Titulka

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Súčasný stav a nevyhnutnosť decentralizácie výroby bioplynu z odpadových druhov biomasy

 František Zacharda,  Štefan Pásztor

AGROBIOENERGIA, združenie pre poľnohospodársku biomasu

Úvod

Obdobie budovania bioplynových staníc na Slovensku datujeme od prijatia zákona č. 309/2009 Z.z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov. Zákon garantuje určité výhody pre investorov a prevádzkovateľov bioplynových staníc, čo v konečnom dôsledku zabezpečuje návratnosť investícií. Myšlienka  urýchlenia návratnosti investícií poznačila aj charakter budovaných bioplynových staníc, tieto boli vo väčšine prípadov zamerané na spracovanie kukuričnej siláže, ktorá najmä svojou výťažnosťou bioplynu je akousi garanciou dosahovania zisku z prevádzky BPS.

Súčasný stav BPS na Slovensku je charakterizovaný najmä vysokou hodnotou priemerného inštalovaného výkonu, ktorý dosahuje 960 kWe, pri celkovom počte 110 BPS. Hodnotou elektrického výkonu sme sa zaradili na čelné miesto medzi krajinami, ktoré prevádzkujú BPS. V Nemecku, ktoré je bioplynovou  veľmocou,  je priemerný inštalovaný výkon BPS cca 495 kWe, pri celkovom počte viac ako 8000 BPS v roku 2015. Spotreba kukuričnej siláže do bioplynových staníc na Slovensku, dosiahla podľa odborného odhadu  až 1,2 mil. ton kukuričnej siláže za rok. Ďalšie budovanie BPS na spracovanie kukuričnej siláže môže byť pre Slovensko škodlivé, pretože celková  produkcia kukuričnej siláže je len o niečo vyššia ako 2,2 mil. ton ročne a  ďalšia spotreba na produkciu bioplynu  môže ohroziť zásoby objemových krmív pre živočíšnu výrobu.  Podľa odborných odhadov je v súčasnosti podiel kukuričnej siláže v kŕmnej dávke pre hovädzí dobytok asi 6 kg/ks/deň, pričom v roku 2012 to bolo ešte 10 kg/ks/deň. Podľa vzorových receptúr je odporúčaný podiel kukuričnej siláže v kŕmnej dávke 12 až 15 kg/ks/deň. Sprievodným  negatívnym  javom  je aj to, že  pestovanie kukuričnej siláže pre BPS zaberá ornú pôdu vo výmere viac ako 43 000 ha.  Ďalším negatívnym javom je skutočnosť, že výrobné náklady a teda aj predajná cena kukuričnej siláže za ostatné roky vzrástla na úroveň okolo 40 eur za tonu, oproti 25 eur za tonu v roku 2010, čo je už na hranici ekonomickej efektívnosti.  Uvedené skutočnosti naznačujú, že pri ďalšom budovaní nových  bioplynových  staníc na Slovensku sa  budeme musieť orientovať na spracovanie iných druhov biomasy.

Do popredia záujmu odborných kruhov v poľnohospodárstve sa dostáva pretrvávajúca  potreba riešenia manipulácie a skladovania odpadovej biomasy zo živočíšnej výroby. Jednoducho, je to potreba  riešenia hnojovej koncovky fariem živočíšnej výroby. Viaceré dokumenty udávajú, že celková produkcia biologických odpadov vo forme  hnoja, hnojovice a exkrementov zo živočíšnej výroby je okolo 10 mil. ton za rok.  Pretože chovy hospodárskych zvierat sú relatívne rovnomerne rozmiestnené po celom území Slovenska,  je aj produkcia biologických odpadov rovnomerne rozložená,  [1 ], pozri graf č. 1.

Graf č. 1  Podiel produkcie biomasy živočíšneho pôvodu pripadajúci na kraje

V rokoch 1990 až 2005 výrazne poklesol stav hospodárskych zvierat u všetkých kategórií[ 5]. Počty hovädzieho dobytka poklesli o 66% (pokles o 1 035 000 ks), ošípaných o 56% (pokles o 1 413 000 ks), oviec o 48% (pokles o 291 000 ks) a hydiny o 15% (pokles o 2 394 000 ks). Tento proces bol sprevádzaný ďalšími  negatívnymi dopadmi počnúc likvidáciou ustajňovacích priestorov, znižovaním zamestnanosti, nevyužívaním poľnohospodárskej pôdy, najmä v horských a podhorských oblastiach. Posledné roky  naznačujú  stabilizáciu stavov hospodárskych zvierat, pozri tabuľku 1.  Zámery Ministerstva pôdohospodárstva a rozvoja vidieka, ktoré sú uvedené v Koncepcii  rozvoja pôdohospodárstva SR na roky 2013 – 2020,

Tabuľka 1:   Vývoj stavov hospodárskych zvierat v SR v rokoch 2009 – 2014

Kategória zvierat Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Stavy zvierat v ks  
HD spolu 471 965 467 125 463 360 471 091 467 820 463 500
Z toho kravy 204 133 204 386 201 307 202 589 198 978 201 100
Ošípané  spolu 740 862 687 260 580 393 631 464 637 167 629 500
Z toho prasnice 43 935 41 261 37 371 39 679 40 549 40 200
Ovce spolu 376 978 394 175 393 927 409 569 399 908 377 400
Z toho bahnice 254 601 263 764 264 977 272 205 269 787 257 990
Hydina spolu 13 583 284 12 991 916 11375 603 11 849 818 10 968 918 12 494 000
Z toho sliepky 6 252 243 6 266 205 6 183 382 6 265 511 5 680 915 5 651 300

Zdroj: www.statistics.sk, Správa o poľnohospodárstve a potravinárstve SR 2014

však predpokladajú   nárast stavov hospodárskych zvierat, potrebný na zabezpečenie rastu produkcie mlieka a mäsa na domáci trh. To súčasne vytvára určité garancie dlhodobej produkcie a stabilitu množstva vyprodukovaných biologických odpadov.  V tejto súvislosti si musíme uvedomiť, že produkcia odpadov zo živočíšnej výroby (biomasa živočíšneho pôvodu)  nám poskytuje na jednej strane bohatý obnoviteľný zdroj energie ale na strane druhej je to materiál, ktorého skládkovaním a manipuláciou  vznikajú nežiaduce  dopady na životné prostredie.

Legislatívne podmienky EU pre problematiku manipulácie, skladovania a spracovania živočíšnych  vedľajších  produktov  určuje  Nariadenie EP a Rady č. 1069/2009 z 21. októbra 2009 , v zmysle nariadenia komisie (EÚ) č. 142/2011 z 25. februára 2011, ktorým sa vykonáva nariadenie Európskeho parlamentu a Rady (ES) č. 1069/2009. To znamená, že biomasou  živočíšneho pôvodu a biologicky rozložiteľným odpadom,  sa budeme musieť  v budúcnosti oveľa vážnejšie zaoberať a to bez ohľadu na to aké výstupné produkty sa technológiou ich spracovania získavajú. Pre oba druhy biomasy sa odporúčajú ako najvhodnejšie technológie na spracovanie, a to práve technológia anaeróbnej alebo  technológia  aeróbnej fermentácie, to znamená výroba bioplynu alebo kompostu. Špecifické znaky pre energetické využitie týchto druhov biomasy sú dané prostredím, kde  sa biomasa produkuje, a to najmä  množstvo, vlastnosti a garancia dlhodobej produkcie biomasy ( podľa druhu chovaných zvierat, koncentrácia zvierat, a pod.) . Ďalej je to posúdenie vhodnosti technológie s prihliadnutím  na možnosti realizácie výstupných produktov (realizácia bioplynu na výrobu elektriny, tepla, príp. biometánu, odbyt kompostu a pod.).

Uvedené špecifické znaky pre energetické využitie týchto druhov biomasy naznačujú, že sa jedná o problematiku vyššieho rozvoja zdrojov miestneho, regionálneho významu, s krátkym logistickým prepojením zdrojov a technológie spracovania. V tejto súvislosti má veľký význam dokument Európskej komisie KOM/2011/0885 s názvom Plán postupu v energetike do roku 2050 [ 3 ], ktorý popisuje predpokladaný vývoj v oblasti energetiky v krajinách EÚ. Ťažiskom energetiky v krajinách EÚ sú dve skupiny energetických zdrojov a to:

 centralizované systémy, do ktorých radíme predovšetkým jadrové elektrárne, tepelné elektrárne a veľké vodné elektrárne. Pre úplnosť informácie uvádzame, že centralizované systémy sú ťažiskové, vyznačujú sa vysokým a stabilným elektrickým výkonom, zvyčajne tvoria základné zdroje energetického systému väčšiny  krajín. Tepelné elektrárne na fosílne palivá sú veľkým znečisťovateľom ovzdušia (emisie CO2, CH4, vodná para a i.) a naopak jadrové elektrárne považujeme za nízkouhlíkové, tzv. čisté (ak neuvažujeme s problémami s vyhoretým jadrovým palivom, prípadne inými kontaminovanými odpadmi, ktorých bezpečné úložiská sú svetovým problémom).

