Úvod / Informácie / Rastlinná výroba / Energetické rastliny

Ekologické palivo z trávnych porastov

11-03-2014
RNDr. Štefan Pollák 1; Ing. Martin Lieskovský PhD. 2; Ing. Mariana Jančová, PhD. 1 | pollak@vutphp.sk
1 CVRV Piešťany - VÚTPHP Banská Bystrica; 2 TU Zvolen - Katedra lesnej ťažby, logistiky a meliorácií

Energetická politika EÚ sa strategicky zameriava na podporu obnoviteľných zdrojov energie (OZE) s prihliadnutím na regionálne špecifiká a tiež na úspory energie a efektívne využitie energie a tepla. V regiónoch strednej a východnej Európy má najvyšší potenciál biomasa, ktorú je možné skladovať a na rozdiel od veternej alebo solárnej energie predstavuje pomerne stály zdroj energie. Cieľom európskeho spoločenstva je snaha o dosiahnutie 20 % podielu OZE na celkovej spotrebe energetických zdrojov do roku 2020. Aktuálny návrh energeticko-klimatickej politiky do roku 2030 prezentuje stratégiu snížiť emisie skleníkových plynov o 40 % a zvýšiť podiel OZE na 27 %. V okolitých krajinách sa už presadzujú na trhu štandardizované palivá na báze drevnej hmoty, a tiež alternatívne palivá na báze fytomasy z poľnohospodárskej výroby (tabuľka 1).

Tabuľka 1: Referenčné vlastnosti peliet v okolitých krajinách

Tabuľka 1: Referenčné vlastnosti peliet v okolitých krajinách

V rámci územia SR predstavujú významný zdroj biomasy trvalé trávne porasty, hlavne v podhorských a horských oblastiach, kde po utlmení živočíšnej výroby pretrváva problém s finalizovaním ich produkcie. Jedným z možných riešení je energetické využitie trávnej fytomasy, ako pevných palív alebo vstupnej suroviny do bioplynových staníc. Na palivá sú v súčasnosti okrem energetických, environmentálnych a ekonomických kritérií kladené i požiadavky vysokého komfortu pri manipulácii a bezpečnosti pri ich spaľovaní. Pri tuhých palivách je podstatná rovnomerná veľkosť frakcie, hustota, vlhkosť a vhodný tvar. To je pri trávnej fytomase možné zabezpečiť technológiou zhutňovania, ktorá umožňuje vyrobiť komfortné a bezpečné palivo vo forme brikiet alebo peliet.

V Slovenskej republike je podľa údajov Štatistického úradu z roku 2012 evidovaných 507 068 ha trvalých trávnych porastov (TTP). V podhorských a horských oblastiach Slovenska je ďalší značný, nevyužitý potenciál v 350 tisíc ha opustených alebo dlhodobo nevyužívaných TTP. Dochádza na nich k nástupu sukcesie, čo je sprevádzané rozširovaním krmovinársky menej hodnotných druhov tráv a bylín. Na horských holiach stredného Slovenska sa stáva dominantnou Metlica trsnatá (Deschampsia caespitosa (L.) P. Beauv.) miestami až s 80 % pokryvnosťou. Relatívne vysoká úroda z homogénneho porastu a zvýšený podiel vlákniny vo fytomase ju predurčujú aj na alternatívne energetické využitie. Na dlhodobejšie opustených TTP dochádza k návratu drevín, ktoré tiež môžu byť cenným zdrojom energie napríklad vo forme štiepky. Legislatívna podpora výroby tepla z biomasy pri aktuálnom podiele 30 % vytvára značný tlak aj po tejto komodite. (Zákon 309/2009 Z. z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby, vykonávacia vyhláška 221 Úradu pre reguláciu sieťových odvetví z 11. júla 2013, ktorou sa ustanovuje cenová regulácia v elektroenergetike.) A práve týchto nedocenných 350 tisíc ha opustených a dlhodobo nevyužívaných TTP môže preklenúť obdobie kým sa na Slovensku rozvinie pestovenie rýchlorastúcich drevín. V roku 2012 bolo na Slovensku evidovaných 240 ha a v ČR viac ako 1500 ha rýchlorastúcich drevín. Pritom u nás je napríklad cez projekt PRV vyčlenených asi 60 tisíc ha pôdy na tento účel. Pri 2, 3 alebo 5 ročnom cykle obnovy takýchto porastov sa jasne črtajú časové horizonty aj možnosti pokrytia rýchlo stúpajúceho dopytu.

