Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Bioenergie z komunálního odpadu

(EKO - ekologie a společnost, 1/1999, str. 8-9)

Antonín Slejška, Jaroslav Váňa

V současné době jsou asi nejdiskutovanějšími oblastmi české aplikované ekologie energetika a nakládání s odpady. Ve světové energetice roste rok od roku zájem o různé obnovitelné zdroje energií, a to zejména v důsledku snižujících se zásob fosilních paliv, nutnosti omezení produkce skleníkových plynů a zvyšující se veřejné nedůvěry k jaderným elektrárnám.

Zároveň v odpadovém hospodářství začíná intenzivní rozvoj recyklace namísto likvidace odpadů. Sloučením těchto dvou trendů vzniklo využívání odpadů jako energetického zdroje. K tomu jsou vhodné zejména organické odpady (průmyslové, zemědělské i komunální). Metody jejich využívání jsou v podstatě dvě:

• termická (spalování, zplynování, zkapalňování apod.);
• fermentační (především anaerobní digesce během níž je produkován bioplyn, ale např. i kvasná výroba etanolu).

Prakticky se používá téměř výhradně spalování a výroba bioplynu. O tom, zda se použije termický či fermentační proces rozhodují vlastnosti substrátu – jeho vlhkost a poměr C/N. Materiály s vlhkostí nad 45% a s C/N pod 30/1 jsou vhodné pro anaerobní digesci (AD), zatímco pro spalování je lepší co možná nejnižší vlhkost a obsah N. Např. u zemědělských odpadů je sláma vhodná pro spalování a exkrementy hospodářských zvířat pro AD.

AD se intenzivně rozvíjí jak v rozvinutých, tak i v rozvojových zemích, kde slouží zejména jako zdroj levné energie pro drobné farmáře, kteří bioplyn používají k vaření i svícení. Např. Gautam (1998) uvádí tyto přínosy pro vesnické rodiny v Nepálu, jež si pořídily anaerobní bioreaktor:

• levný a čistý zdroj energie;
• stabilizace exkrementů hospodářských zvířat a popř. i domovního bioodpadu;
• produkce kvalitního hnojiva (zbytek po AD) – živiny obsažené v exkrementech nejsou znehodnoceny při spalování, ale zůstávají vázané na organickém materiálu, což zvyšuje kvalitu hnojiva;
• snížení nemocnosti v domácnostech v porovnání se spalováním sušených kravěnců, což dráždí dýchací cesty a oční sliznici;
• zkrácení doby potřebné pro získávání paliva a vaření;
• náhrada palivového dřeva bioplynem vede k omezení odlesňování a snížení eroze, která je v Nepálu, kde byl tento výzkum prováděn, velikou hrozbou.

V zemích s rozvinutým hospodářstvím se uplatňují spíše technologie AD zpracovávající kejdy a hnoje z velkochovů. Poslední dobou se však rozvíjí také výroba bioplynu z komunálního bioodpadu a experimentálně se ověřuje možnost biozplynování některých energetických rostlin.

Biozplynování komunálního bioodpadu si vynutilo nový přístup ke konstrukci bioreaktorů, jelikož proces AD bioodpadu by měl být:

• vysokosušinový (sušina nad 20%), což snižuje nároky na velikost a ohřev reaktoru;
• termofilní (kolem 55°C) – kvůli zajištění hygienizace;
• dvoufázový – 1. fáze hydrolýzní a acidogenní, 2. fáze aceto- a metanogenní – čímž se zaručuje uspokojení rozdílných požadavků na prostředí jednotlivých skupin mikroorganismů;
• s recirkulací procesní tekutiny – tím se dosahuje průběžné inokulace 1. fáze, prodloužení doby zdržení mikroorganismů v reaktorech a úspor tepla;
• s kogenerací bioplynu v palivových článcích (za produkce tepla a elektřiny);
• a případně se zpracováním plynu z první fáze ve fázi druhé (když bioplyn z 1. fáze obsahuje málo CH₄).