Druhým sú tzv. decentralizované systémy, medzi ktoré radíme predovšetkým malé zariadenia na energetické využívanie obnoviteľných zdrojov energie. Výkon týchto zariadení sa pohybuje od najnižších (niekoľko desiatok kWe) až po MWe, veľkosť navrhnutého zariadenia má podľa zdrojov biomasy regionálny charakter so všetkými znakmi i benefitmi lokálneho využívania odpadovej biomasy.

Budovaniu decentralizovaných systémov zariadení na energetické využívanie OZE venuje  Európska únia veľkú pozornosť.  Európsky hospodársky a sociálny výbor sa 14. februára 2013 rozhodol podľa článku 29 ods. 2 rokovacieho poriadku, vypracovať stanovisko z vlastnej iniciatívy na tému „Bezpečnosť potravín a bioenergia“[ 2 ], v ktorom sa píše:              „ Európsky hospodársky a sociálny výbor sa domnieva, že na podporu integrovaného rozvoja bioenergie na príslušnom území je potrebné vyvinúť model decentralizovanej výroby a krátkeho reťazca s malými zariadeniami na transformovanie lokálne vyrobenej biomasy, čo bude priaznivé pre životné prostredie a prinesie možnosť priameho zapojenia poľnohospodárov do reťazca“.

Budovanie decentralizovaných systémov zariadení na energetické využívanie odpadových druhov biomasy  na Slovensku považujeme za perspektívne a vzhľadom na legislatívne tendencie pri nakladaní s biologickými odpadmi aj za nevyhnutné.

Nevyhnutnosť budovania zariadení na spracovanie biomasy živočíšneho pôvodu vyplýva z prijatých legislatívnych dokumentov, ako je napríklad  už spomínané Nariadenie EP a Rady č. 1069/2009 z 21. októbra 2009. Toto nariadenie ukladá prevádzkovateľom,   aby vo všetkých fázach zberu, prepravy, nakladania, ošetrenia, transformácie, spracovania, skladovania, uvádzania na trh, distribúcie, používania a odstraňovania v podnikoch pod ich kontrolou,  vedľajšie živočíšne produkty a odvodené produkty spĺňali požiadavky tohto nariadenia, ktoré sa týkajú ich činností. Podľa tohto nariadenia sú pre jednotlivé kategórie vedľajších živočíšnych produktov ( kategórie 1 až 3),  predpísané aj spôsoby odstraňovania a použitia, článok 13 a 14. Medzi inými sú to aj technológie kompostovania alebo spracovania na bioplyn.  ⃰

Nevyhnutnosť  budovania decentralizovaných zariadení vyplýva aj z  návrhu smernice Európskeho parlamentu a Rady o znížení národných emisií určitých látok znečisťujúcich ovzdušie, ktorou sa mení smernica 2003/35/ES, Prílohy tohto návrhu smernice obsahujú povinnosti pre členské štáty znížiť emisie látok znečisťujúcich ovzdušie o konkrétnu výšku v percentách. Návrh smernice zasiahne aj poľnohospodárstvo, keďže emisie amoniaku a metánu sú produkované najviac  práve  v živočíšnej výrobe.

 Podľa prílohy  č. II.  k návrhu Smernice EP a Rady o znížení národných emisií určitých látok znečisťujúcich ovzdušie, v ktorej sa  uvádza záväzok jednotlivých členských štátov redukovať emisie spomínaných látok, je pre SR navrhované zníženie emisií amoniaku za ktorýkoľvek rok od roku 2020 do roku 2029 o 15 % v porovnaní s rokom 2005 a od roku 2030 o 37 %. Pre zníženie emisií metánu je navrhované zníženie o 41 % od roku 2030, v porovnaní s rokom 2005. Práve tieto navrhované záväzky znižovania emisií si budú vyžadovať budovanie takýchto decentralizovaných systémov na spracovanie biomasy živočíšneho pôvodu. Skutočnosťou je, že chov hovädzieho dobytka a všeobecne hospodárskych zvierat, sa výrazne podieľa na produkcii emisií amoniaku a metánu do ovzdušia. Z metánu vyprodukovaného poľnohospodárskou činnosťou je až polovica vyprodukovaná zvieratami. V tabuľke 2, sú uvedené hodnoty produkcie metánu a amoniaku pre niektoré druhy hospodárskych zvierat.

Tabuľka 2: Produkcia emisií škodlivých plynov

Emisie Druh zvierat Produkcia za rok, kg/ks
NH3 krava 28,5
NH3 ostatné druhy HD 14,3
NH3 ošípané, prasnice 16,43
NH3 ošípané, výkrm 6,39
CH4 krava 80 – 240**
CH4 ošípané 4,8

 Zdroj: Brouček, J.: Produkcia emisií škodlivých plynov z chovov hovädzieho dobytka a jej znižovanie, NPPC VUŽV Nitra, 2014, ISBN 978-80-89418-37-4

Perspektíva budovania decentralizovaných zariadení na energetické využívanie odpadových druhov biomasy je zdôvodnená predovšetkým množstvom vyprodukovanej odpadovej biomasy v poľnohospodárstve,  do ktorej počítame predovšetkým odpadovú biomasu zo živočíšnej výroby (už spomenutých 10 mil. ton ročne), ďalej biomasu vyprodukovanú na nevyužitej poľnohospodárskej pôde, ktorej výmera  predstavuje asi 500 tisíc ha poľnohospodárskej pôdy a veľmi dôležitú zložku odpadovej biomasy tvorí aj biologicky rozložiteľný komunálny odpad.

Dôležitú stránku problematiky predstavuje výskyt zdrojov biomasy, v prípade odpadovej biomasy zo živočíšnej  výroby je to dané  počtom  fariem chovu hospodárskych zvierat na Slovensku. Z hľadiska koncentrácie zvierat a produkcie odpadovej biomasy sú najdôležitejšie farmy pre chov hovädzieho dobytka a chov ošípaných.

 Podľa  poslednej inventarizácie fariem [ 4 ]  je na Slovensku  počet fariem, ktoré sa zaoberajú chovom hovädzieho dobytka  spolu 9313 fariem, z toho chovateľov dobytka s počtom zvierat menej ako 10 je až 7741. Podľa početných kategórií je s počtom zvierat v ks:            10 -50 ks ………………….579 fariem ,  51 – 100 ks ………………174  fariem,  a nad 100 ks ……………… 819 fariem.  Podľa počtu zvierat je najpočetnejšia skupina fariem nad 100 ks, v ktorej evidujeme viac ako 344 000 ks zvierat, priemerný stav na farmu je viac ako 420 ks HD.

Chovom  ošípaných sa zaoberá spolu 10 784 fariem, pritom chovateľov ošípaných s počtom zvierat menej ako 6 je až 9223.  Podľa početných kategórií je s počtom  zvierat v ks: 6 – 10 ks …………………..659 fariem,  10 – 50 ks …………………537 fariem, 51 – 100 ks …………….92 fariem, 101 – 500 ks ………………113 fariem a nad 500 ks …………………160 fariem.  Podľa počtu zvierat je najpočetnejšia skupina fariem s počtom  zvierat nad 500 ks, v ktorej evidujeme až 500 tis. ks ošípaných, potom priemerný  stav zvierat v tejto kategórii je cca 3125 ks na farmu.

Pri stanovení počtu decentralizovaných zariadení na spracovanie odpadovej biomasy z fariem živočíšnej výroby, môžeme vysloviť hypotézu, že približne 50 % fariem v kategórii s najväčším  počtom ustajnených zvierat, v našom  prípade hovädzieho dobytka a ošípaných, bude riešiť hnojovú koncovku práve zariadením  na anaeróbnu fermentáciu. To v praxi predstavuje 450 až 500 decentralizovaných zariadení – bioplynových staníc s malým elektrickým výkonom do 250 kWe.  V praxi môžu nastať prípady, že aj menšie farmy si budú budovať zariadenia na ekologické a ekonomicky výhodné spracovanie biologického odpadu. Pre názornosť uvádzame že na spracovanie odpadov z farmy s priemerným stavom  420 ks HD postačuje bioplynová stanica s elektrickým výkonom asi 100 kWe.

Ďalším významným zdrojom odpadovej biomasy v poľnohospodárstve je produkcia biomasy na nevyužívanej poľnohospodárskej pôde, ktorej výmera predstavuje na Slovensku približne 500 tisíc ha. Z tejto výmery je asi 77 tisíc ha ornej pôdy a asi 350 tisíc ha je plocha trvalých trávnych porastov. Zvyšok je výmera ostatnej poľnohospodárskej pôdy. Z tejto plochy by sme dokázali vyprodukovať biomasu pre asi 130 až 150 bioplynových staníc malého výkonu.

Okrem odpadovej biomasy z poľnohospodárskej prvovýroby musíme počítať aj s biomasou z vyprodukovaného komunálneho odpadu. Na Slovensku máme  okolo 100 obcí s počtom obyvateľov  v rozsahu od 5000 do 100 000, ktoré produkujú komunálny odpad a na jeho spracovanie  môžu využiť technológie na energetické spracovanie biologicky rozložiteľného odpadu či už termickým rozkladom alebo anaeróbnou fermentáciou. Priemerná produkcia komunálneho odpadu na Slovensku je okolo 315 kg/osobu/rok. Časť týchto zariadení by mohla byť projektovaná na spracovanie komunálneho odpadu spolu s poľnohospodárskou biomasou. Osobitnú pozornosť si bude vyžadovať odpadová biomasa z reštaurácií a zariadení verejného stravovania, z výroby potravinárskych výrobkov, z veľkoskladov a veľkopredajní s potravinárskymi produktami, ktoré je potrebné hygienicky nezávadne spracovať, tzv. hygienizácia  odpadov. Na Slovensku sa vyprodukuje asi 156 kg/osobu /rok potravinárskeho odpadu.