V CVRV-VÚTPHP Banská Bystrica v spolupráci s TU Zvolen sme testovali rôzne substráty z trávnych porastov na výrobu peliet (obrázok 1) a simulovali sme trávny porast v sukcesnom štádiu pridaním drevných pilín (obrázok 2).

Obrázok 1: Pelety z trávneho sena

Obrázok 1: Pelety z trávneho sena

Obrázok 2: Pelety z trávneho sena a pridaných pilín

Obrázok 2: Pelety z trávneho sena a pridaných pilín

Do porovnávania sme zaradili tiež 3 substráty z poľnohospodárskej výroby. V experimente sme zhromaždili 8 vstupných substrátov fytomasy, ich charakteristiku uvádza tabuľka 2.

Tabuľka 2: Stanovenie vlastností peliet (laboratórium TU Zvolen)

Tabuľka 2: Stanovenie vlastností peliet (laboratórium TU Zvolen)

Varianty 5 až 8 poskytla TU Zvolen. Z toho variant 6 tvoril repkový odpad, variant 7 a 8 slnečnicový a obilný odpad v rôznom zložení. Fytomasu TTP variantov 1 až 5 sme zberali začiatkom októbra, v laboratóriu CVRV-VÚTPHP Banská Bystrica sme ju dosúšali pod 10 % vlhkosti, čo sme overovali vlhkomerom FORTUNA 2000. Vysušenú fytomasu sme následne rozdrvili na rezačke RS 650. Peletovanie prebiehalo v spolupráci s Centrom Biomasy v Banskej Bystrici na peletovacej linke MGL 200 (obrázok 3 až 6).

Obrázok 3: Cyklón peletovacej linky MGL 200

Obrázok 3: Cyklón peletovacej linky MGL 200

Obrázok 4: Detail dovlhčovacej časti

Obrázok 4: Detail dovlhčovacej časti

Obrázok 5: Detail výroby trávnych peliet v Biocentre Banská Bystrica

Obrázok 5: Detail výroby trávnych peliet v Biocentre Banská Bystrica

Obrázok 6: Detail peletovacieho ústrojenstva linky MGL 200

Obrázok 6: Detail peletovacieho ústrojenstva linky MGL 200

Vyrobené pelety boli testované na katedre Lesnej ťažby, logistiky a meliorácií TU Zvolen. Stanovovali sme základné charakteristiky ako relatívna vlhkosť (%), výhrevnosť (MJ.kg-1) podľa ÖNORM M 7132 v dodanom stave, výhrevnosť (MJ.kg-1) podľa STN ISO 1928 v dodanom stave, obsah popola v hmotnostných % (tabuľka 2). Stanovenie spaľovacieho tepla bolo vykonané pomocou kalorimetra IKA C 200 a následne boli hodnoty prepočítané na výhrevnosť podľa príslušných technických noriem (obrázok 7).

Obrázok 7: Navážky vzoriek peliet pri analýzach na TU Zvolen

Obrázok 7: Navážky vzoriek peliet pri analýzach na TU Zvolen

Najvyššiu hodnotu spaľovacieho tepla a výhrevnosti dosiahli pelety vyrobené z repkového odpadu (22,599 MJ.kg-1, resp. 21,257 MJ.kg-1). Charakter vstupnej suroviny (vyšší obsah tukov a olejov) výrazne ovplyvnil výsledné hodnoty, ktoré sú lepšie ako udáva norma pre pelety z drevnej biomasy. Vysoké hodnoty spaľovacieho tepla a výhrevnosti dosiahli aj pelety vyrobené zo slnečnicového a obilného odpadu aj keď vlhkosť a obsah popola boli vyššie. Zo vzoriek tráv a TTP najlepšiu hodnotu výhrevnosti v dodanom stave dosiahla Metlica trsnatá (16,019 MJ.kg-1, resp. 16,127 MJ.kg-1).

