Zpracování pokročilých paliv v BPS

Po přijetí zákona o POZE byl jasně definován většinový podíl cíleně pěstované biomasy v substrátové skladbě BPS. Technologie zemědělských BPS byly tomuto požadavku přizpůsobeny. Zahrnovaly příjmové a dávkovací zařízení pro přímé zpracování v BPS bez možnosti odděleného meziskladování a další úpravy substrátů. Tato koncepce byla přizpůsobena zpracování cíleně pěstované biomasy. Vysoký podíl kukuřičné siláže nevyžadoval použití zařízení pro její úpravu – řezání, rozmělnění, případně hygienizaci.

Pro skladování ředící složky tvořené kejdou či dešťovou vodou slouží jedna příjmová jímka. Nízká produkce bioplynu u kejdy není problematická pro společné skladování s vodou, kdy změny v poměrech obsahů kejdy a vody nemají výrazný vliv na produkci bioplynu.

S postupnými změnami provozu zemědělských podniků jsou zařazovány do skladby BPS jiné substráty, než bylo v původních záměrech a provozních řádech. Zde je nutné připomenout, že je možné v BPS zpracovávat pouze substráty uvedené v provozním řádu, o jehož změnu je možné zažádat na příslušném krajském úřadě.

Níže jsou uvedeny podmínky použití nových substrátů v BPS:

Změna provozního řádu.

Zvýšené nároky procesního řízení a biologického dozoru.

Eliminace nežádoucích složek bioplynu.

Změna technologie BPS.

ad1) Změna provozního řádu

Je vhodné provozní řád pravidelně aktualizovat s ohledem na jeho význam. O rozšíření substrátové skladby je možné zažádat na krajském úřadě. Při ak­tualizaci je vhodné do provozního řádu zahrnout širší spektrum potenciálních nových substrátů.

ad2) Procesní řízení a biologický dozor

Při zařazování nových substrátů je potřebné vždy postupovat obezřetně a v co největší míře znát jejich kvalitu a energetickou hodnotu s předpokládanou produkcí metanu. V provozních podmínkách je často požadavek na rychlé zařazení substrátů a nedostatek časového prostoru pro zjištění výše uvedených parametrů substrátů. Zcela zásadní je v tento moment pravidelné vzorkování fermentátu BPS s adekvátním vyhodnocením. Živinové složení pokročilých biopaliv je často výrazně odlišné ve srovnání s cíleně pěstovanou biomasou. S tím se mění i kvalita fermentátu, resp. digestátu. Obvyklý je nárůst obsahu celkového dusíku. Tento jev nemusí být sám o sobě problematický, dochází tímto k vyšší hodnotě digestátu. Nežádoucí je ovšem s nárůstem dusíku spojený nárůst amoniaku. Amoniak může mít fatální dopad na fermentační proces tvorby bioplynu, s jeho dlouhodobou inhibicí.

Obsah amoniakálního dusíku je běžně sledován při pravidelném vzorkování fermentátu. Při vysokém a dlouhodobém zastoupení pokročilých biopaliv je vhodné sledovat také další parametry:

Konduktivita

Výskyt inhibičních reziduí

Obsahy jednotlivých solí

Konduktivita a obsahy jednotlivých solí mají společný průběh. Při nárůstu obsahu solí ve fermentátu roste jeho vodivost. V takových případech je potřeba upravit poměry substrátu. Vyřazení substrátu je krajní opatření v momentě prokázání jeho inhibičního vlivu i přes jeho snížené dávkování.

Pokročilé substráty jsou většinou snadno zpracovatelné, fermentory mají nižší zatížení sušinou, snižuje se potřeba a intenzita míchání. V tento okamžik je žádoucí nesnižovat intenzitu ředění. Pokud se sníží intenzita ředění, existuje vysoký předpoklad zvýšení koncentrace složek inhibujících produkci bioplynu.

Snížené zatížení fermentoru sušinou přináší menší potřebu intenzivního rozkladu substrátů, který není limitující pro produkci bioplynu. Provoz fermentoru v termofilním teplotním režimu nepřináší v tomto případě pozitiva v rychlejším rozkladu substrátů, naopak může být vlivem rychlé reakce, kumulace meziproduktů a nárůstu amoniaku nežádoucí. Je doporučeno provozovat ve specifických případech fermentory v mezofilním teplotním rozmezí.

ad3) Eliminace nežádoucích složek bioplynu

Zdrojem dusíku, resp. nežádoucího čpavku, jsou často substráty se zvýšeným obsahem bílkoviny. Celkové množství mikrobiální biomasy je ve fermentoru nízké a z toho plyne nízká potřeba dusíku, jakožto stavební látky mikroorganismů. Volný dusík není tedy využit pro stavbu buněčných těl a dochází k jeho přeměně na amoniakální dusík, resp. amoniak. Vzájemný poměr obou forem závisí na teplotě a pH. Volný amoniak je možné regulovat přídavkem sorbentů do fermentoru, které zároveň podporují rozvoj mikrobiální biomasy a zvyšují její výkonnost a stabilitu fermentačního procesu. Dlouhodobým a systematickým řešením regulace amoniaku je volba vhodných poměrů vstupních substrátů na základě laboratorních analýz či expertní zkušenosti biologického dozoru.