Z krátkej  analýzy zdrojov odpadovej biomasy z poľnohospodárskej prvovýroby a komunálneho odpadu je zrejmé, že máme dostatok zdrojov biomasy, spracovaním ktorej sa musíme vážne zaoberať. Nielen preto, že sa jedná o obnoviteľné zdroje energie ale najmä preto, že sa jedná o odpad.  A neriešenie problematiky jeho spracovania môže viesť k vážnym  škodám, napríklad  na životnom prostredí – ochrana spodných vôd, ovzdušia,  na kvalite a štruktúre poľnohospodárskej pôdy, k ďalšiemu zhoršovaniu produkčného potenciálu poľnohospodárstva, najmä v živočíšnej výrobe.

Prínosy  

Relizáciou decentralizovaného systému zariadení na energetické využitie odpadových druhov biomasy predpokladáme dosiahnuť najmä nasledovné prínosy:

1)Podporíme ciele k zvýšeniu sebestačnosti SR v produkcii živočíšnych výrobkov, v súlade s Koncepciou rozvoja poľnohospodárstva SR na roky 2013 až 2020. Podporíme snahu o udržanie prevádzky fariem živočíšnej výroby a k nárastu stavov chovaných hospodárskych zvierat. Podporíme snahu o zavádzanie moderných technologických postupov, najmä hnojovú koncovku fariem, čím prispejeme aj k ochrane životného prostredia, ochrane poľnohospodárskej pôdy a krajinotvorbe.

2)Priamym nadviazaním hnojovej cesty medzi farmou a bioplynovou stanicou, teda vylúčením skládkovania,  zabránime tvorbe emisií  amoniaku  asi 6 300 ton za rok a minimálne rovnaké množstvo emisií metánu.

3) V komunálnej sfére umožníme dosiahnuť plánované ciele v znížení podielu       skládkovania biologicky rozložiteľných odpadov a podporíme ich energetické využívanie, čím dosiahneme zníženie tvorby amoniakových a metánových emisií do ovzdušia. Lokálnym využívaním vyrobenej energie pomôžeme samosprávam pri riešení dosahovania  úspory energií vo vlastných podmienkach (verejné osvetlenie a spotreba elektriny v obecných objektoch, úspory tepla na vykurovanie a pod.) V konečnom štádiu sú to úspory rozpočtových nákladov obcí.

4) V sociálnej sfére môžeme zavedením systému vytvárať pracovné miesta spojené s výrobou energie z obnoviteľných zdrojov, energetickou efektívnosťou, odpadovým hospodárstvom a hospodárením s vodami, kvalitou ovzdušia, obnovou a zachovaním biologickej diverzity teda aj z odpadovej biomasy z poľnohospodárstva a komunálnej sféry a riešiť otázky zamestnanosti problémových, aj menej kvalifikovaných pracovných síl.

5) Realizáciou zariadení dosiahneme to, že výnosy z prevádzky zariadení zostávajú v danom regióne a prispievajú k jeho rozvoju.

Záver

Na realizáciu decentralizovaného systému však nestačí len vyprodukovať biomasu, ale je potrebné vytvoriť aj vhodné legislatívne prostredie, a to najmä zvýšením účinnosti podpory pre energetické využívanie odpadovej biomasy z poľnohospodárstva a komunálnej sféry, vypracovaním a zavedením  koordinovaného riadenia centralizovaného a decentralizovaného systému zariadení na výrobu elektriny a zavedením povinnosti výkupu elektriny vyrobenej z odpadových druhov biomasy (poľnohospodárskej i komunálnej ) technológiou anaeróbnej fermentácie.

V  realizácii decentralizovaného systému zariadení na energetické využitie odpadových druhov biomasy nehľadajme len prínos pre prevádzkovateľa zariadenia vo forme „ zisku z vyrobenej elektriny“, ale   najdôležitejším  a celospoločenským  prínosom je environmentálne spracovanie a využitie biologicky rozložiteľného odpadu.

Autori:

Ing. František Zacharda, CSc,  tel: 0948 305 705, f.zacharda@gmail.com

Ing. Štefan Pásztor, tel: 0903 422 382, danagra@danagra.sk

AGROBIOENERGIA, Združenie pre poľnohospodársku biomasu,

900 41 Rovinka

Literatúra:

[ 1 ]  Rusňák P., Pepich Š.: Koncepcia rozvoja poľnohospodárskych bioplynových stanícna

Slovensku, TSÚP Rovinka, máj 2013,

[ 2 ] EUR-Lex 2013/C 341/04: Stanovisko Európskeho hospodárskeho a sociálneho výboru na         Téma: „Bezpečnosť potravín a bioenergetika“, stanovisko z vlastnej iniciatívy

[ 3 ] KOM/2011/0885: Oznámenie Komisie Európskemu parlamentu, Rade, Európskemu       hospodárskemu a sociálnemu výboru a výboru regiónov. Plán postupu v energetike do roku 2050

[ 4 ]  Štrukturálny cenzus fariem 2010 – komplexné výsledky, ŠÚ SR, číslo: 850-0070/2012,                        ISBN 978-80-8121-163-8

[ 5 ]   https://www.enviroportal.sk/uploads/spravy/komplet-brozura-1990-2005.pdf

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Biomasa z mikrorias ako alternatívna surovina pre výrobu bioplynu

Głowacka1,2 N., Gaduš1 J.

1. Katedra regionálnej bioenergetiky, Fakulta európskych štúdií a regionálneho rozvoja, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Slovensko
xglowacka@is.uniag.sk, jan.gadus@uniag.sk
2. Environmental Institute, s.r.o., Koš, Slovensko
glowacka@ei.sk

Abstrakt

Tento článok skúma možný potenciál zelených mikrorias, ktoré by v budúcnosti mohli nahradiť štandardne používanú kukuričnú siláž na výrobu bioplynu. Intenzívne budovanie nových zariadení na výrobu bioplynu po celej Európe a nedostatok plôch ornej pôdy na kultiváciu biomasy vhodnej na výrobu bioplynu sú základnými dôvodmi na hľadanie alternatívnych vstupných surovín na výrobu energie ako náhrady za kukuričnú siláž. Pri porovnaní zelených mikrorias s tradičnými plodinami je možné vyzdvihnúť ich vysoký potenciál produktivity (vysoký obsah oleja), ako aj možnosť ich pestovania počas celého roka a nenáročnosť na potrebné produkčné plochy. V súčasnosti sa na kultiváciu rias používa celý rad technologických systémov, niektoré z nich sú ešte stále vo fáze vývoja. Je potrebné hľadať účinné spôsoby na výrobu biomasy z mikrorias vhodných na energetickú konverziu pri zabezpečení ekonomických požiadaviek, ako aj cieľov týkajúcich sa ochrany životného prostredia. Priebežné výsledky výskumov uvedené v tomto článku naznačujú, že mikroriasy sú vhodným alternatívnym materiálom na výrobu bioplynu využívajúc metódy anaeróbnej digescie.

 Kľúčové slová

mikroriasy; biomasa; kultivácia; bioplyn; metán; produktivita

 ÚVOD

Svetové zásoby tradičných fosílnych palív vrátane ropy pri neustálom narastaní potrieb energie veľmi rýchlo klesajú. Aktuálna spotreba spôsobuje ekologické problémy, preto je iba otázkou času, dokedy budú fosílne palivá dostupné za nízke ceny. Globálne otepľovanie, zvyšovanie cien ropy a ropných produktov spôsobujú znižovanie energetickej bezpečnosti, čo je dôvodom, prečo sa výskumníci v súčasnosti zameriavajú na výrobu obnoviteľnej energie z mikrorias (Mobin et al., 2014). Mikroriasy majú potenciál stať sa náhradou tradičných plodín (repkové semeno, kukuričná siláž) z dôvodu rýchleho rastu a ich vysokej fotosyntetickej účinnosti. Biomasu rias je možné kultivovať v celom rade rozličných typov fotobioreaktorov, vodných nádrží alebo skleníkov.

