální výroba (většinou jsou bioplynové stanice situovány odlišně od místa potřeby).
V polovině roku 2003 jezdilo ve světě na metan tři miliony vozidel. Jenom v Itálii využívá zemní plyn 430 000 vozidel, které jej čerpají z 400 plnicích stanic. Metan ve formě bioplynu používá několik stovek vozidel ve Švédsku, Švýcarsku, Francii a na Islandu. Jde převážně o provoz městských autobusů a vozidel pro svoz komunálních odpadů. Cestující oceňují zejména čistotu paliva a tišší provoz. Pro město je zase zajímavá finanční stránka.
V České republice existuje pouze varianta na zemní plyn – CNG plnicí stanice napojené na plynovody. V provozu je 14 CNG stanic a asi 600 LPG plnicích stanic. U LPG se ale nejedná o alternativní palivo, protože je vázán na ropu. Tuzemští výrobci automobilů a autobusů nenabízí CNG vozy, možná je pouze přestavba. Zemní plyn bude navíc od roku 2004 zatížen spotřební daní. Potenciál výroby bioplynu v ČR je velmi nízký a technologie čištění bioplynu je nákladná. V současnosti se veškerý bioplyn v ČR používá pro přímé spalování v kogeneracích.
Kejda jako zdroj skleníkových plynů
Zástupce R. A. B. spol. s r. o. Třeboň Ing. Miroslav Kajan, provozovatele nejstarší a největší zemědělské bioplynové stanice v ČR, přivezl do Říčan poznatky z konference o bioplynu konané počátkem října tohoto roku v dánském Esbjergu.
Jedním z tématický okruhů byla produkce skleníkových plynů v souvislosti s Kjótským protokolem. Evropská unie se zavázala snížit produkci těchto plynů v letech 2008 až 2012 o 8 % v porovnání s rokem 1990. Zemědělský sektor se značnou měrou podílí na emisích metanu a oxidu dusného do ovzduší. Metan má podle přednášejících potenciál globálního oteplování jedenadvacetkát a oxid dusný dokonce třistadesetkrát vyšší než CO2. Hlavním zdrojem metanu je jeho únik při nakládání s kejdou. Jednou z cest k snížení emisí je lepší skladování kejdy, její rychlý odkliz z hal, uskladnění v uzavřených nádržích nebo právě zpracování na bioplyn, které např. u prasečí kejdy vede k 30% snížení produkce skleníkových plynů.
Biohnojivo, teplo a elektřina
Anaerobně stabilizovaný materiál, který prošel reaktorem, se dá použít ke hnojení. Bioplynové stanice tedy produkují kvalitní komoditu - biohnojivo. Nejčastěji se zpracovává kejda hospodářských zvířat, ale i cíleně pěstovaná nebo odpadní fytomasa a odpady z potravinářského průmyslu. Vhodnou skladbou vstupního materiálu lze určovat poměr biogenních prvků v hnojivu, protože fermentací v reaktoru dochází jen k minimálním změnám minerálních látek.
Metr krychlový bioplynu je energetický ekvivaletní 0,6 l topného oleje nebo 6,36 kWh tepelné energie. V závislosti na účinnosti kogenerace je možné získat z metru krychlového bioplynu až 2 kWh elektrické energie a 3,5 kWh tepelné energie. Farma zpracovávající odpad od 30 velkých dobytčích jednotek může být energeticky plně nezávislá.
Anaerobní technologie pro zpracování jatečných odpadů
Pro zemědělce je aktuální využití a zpracování vedlejších produktů ze zvířat a z částí zvířat neuvažovaných pro lidskou spotřebu. Problematiku upravuje směrnice EU č. 1774/2002, která vstoupila v platnost 1. května 2003. Klade si za cíl zabránit šíření agens způsobujících transmisivní spongiforní encefalitidu (BSE, MSE, scrapie) v potravinových a krmných řetězcích. Kategorizuje jednotlivé produkty a určuje způsoby jejich zpracování. Nejrizikovější odpady (např. části těl nakažených zvířat) musí být spalovány. Odpady druhé a třetí kategorie (méně rizikové) mohou být za určitých podmínek zpracovány ve schválených bioplynových stanicích. Legislativní požadavky jsou ale v řadě zemí nejednoznačné, pouze ve Švédsku, kde se vláda formou dotací podílela na výstavbě bioplynových stanic, se zpracovává značné množství odpadů právě z jatek. Zpracování jatečných odpadů je v České republice ve stadiu pokusů. Podle ing. Kajana je pro tuto technologii současná podpora ze strany státu již srovnatelná se zeměmi, kde je budování bioplynových stanic značně pokročilé.
Podrobnější informace o této problematice přináší v článku Miroslava Kajana měsíčník Náš chov, leden 2004.
Anaerobní čistírenské technologie produkující bioplyn zaznamenávají díky své ekologické šetrnosti a energetické výhodnosti značný rozmach po celém světě. Bioplyn je obnovitelný zdroj energie a jako alternativa fosilních paliv snižuje celkové emise oxidu uhličitého a skleníkových plynů do ovzduší. Na druhé straně je třeba zdůraznit, že pořízení bioreaktoru přijde až na 30 milionů Kč a každý si dovede představit návratnost takové investice.
