Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Ekologické aspekty energetického využití biomasy

Ing. Jaroslav Váňa, CSc.

Výzkumný ústav rostlinné výroby v Praze - Ruzyni

Energetický systém založený na spalování fosilních paliv je nebezpečený životnímu prostředí. Spalováním uhlí, ropy a zemního plynu se do ovzduší uvolňuje oxid uhličitý, který patří mezi nejvýznamnější skleníkové plyny, omezující vyzařování tepla zeměkoulí do kosmu. Růstem koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře od počátku industriálního období o 25% došlo v důsledku antropogenního nárůstu přirozeného skleníkového efektu ke zvýšení průměrné teploty na zeměkouli. Globální oteplování bude mít katastrofální následky pro budoucí generace. Tání ledovců a zvyšování objemu vody způsobí zaplavení přímořských a ostrovních států. Změna zasolenosti oceánu v důsledku tání arktických ledovců by mohla nepříznivě ovlivnit evropské klima odklonem Golfského proudu. Meteorologové předpokládají jako důsledek globálního oteplení extrémní výkyvy počasí s přívalovými dešti a s katastrofálním suchem, s vyšší frekvencí vzniku vichřic, bouří a tropických cyklonů. Prudká změna klimatu vyvolá transfer obyvatel a druhotnou změnu flóry a fauny.

Antropogenní skleníkový efekt je globální celosvětová disfunkce, na které se podílejí především státy s vysokou industrializací a s vysokou spotřebou energie. Nárůst skleníkového efektu zapříčinilo rovněž i snížení funkcí přirozených ekosystémů na př. likvidací deštných pralesů a znečištění světových oceánů. Očekávaný nárůst spotřeby fosilních energií v rozvojových zemích představuje rovněž hrozbu zvýšené produkce skleníkových plynů. Česká republika vykazuje ročně na 1 obyvatele téměř nejvyšší emisi skleníkového plynu oxidu uhličitého v Evropě (tab.č.1). Na antropogenním skleníkovém efektu se podílí především nehospodárnou výrobou a využíváním energie.

Názory na řešení problému globálního oteplování zeměkoule od optimistické mezinárodní koncepce uzavřené v r. 1988 v Torontu k dohodě uzavřené v r. 1997 v Kyotu se značně liší. Původní závazek rozvinutých zemí na omezení emise oxidu uhličitého do roku 2005 o 20% byl transformován na snížení do roku 2012 o 5,2% oproti roku 1990. Někteří politici v obavě, že protiopatření by zatížilo státní rozpočty dokonce navrhují čekat na absolutní verifikaci teorie globálního oteplování. Vědci zpochybňující budoucí klimatické změny jako důsledek lidské činnosti jsou pro jednotný postup na omezení skleníkového efektu tím největším nebezpečím. Americké naftařské a uhelné koncerny vynaložily na zpochybnění teorie globálního oteplování země desítky milionů dolarů.

Ekologové upozorňují, že následující generace, kterých se nastupující klimatické změny výrazněji dotknou budou nuceni snižovat emise skleníkových plynů daleko rychleji a za neúměrných finančních nákladů. Ekologické aktivity v této oblasti se prosazují obtížně právě proto, že se provádějí ve prospěch budoucích generací. Řešení spočívá v celosvětových úsporách přímých a nepřímých energií, ve vyšším využívání energie z přirozených energetických toků a v posílení funkce přirozených ekosystémů.

Tabulka č. 1

Emise oxidu uhličitého v České republice ve srovnání s dalšími zeměmi.

V České republice jsou pro některé obnovitelné energie omezující podmínky. Jde zejména o energii větrnou, vodní, geotermální a částečně i solární. Vysoký potenciál rozvoje je však u nás možno očekávat při energetickém využívání biomasy rostlin.

Spalováním rostlinných paliv nenarůstají emise oxidu uhličitého. Stejné množství oxidu uvolněného spálením se spotřebovává z atmosféry při fotosyntetických procesech tvorby rostlinné biomasy. Ekologický efekt v omezování produkce oxidu uhličitého substitucí fosilních paliv fytopalivy je třeba posuzovat na vyprodukovanou energii (tab.č.2). V podmínkách České republiky je z ekologického hlediska nejefektivnější substituce hnědého energetického severočeského uhlí a nejnižší efekt u substituce zemního plynu. Ekologický efekt substituce hnědého energetického uhlí je navyšován omezením emisí oxidu uhličitého z odsiřování s použitím vápencových a vápenatých aditiv. Při suchých aditivních metodách lze uvažovat o emisi 120 kg CO₂ na 1 t aditiva, při mokrých procesech se imise CO₂ zvyšuje až třikrát.