1 VÝROBA BIOMASY Z MIKRORIAS

Spolu so sinicami, mikroriasy ako primitívne rastliny sú tie najjednoduchšie nekomplikované autotrofné organizmy (väčšinou mikroskopickej veľkosti) s nenáročnými požiadavkami na rast a zvyšujúcim sa tempom rastu v závislosti na podmienkach prostredia vytvorených v bioreaktore. Kľúčovými faktormi pre riadenie rastu rias sú: voda, svetlo, CO2, optimálna teplota a pomer N:P:K. Pri mikroriasach zaznamenávame oveľa vyššiu produktivitu v porovnaní so štandardnými poľnohospodárskymi plodinami. Počas najdôležitejšej fázy rastu rias – exponenciálnej fázy – je možné sledovať zdvojnásobenie biomasy v čase kratšom ako 3,5 hodiny. Mikroskopické riasy dokážu naviazať a využiť odpadový oxid uhličitý (CO2), 1 kg suchej biomasy z rias využije približne 1,83 kg CO2 (Brennan et al., 2009). Mikroriasy je možné považovať za vhodný substrát pre anaeróbnu digesciu z dôvodu vysokej produktivity biomasy a zníženej potreby využívania ornej pôdy. Výber optimálnych kmeňov rias vedie k rýchlejšej premene biomasy na metán. Pri výbere vhodného kmeňa mikroriasy je jedným z najdôležitejších parametrov charakteristická konštrukcia bunkovej steny mikroriasy, ktorá rozhoduje o účinnosti anaeróbneho procesu. Niektoré druhy nemajú bunkovú stenu, niektoré mikroriasy majú stenu pozostávajúcu z proteínu bez celulózy alebo hemicelulózy a tieto parametre zohrávajú kľúčovú úlohu pri ľahšej odbúrateľnosti. Pri výbere druhov mikrorias pre anaeróbnu digesciu je nutné zobrať do úvahy aj iné parametre, napr. produktivitu a citlivosť na kontamináciu. V prípade, že vybrané druhy mikrorias majú silnú bunkovú stenu a sú odolné voči procesu anaeróbnej digescie, je potrebné ich upravovať pred samotným použitím ako suroviny v prevádzke na výrobu bioplynu.

Vzhľadom na vysokú fotosyntetickú účinnosť a intenzívny rast v súvislosti s kultiváciou mikrorias prebieha štúdium zelených rias ako sľubnej suroviny na výrobu palív a chemikálií. Kultivácia biomasy rias pre výrobu biopaliva predstavuje zaujímavý biomateriál pre výskumníkov na celom svete (Sarkar et al., 2015).

Úspešná kultiváciu mikrorias si vyžaduje znalosti ekológie rias, aby bolo možné zaistiť presné podmienky ich rastu. Bolo vypočítané (Benemann et al., 2013), že množstvo výroby suchej hmoty mikrorias na svete predstavuje hodnotu 15 000 t/rok. Biomasa mikrorias sa nezbiera iba z prírodného prostredia (voda), ale aj z umelých kultivačných zariadení (vodné nádrže) a fotobioreaktorov.

Jedným z najdôležitejších faktorov pre celkový úspech pestovania rias je výber vhodného a najvýkonnejšieho kmeňa rias (Bruton et al., 2009). Základnými požiadavkami na kultiváciu mikrorias sú:

-       Intenzita svetla – jeden z najdôležitejších parametrov, hustota kultúry je obmedzená z dôvodu dostupnosti svetla, je nepriamo úmerná vzdialenosti, cez ktorú svetlo musí prejsť;

-       Teplota a regulácia pH – pre každý druh rias existuje iný optimálny rozsah teploty a pH;

-       Eliminácia kyslíka – mikroriasy produkujú kyslík primerane k ich rastu (mal by byť odstránený z dôvodu toxicity);

-       Prísun CO2 - účinné zachytenie oxidu uhličitého je dôležitou časťou návrhu systému na pestovanie rias;

-       Cirkulácia kultúry – ovplyvňuje elimináciu kyslíka, šírenie svetla, zníženie organickej hmoty.

Rastové médium (kultivačné prostredie) musí zabezpečiť dodávanie dôležitých anorganických faktorov, ktoré sú v ďalšom procese hlavnými komponentmi, ktoré budujú bunky mikrorias, sú nimi:dusík, fosfor, draslík a železo.Chemický odhad minimálneho obsahu živín, ktoré je potrebné zabezpečiť pre kultiváciu, je uvedený podľa molekulárneho vzorca špecificky vytvoreného pre biomasu rias:CO0.48H1.83N0.11P0.01 (Chisti, 2007).

Zloženie biomasy mikrorias je možné ovplyvniť prispôsobením podmienok ich rastu vytvorených vo fotobioreaktore.Táto zmena (prispôsobenie) sa vyskytuje pri nahromadení živín v tých prípadoch, kde sú riasy pestované v rastovom prostredí, v ktorom je nedostatok živín v porovnaní s optimálnou potrebou.

V rámci nášho pokusu bola biomasa rias druhu Chlorella sorokiniana kultivovaná a pestovaná v laboratóriu Environmental Institute, Koš (Slovensko) v rámci biotechnologického procesu uskutočneného v rastovom médiu so všetkými základnými parametrami uvedenými vyššie.Pre kultiváciu rias bol použitý 10-litrový bioreaktor, ktorý bol neskôr nahradený 100-litrovým bioreaktorom (10 litrov suspenzie rias bolo pridaných do 90 litrov kultivačného médiá) pri udržiavaní optimálnej teploty v rozsahu 25°C – 28°C. Teplota vytvorená v bioreaktore môže mať vplyv na chemické zloženie buniek rias.Aby bolo možné vytvoriť čo najpriaznivejšie podmienky pre rast rias, pH bolo regulované na úrovni medzi 7.0 – 7.3.Miešanie a cirkulácia (pridaním CO2) kultúr rias v bioreaktore bolo dôležité na odstránenie vysokej hladiny kyslíka, ktorý je pre riasy škodlivý.Úroveň svetla bola udržiavaná na požadovanom pomere za účelom riadenia procesu fotosyntézy 16:8 (svetlo:tma) (Glowacka et al., 2016).

Obr. 1  Pestovanie biomasy z riasy druhu Chlorella sorokiniana v bioreaktore (autor)

 Obr. 2 Zber a zhromažďovanie biomasy riasy druhu Chlorella sorokiniana (autor)

Obr. 3 Vysušená biomasa riasy druhu Chlorella sorokiniana (92,69% suchej hmoty) (autor)

2 Výskum výroby bioplynu z mikro rias

Pre účely realizovania porovnávacích testov výdatnosti rôznych zmesí vstupnej biomasy boli navrhnuté, vyrobené a na pracovisku Katedry regionálnej bioenergetiky FEŠRR SPU v Nitre v Kolíňanoch nainštalované experimentálne fermentory pre tzv. dávkové (batch) pokusy. Tieto fermentory majú  nasledovné základné parametre: nerezová nádrž s dvojitým plášťom, s čistým objemom 100 l, s elektrickým ohrevom vykurovacej vody, s digitálnou reguláciou teploty s presnosťou ± 0,5oC a elektrickým pomalobežným miešadlom s možnosťou nastavovania času miešania a prestávok (12 cyklov za deň  v trvaní 20-30 minút).

Konštrukčné usporiadanie fermentorov umožňuje realizáciu tzv. dávkových (batch) testov pre stanovenie výdatnosti produkcie bioplynu z rôznych, aj zmesových vstupných materiálov. Vyprodukované množstvo bioplynu sa kontinuálne meria a zaznamenáva plynomerom pre malé prietoky Ritter s automatickým záznamom (využívajúc software RIGAMO). Fermentor je vybavený ventilmi umožňujúcimi odber substrátu počas experimentu k realizovaniu chemických rozborov, ako aj na analyzovanie zloženia produkovaného bioplynu (viď schému Obr. 4).

Každý experiment zameraný na zisťovanie výdatnosti bioplynu skúmaného substrátu je realizovaný v dĺžke 30 dní.

Obr. 4 Technologická schéma experimentálneho fermentora 100 l

Obr. 5  Usporiadanie 100 l fermentorov s plynomermi Ritter (autor)

3 Výsledky 

Ako príspevok k hľadaniu možných alternatívnych vstupných materiálov pre produkciu bioplynu bola pre výskum zvolená testovaná biomasa – zahustené mikroriasy, druhu Chlorella sorokiniana, dopestované v malých bioreaktorochv celkovom množstve 2,3 l. Pripravená vstupná surovina je ukázaná na fotografii Obr. 2. Fermentor bol naplnený inokulom odobratým z fermentora bioplynovej stanice v objeme 97 l a následne boli pridané mikro riasy (Obr. 6). Pokus bol realizovaný v období od 06. 06. 2016 do 06. 07. 2016, t.j. v trvaní 30 dní.

Po uzavretí fermentora bol nastavený automatický režim kontroly ohrevu na teplotu 40 oC ±1 oC, ako aj automatický režim záznamu kumulatívnej produkcie bioplynu v riadiacom programe plynomeru pre malé množstvá od firmy Ritter. Hodnota produkcie bioplynu sa zaznamenávala každú hodinu. Spracované výstupy jednotlivých sledovaných parametrov sú uvedené v nasledujúcich tabuľkách a grafoch.

Kumulatívnu produkciu bioplynu je vidieť v grafe na obrázku Obr. 7. Celkovo bolo zo substrátu vo fermentore vyprodukovaných za 30 dní 289,6 l bioplynu, pričom príspevok k produkcii bioplynu 97 l samotného inokula bol 124,8 l. Priebeh zloženia bioplynu je vidieť na grafe na Obr. 8. 

Obr. 6 Substrát: inokulum + mikroriasy po naplnení do fermentora (autor)

Obr. 7 Kumulatívna produkcia bioplynu počas experimentu s mikroriasami

 

Obr. 8 Priebeh obsahu metánu, oxidu uhličitého a sírovodíka v bioplyne

Experiment potvrdil, že zahustené mikroriasy sú veľmi dobrou surovinou na produkciu bioplynu metódou mokrej fermentácie. Boli dosahované prijateľné priemerné hodnoty obsahu metánu v bioplyne a to 50,38 % objemových a aj nízke hodnoty sírovodíka v priemere 105,83 ppm. Teda tento bioplyn by vyžadoval pred použitím v kogeneračnej jednotke minimálne odsírovanie (na hodnotu nižšiu ako 100 ppm).

