Význam zpracování různých druhů organických odpadů v současné době roste. Stále více zatěžují naše životní prostředí, jejich ekologická likvidace je tedy nanejvýš žádoucí. Biologický odpad lze však též využít pro výrobu bioplynu k energetickým účelům.
Technika a technologie anaerobního zpracování organických odpadů prošly dlouhým vývojem – od původní pouhé stabilizace biologicky rozložitelného odpadu ke stále častější produkci bioplynu a jeho využití k výrobě energie.
Anaerobní technologie
V těchto technologiích se zpracovávají biologicky rozložitelné materiály, například odpady z potravinářské výroby, odbouratelné části komunálního odpadu, kaly z čističek odpadních vod, ze zemědělství pak kejda hospodářských zvířat nebo odpady z fytomasy.
Jak uvádějí Ing. Jan Malaťák, Ph.D. a Ing. Petr Vaculík, Ph.D., mezi základní parametry anaerobní stabilizace, které nejvíce ovlivňují průběh procesu, patří druh a složení substrátu, pH, teplota a doba stabilizace.
Pro metanizaci je optimální rozmezí pH 6,5 až 7,5. Teplota je pak jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících metanizační proces. V provozních podmínkách je teplota procesu vždy kompromisem mezi teplotou optimální pro anaerobní mikroorganismy a spotřebou tepelné energie na ohřátí a udržování teploty substrátu. Z ekonomického hlediska je nutné najít optimální poměr mezi vyprodukovaným množstvím bioplynu a jeho spotřebou k výrobě elektrické energie a energie tepelné, potřebné pro udržení teploty procesu (tzv. procesního tepla) na takové úrovni, aby byla zajištěna potřebná produkce bioplynu. Je ověřeno, že zvýšením teploty z 32 až 33 °C na 39 až 42 °C produkce bioplynu výrazně vzrůstá. Též zahraniční výzkumy potvrzují, že optimální teplota procesu by se měla pohybovat v hodnotách 40 až 44 °C.
Doba zdržení spolu s látkovým a hydraulickým zatížením reaktorů významnou měrou ovlivňují redukci organických látek v substrátu, a tím i produkci bioplynu.
Vhodné odpady V zemědělském provozu jde nejčastěji o exkrementy hospodářských zvířat (skotu, prasat, drůbeže). Jejich trus má různý energetický potenciál. Nejvyšší má drůbeží trus, naopak nižší energetický potenciál mají exkrementy skotu, jež se v jeho zažívacím traktu mnohem více rozloží.
Kejda má vysoký podíl biologicky snadno rozložitelných látek, obsahujících všechny potřebné živiny pro metanogenní mikroorganismy. Podle Malaťáka a Vaculíka, u kejdy přežvýkavců není dokonce ani třeba reaktor před zahájením provozu předem inokulovat (zapracovávat) kulturou mikroorganismů dodaných ve formě kalu z dobře fungujícího reaktoru, jelikož obsahuje dostatečné množství metanogenů. U kejdy prasat a drůbeže je nutné reaktor předem zapracovat. Při metanizaci lze rozložit největší podíl trusu u drůbeže – asi 65 % a kejdy prasat – asi 50 %. U kejdy skotu je to přibližně 25 až 40 %, u slamnatého hnoje vlivem pomalejší hydrolýzy slámy jen 20 až 25 %.
Vzhledem k ekologické nezbytnosti náhrady fosilních energetických zdrojů, se bioplyn vyrábí též z biomasy energetických rostlin a rostlinných odpadů. Pro biozplynování je zvláště vhodná fytomasa při sklizňové vlhkosti nad 45 % a s poměrem C : N v rozpětí 20 až 30 : 1.
Anaerobní zpracování fytomasy je však ve srovnání se zvířecími fekáliemi komplikovanější.
Anaerobní fermentace Technologie anaerobní fermentace odpadu se rozdělují na mokré a suché. Liší se obsahem sušiny v substrátu. Mokré technologie pracují se sušinou substrátu asi 10 %, u suchého procesu je podíl sušiny většinou 30 až 35 %.
Anaerobní fermentace tekutého substrátu je energeticky náročná na vyhřívání, čerpání a odvodňování a vyžaduje objemné biofermentory. Pomalá reprodukovatelnost anaerobních mikroorganismů vyžaduje delší období setrvání substrátu ve fermentoru (zpravidla nad 15 dní), což snižuje jeho možné zatížení.
Jak dále uvádějí Malaťák a Vaculík, vyrobený bioplyn lze použít k nahrazení energií použitých například pro aerobní technologii zpracování materiálu (za přístupu vzduchu), kdy na jednu tunu bioodpadu je třeba 50 až 100 kWh. Vysoké teploty při výrobě bioplynu z bioodpadu zajišťují zdravotní nezávadnost substrátu. Kombinace anaerobního a aerobního zpracování odpadů je možnou cestou od odpadového k bezodpadovému hospodářství.
V suchých technologiích anaerobní fermentace substrátů se sušinou v rozpětí 35 až 40 % jsou obdobně jako v případě mokré metody fermentace využívány procesy mezofilní, probíhající za teploty 35 až 40 °C nebo termofilní za teploty 55 až 60 °C.
Pro biozplynování tuhých biodegradabilních odpadů či fytomasy se využívá řady diskontinuálních i kontinuálních technologických systémů. Nejjednodušším z nich je Batch-system, jehož nejčastější variantou jsou tři vsázkové biofermentory, které jsou střídavě plněny a vyprazdňovány v kombinaci s integrovaným plynojemem v jednom objektu.
Kontinuální systémy pracující s 30% sušinou substrátu, který kontinuálně prochází biofermentorem, přičemž část zfermentovaného substrátu se vrací na počátek procesu, kde je promícháván s čerstvým substrátem. Nejznámější je systém Dranco, který používá válcovitý biofermentor vyprazdňovaný šnekovým mechanismem a externí čerpadlo pro recirkulaci tekuté části substrátu.
Dalším jednostupňovým zařízením pro anaerobní digesci fytomasy je „fermentační kanál“. Tento systém používá stacionární procesní tekutinu, ve které se pomalu pohybují perforované nádoby naplněné tuhým substrátem. V tomto systému se v procesní tekutině netvoří sediment ani plovoucí vrstva.
Technologický vývoj v anaerobní digesci tuhých substrátů směřuje k vícestupňovým procesům.
(Více se k dané problematice dozvíte v druhém čísle časopisu Farmář.)
Klíčové informace:
Biologický odpad je základní surovinou pro výrobu bioplynu.
V zemědělství se nejčastěji využívají exkrementy hospodářských zvířat.
Bioplyn lze též vyrábět z biomasy energetických rostlin a rostlinných odpadů.