Všechny tyto prvky jsou obsaženy ve schématu bioreaktoru (obr. 1), který navrhli autoři článku. Tento bioreaktor je navrhnut pro biozplynování travní fytomasy nebo bioodpadu. Nevylučuje však ani kofermentaci s jinými materiály. Substrát vchází do první fáze, odkud je po fermentaci spodem vynášen šnekovým dopravníkem, který přechází ve šnekový lis. Vylisovaná tekutina jde do druhé fáze, jež je umístěna v plášti reaktoru (z důvodu úspor tepla). Její průchod 2. fází je usměrněn spirálou navinutou na tělese reaktoru 1. fáze. Spirála slouží zároveň jako nosič mikroorganismů, takže 2. fáze je vlastně obdoba anaerobního filtru. Bioplyn z 1. fáze může být vpouštěn do 2. fáze, čímž se umožní přeměna CO₂ v něm obsaženého na bioplyn dle rovnice CO₂ + 4H₂ ––> CH₄ + 2H₂O (biologickou cestou samozřejmě). Takto je možno dosáhnout až 70% obsahu CH₄ v konečném bioplynu (zbytek je prakticky pouze CO₂). Tuhý zbytek po AD se může aerobně dokompostovat. Schéma zařazení bioreaktoru do technologického celku je na obr. 2.

Pro úspěšné zavedení technologie AD bioodpadu je nutno splnit několik podmínek:

1. zajištění dostatečného množství bioodpadu tříděného u zdroje. Pro ekonomicky efektivní výrobu bioplynu je minimální množství bioodpadu přibližně 2000 tun/rok což odpovídá přibližně produkci čtyřiceti-tisícového města (Wiemer et al. 1997) – počítáme-li s efektivitou třídění 50kg bioodpadu na člověka a rok. Netříděný nebo mechanicky tříděný bioodpad není vhodný, jelikož neumožňuje, s ohledem na pravděpodobnou kontaminaci cizorodými látkami, využití zbytku po digesci pro zúrodňování půd. V období zavádění kompostování je vhodné bioodpad kompostovat.
2. obstarání investičních prostředků – bioreaktory pro AD bývají investičně náročné, a proto je možné o zavádění této technologie uvažovat pouze tam, kde je již zavedené a stabilizované třídění bioodpadu.
3. zajištění prodeje produkovaného hnojiva, el. proudu, a případně i části tepla (část tepla je spotřebovávána na ohřev reaktoru a přilehlých objektů). Aby byla tato technologie konkurenceschopná, musí se spojit ekonomický efekt “likvidace” odpadu a prodeje elektřiny (tepla) a organického hnojiva.

Závěrem lze konstatovat, že tato technologie snižuje emise skleníkových plynů, jelikož CO₂, jenž je v jejím průběhu produkován, by např. při kompostování vznikl stejně (i když pouze biologickými pochody) a nebezpečný CH₄, který by byl produkován v případě skládkování tohoto odpadu, nevznikne vůbec (respektive je spálen).

Spalování skládkového plynu nezabezpečuje tak vysoké využití energetického potenciálu odpadu a navíc se v jeho průběhu tvoří velké množství oxidů dusíku a formaldehydu, jelikož obsahuje pouze malý podíl metanu, který je ve skládce rozkládán metanotrofními mikroorganismy a ředěn vzduchem pronikajícím do skládky. Navíc je velmi obtížné utěsnit skládku tak, aby nedocházelo k únikům metanu do atmosféry.

AD umožňuje náhradu ubývajícího zemního plynu a využití stávající potrubní sítě. K tomu je ovšem nutné bioplyn čistit od CO₂, čímž je získáván téměř čistý metan. Tuto technologii je možné rovněž obohatit o další prvky; např. využití vody z čištění plynu pro pěstování řas apod. Prozatím je však důležité tuto technologii u nás zavést, čemuž by měl předcházet rozvoj třídění bioodpadu s následným kompostováním.

GAUTAM, K. N.: Budoucnost využití bioplynu v Nepálu. Sborník ze semináře ”Energetické a průmyslové rostliny IV.” CZ BIOM, Praha, 1998, v tisku.

WIEMER, K. – KERN, M. – MAYER, M.: Leitfaden Bioabfallvergärung. Luft, Boden, Abfall 45, 1997.