Úvod / Informácie / Obnoviteľné zdroje energie / Bioplyn

Efektívna bioplynová stanica

27-11-2013
Spracoval: M. Dukes | schov@slovenskychov.sk
(Zdroj: Slovenský chov, september 2013, str. 26-27)

Začiatkom augusta sa pod týmto názvom konala odborná konferencia Slovenskej bioplynovej asociácie. Keďže išlo o prvú takúto akciu asociácie, jej program bol zameraný na niekoľko oblastí, ktoré zaujímali existujúcich i potenciálnych prevádzkovateľov bioplynových staníc z celého Slovenska.

Slovenská bioplynová asociácia bola založená na základe požiadaviek prevádzkovateľov bioplynových staníc ako zastrešujúci subjekt slúžiaci na vzájomnú výmenu informácií, presadzovanie spoločných záujmov prevádzkovateľov bioplynových staníc (vrátane účasti na tvorbe príslušnej legislatívy), ale aj budovanie spoločenského povedomia o "bioplynkách". Jednou z najzaujímavejší myšlienok zakladateľov asociácie je aj možnosť realizácie spoločných nákupov technológií či servisných služieb za výhodnejších podmienok.

Možnosti používania odpadov

z legislatívneho pohľadu boli nosnou témou prednášky riaditeľky RVPS Topoľčany MVDr. Magdalény Snopekovej. Dr. Snopeková sa venovala najmä možnostiam využitia vedľajších živočíšnych produktov (VŽP) v bioplynkách. VŽP sa delia do 3 kategórii podľa stupňa rizika. Tie, ktoré je možné použiť na "kŕmenie" bioplyniek patria podľa príslušnej legislatívy do kategórie 2 (stredné riziko). Predstavujú riziko v súvislosti s ochorením zvierat, z ktorých pochádzajú, resp. v súvislosti s obsahom rezíduí liečiv použitých na liečbu týchto ochorení. VŽP kategórie 2, ktoré pochádzajú z uhynutých ošípaných či hydiny, je možné do BPSiek aplikovať len po tlakovej sterilizácii. Bez nej je možné použiť hnoj, tráviaci trakt s obsahom a mlieko, mledzivo, vajcia a výrobky z nich.

Obr. 1

Obr. 1: MVDr. Snopeková (vľavo) s kolegyňou MVDr. Tkáčovou počas diskusie.
Snímka: M. Dukes

Na výrobu bioplynu je možné, samozrejme, použiť aj VŽP kategórie 3, ktoré pochádzajú zo zdravých zvierat a z tohto pohľadu predstavujú nízke riziko (môžu sa použiť ako krmivo). Z použitia v bioplynkách sú vylúčené VŽP kategórie 1, ktoré sa vzhľadom na svoju povahu nesmú nijakým spôsobom dostať späť do potravinového reťazca (ani ako hnojivo) a musia byť zneškodnené spaľovaním, spoluspaľovaním, resp. na skládkach za presne stanovených podmienok (odpady zo spracovania prežúvavcov, spoločenských, cirkusových zvierat i zvierat chovaných v ZOO).

Podľa európskej legislatívy majú byť bioplynky spracuvávajúce odpady vybavené technickým zariadením na pasterizáciu/hygienizáciu vstupného substrátu s možnosťou kontinuálneho monitorovania riadenia tohto procesu. Procesom hygienizácie by podľa tohto nariadenia mal prejsť aj kuchynský odpad, hoci patrí do kategórie 3.

Národná legislatíva definuje povinnú dokumentáciu prevádzkovateľov bioplyniek (definuje aj označovanie zásielok). Jej dôležitou funkciou je vysledovateľnosť pohybu materiálu od jeho vzniku až po konečné spracovanie.

Pri eventuálnom vypracovaní dokumentácie v systéme HACCP je potrebné brať ako výsledný produkt digestát. Systém HACCP je možné vypracovať a dať schváliť buď individuálne pre každého prevádzkovateľa BPSky alebo ako príručku pre dané odvetvie, ku ktorej by sa mohli hlásiť najmä menšie prevádzky. V záverečnej diskusii si vypracovanie takejto príručky pre svojich členov vzalo za svoje vedenie SBA.