Pri peletách metlice (obrázok 8) sme zaznamenali najnižší obsah popola (5,73 %) a druhú najnižšiu relatívnu vlhkosť (7,20 %).

Obrázok 8: Vzorka peliet z Metlice trsnatej (po ročnom skladovaní)

Obrázok 8: Vzorka peliet z Metlice trsnatej (po ročnom skladovaní)

Svojimi parametrami sa vyrovnáva peletám vyrobeným na báze drevnej biomasy, hlavne v ukazovateľoch výhrevnosť a relatívna vlhkosť. Pelety z metlice boli tvrdé, rovnomerne dlhé a hrubé, nezakrivené. Pri lámaní kladúce odpor. Vyznačovali sa svetlo hnedou farbou po vstupnom materiále, na povrchu lesklé. Počas ročného voľného skladovania sa pelety senzoricky nemenili a iba v minimálnej miere sa rozpadávali. Dva druhy peliet vyrobené z odpadu čističky trávnych semien (Kostrava trsteníkovitá - plevy, Mätonoh trváci - plevy) boli charakterizované najnižšími údajmi mernej hmotnosti (571 resp. 561 kg.m3). Vysokými hodnotami pre relatívnu vlhkosť a obsah popola a súčasne nízkymi hodnotami pre výhrevnosť. Pelety boli stredne tvrdé, nerovnomerne dlhé, niektoré nerovnomerne hrubé a zakrivené. Vyznačovali sa drobivosťou a lámavosťou v prstoch. Ich farba bola svetlá po vstupnom materiále, na povrchu zriedkavé matne lesklé plôšky. Počas ročného voľného skladovania sa pelety senzoricky znateľne menili a rozpadávali. Popísané dva varianty indikovali v procese výroby potrebu zmeny nastavenia technologického postupu: zvýšenie pracovného tlaku. Pelety zo sena TTP dosiahli druhý najlepší údaj z hodnotených druhov fytomasy trávnych porastov v ukazovateľoch výhrevnosť (podľa jednotlivých noriem) 14,059 MJ.kg-1, resp. 14,168 MJ.kg-1. Obsah popola dosiahol hodnotu 7,17 %. Pelety boli primerane tvrdé, rovnomerne dlhé a rovné, úmerne charakteru vstupného materiálu, lámavé s odporom v prstoch. So svetlejšou hnedou farbou po vstupnom materiále, na povrchu matne lesklé. Počas ročného voľného skladovania sa pelety senzoricky minimálne menili. Najvyššiu mernú hmotnosť 692 kg.m3 a súčasne najnižšiu relatívnu vlhkosť 6,47 % sme dosiahli vďaka prídavku drevných pilín do sena TTP. Tento variant sa súčasne vyznačoval veľmi vysokým podielom popola 32,49 % čo znižovalo výhrevnosť podľa ÖNORM M 7132 v dodanom stave na najnižšiu úroveň zo stanovovaných vzoriek (11,814 MJ.kg-1). Pelety tohto variantu boli najtvrdšie a najodolnejšie na zlomenie zo všetkých variantov. Vyznačovali sa tmavo-hnedou drevitou farbou, na povrchu boli výrazne lesklé. Postupom času sa pelety senzoricky nemenili a v minimálnej miere rozpadávali.