Počas 30 dňového pokusu v experimentálnom fermentore, bola dosiahnutá celková produkcia bioplynu 289,6 l, čo predstavuje priemernú dennú produkciu 9,653 l/deň. Priemerná hodnota pH vo fermentore bola 6,93 a teplota 39,37oC počas celej doby trvania experimentu.

Pri prepočte dávky biomasy na hodnotu suchej hmoty na základe zistenia obsahu suchej hmoty (TS hm. %) zahustených mikrorias, ktorá bola 3,28 %, bola dávka suchej hmoty a organickej suchej hmoty mikrorias  (SH, OSH) do fermentora nasledovná:

Dávka SH = 0,0754 kg SH mikrorias

Dávka OSH = 0,0705 kg OSH mikrorias

Potom priemerná celková produkcia bioplynu (BP) na jednotku suchej hmoty biomasy mikrorias predstavuje:

Produkcia BP = 2,186 m3/ kg SH

Produkcia BP = 2,338 m3/ kg OSH

Pre porovnanie uvádzame výsledky získané počas rovnakého experimentu len použitím 97 l hnojovice (zloženie 80 % hnojovica od ošípaných, 20 % slamnatý maštaľný hnoj od hovädzieho dobytka). Výsledky je možné vidieť v tabuľke Tab.1. Celková produkcia bioplynu bola dosiahnutá 124,80 l bioplynu, pri prepočte na jednotku suchej hmoty použitého vstupného materiálu (obsah suchej hmoty v hnojovici bol SH = 1,17 hm.%)  bola dosiahnutá produkcia bioplynu 0,0333 m3/kg SH pri zložení s priemerným obsahom metánu 48,89 %.

Tab. 1 Priemerné prepočítané hodnoty produkcie bioplynu a zloženia bioplynu

Vstupný substrát Celková produkcia BP

 

(l)

Priemerná dávka SH substrátu

 

(kg)

Priemerná celková produkcia BP na jedn. SH

(m3/kg SH)

Priemerný obsah metánu

 

(Obj. %)

Priemerný obsah oxidu uhličitého

 

(Obj. %)

Priemerný obsah sírovodíka

 

(ppm)

Mikroriasy 2,3 l 164,8 0,0754 2,186 50,38 45,10 105,83
Hnojovica 97 l 124,8 1,135 0,1099 48,89 43,10 95,27
Kukuričná siláž 3 kg 704,94 0,9876 0,7138 53,98 40,40 315,17

 4 ZÁVER

 

Rozvoj počtu inštalácií zariadení na výrobu bioplynu v Európskej únii má neustále zvyšujúcu sa úroveň. Preto je nevyhnutné hľadať vhodné náhrady štandardne používanej kukuričnej siláže. Ako naše pokusy ukazujú, veľmi perspektívnou alternatívou môžu bez zelené mikroriasy.

Ďalším dôležitým faktorom je vysoko pozitívna rola mikro rias pre životné prostredie. Čím skôr ľudia budú akceptovať ich cenný dopad na životné prostredie a na človeka, tým skôr sa podarí vyriešiť závažné problémy a otázky týkajúce sa životného prostredia (Chand et al., 2000). Výskumné metódy kultivácie a energetickej konverzie biomasy z mikrorias prispejú k neustále sa rozširujúcim možnostiam použitia aj digestátu z bioplynových zariadení a k zvýšeniu ich ekonomickej efektívnosti. Výsledky prezentovaného výskumu prispejú k ďalšiemu rozvoju komplexného programu využitia všetkých foriem obnoviteľnej energie v Európskom priestore.

5 Literatúra

Mobin S., Alam F., 2014. Biofuel Production from Algae Utilizing Wastewater, 19th Australasian Fluid Mechanics Conference, Melbourne, Australia.

Brennan L., Owende P., 2009. Biofuels from microalgae – A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Elsevier. doi:10.1016/j.rser.2009.10.009.

Sarkar O., Agarwal M., Kumar A. N., Mohan S. V., 2015. Retrofitting hetrotrophically cultivated algae biomass as pyrolytic feedstock for biogas, bio-char and bio-oil production encompassing biorefinery. Bioresour. Technol. 178, 132-138.

Benemann, J., 2013. Microalgae for biofuels and animal feeds. Energies, 6(11), 5869-5886.

Bruton T., Lyons H., Lerat Y., Stanley M., Rasmussen M.B., 2009. A review of the potential of marine algae as a source of biofuel in Ireland. Dublin: Sustainable Energy Ireland; p. 88.

Chisti Y., 2007. Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances; 25(3):294–306.

Glowacka, N., Gadus, J., Kiss, G., Slobodnik, J. 2016. Potential of microalgae biomass for biogas production, 6th International Scientific Conference May 31-June 2, 2016 Tatranské Matliare, Renewable Energy Sources 2016 High Tatras, Slovak Republic.

Chand, R. L., Kumar, H. D., Mohn, F. H. and Soeder, C. J. 2000. Services of algae to the environment, Journal of microbiology and biotechnology (J. microbiol. biotechnol.) ISSN 1017-7825, (2000). vol. 10, no2, pp. 119-136.

Janíček, F., Daruľa, J., Gaduš, J., et al.  2007. Obnoviteľné zdroje energie 1 : technológie pre udržateľnú budúcnosť. 1. vyd. Bratislava : Slovenská technická univerzita, 2007. 166 s. ISBN 978-80-969777-0-3.

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Priebeh maturitných skúšok v školskom roku 2015/2016 v študijnom odbore Bioenergetika na pôde Spojenej školy Ivanka pri Dunaji s org. zložkou SOŠ Bernolákovo

     Ani sme sa nenazdali a máme tu ďalších absolventov, ktorí úspešne zvládli maturitné skúšky v študijnom odbore – Bioenergetika. Tieto skúšky sa konali v školskom roku 2015/2016. Študenti využili počas maturitných skúšok všetky teoretické ako aj praktické znalosti, ktoré získali na pôde Spojenej školy Ivanka pri Dunaji, s org. zložkou SOŠ Bernolákovo ako aj na individuálnej študijnej praxi v rôznych poľnohospodárskych podnikoch a firmách zameraných na bioenergetiku. Toto všetko napomohlo k úspešnému zvládnutiu maturitných skúšok. Už v prvý deň maturitnej skúšky boli naši študenti plní očakávania a elegantne vyobliekaní čakali na samotné zahájenie skúšok. Niektorí veselí, iní trošku strémovaní. Veď niet sa čomu čudovať, čakala ich skúška dospelosti.

 V prvej časti naši bioenergetici absolvovali externú časť (písomná forma) maturitnej skúšky zo slovenského jazyka a anglického jazyka v termíne od 15.3. do 16.3.2016. V spomenutých všeobecnovzdelávacích predmetoch študenti písali test a sloh. Tieto témy boli pevne dané Ministerstvom školstva SR. Táto časť bola veľmi dôležitá, pretože na ňu nadväzovala ústna forma a zároveň bola jej kľúčovou časťou, preto tieto skúšky boli pre našich žiakov istým “strašiakom”. Samotné výsledky z externej časti sa žiaci dozvedeli tesne pred ústnou časťou maturitnej skúšky.

     Po absolvovaní externej časti nasledovala praktická časť maturitnej skúšky, ktorá sa konala dňa 10.5.2016. Už na začiatku štvrtého ročníka si žiaci vyberali konkrétnu tému vo forme komplexnej maturitnej práce. Zvolenú tému si žiaci obhajovali pred maturitnou komisiou. Po vybratí témy každý žiak dostal svojho konzultanta – učiteľa, ktorý ich sprevádzal počas samotnej prípravy. Táto práca pozostávala z písomnej časti a makety alebo modelu zariadenia, ktoré bolo funkčné. V písomnej časti bola popísaná činnosť a konštrukcia zariadenia ako aj postup výroby, montáže a samozrejme aj využitie modelu v školských podmienkach. Študenti si vyberali podobné témy, ktoré boli obhajované v šk. roku 2014/2015. Výber tém bol ovplyvnený aj individuálnou študijnou praxou, ktorá sa konala v dvojtýždňových blokoch druhého a tretieho ročníka vo vybraných podnikoch. Počas praxe študenti získavali hlavne praktické poznatky, ktoré mohli ďalej využiť vo svojom projekte. Na jednej téme mohli pracovať maximálne dvaja bioenergetici. Študenti si vybrali témy ako model bioplynovej stanice, laboratórne testy biomasy, funkčný model malej veternej elektrárne, funkčný model fotovoltaického článku, model výroby a spaľovania drevnej štiepky, funkčný model ručne poháňaného generátora a zakladanie, pestovanie a zber rýchlorastúcich drevín. Počas obhajoby pred maturitnou komisiou študenti využili dataprojektor, na ktorom popísali svoju prácu v teoretickej rovine. Následne na to študenti prezentovali svoj model a zároveň predviedli jeho funkciu a využitie v našich školských podmienkach. Takáto forma praktickej skúšky je na našej veľmi vítaná, pretože všetky výstupy, hlavne modely naša škola ďalej využíva vo vyučovacom procese.