Alternatívne suroviny pre BPS

Túto tému prednášala Ing. Erika Gyöngyová, PhD., ktorá sa zaoberá už 4 roky biologickým servisom pre BPSky, teda nielen vhodným substrátom a ich dávkovaniu do BPSky, ale aj "stráženiu" biologických pochodov vo fermentoroch a optimalizácii prevádzky BPSky.

Svoju prednášku začínala otázkou, kde všade strácame peniaze pri prevádzke a ani o tom nevieme. Preto sa snažíme ušetriť len na tom jedinom najviac viditeľnom a tým je používaný substrát. Nevenujeme sa však predchádzaniu strát pri jeho zbere, uskladnení, skrmovaní, pri vlastnej spotrebe elektrickej energie, efektivite chodu kogeneračných jednotiek a pod. Každú tému kvôli krátkosti času vo svojej prednáške aspoň načrtla.

Podľa jej slov je alternatívnych surovín pre BPSky mnoho, niektoré z nich sú však problematické z hľadiska výnosu energetickej zložky a nákladu na hektár, resp. po prehodnotení pôvodných zámerov neprichádzajú do úvahy (napr. invázny druh topinambur). Z plodín, ktoré prichádzajú do úvahy v našich podmienkach je to napr. slnečnica, cirok alebo obilniny a miešanky zberané "na zeleno". Treba si však vždy dať pozor na štádium zberu. Pri týchto plodinách, v čase, keď sú dobre stráviteľné rastlinné zvyšky s relatívne dobrou výťažnosťou bioplynu je ešte nízky obsah sušiny v hmote a aj výnos z hektára. Naopak, v čase, keď je sušina aj výnos optimálny je už obsah vlákniny vysoký a stráviteľnosť nízka. Raž odporúča preto zberať na zeleno ešte pred vymetaním. Pri takomto zbere je okrem najvyššieho obsahu energie v rastline a jej vysokej stráviteľnosti možné v danom roku zasiať a pokosiť ešte plnohodnotnú úrodu kukurice. Nevýhodou je nutnosť zavädania pred silážovaním, pozitívom ľahké utláčanie silážovanej hmoty. Pri zbere raže vo forme GPS síce nie je potrebné zavädanie, vzhľadom na rýchle drevnatenie stebla sa však objavujú problémy napr. pri utláčaní hmoty, alebo aj technologické (napr. obrus, plávanie hmoty vo fermentore).

Dávkovanie obilia do fermentora BPSky závisí od jeho ceny na trhu a je tiež limitované rizikom prekyslenia substrátu v ňom pri vysokých dávkach "jadra".

Alternatívou zo živočíšnej "ríše" je hnojovica. Má síce veľmi nízku výťažnosť bioplynu z tony, jej použitie vo vyššej miere je však výhodné najmä v rokoch, keď majú kukuričné siláže extrémne vysoký obsah sušiny, čo by mohlo spôsobovať problém pri miešaní hmoty vo fermentore. Kurací trus má síce vyšší obsah energie, nevýhodou je však obsah podstielky (od brojlerov), resp. gritu (od nosníc) v truse, čo zbytočne zahlcuje fermentor, resp. poškodzuje zariadenie fermentora. Vysoký obsah dusíka v kuracom truse môže pri "prekŕmení" fermentora dusíkom inhibovať proces metanogenézy. Balast dodáva do fermentora aj slamnatý hnoj dobytka. Okrem toho v prípade používania nerezanej slamy spôsobuje technické problémy pri dávkovaní do fermentora.

Častým únikom "neviditeľných" peňazí je zlá fermentácia a uskladnenie. Dobrým priebehom fermentácie sa dá zabrániť vysokým stratám energie v už zozbieranom substráte, ktoré sú bežne na Slovensku až 20 až 30 %-né. Oneskorené a zlé zakrytie jám, keď nám povrch siláže zhnije a je nutné ho odhadzovať, predstavuje tiež nemalú položku.

Skrmovanie "balastu" v snahe využiť všetko, čo sme neskŕmili kravám, sa nevypláca hlavne v BPSkách s menšími fermentormi, keďže sa takto vytláča nevyužitá hmota von. Navyše je zvýšená potreba miešania, prečerpávania (opotrebenie technológie a spotreba energie) a produkuje sa viac digestátu, ktorý je nutné vyvážať.

