Bioplyn z rostlin
(Energetické a průmyslové rostliny IV, Chomutov, 1998, s. 114 - 117)
Jelikož jsme v nedávné době vydali studijní informaci "Bioplyn z rostlinné biomasy" (Váňa, Slejška 1998), která shrnuje všechny poznatky o této problematice, které se nám podařilo najít, zaměřím se v tomto článku spíše na všeobecné souvislosti.
Domovní - např. čínské bioreaktory, ve kterých si vyrábějí bioplyn zejména malé zemědělské rodiny v odlehlejších částech Číny a využívají jej pro svícení a vaření. Vyškolený dělník postaví reaktor o objemu 6 m3 (s pomocí obyvatelů domu) během jednoho týdne a celkové náklady nepřesáhnou 80 US dolarů (Henderson 1997). Bioreaktor je schopen zpracovat asi 30 kg exkrementů denně plus 50 l vody. Tyto bioreaktory nesplňují bezpečnostní parametry obvyklé v evropských státech, ale novější typy jsou již bezpečnější.
Zemědělské - existuje jich mnoho druhů. Většinou jsou jednofázové. Asi nejvýznamnější zemědělský bioreaktor v ČR je v Třeboni. Zajímavý je rovněž český patent na výrobu bioplynu ze slamnatého hnoje ve zvonech navržený Žilkou (1979).
Při skládkování vzniká tzv. skládkový plyn, který je možno odsávat a spalovat. S ohledem na nízké koncentrace metanu bývá však spalování neefektivní a mohou při něm vznikat ve zvýšené míře NOx a formaldehyd. Nízká koncentrace metanu je zapříčiněna mimo jiné jeho oxidací metanotrofními organismy v horních vrstvách skládky, kam proniká vzduch. Nezachycený metan přispívá k zintenzivňování skleníkového efektu, a navíc se živiny obsažené v organické složce odpadů dostávají mimo přírodní koloběh.
Organická frakce z mechanického třídění směsného tuhého komunálního odpadu je vhodná pro výrobu bioplynu, avšak organický zbytek po fermentaci není možné v evropských podmínkách používat pro hnojivé účely, jelikož bývá nadlimitně kontaminován zejména těžkými kovy. Příkladem této technologie může být projekt v Kalifornii (Wichert et al. 1994), kde na třídírně jsou zaměstnáni vězni, kteří dostávají hodinovou mzdu a zkrácení trestu o den za každou odpracovanou směnu. Bioplyn je tam přeměňován na teplo a elektřinu v palivových článcích.
V evropských podmínkách je dle mého názoru použitelná pouze technologie zpracovávající "čistý" bioodpad tříděný producentem (občanem, zemědělci, údržbou veřejné zeleně apod.).
Zařízení pro anaerobní digesci org. odpadů bývají vzhledem na vysoký stupeň bezpečnosti, mechanizace a automatizace dosti drahá. Např. závod v belgickém Brechtu zpracovávající 8000 tun ročně stál v přepočtu asi 140 mil. Kč. Takovouto investici, i když budeme počítat pro ČR s podstatně nižšími náklady si není možno dovolit vynaložit bez návaznosti na existující zaběhnutý systém třídění organických odpadů z domácností i firem. Infrastruktura pro třídění bioodpadů by tedy měla vzniknout co možná nejrychleji. Získaný bioodpad je zatím možno kompostovat.
V dohledné budoucnosti bude velmi důležité začít postupně nahrazovat ubývající a zdražující se zemní plyn bioplynem. Produkovat velká kvanta bioplynu bude možné zejména využíváním rostlin, a to těch, které se nehodí pro přímé spalování. To jsou rostliny s vlhkostí nad 45% (Long 1976) a s C/N pod 30/1.
Před projekcí fytoplynové stanice* je třeba vzít v úvahu zejména tyto faktory:
Teplota procesu - termofilní proces zajišťuje dokonalejší hygienizaci, ale je náročnější na spotřebu tepla než proces mezofilní. Výtěžnost metanu je pro oba procesy přibližně stejná (Gallert a Winter 1997). Jelikož u rostlinného materiálu není hygienizace tak důležitá jako u biodegradabilních odpadů, jeví se mezofilní proces výhodněji.
Počet fází - hydrolytické a acidogenní mikroorganismy vyžadují jiné podmínky prostředí než mikroorganismy acetogenní a metanogenní. Proto jsou výhodnější dvoufázové procesy, které jsou zároveň mnohem stabilnější než procesy jednofázové.
Recirkulace kapalné fáze - při její aplikaci se výrazně šetří teplo, prodlužuje se doba zdržení mikroorganismů v systému a fermentační proces se celkově stabilizuje (Legrand a Jewell 1987).
Vlhkost procesu - suché procesy (sušina nad 25%) potřebují menší prostor a spotřebovávají méně tepla než mokré procesy (sušina kolem 10%). Oleszkiewicz et al. (1997) sledovali nejvyšší produkci bioplynu při sušině org. hmoty 30-35%.
Ve VÚRV se nyní snažíme postavit funkční model fytoplynové stanice, který bude vypadat přibližně takto:
Pokud chcete obrázek převést na černo-bílý, uložte si jej na disk, pak jej otevřete v MS Photo Editoru, jděte do Effects, Negative a nechte zaškrtnutou pouze zelenou barvu (green).
* abych nemusel používat dlouhé opisy, používám v tomto článku pro stanice vyrábějící bioplyn z rostlin termín fytoplynové stanice
GALLERT, C. - WINTER, J.: Mesophilic and thermophilic anaerobic degistion of source- sorted organic wastes: effect of ammonia on glucose degradation and methane production. Appl. Microbiol. Biotechnol., 48, s. 405-410, 1997.
HENDERSON, P.: Anaerobic Digestion in Rural China. Biocycle 8, p.79-82, 1997.
LEGRAND, R. - JEWELL, W.J.: Continuous anaerobic digestion of high solid biomass: modeling and experiments. In: Energy from biomas and wastes. Vol. X. Elsevier Applied Science Publisher and Institute of Gas Technology, Chicago, 1987.
LONG, G.: Solar energy: Its Potential Contribution within the United Kingdom, Her Majesty’s Stationery Office, London, 1976.
OLESZKIEWICZ, J.A.: High-solids anaerobic digestion of mised municipal and industrial waste. Journal of Environmental Eng., 11, str. 1087-1092, 1997.
VÁŇA, J. - SLEJŠKA, A.: Bioplyn z rostlinné biomasy. Praha, ÚZPI, Stud. Inform., Ř. Rostl. Výr., 41 s., 1998.
WICHERT, B. - WITTRUP, L. - ROBEL R.: Biogas, compost and fuel cells. Biocycle. s. 34-36, 1994.
ŽILKA, M.: Olomoucký způsob úpravy chlévské mrvy. Sborník “Využití energetických zdrojů pro resort zemědělství a výživy”, Československá akademie zemědělská Praha, s.257-259, 1979.