     V záverečnej fáze študenti absolvovali ústnu formu maturitnej skúšky zo slovenského a anglického jazyka a zároveň, pre nás z hľadiska odbornosti, významnú teoretickú časť odbornej zložky a to v termíne od 23.5. do 24.5.2016. Teoretická časť odbornej zložky obsahovala skupinu otázok, ktoré boli tvorené technickými, všeobecnovzdelávacími a ekonomickými predmetmi ako mechanizácia, pestovanie rastlín, chov hospodárskych zvierat, chémia, odpadové hospodárstvo, obnoviteľné zdroje energie, technológie bioenergetiky a ekonomika. Celkovo bolo k losovaniu pripravených 25 okruhov, kde každý okruh obsahoval 5 až 6 otázok zo spomenutých predmetov.

     Týmto by som chcel našim študentom pogratulovať k úspešnému zvládnutiu maturitných skúšok a do profesijného ako aj osobného života im popriať veľa úspechov.

     Zároveň nás veľmi teší, že študijný odbor Bioenergetika prešiel z experimentálnej formy do riadnej formy štúdia, čím sa odbor stal overeným odborom. Po ukončení štúdia minuloročných štvrtákov hrozilo, že odbor bude vyradený zo siete škôl. Po rokovaniach s odbornými garantmi na MŠVVŠ bol našťastie študijný odbor Bioenergetika  ponechaný v sieti škôl.

     Veľmi potešujúcim faktom je aj to, že sa nám v školskom roku 2016/2017 podarilo otvoriť jednu triedu mladých bioenergetikov, čím môže naša škola pokračovať v tradícii študijného odboru Bioenergetika.

Ing. Peter Farkaš
stredoškolský učiteľ,
člen predstavenstva
združenia Agrobioenergia

Na exkurzii v Biolife Galanta

Písomné maturity zo všeobecnovzdelávacích predmetov

Pred zahájením praktickej časti maturitnej skúšky

…..a počas praktickej časti maturitnej skúšky

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Konferencia a kooperačné rozhovory

Za účasti vyše 90 odborníkov z branže sa v Bratislave 29. novembra 2016 v rámci exportnej iniciatívy Energie Spolkového ministerstva hospodárstva a energie Nemecka, konala odborná slovensko-nemecká konferencia na tému využitia bioenergie s nasledovným programom:

 Otvorenie konferencie

 Markus Halt, Slovensko-nemecká obchodná a priemyselná komora

Dr. Lorenz Barth, Veľvyslanectvo Spolkovej republiky Nemecko v SR

Predstavenie exportnej iniciatívy a úvod do tematiky

 Camila Vargas, energiewächter GmbH v zastúpení Exportnej iniciatívy Energie Spolkového ministerstva hospodárstva a energií Nemecka

Súčasný stav a nevyhnutnosť decentralizácie výroby bioplynu z odpadových druhov biomasy František Zacharda, Agrobioenergia – Združenie pre poľnohospodársku biomasu

Prezentácie nemeckých firiem v rámci pódiovej diskusie:

BEKON Energy Technologies GmbH

MTU Onsite Energy GmbH

PPM Energie Germany GmbH

 Malé a stredné bioplynové stanice v poľnohospodárstve

David Wilken, Odborný zväz pre bioplyn e.V.

Príklad decentralizovanej bioplynovej stanice v poľnohospodárstve

 Miroslav Štefček, Poľnohospodárske družstvo Ludrová

Prezentácie nemeckých firiem v rámci pódiovej diskusie:

EckRohrKessel GmbH

StrawTherm GmbH KG

Energetická bilancia odpadov – na príklade regiónu v Nemecku

Dr. Mathias Schlegel, Univerzita Rostock

Energetické zhodnotenie biologicky rozložiteľného odpadu

Elena Bodíková, VIK s.r.o.

Pri organizačnom a obsahovom zabezpečení konferencie spolupracovali aj zástupcovia Združenia Agrobioenergia.

Príspevky z konferencie nájdete na: http://www.dsihk.sk/sk/sluzby/projekty-na-podporu-exportu/realizovane-projekty/ 

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Dobudovanie výskumného centra potenciálu biomasy v Rovinke

Ing. Kristína Muráňová, PhD.

NPPC TSÚP Rovinka

Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky v Rovinke, ktorý je súčasťou Národného poľnohospodárskeho a potravinárskeho centra, zahájil v auguste 2015 realizáciu projektu s názvom Výskumné centrum potenciálu biomasy.

Veľká významnosť projektu spočíva nielen v konečnom prínose pre agrosektor a energetický sektor, ale aj v bilaterálnej spolupráci Slovenska a Nórska pri realizácii projektu. Jedinečnosť slovensko-nórskej projektovej spolupráce spočíva v zriadení dvoch moderných laboratórií a inštalácii nórskych bioplynových reaktorov na Slovensku. Neoceniteľný je najmä transfer nórskych technológií, vedomostí a skúseností v oblasti obnoviteľných zdrojov energie na Slovensko, diseminácia výsledkov do praxe a v neposlednom rade zvýšenie konkurencieschopnosti zelených podnikov a tvorba zelených pracovných miest. Projekt zároveň prispieva k plneniu jednej z hlavných priorít Energetickej politiky SR – zvyšovanie podielu obnoviteľných zdrojov energie na výrobe elektriny a tepla. Slovenská republika má podľa Smernice EÚ 2009/28/ES o podpore využívania energie z obnoviteľných zdrojov povinnosť zvýšiť využívanie obnoviteľných zdrojov v pomere ku hrubej konečnej energetickej spotrebe zo 6,7 % v roku 2005 na 14 % v roku 2020.

Po 2 rokoch od zahájenia sa realizácia projektu nachádza v záverečnej fáze. Dňa 26.  apríla 2017 sa uskutoční záverečná konferencia, ktorá sa bude konať pod záštitou Veľvyslanectva Nórskeho kráľovstva za účasti nórskej veľvyslankyne Ingy Magistad. Účelom konferencie je predstaviť výsledky projektu a poskytnúť informácie o inovatívnych technológiách a know-how v oblasti energetického zhodnocovania obnoviteľných zdrojov širokej odbornej aj laickej verejnosti, vzdelávacím inštitúciám, prevádzkovateľom bioplynových staníc a agropodnikom pôsobiacich v tejto oblasti.

Výskumné centrum potenciálu biomasy TSÚP pozostáva z novovybudovanej technologickej  linky na prípravu a spracovanie tuhej biomasy, výrobu peliet a ich spaľovanie v kotly na pelety. V rámci implementácie projektu bolo dobudované laboratória na analýzy pevných palív z biomasy a novovybudované bioplynové laboratórium s granulovým reaktorom. Okrem týchto laboratórií, vybudovaných v priestoroch TSÚP, bol v rámci realizácie projektu nainštalovaný biofilmový reaktor na pracovisku Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Nitre v Kolíňanoch. Inovatívne nórske technológie, biofilmový a granulový reaktor a ich inštalácia na Slovensku, tvoria nosnú časť celého projektu.

Výskumné centrum potenciálu biomasy TSÚP bude po realizácii špičkovým centrom pre výskum biomasy, ktoré zabezpečuje široké spektrum analýz rôznych druhov pevnej biomasy, a taktiež výskum jej spracovania na energetické účely. Na základe takto realizovaného výskumu bude pre prax poskytovať údaje o vhodnosti jednotlivých druhov biomasy na jej energetické využitie, ako aj receptúry najvhodnejších kombinácií zmesí biomasy pre výrobu peliet a výrobu bioplynu. V novovybudovaných laboratóriách na výskum a spracovanie biomasy sa budú vyhodnocovať mechanické, chemické a fyzikálne vlastnosti jednotlivých druhov biomasy a peliet z nej vyrobených. Zároveň sa bude sledovať proces spaľovania vyrobených peliet v kotle za súčasného sledovania termických a emisných parametrov. Pre prax sa budú realizovať certifikované analýzy pevnej biomasy a palív z biomasy s možnosťou stanovenia obsahu rôznych chemických  prvkov. V bioplynovom laboratóriu sa budú realizovať  analýzy rôznych druhov biomasy vhodnej na fermentáciu v bioplynových staniciach. Pre prax budú zabezpečované informácie ohľadom parametrov a vlastností vstupného materiálu do bioplynových staníc a ich vplyvu na kvalitu a množstvo produkovaného bioplynu.