Posledným najčastejším problémom býva neefektívny chod kogeneračnej jednotky. Jej najvyššia efektivita je pri plnom výkone. Akonáhle ten nie je 100 %, stúpa spotreba bioplynu na kW a teda musíme spotrebovať viac bioplynu na jednotku výroby. Toto "šetrenie" kogeneračky nám za rok pri 95 % výkone prerobí 59 600 €. Ďalším problémom býva aj jej nedostatočné chladenie a prehrievanie v letných mesiacoch. Vtedy býva výkon obmedzený podstatne viac, takže zas je namieste prepočet, koľko nás to stojí a či sa naozaj neoplatí radšej investovať do vyriešenia chladenia.

Zefektívnenie chodu bioplynky

Dr. Udo Hölker zo spoločnosti SCHAUMANN BIOENERGY prezentoval výsledky prieskumu 1 933 nemeckých subjektov prevádzkujúcich BPSky a zameral sa na využitie týchto výsledkov na odporúčania pre zvýšenie efektívnosti BPSiek aj na Slovensku.

Obr. 2

Obr. 2: Hlavná organizátorka podujatia dr. Gyöngyová (vľavo) aj tlmočila prednášku dr. Hölkera.
Snímka: M. Dukes

Pri "kŕmení" bioplynky je dôležitá synchronizácia plnenia fementora s rýchlosťou "práce" baktérií využívajúcich organické kyseliny produkované v prvej fáze fermentačného procesu. Ich producenti sa dokážu prispôsobiť zvýšenému prísunu zdrojového substrátu, metanogénne baktérie spracúvajúce kyseliny však už nie. Problémom môže byť aj nedostatok esenciálnych mikroprvkov, vtedy baktérie nedokážu optimálne pracovať. V takomto prípade si môžeme pomôcť dodaním potrebných mikroprvkov. Nedostatok živín sa zväčša prejavuje tvorbou iných kyselín ako je octová, tie nie sú spracované a odchádzajú z fermentora preč, čo predstavuje veľké straty energie.

Pri fermentačnom procese hrá veľkú úlohu tzv. zdržná doba. Tá je v Nemecku v priemere okolo 120 dní. Kratšia doba je typická pre bioplynky používajúce väčšie dávky hnojovice. Dlhšia zdržná doba ako 150 však nie je žiaduca (výťažnosť metánu už nerastie). Medzi 60. a 160. dňom rastie využitie substrátu denne o 0,12 p.b. Až 96 % nemeckých bioplyniek využíva ako základný substrát kukuričnú siláž, ďalšími vstupnými surovinami sú trávna senáž, GPSky a hnojovice.

Priemerný inštalovaný výkon nemeckej bioplynky je 0,415 kW (u nás je to takmer 1 MW). Nemecké bioplynky majú 90 % efektivitu, t.j. 7 887 motohodín za rok. Dve tretiny z nich však dokážu byť efektívnejšie a 35 % „šliape“ až okolo 8 200 motohodín. To by však mala byť samozrejmosť, jednoducho si predstavte len tie najnutnejšie odstávky za rok: výmena oleja pri 24 výmenách za rok v trvaní 1 hodiny (spolu 24 hodín), jednoduché opravy 6-krát za rok po 5 hodín (spolu 30 hodín). Poslednou nutnou odstávkou je výmena miešadiel (každý 3. rok - 8 hodín). Spolu je to 62 hodín ročne. To predstavuje 8 698 možných motohodín práce kogeneračnej jednotky. Zvyšné hodiny, resp. týždne sú, žiaľ, spôsobené čakaním na servis, resp. náhradné diely. Preto si treba veľmi dobre zvážiť servis poskytovaný jednotlivými predajcami technológií.

Dôležité je pri plánovaní stavby BPSky zosynchronizovať veľkosť fermentorov s inštalovaným výkonom kogeneračnej jednotky. Ako optimum sa ukazuje 3-5 m3/1 kW inštalovaného výkonu. Menší pomer spôsobuje zníženie efektivity chodu bioplynky (75-80 %).