Tabulka č. 2. Emise oxidu uhličitého při spalování fosilních paliv

* t CO₂ / 1000 m³

Ekologický efekt omezení nárůstu antropogenního skleníkového efektu je při substituci fosilních paliv fytopalivy možno považovat za nejdůležitější. Tato substituce odstraňuje ještě další funkce. Spalovacími procesy se i při stále účinnějším odsíření dostává ročně do ovzduší v České republice 1,2 mil. t oxidu siřičitého, který způsobuje škody na porostech, vyvolává acidifikaci půdy a poškozuje kovové konstrukce a stavby. Spalování fosilních paliv způsobuje ročně prašné emise cca 340 tis. t, emise oxidu dusíků cca 370 tis. t a emise uhlovodíku cca 145 tis. t. Spalovacími procesy vzniká ročně na 1 ha depozice 430 kg Zn, 59 kg Cu, 50 kg Pb, 1,7 kg Cd, 27,6 kg Ni, 14,8 kg Cr, 4,2 kg Co, 92,8 kg As a 110 kg V. Tyto depozice kontaminují zemědělskou půdu, rostliny a potravinový řetězec. Fytopaliva oproti fosilnímu palivům prakticky žádné škodliviny neobsahují. Substituce uhlí fytopalivy odstraňuje zároveň problém popelnatých odpadů. Minimální množství rostlinného popele představuje vlastně draselno - fosforečné hnojivo. Omezení těžby uhlí představuje minimalizaci emisí dalšího skleníkového plynu metanu, jehož únik doprovází těžbu fosilních paliv.

Další chystané přínosy zavádění fytoenergetiky jsou v oblasti využití půdy při pěstování energetické fytomasy v souvislosti se stávajícím útlumem potravinářské produkce, kdy 0,5 - 1 mil. ha půdy se stává nadbytečným. Zelený pokryv polí významně působí ve filtraci vzduchu a půda s vegetací ovlivňuje množství a kvalitu podzemní vody. Energetické využití biomasy může významně pozitivně zasáhnout do oblasti nakládání s biodegradabilními odpady a omezit jejich skládkování. Výroba bioplynu ze separovaně sbíraného tuhého komunálního odpadu nepřímo navozuje i separace a recyklace dalších hmot (papír, sklo, plasty, kovy).

Provoz fytotepláren a fytoelektráren ve venkovských mikroregionech nepřímo vede spotřebitele energií k energetickým úsporám. Příprava fytopaliv včetně sklizně, dosoušení a transportu je zpravidla pracnější než získávání fosilních paliv. Pro zabezpečení ekologické účinnosti fytoenergetiky je nutné minimalizovat přímé i nepřímé vklady energií do systému přípravy fytopaliv. Toto je možno dosáhnout efektivním energetickým využíváním rostlinných zbytků o maximální sušině pro přímé spalování nebo zplynování. Pěstování vytrvalých energetických rostlin na plochách minimalizuje energeticky náročné zpracování půdy nutné při pěstování jednoletých energetických rostlin. Ekologický efekt navyšují vysoké výnosy sušiny fytomasy, které snižují jednotkové energetické vklady. Snižování spotřeby minerálních hnojiv při pěstování energetické fytomasy znamenají další ekologický přínos. 1 t NPK hnojiv představuje úsporu emise 6 t CO₂. Energetické rostliny s nízkou sklizňovou vlhkostí a s nízkým obsahem dusíku jsou ekologicky vhodné pro přímé spalování, rostliny dužnaté a bohaté dusíkem jsou vhodné pro anaerobní digesci spojenou s produkcí bioplynu. Dosoušení fytopaliv je třeba provádět s maximálním využitím solární energie. Účinný systém energetického využití fytomasy předpokládá minimální přepravní vzdálenosti. Z ekologického hlediska jsou nejúčinnější postupy přímého spalování, při kterých na jednotku vložené energie je možno získat 15 - 19 krát vyšší energetický výstup (tab. č. 3).

Tab.č.3. Poměr vstupů a výstupů energie u některých fytopaliv

Na základě zahraničních zkušeností je možno konstatovat, že nejvyšší rozvoj fytoenergetiky nastal ve státech, které zavedli ekologickou t.zv. uhlíkovou daň, zdaňující 1 t oxidu uhličitého z fosilních paliv. Z výnosu uhlíkové daně je poskytována státní dotace na instalovaný výkon fytoenergetického zařízení a na zakládání plantáží energetických rostlin. Impuls k rychlému rozvoji fytoenergetiky je tedy v rukou státu, který vládne nástroji legislativními, daňovými a subvenčními.