Výskumné centrum potenciálu biomasy TSÚP zabezpečuje:

  • Analýzy biomasy (stanovenie spalného tepla, obsahu popola a obsahu vlhkosti, objemovej hmotnosti a sypnej hmotnosti, odrolu)
  • Stanovenie ťažkých kovov v tuhých vzorkách biomasy
  • Stanovenie pomeru prchavé mastné kyseliny/celková alkalinita a ďaľšie.
  • Stanovenie kvality vyrobeného bioplynu a kvantity jednotlivých zastúpených zložiek.
  • Výskum spracovania a výroby tuhých palív z rôznych druhov biomasy formou peletovania a stanovenie ich fyzikálnych, mechanických a chemických vlastností.
  • Termické a emisné parametre spaľovania biomasy
  • Analýzy popola zo spaľovania biomasy
  • Stanovenie biogénnych prvkov v biomase (vodík, kyslík, uhlík, dusík, síra).

image001

image003

Inštalácia biofilmového reaktora

image005 image007

Inštalácia kotla na spaľovanie biomasy

Článok bol napísaný v rámci riešenia projektu: GII PP001s názvom: „Výskumné centrum potenciálu biomasy“

www.norwaygrants.orgwww.eeagrants.skwww.tsup.sk

Biomasa – naša energetická budúcnosť

Nórske granty – vytvárajme a zdieľajme výsledky spolu

image009 image011 image013

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Hnojová koncovka farmy živočíšnej výroby – „Nekonečný príbeh“

S pojmom hnojová koncovka farmy živočíšnej výroby som sa prvý raz prakticky stretol ako desaťročný chlapec, ešte na základnej škole a do dnešného dňa na to s úsmevom spomínam. Bolo to v čase zakladania roľníckych družstiev a práve také vzniklo aj v našej dedine. Do jednoduchej maštale s betónovou podlahou a slamovou podstielkou, boli sústredené kravy a začal sa špecializovaný chov dojníc. Na jednom konci haly sa maštaľný hnoj, podstielka s výkalmi kráv, vyvážali vozíkom na kopu a odtiaľ sa nakladačom a traktorom s vlečkou vozili na poľné hnojisko v blízkosti kravína. Tekutá zložka hnoja z maštale a hnojiska stekala po susednom pasienku a onedlho bola pôda premočená tak, že postupne vzniklo plytké jazero, ktorého plocha sa zväčšovala a v januári a februári sme mali, na našu radosť, veľké prírodné klzisko. Vtedy sme chodili do školy na zmeny a tak sa stalo, že doobedňajšie voľno sme využívali na korčuľovanie a poobede sme trávili v škole. Jedného dňa sme v zápale boja zabudli sledovať čas a aby sme stihli prísť na vyučovanie, behom sme uchytili školské tašky a poďho, rovno do školy.  Sedeli sme vo vykúrenej triede a naše premočené tepláky sa začali nielen sušiť ale aj nepekne rozvoniavať. Po krátkom a ráznom vyšetrovaní, boli sme identifikovaní ako nositelia zdroja zápachu, tu som sa dozvedel, že to je čpavok, dostali sme od súdružky učiteľky trstenicou rozhrešenie a behom domov sa prezliecť do čistých šiat. Do konca zimy sme mali zakázané chodiť sa korčuľovať na naše jazero – hnojovicovú koncovku farmy živočíšnej výroby. Dnes sa nad týmto príbehom len pousmejem, veď kto by sa dnes korčuľoval na zamrznutej hnojovici, ale pred šesťdesiatimi rokmi………

Vývoj spoločnosti za ostatných 6 desaťročí prešiel mnohými významnými zmenami vo všetkých odvetviach ľudských činností. To platí v plnej miere aj o poľnohospodárstve a o technológiách v  živočíšnej výrobe zvlášť. Dnešné farmy živočíšnej výroby musia spĺňať prísne hygienické a bezpečnostné kritériá už pri ich samotnom vzniku, každá pracovná operácia je agrotechnickými a zootechnickými požiadavkami definovaná tak, aby nedošlo k žiadnemu ohrozeniu znečistenia životného prostredia, či už spodných vôd alebo ovzdušia, ani kontaminácie obsluhy pri kontakte s produktmi živočíšnej výroby. Neodmysliteľnou požiadavkou dnešných ustajňovacích priestorov je požiadavka na welfare zvierat. Čo však zostáva  akýmsi nedoriešeným, alebo lepšie povedané živým problémom, to je hnojová koncovka fariem živočíšnej výroby. Niežeby nebola technologicky doriešená, ale stále je čo vylepšovať, stále sa inovujú požiadavky na ochranu životného prostredia a tým aj na technológie manipulácie, skladovania a spracovania maštaľného hnoja a iných vedľajších živočíšnych produktov. Tieto požiadavky nie sú samoúčelné, ale vyplývajú z celosvetového úsilia o zachovanie života na zemi, o zníženie dopadov klimatických zmien, o trvalo udržateľný rozvoj na Zemi.  Je dokázané, že poľnohospodárstvo je významným odvetvím, ktoré negatívne ovplyvňuje životné prostredie, okrem iného podieľa sa na kontaminácii ovzdušia emisiami skleníkových plynov, najmä metánu, amoniaku, oxidu dusného a oxidu uhličitého. Podobne je poľnohospodárstvo aj významným znečisťovateľom vodných zdrojov. A v odvetví poľnohospodárstva je to práve živočíšna výroba, ktorá sa na týchto formách znečisťovania najviac podieľa.  O to, aby sa minimalizovali riziká znečistenia životného prostredia ale  aj riziká ohrozenia zdravia obyvateľstva, pojednávajú dokumenty EU a to nariadenie Európskeho parlamentu a Rady (ES) č. 1069/2009, ktorým sa ustanovujú zdravotné predpisy týkajúce sa vedľajších živočíšnych produktov a odvodených produktov neurčených na ľudskú spotrebu. Podľa tohto nariadenia sa ukladá prevádzkovateľom, aby vo všetkých fázach technologického procesu od zberu cez manipuláciu, transformáciu, spracovanie až po odstraňovanie, vedľajšie živočíšne produkty spĺňali požiadavky tohto nariadenia.  Toto nariadenie tiež uvádza v článku 13 a 14, ako doporučené spôsoby spracovania vedľajších živočíšnych produktov kategórie 2 a 3, a to je kompostovanie a transformácia na bioplyn. Zjednodušene môžeme povedať, že v kategórii 2 a 3 sa jedná o hnoj, obsah tráviaceho traktu, odpady z bitúnkov, kuchynský odpad (okrem odpadu z medzinárodnej dopravy) a ďalšie druhy vedľajších živočíšnych produktov. Nariadenie odporúča pre niektoré ďalšie druhy produktov ako vhodnú technológiu aj spaľovanie alebo spoluspaľovanie alebo  pre niektoré druhy aj  výrobu krmív, ale pre spomenuté produkty je to transformácia na bioplyn alebo kompostovanie. Môžeme zjednodušene povedať, že pre hnojovú koncovku farmy živočíšnej výroby máme vhodnú technológiu spracovania hnoja, hnojovice a exkrementov zvierat a tou je  bioplynová stanica alebo kompostáreň. Kým s distribúciou a predajom  kompostu  máme v praxi dosť problémov, pre nezáujem prvovýrobcov, záujem o bioplynové stanice je stále väčší.

Problémy kontaminácie ovzdušia emisiami skleníkových plynov upravuje návrh smernice Európskeho parlamentu a Rady o znížení národných emisií určitých látok znečisťujúcich ovzdušie, ktorou sa mení smernica 2003/35/ES. Prílohy tohto návrhu smernice obsahujú povinnosti pre členské štáty znížiť emisie látok znečisťujúcich ovzdušie o konkrétnu výšku v percentách. Návrh smernice zasiahne aj poľnohospodárstvo, keďže emisie amoniaku a metánu sú produkované najviac  práve  v živočíšnej výrobe. Podľa prílohy  č. II.  k návrhu Smernice EP a Rady o znížení národných emisií určitých látok znečisťujúcich ovzdušie, v ktorej sa  uvádza záväzok jednotlivých členských štátov redukovať emisie spomínaných látok, je pre SR navrhované zníženie emisií amoniaku za ktorýkoľvek rok od roku 2020 do roku 2029 o 15 % v porovnaní s rokom 2005 a od roku 2030 o 37 %. Pre zníženie emisií metánu je navrhované zníženie o 41 % od roku 2030, v porovnaní s rokom 2005. Skutočnosťou je, že  hospodárskych zvierat, sa výrazne podieľa na produkcii emisií amoniaku a metánu do ovzdušia.

Na Slovensku platí Vyhláška Ministerstva životného prostredia č. 410/2012, ktorou sa vykonávajú niektoré ustanovenia zákona o ovzduší, podľa prílohy č. 1, ods. 5.2, sú spracovateľské závody na vedľajšie živočíšne produkty zaradené medzi stacionárne zdroje znečistenia – podľa čl.24 nariadenia Európskeho parlamentu a Rady (ES) č.  1069/2009, sú to okrem iných aj  závody na transformáciu vedľajších živočíšnych produktov na bioplyn alebo kompost, alebo zariadenia na skladovanie vedľajších živočíšnych produktov (nádrže na skladovanie hnojovice alebo iných tekutých produktov, poľné hnojiská…) . V tomto roku bola prijatá Vyhláška Ministerstva životného prostredia č. 252/2016, ktorou sa mení a dopĺňa vyššie uvedená vyhláška č. 410/2012 a konkrétne v prílohe č. 7 druhej časti sa písmeno A dopĺňa bodom 6, ktorý znie: „ VÝROBA BIOPLYNU“ a úplne detailne popisuje opatrenia na zamedzenie možného úniku emisií metánu a amoniaku do ovzdušia. Technické požiadavky a podmienky prevádzkovania bioplynových staníc v jednotlivých technologických uzloch od príjmu surovín, homogenizáciu, prevádzku fermentorov, požiadavky na zariadenie, ktoré spracovávajú výstupy z bioplynovej stanice, požiadavky na  dávkovanie a prečerpávanie surovín, na prepravu materiálov a celkové požiadavky na obmedzovanie zápachu. Tie zariadenia, ktoré sú už v prevádzke a boli povolené do 30. Septembra 2016 sa musia s týmito požiadavkami zosúladiť do 31. marca 2017. A nové zariadenia musia byť projektované už v súlade s týmito požiadavkami. Čo to v praxi znamená? Uvediem jeden príklad. Nie všetky koncové sklady alebo lagúny pri bioplynových staniciach sú uzavreté a utesnené a podľa novej úpravy by mali byť takéto skladové priestory účinne utesnené a emisie pachových látok odvádzané na čistenie alebo iné zneškodnenie. Investičné náklady na realizáciu týchto požiadaviek odhadujeme na 60 až 100 tisíc eur, nehovoriac o tom, že potrebný časový priestor na veľký rozsah prác s tým spojených,  celkom iste prekročí stanovený limit. A to je iba jeden príklad. Dopravné prostriedky a povinnosť ich bezodkladného vyčistenia, manipulačné plochy a dopravné cesty a povinnosť ich čistenie a pod.