Ako je možné ešte zefektívniť výrobu bioplynu? Napríklad použitím enzýmov, ktoré dokážu rozložiť celulózu i hemiceluózu a dať ich k dispozícii baktériám. Tým sa skráti potreba zdržnej doby fermentora. Na druhej strane, pri príliš krátkej dobe sa ich účinok neprejaví, pretože baktérie aj tak nestihnú spracovať vytvorené kyseliny. Enzýmy okrem uvoľnenia sacharidov pomáhajú znížiť aj viskozitu substrátu vo fermentore. To má pozitívny vplyv na ľahkosť miešania obsahu fermentora a chodu čerpadiel a znižuje sa tým vlastná spotreba elektrickej energie BPSky.

Pri prednáške dr. Gyöngyovej sme spomínali inhibíciu metanogenézy. K tej dochádza v dôsledku vyššej premeny neškodného amoniaku z formy katiónovej NH4+ na jedovatú plynnú formu NH3 pri vyššom pH a teplote vo fermentore. Keďže meranie obsahu NH4+ vo fermentore je ľahšie, poznajúc koreláciu medzi obsahom NH4+, teplotou a pH, sa dá vysloviť varovanie pred vysokým obsahom NH4+, vysokou hodnotou pH a teplotou, vtedy je obsah toxického čpavku najvyšší.

Záverom zhrnul celú svoju prednášku s množstvom čísiel a odporúčaní so slovami: Zabudnite na toto množstvo informácií, držte sa len jedného - nikdy nemeňte fungujúci systém! A ak nefunguje hneď sa obráťte na odborníkov. Ušetríte si tým veľa času a peňazí.

Digestát je v podstate anorganické hnojivo

S poslednou prednáškou vystúpil doc. Ing. Tomáš Lošák, PhD., z Mendelovej univerzity v Brne, ktorý hovoril o využití digestátu na hnojenie poľných plodín.

Obr. 3

Obr. 3: Doc. Lošák odporúča jarnú aplikáciu digestátu pre sejbou (sadením). Na jeseň je ho možné spojiť so zaorávkou slamy.
Snímka: M. Dukes

Nevyhnutnou podmienkou pre využitie digestátu je jeho rozbor. Jeho zloženie totiž závisí od zloženia vstupného substrátu. Napríklad najvyšší obsah dusíka v digestáte býva v prípade prevahy hnojovice, resp. trusu v substráte (0,75 a 0,72 %) alebo pri použití bielkovinových siláží (0,70 %). Polovica až tri štvrtiny tohto dusíka sú v amoniakálnej podobe. Vzhľadom na úzky pomer medzi obsahom uhlíka a dusíka (do 10/1) patria digestáty medzi hnojivá s ľahko uvoľňujúcim sa dusíkom. To sa však zmení po separácii digestátu, keď sa zvýši pomer medzi obsahom C a N nad 10/1. Takže separát je už hnojivo s pomalým uvoľňovaním dusíka.

Digestát, separát i fugát sú vhodné na pôdy s pH do 7,2, keďže sú mierne zásadité. Ich alkalizačné pôsobenie je však omnoho miernejšie ako v prípade vápenatých hnojív.

Živiny digestátu sú využívané podobne ako z anorganických. Miera ich využitia je vyššia pri jarnej ako pri jesennej aplikácii (s výnimkou fosforu). Pozitívom aplikácie digestátu je aj obsah mikroprvkov (napr. zinku). Hoci digestát je legislatívne braný ako organické hnojivo, svojimi účinkami sa blíži kombinovaným anorganickým hnojivám, preto je potrebné ho kombinovať s maštaľným hnojom, slamou a zeleným hnojením (takto treba dodať 1,5-2 t organickej hmoty/rok).

Obava zo zaburinenia porastov aplikáciou digestátu nie je opodstatnená. Jediná burina, ktorá výnimočne prežije fermentáciu, je mrlík biely. Ak po aplikácii digestátu rastú intenzívnejšie buriny, je to vďaka jeho hnojivému a zavlažovaciemu efektu na buriny, ktoré mali semená v pôde pred jeho aplikáciou, nie ich donášaním v digestáte.

Vystavené: 27.11.2013