Zvyšování podílů pokročilých biopaliv ve vstupu BPS má často za následek nárůst obsahu sirovodíku v bioplynu. Koncentrace sirovodíku v bioplynu je nutné vždy eliminovat na minimální možnou úroveň. K tomu slouží metody, seřazené podle jejich finanční a technologické náročnosti:

Biologické odsíření – kyslíkem

Chemické odsíření – přídavkem železitých solí do fermentoru

Aktivní odsíření – použití zásobníku s aktivní odsiřovací náplní, kterým proudí bioplyn

Ke zvýšení obsahu sirovodíku v bioplynu dochází také při výskytu poruch funkce biologie. Při skokovém nárůstu obsahu sirovodíku v bioplynu je potřeba zvýšené obezřetnosti pro zjištění příčiny tohoto jevu a kontrolu stavu biologie.

ad4) Změna technologie BPS

Zemědělské BPS byly projektovány pro úzké spektrum dávkovaných substrátů. Při změně skladby vstupních substrátů je vhodné se zaměřit zejména na tyto technologické úpravy BPS:

Rozšíření příjmové a skladovací kapacity

Zajištění odděleného skladování tekutých substrátů pro jejich precizní dávkování

Použití technologie pro separaci, homogenizaci a další úpravu substrátů

Pořízení rozbalovacího zařízení pro zpracování balených potravin

Použití hygienizace

Rozšíření skladovací kapacity umožní řízené dávkování substrátů pro zajištění stabilní produkce bioplynu. U pevných substrátů lze toto řešit relativně snadno. U tekutých substrátů je oddělené skladování podmínkou pro efektivní proces tvorby bioplynu. U většiny kapalin nedochází ke vzájemné interakci. Výjimkou je kejda, při jejímž skladování s jinými kapalnými substráty dochází ke ztrátám energie předčasným kvašením vzniklé směsi. Produkce bioplynu je u tekutých substrátů rychlá, při jejich precizním dávkování je možné snadno regulovat rozkolísanost produkce bioplynu.

U cíleně pokročilé biomasy nižší kvality je problematické její mechanické zpracování pomocí dávkovacího zařízení BPS, kdy dochází k vysokému zatížení technologie BPS těžce rozložitelnou sušinou (vlákninou). Perspektiva využití těžce rozložitelných substrátů je v kontextu nízké emisní stopy těchto materiálů, emise totiž vznikly v jiných výrobních procesech. Biomasa z údržby zeleně či sláma z produkce potravin jsou optimální vstupy pro BPS. Podmínkou je předúprava pro zvýšení jejich měrných produkcí bioplynu. Mechanická předúprava substrátů je rozšířená, na trhu je široká škála zařízení, která drcením, řezáním a homogenizací dokážou upravit jinak obtížně zpracovatelné materiály. Výrazně vyšší navýšení produkce bioplynu zajišťují metody pomocí současného působení teploty a tlaku tzv. steam explosion. Při peletizaci probíhají procesy, kterými je docíleno stejného efektu jako při steam explosion – tlakem se zvýší teplota, vyvine se pára a dojde k rozrušení vláknité složky materiálu. Provozní zkušenosti jsou velmi dobré, obzvláště v kombinaci s ŽV, kde pelety nahrazují slámu v podestýlce a následně jsou využity v BPS. Níže v tabulce je produkce metanu obilných pelet, varianty z výkrmu drůbeže (podestýlka) a srovnání s kukuřičnou siláží.

Pelety je možné produkovat pomocí taženého peletizátoru přímo na poli. Mimo sezónu je možné toto zařízení využít stacionárně. Snižuje se tak požadavek na skladovací kapacity lisované slámy. Zařízení je již dostupné na trhu.

Sláma je pokročilé palivo s nízkou emisní a uhlíkovou stopou, splňující kritéria RED III. Na rozdíl od dalších pokročilých paliv produkují zemědělci slámu v rámci vlastní prvovýroby a nejsou závislí na zpracovatelském průmyslu, jako jsou cukrovary, lihovary, mlýny a další.  Benefitem je také úspora průmyslových hnojiv, včetně uzavřeného uhlíkového a živinového cyklu.

Při zpracování odpadů z obchodní sítě je nutné BPS doplnit o zařízení na jejich rozbalení, separaci a homogenizaci. Tento krok je zásadní i s ohledem následného využití digestátu na zemědělské půdě pro eliminaci znečistění životního prostředí obalovými materiály.

Ošetření hygienizací je nutné u odpadů uvedených v zákoně o odpadech, proces je potřeba provádět dle nařízení ES 1069/2009. Příjmové zařízení pro zpracování pokročilých paliv ve formě odpadů představuje významnou investici. Je potřeba pravidelného a dostatečného přísunu odpadů, což klade zvýšené nároky na obchodní a provozní činnosti BPS. Pouze takto může být docíleno ekonomicky efektivního provozu s požadovanou produkcí nejlépe ve formě biometanu, kde je využití pokročilých paliv nutné.

Požadavky na změnu složení vstupních materiálů přinášejí nové výzvy pro dosažení udržitelného provozu BPS. Diverzifikace produkce a komplexnější začlenění do výrobního, živinového a energetického řetězce podniku jsou jedinými cestami dalšího rozvoje tohoto odvětví.