Smernice EU o ochrane životného prostredia či ochrane zdravia spotrebiteľa, majú z hľadiska trvalo udržateľného rozvoja  spoločnosti nepopierateľne veľký význam. Na to aby sa mohli účinne a aj ekonomicky efektívne realizovať v praxi, však potrebujeme zosúladiť aj vnútornú legislatívu a podmienky na prevádzku takýchto zariadení. O tom, že Slovensko potrebuje riešiť problematiku spracovania vedľajších živočíšnych produktov a iného biologického odpadu nikto nepochybuje. Podľa inventarizácie poľnohospodárskych fariem máme na Slovensku 819 fariem pre chov hovädzieho dobytka s celkovým počtom asi 340 tisíc ks zvierat a v chove ošípaných 160 fariem s počtom asi 500 tisíc ks zvierat. Minimálne 50 % s celkového počtu fariem potrebuje riešiť hnojovú koncovku zariadením na anaeróbnu fermentáciu a výrobu bioplynu. Umožňuje im to slovenská legislatíva?

Formálne áno. Máme schválený Plán rozvoja vidieka na roky 2014 – 2020, v ktorom je opatrenie 4 – investície do hmotného majetku, podopatrenie  4.1 – podpora na investície do poľnohospodárskych podnikov, v rámci ktorej bolo možné podať projekty na bioplynové stanice s podmienkou, že všetka vyrobená energia sa spotrebuje vo vlastnom podniku. Opatrenie 6.4 – podpora na investície do vytvárania a rozvoja nepoľnohospodárskych činností, v rámci ktorej sa taktiež môžu podávať projekty na bioplynové stanice s tým, že časť vyrobenej elektriny sa spotrebuje vo vlastnom podniku a časť sa môže odviesť do siete. Výzvy na predkladanie projektov v oboch opatreniach boli podmienené tým, že „Všetky investície súvisiace s OZE musia byť v súlade so zákonom NR SR č. 309/2009 Z.z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysokoúčinnej kombinovanej výroby“. V zákone č. 309/2009 je uvedený § 6, ods. 5, ktorý však vylučuje podporu podľa uvedeného zákona v tom prípade, ak sa na výstavbu použije podpora z podporných programov financovaných  z prostriedkov štátneho rozpočtu. A tak sme v PRV 2014 – 2020 prijali niečo, čo sa nedá realizovať. Ak dostaneme podporu z podporného programu a zrealizujeme bioplynovú stanicu ako hnojovú koncovku farmy živočíšnej výroby, tak nedostaneme podporu, ktorá spočíva v prednostnom pripojení do sústavy, prenose, distribúcii a dodávkach vyrobenej elektriny, v odbere za cenu elektriny na straty, v doplatku k cene a v prevzatí zodpovednosti za odchýlku prevádzkovateľom distribučnej sústavy.  V takomto prípade len málokto pochopí, že sa  jedná o podporu.

Cieľom poľnohospodárov,  podľa Koncepcie rozvoja pôdohospodárstva na roky 2014 – 2020 je zvýšenie produkčnej výkonnosti v nosných poľnohospodárskych komoditách na  úroveň 80%  súčasnej spotreby obyvateľstva na Slovensku; v odvetví živočíšnej výroby je to predovšetkým udržať a zvýšiť stavy chovaných hospodárskych zvierat.

 Pritom sa musia vysporiadať s požiadavkami nariadenia EP a Rady č. 1069/2009 a eliminovať negatívne dopady živočíšnej výroby vo forme vedľajších živočíšnych produktov.  Musia zabezpečiť celý výrobný proces, v súlade s požiadavkami smernice Európskeho parlamentu a Rady o znížení národných emisií určitých látok znečisťujúcich ovzdušie, v súlade s Vyhláškou Ministerstva životného prostredia č. 410/2012, ktorou sa vykonávajú niektoré ustanovenia zákona o ovzduší a v súlade s mnohými ďalšími vyhláškami a predpismi. Musíme si uvedomiť, že všetky požiadavky nariadení,  smerníc, vyhlášok a zákonov sa v konečnom dôsledku premietajú do výrobných nákladov poľnohospodárov.  A tieto môžu byť, bez pomoci  celej spoločnosti a bez podpory legislatívy, likvidačné.

Bioplynová stanica PD Ludrová

Bioplynová stanica: dva fermentory, uprostred dávkovací voz s rezacím zariadením, vpravo homogenizačná nádrž

 

František Zacharda

AGROBIOENERGIA

Združenie pre poľnohospodársku biomasu

Príspevok bol uverejnený v RN č.50/2016

.

Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Konferencia a kooperačné rozhovory

Za účasti vyše 90 odborníkov z branže sa v Bratislave 29. novembra 2016 v rámci exportnej iniciatívy Energie Spolkového ministerstva hospodárstva a energie Nemecka, konala odborná slovensko-nemecká konferencia na tému využitia bioenergie s nasledovným programom:

Otvorenie konferencie

Markus Halt, Slovensko-nemecká obchodná a priemyselná komora

Dr. Lorenz Barth, Veľvyslanectvo Spolkovej republiky Nemecko v SR

Predstavenie exportnej iniciatívy a úvod do tematiky

Camila Vargas, energiewächter GmbH v zastúpení Exportnej iniciatívy Energie Spolkového ministerstva hospodárstva a energií Nemecka

Súčasný stav a nevyhnutnosť decentralizácie výroby bioplynu z odpadových druhov biomasy František Zacharda, Agrobioenergia – Združenie pre poľnohospodársku biomasu

Prezentácie nemeckých firiem v rámci pódiovej diskusie:

BEKON Energy Technologies GmbH

MTU Onsite Energy GmbH

PPM Energie Germany GmbH

Malé a stredné bioplynové stanice v poľnohospodárstve

David Wilken, Odborný zväz pre bioplyn e.V.

Príklad decentralizovanej bioplynovej stanice v poľnohospodárstve

Miroslav Štefček, Poľnohospodárske družstvo Ludrová

Prezentácie nemeckých firiem v rámci pódiovej diskusie:

EckRohrKessel GmbH

StrawTherm GmbH KG

Energetická bilancia odpadov – na príklade regiónu v Nemecku

Dr. Mathias Schlegel, Univerzita Rostock

Energetické zhodnotenie biologicky rozložiteľného odpadu

Elena Bodíková, VIK s.r.o.

Pri organizačnom a obsahovom zabezpečení konferencie spolupracovali aj zástupcovia Združenia Agrobioenergia.

Príspevky z konferencie nájdete na: http://www.dsihk.sk/sk/sluzby/projekty-na-podporu-exportu/realizovane- projekty/

Prezentácie na stiahnutie:

01_Vargas_SK
02_Zacharda_SK

03_BEKON_SK
04_MTU_SK
05_Wilken_SK
06_Stefcek_SK
07_ERK_SK
08_PPM_SK
09_Schlegel_SK
10_Bodikova_SK

Zaradené v Archív akcií | Komentáre sú deaktivované

Záver

201601abe2

Časopis združenia pre poľnohospodársku biomasu 2/2015, ročník 9
Vydáva:
A.B.E. združenie pre poľnohospodársku biomasu, 900 41 Rovinka 326,
Redaktor: Ing. Štefan Pepich, PhD.
Redakčná rada: Prof. Ing. Ján Gaduš, PhD., Doc. Ing. Jan Piszczalka, PhD., Ing. František Zacharda, CSc., Ing. Štefan Pásztor, Ing. Miroslav Kušnír
Ilustračné foto: Ing. Š. Pepich, PhD.,
Adresa redakcie: Agrobioenergia, 900 41 Rovinka 326
Kontakt: Tel.: 0907 158 005 e-mail: stefan.pepich@gmail.com , f.zacharda@gmail.com www.abe.sk
Povolené: Ministerstvom kultúry SR pod evidenčným číslom: EV 3009/09 Redakcia nezodpovedá za obsahovú správnosť inzerátov a príspevkov. Príspevky neprešli jazykovou úpravou, nevyžiadané rukopisy a fotografie nevraciame ISSN 1336-9660
 
Zaradené v Agrobioenergia číslo 1/2017 | Komentáre sú deaktivované

Titulka

201601abe

Zaradené v Agrobioenerfia číslo 1/2016 | Komentáre sú deaktivované