Úvod / Informácie / Obnoviteľné zdroje energie / Bioplyn

Technika pre obsluhu bioplynových staníc – príprava vstupného substrátu

18-09-2015
prof. Ing. Ján Gaduš, PhD. | Jan.Gadus@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Fakulta európskych štúdií a regionálneho rozvoja, Centrum výskumu bioenergie

Úvod

Využívanie obnoviteľných zdrojov energie (OZE) predovšetkým s predpovedateľnou výrobou, okrem environmentálneho prínosu, zvyšuje aj sebestačnosť a tým aj energetickú bezpečnosť krajiny. Zvyšovanie podielu OZE na spotrebe energie je preto jednou z priorít, deklarovaných aj v novom znení „Energetickej politiky Slovenskej republiky“, prijatých vládou v októbri 2014. Najväčší energetický potenciál z OZE na Slovensku má biomasa s teoretickým potenciálom 120 PJ. Biomasa predstavuje aj dôležitý potenciál pre rozvoj regionálnej a lokálnej ekonomiky.

SR má povinnosť zvýšiť využívanie OZE v pomere ku hrubej konečnej energetickej spotrebe zo 6,7 % v roku 2005 na 14 % v roku 2020.  Očakávaná celková spotreba OZE, ktorá sa má dosiahnuť v roku  2020, je  približne 80 PJ. Pre rok 2012 je spotreba OZE na úrovni 50 PJ, čo predstavuje 11 % z hrubej konečnej energetickej spotreby.

Základným dokumentom vo vzťahu k dosiahnutiu cieľa 14 % je Národný akčný plán pre energiu z obnoviteľných zdrojov energie, ktorý vláda SR schválila dňa 6. októbra 2010 uznesením vlády SR č. 677/2010. Tento dokument predpokladá dosiahnuť 15,3 % využitie OZE v pomere ku hrubej konečnej energetickej spotrebe v roku 2020.

Okrem iného sa v týchto strategických vládnych dokumentoch hovorí aj o zvyšovaní výroby bioplynu ako perspektívneho energonosiča.

Európska bioplynová asociácia (European Biogas Association - EBA) vo zverejnenej „Bioplynovej správe 2014“ (Biogas Report 2014) konštatuje, že počet inštalácií bioplynových staníc neustále rastie a v roku 2013 dosiahol v EÚ počet viac ako 14 500. Prehľad inštalácii v jednotlivých členských krajinách EÚ ukazuje prevzatý graf zo spomínanej správy, ktorý je vidieť na obr. 1.

Obr. 1: Prehľad počtu inštalácií bioplynových staníc v krajinách EÚ

Zdroj: Biogas Report 2014, EBA

Obr. 1: Prehľad počtu inštalácií bioplynových staníc v krajinách EÚ

Bioplynové stanice na Slovensku

Rozvoj inštalácií bioplynových zariadení na Slovensku  zaznamenávame až po roku 2009, kedy bol prijatý zákon 309/2009 Z. z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov. Pôvodne, ale podpora poznala len dve výkonové kategórie BPS a to do 1 MW inštalovaného elektrického výkonu a nad 1 MW, čo spôsobilo, že priemerný inštalovaný výkon bioplynovej stanice na Slovensku je 0,943 MW (109 inštalácii koncom roka 2013). Pre porovnanie v Nemecku je priemerný inštalovaný výkon 0,4 MW. Pre dosahovanie čo najlepších ekonomických výsledkov ako vstupný substrát do BPS na Slovensku sa preto využíva z viac ako 85% kukuričná siláž, čo určite nie je uspokojivé.

Takmer všetky bioplynové zariadenia v SR sa vyznačujú klasickým usporiadaním a koncepciou. Väčšinou je využívaný dvojstupňový systém fermentorov s vertikálnymi, betónovými nádržami, najčastejšie prekrytými s integrovaným dvojplášťovým flexibilným plynojemom (Obr. 2). Hlavný substrát – kukuričná siláž je dávkovaná z miešacej nádrže prostredníctvom závitovkových dopravníkov priamo do primárneho fermentora. Tekutá zložka je väčšinou dopravovaná z prednádrže pomocou kalových čerpadiel. Bioplyn sa kontinuálne spotrebováva po miernej úprave v kogeneračných jednotkách, ktoré produkujú elektrinu, predávanú do siete za garantovanú, dotovanú výkupnú cenu. Teplo sa čiastočne vyžíva na udržiavanie procesnej teploty (väčšinou 40o C) a čiastočne sa zúžitkováva komerčne. Ekonomická návratnosť každej BPS na Slovensku je založená na garantovanej a dotovanej výkupnej cene elektriny.

