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

Reaktory pro anaerobní digesci

Antonín Slejška

V tomto článku bych se rád pokusil navázat na článek Bioplyn z rostlin (Slejška 1998 - Energetické a průmyslové rostliny IV - v tisku), ve kterém jsem stručně definoval hlavní metody produkce bioplynu. Nyní bych se chtěl věnovat zejména bioreaktorům.

Jelikož převážná většina reaktorů zpracovává zvířecí exkrementy, pouze omezený počet bioodpad a pouze několik fytomasu (jedná se většinou o pokusná zařízení), budou technologie v první a druhé kapitole zaměřeny na exkrementy, ve třetí kapitole bude příklad technologie vhodné pro zpracování bioodpadu a ve čtvrté se pokusím nastínit požadavky na bioplynovou stanici schopnou zpracovávat fytomasu.

1. Jednoduché reaktory

Na obrázku 1 jsou znázorněny některé typy jednoduchých bioreaktorů. "A" je reaktor s interním plovoucím plynojemem, "B" s interním plynojemem v klenbě reaktoru, "C" s externím plovoucím plynojemem, "D" je kanálový reaktor s interním balonovým plynojemem a "E" je reaktor s interním balonovým plynojemem a stínícím zastřešením.

Balonové plynojemy jsou levné, což je hlavní důvod jejich vzrůstající obliby. Plovoucí plynojemy bývají vyráběny z kovu, ale mohou se vyrobit i z plastu. Bývají dražší, v některých oblastech (např. horských) dělají problémy při dopravě, udržují celkem konstantní tlak plynu. Externí plynojemy navyšují náklady ještě více, zabírají další místo, ale usnadňují údržbu.

2. Pokročilejší technologie

Modernější technologie se vyznačují homogenizací vstupujícího substrátu, různými metodami míchání, ohřevem reaktoru a využitím bioplynu kogenerací, čištěním a distribucí do potrubní sítě či v tlakových nádobách (viz obrázky 2-4). Bývají jedno až dvou-stupňové, přičemž první stupeň bývá vyhříván, zatímco druhý obvykle ne. Bioreaktory obvykle umožňují kofermentaci s omezeným množstvím fytomasy - většinou slámy, trávy apod.

3. Vyspělé technologie pro zpracování bioodpadu

Nejmodernější technologie využívané pro zpracování bioodpadů mají většinou velmi důkladné dávkování a homogenizaci jednotlivých surovin (Obr. 5). Proces bývá zcela či částečně automatizován. S ohledem na možná hygienická rizika musí dojít během procesu k hygienizaci substrátu, což vyžaduje termofilní proces. Investiční i provozní náklady na provoz tohoto typu bývají značné. Pokud není zajištěn zároveň zisk z prodeje bioplynu či vyrobené energie, z prodeje kompostu a z "likvidace" odpadu, není možné zaručit návratnost prostředků.

4. Návrh bioreaktoru pro výrobu bioplynu z energetických rostlin

Reaktor, pomocí kterého by bylo možné vyrábět bioplyn z fytomasy (např. trávy), bude pravděpodobně značně odlišný, než doposud známé konstrukce. Bude muset zaručovat vysokou konverzi fytomasy na bioplyn, a zároveň spotřebovávat minimum energie pro vlastní provoz. Dále bude muset být schopen zpracovávat různé druhy materiálů, neucpávat se vláknitými substráty, produkovat bioplyn s vysokým obsahem metanu atd. Těmto všem požadavkům jsme se pokusili vyhovět návrhem dvoustupňového reaktoru (Obr. 6), u kterého druhý stupeň procesu probíhá v plášti reaktoru, čímž se šetří prostor a energie potřebná na ohřev. Trubky ohřívající reaktor jsou vedeny uvnitř reaktoru, čímž jsou podstatně sníženy tepelné ztráty a zvýšena teplosměnná plocha. Míchání v první fázi je zajištěno plynulým pohybem materiálu od vstupu k vynášecímu dopravníku, recirkulací kapaliny, a popřípadě i cyklickým vpouštěním "bubliny" bioplynu ze skladovacího reaktoru. Bioplyn z první fáze je čerpán do fáze druhé, čímž se dosahuje vyššího obsahu metanu v bioplynu (část CO₂ se reakcí s H₂ mění na metan).

Vylisovaná tekutina je recirkulována do druhé fáze, která je umístěna v plášti reaktoru. Ve druhé fázi reaktoru je namotána šroubovice, která má zajistit intenzivnější proudění kapaliny, což zintenzivňuje promíchávání tekutiny a kontakt mikroorganismů s jednotlivými meziprodukty anaerobní digesce.

Tuhý zbytek po fermentaci se může ještě dofermentovat v nevyhřívaném skladovacím reaktoru (na obrázku není znázorněn). Bioplyn z tohoto bioreaktoru je možno - s ohledem na obsah metanu - použít buď přímo k energetickým účelům, a nebo k promíchávání první fáze reaktoru, k čemuž by měla stačit pouze část vyprodukovaného bioplynu.

5. Závěr

Výroba bioplynu z rostlin se jeví jako perspektivní metoda získávání energie v období snižujících se zásob fosilních paliv. Považuji za nutné vyvíjet a ověřovat podobné technologie již dnes, i přes to, že jsou ekonomicky méně příznivé než klasické technologie produkce energie. Zavádění takovýchto technologií mimo jiné zvyšuje budoucí konkurenceschopnost domácích firem a zajišťuje vyšší energetickou soběstačnost a stabilitu.

Pokud chcete obrázky převést na černo-bílé, uložte si je na disk, pak je otevřte v MS Photo Editoru, jděte do Effects, Negative a nechte zaškrtnutou pouze zelenou barvu (green).