Pri pokusnom spaľovaní peliet však občas dochádzalo k problematickému samostatnému posunu peliet zo zásobníka do spaľovacieho priestoru. Príčinou je zvýšený obsah popola v trávnej hmote, a predovšetkým nízka teplota tečenia popola. Roztavený popol totiž nadobúda špecifické fyzikálno-chemické vlastnosti veľmi podobné tzv. "sklárskemu kmeňu", čo možno opísať ako roztavenú základnú sklársku surovinu. Pri spaľovaní môže dochádzať ku zlyhávaniu automatického posunu a odberu popola do zásobníka. V súčasnom období sú už na slovenskom trhu dostupné certifikované spaľovacie zariadenia na spaľovanie trávnych peliet, prípadne peliet z poľnohospodárskej fytomasy s výkonnostnou úrovňou potrebnou pre vykurovanie aj rodinných domov. Napriek istým nedostatkom predstavujú pelety vyrobené z nevyužívaných trávnych porastov perspektívny zdroj energie. Dosahujú vyhovujúce energetické vlastnosti a na trhu v konkurencii iných zdrojov ekologických palív sa môžu presadiť svojou plošnou rozšírenosťou, dostupnosťou a predovšetkým nízkou cenou vstupnej suroviny. Je to však aj otázka spoločenskej podpory a pomoci vidieckym oblastiam i celému cyklu od zberu fytomasy cez jej spracovanie, podporu výrobcov peletovacích a briketovacích liniek, servisu až po certifikáciu palív a legislatívnych noriem.

Záverom môžeme odporúčať pozorne sledovať celý technologický proces výroby peliet, pretože snaha zlepšiť niektoré ukazovatele pridaním aditív, v našom prípade pilín môže výrazne zhoršiť konečné parametre. Priemerný obsah popola vo variante seno TTP s prídavkom pilín (32,13 %) výrazne zhoršuje použiteľnosť týchto peliet. Poľnohospo- dárske suroviny vznikajúce v prvovýrobe donedávna považované za odpad sa môžu stať cennou surovinou. Svojimi vlastnosťami ako je vyšší obsah vlákniny sa optimálne hodia na zhutňovacie procesy. A zvyškovým obsahom niektorých látok, napríklad tukov a olejov prevyšujú v ukazovateľoch výhrevnosti aj drevné pelety. Môžeme konštatovať, že je možné využiť aj nadzemnú fytomasu na krmovinársky nevyužívaných trávnych porastoch ako zdroj obnoviteľnej energie vo forme brikiet i peliet. Existujúce strojové linky pre zber trávnych porastov sú na tento účel použiteľné pri dodržaní technologickej disciplíny vo všetkých fázach výroby, ako je obsah sušiny vo fytomase, optimálny termín zberu k požadovanému vysokému obsahu sušiny, znečistenie fytomasy pôdnymi časticami, podmienky dosušenia na optimálnu úroveň vlhkosti. Následne je dôležité dbať na starostlivé a rovnomerné rozdruženie vstupných surovín. Technologická linka na výrobu peliet je menej náročná na vstupnú surovinu, ale je dôležité jej prevádzkové nastavenie. Z nich spomeňme prevádzkový tlak, teplotu, dovlhčovanie, veľkosť vodných častíc a ich teplota, aditíva a ďalšie. Tiež je dôležité používať špeciálne určené matrice podľa druhu vstupnej suroviny, pretože z dôvodu obsahu abrazívnych častí v rastlinnej fytomase dochádza k rýchlejšiemu opotrebovávaniu technologických častí (hlavne pohyblivých a trecích) a samotná produkcia je nižšia ako referenčná výroba peliet z drevnej fytomasy čo sa môže negatívne odraziť v celkovej ekonomike prevádzky. V najbližších rokoch bude stúpať dopyt po ušľachtilých pevných palivách a fytomasa z trvalých trávnych porastov spracovaná peletovaním alebo briketovaním môže nadobudnúť výrazné zastúpenie. Pretože v celkovom obsahu energie bolo za rok 2012 vo fytomase TTP 354,12 kToe čo je o 51 % viac energie ako v kukurici a jej miešankách v celej Slovenskej republike.

Poďakovanie: Tento príspevok vznikol za podpory Centra Biomasy v Banskej Bystrici a ich peletovacej linky MGL 200.
Tento príspevok bol spracovaný z výsledkov riešenia rezortnej úlohy výskumu a vývoja na roky 2010 - 2012 "Multifunkčné využívanie trávnych porastov v podhorských a horských oblastiach" SE 2.2.2 Technológie výroby pevných ekologických palív z nevyužívaných TP a podporený z projektu APVV-0174-07 Analýza materiálových tokov v manažmente prírodných zdrojov so zameraním na využitie poľnohospodárskej biomasy na energetické účely.

Vystavené 11.3.2014