Obr. 2: Pohľad na typickú BPS s inštalovaným elektrickým výkonom 1 MW

Obr. 2: Pohľad na typickú BPS s inštalovaným elektrickým výkonom 1 MW (foto autor)

Možnosti zníženia spotreby kukuričnej siláže v BPS

Jednou z možnosti zníženia potreby kukuričnej siláže v biolynových zariadeniach na Slovensku, čo na základe analýz je nevyhnutné, je zmeniť zloženie vstupného substrátu, napr. širším využívaním biologicky rozložiteľných odpadov. Samozrejme to vyžaduje aj doplnenie techniky pre obsluhu staníc predovšetkým mechanizáciou na separáciu kovových a plastových prímesí, drvením odpadu, hygienizáciou a následne dávkovaním, väčšinou už v tekutej forme do fermentorov. Tento trend v rozšírení techniky pre obsluhu BPS je vidieť intenzívne sa rozmáhať pri budovaní, resp. dovybavení BPS v zahraničí.

Na Slovensku k širšej aplikácií biologicky rozložiteľných odpadov určite veľmi dobré predpoklady bude zabezpečovať aj nový zákon 79/2015 Z.z. - Zákon o odpadoch a o zmene a doplnení niektorých zákonov, ktorý nadobudne účinnosť od 1. januára 2016.

Na Slovensku je už niekoľko bioplynových zariadení vybavených už potrebnou technikou pre obsluhu, ktoré dokážu spracovávať a predpripraviť biologicky rozložiteľný odpad pre BPS. Prvým zariadením prednostne určeným na zhodnocovanie odpadov je BPS v Bošanoch (Obr. 3).

Obr. 3: Odpadová bioplynová stanica v Bošanoch

Zdroj: http://www.alternativenergy.sk/

Obr. 3: Odpadová bioplynová stanica v Bošanoch

Výhodou využívania biologicky rozložiteľných odpadov pre produkciu bioplynu je väčšinou ich vysoká výťažnosť metánu, čo môže nahradiť veľké množstvo napr., kvalitnej kukuričnej siláže pri zachovaní porovnateľnej produkcie bioplynu.

Zaujímavá technológia  na separáciu nežiaducich prímesí (kovových a plastových obalov) z biologicky rozložiteľného odpadu pochádzajúceho väčšinou z prevádzok hromadného stravovania a obchodov s potravinami je v skúšobnej prevádzke od augusta 2014 na bioplynovej stanici (Obr. 4) patriacej firme AT Dunaj v Dubníku s inštalovaným elektrickým výkonom 1 MW. Zariadenie (Obr. 5) s minimálnym hodinovým výkonom 0,5 m3 vstupnej suroviny využíva vstupný vertikálny závitovkový dopravník, ktorý transportuje materiál do drviča s kladivkovým mechanizmom. Odtiaľ sa podrvený materiál pretláča cez sito a následne sa zmiešava s ďalšími komponentmi vstupného substrátu, ktorými sú hnojovica a kukuričná siláž. Tento zhomogenizovaný substrát sa už dávkuje do fermentora s objemom 2 200 m3. Vyprodukovaný bioplyn s vysokým obsahom metánu, vďaka kofermentácii biologicky rozložiteľných odpadov, sa využíva v kogeneračných jednotkách na výrobu elektriny a tepla. V tejto bioplynovej stanici zatiaľ nahrádzajú cca. 10% kukuričnej siláže upraveným biologicky rozložiteľným odpadom, v krajine pôvodu zariadenia – Taliansku, bežne nahrádzajú až 1/3 siláže upraveným odpadom. Výhodou, podľa doterajších skúsenosti, využívania biologicky rozložiteľného odpadu rozdrveného a vyseparovaného spomínaným zariadením je jeho vysoká výťažnosť v porovnaní s kukuričnou silážou (cca. trojnásobná). Nevýhodou je nevyvážené zloženie a veľká závislosť od dodávaného množstva tejto suroviny od ročného obdobia. Na presné zhodnotenie prínosu je potrebné ešte dlhšie prevádzkovať zariadenie, aby tak výsledky boli objektívnejšie. Širšie využívanie biologicky rozložiteľných odpadov upravených podobnými obslužnými zariadeniami prispejú k dosahovaniu vyššej rentability bioplynových zariadení.

Obr. 4: BPS Dubník

Obr. 4: BPS Dubník (foto autor)

Obr. 5: Separátor inštalovaný na BPS Dubník

Obr. 5: Separátor inštalovaný na BPS Dubník (foto autor)

Záver

Vývoj v počte inštalácií bioplynových staníc v krajinách Európskej únie má trvale narastajúci trend. Je preto veľmi potrebné hľadať vhodné biologicky rozložiteľné materiály pre aplikáciu v BPS. Je ale nevyhnutné aplikovať aj spoľahlivú a výkonnú techniku pre obsluhu. Predstavené zariadenie na separáciu nežiaducich kovových alebo plastových prímesí je veľmi vhodné pre úpravu biologicky rozložiteľných odpadov pochádzajúcich z prevádzok hromadného stravovania ako aj potravinových reťazcov pred ich aplikáciou ako vstupnej suroviny do fermentora. Širšie využívanie biologicky rozložiteľných odpadov tak prispeje okrem zlepšenia ekonomickej bilancie samotnej BPS aj k ochrane životného prostredia a zníženiu objemu odpadov, ktoré sa na Slovensku zatiaľ zneškodňuje najmä skládkovaní (viac ako 85%).