Úvod / Informácie / Obnoviteľné zdroje energie / Biomasa

Energetický potenciál TTP v udržateľnom hospodárení

14-06-2017
RNDr. Štefan Pollák1; Ing. Mariana Jančová, PhD.1; Ing. Martin Lieskovský PhD.2 | pollak@vutphp.sk
1 NPPC – Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica; 2 TU Zvolen – Katedra lesnej ťažby, logistiky a meliorácií

Pozorujeme trvale rastúci dopyt v posledných rokoch po obnoviteľných zdrojoch, ktorý je podporený legislatívnou úpravou na úrovni EÚ aj na národnej úrovni. Zvyšujúce sa povedomie spotrebiteľov tiež napomáha tejto skutočnosti. Najperspektívnejším obnoviteľným zdrojom v Slovenskej republike je biomasa. Má široké spektrum zdrojov a foriem spracovania. Oproti drevným peletám je v produkcii peliet z iných rastlinných materiálov zrejmý prudký nárast ich produkcie. Surovinou je najmä slama obilnín. Tiež sa uplatňuje repková slama a fytomasa z trvalých trávnych porastov. K tomu sa pridávajú energetické rastliny a rôzne druhotné suroviny, napr. zbytky po čistení obilnín, hrachu, maku, ľanu, kukurice, repky a iných. Ceny rastlinných peliet boli v roku 2010 na úrovni 60 % ceny drevných peliet. V súčasnosti sa ceny takmer vyrovnávajú a odrážajú sa v nich skôr parametre výhrevnosti a kvality vyjadrené deklarovanou normou. Na Slovensku v roku 2016 bolo evidovaných 855 449 ha TTP na ktorých je možné pri primeraných pratotechnických opatreniach zdvojnásobiť produkciu sušiny a túto využiť na energetické účely.

Výmery vhodných plôch je možné zvýšiť začlenením bielych plôch, revitalizáciou území a taktiež zmenou využívania intravilánu obcí a tým zvýšiť produkciu biomasy, ktorá prinesie ďalšie benefity vo forme zadržiavania vody v krajine, zmierňovania klimatických extrémov, protilavinóznych opatrení, vetrolamov, obohatenia biotopov, zvýšenia počtu stanovíšť pre ži-vočíchy. A v neposlednom rade znovunavrátenie kultúrneho rázu krajine. Biomasa môže hrať významnú úlohu pri znižovaní závislosti na importe fosílnych zdrojov, šetrení devízových zdrojov a môže sa stať silným impulzom rozvoja lokálnej výroby energie a tepla. Biomasa sa môže stať dokonca strategickou surovinou ak geopolitické napätie spochybní transportné trasy uhľovodíkov a môže o ňu nastať silný konkurenčný boj. Cezhraničné regióny už teraz môžu ťažiť z rôznej výšky legislatívnej podpory poľnohospodárskych plôch. Jednou z nevýhod biomasy je však jej nízka plošná koncentrácia, ktorá je prekážkou aj jej tradičnému využitiu v chove hospodárskych zvierat. Ale jej veľké plus je v širokom spektre možného smerovania biotechnologických procesov, nielen v už klasickom spracovávaní na bioplyn. Pretože biomasa sa môže stať ešte výhodnejšie zhodnocovanou surovinou pri produkcií biologicky aktívnych látok pre farmakologický a kozmetický priemysel.

Spotrebiteľské návyky by mali uprednostňovať lokálne produkovanú biomasu. Sú návrhy, aby sa jednalo o spotrebu biomasy do vzdialenosti 50 km. To je však už záležitosť vývoja legislatívy, firemnej kultúry producentov tepla a energie a v neposlednom rade na tlaku spotrebiteľov. Agropalivá vo forme brikiet a peliet majú už teraz svoje miesto u veľkovýrobcov ako zdroje energie a tepla a presadzujú sa aj u malospotrebiteľov. Referenčný prehľad technických noriem v porovnaní s technickou normou platnou v SR udáva tabuľka č. 1. V súčasnom období sú už na slovenskom trhu dostupné certifikované spaľovacie zariadenia na spaľovanie trávnych peliet, prípadne peliet z poľnohospodárskej fytomasy s výkonnostnou úrovňou potrebnou na vykurovanie aj rodinných domov.

Tabuľka č. 1: Referenčné vlastnosti peliet v okolitých krajinách

Tabuľka 1: Referenčné vlastnosti peliet v okolitých krajinách

V našich experimentoch sme zhromaždili rôzne vzorky z nevyužívaných TTP, nedopaskov využívaných TTP, seno TTP s prídavkom pilín. Testovali sme možnosti spracovania fytomasy z nevyužívaných trávnych porastov formou výroby peliet. Do experimentu sme zaradili 5 vstupných substrátov fytomasy: metlica trstnatá z TTP L. Teplička (vzorka 1), plevy kostravy trsťovníkovitej z čističky trávnych semien VP Diviaky (vzorka 2), plevy mätonohu trváceho z VP Diviaky (vzorka 3), seno z TTP lokalita Tajov (vzorka 4), seno z TTP lokalita Suchý vrch s prímesou pilín (vzorka 5). Vzorky fytomasy boli na VÚTPHP Banská Bystrica dosušené pod 10 % vlhkosti a rozdrvené na rezačke RS 650. Peletovanie prebiehalo v Centre Biomasy v Banskej Bystrici na peletovacej linke MGL 200. Detailné snímky pokusných vzoriek peliet uvádzajú obrázky 1 až 5. Pelety boli testované na Katedre lesnej ťažby, logistiky a meliorácií Technickej univerzity vo Zvolene. Pomocou kalorimetra IKA C200 boli stanovené základné charakteristiky:  relatívna vlhkosť [%], spaľovacie teplo [MJ.kg-1], výhrevnosť [MJ.kg-1] podľa ÖNORM M 7132 pri vlhkosti 0 %, výhrevnosť [MJ.kg-1] podľa ÖNORM M 7132 v dodanom stave, výhrevnosť [MJ.kg-1] podľa STN ISO 1928 v dodanom stave, obsah popola v hmotnostných %.

Obr. 1: Metlica trsnatá – vyrobené pelety (vzorka č.1)

Obr. 1: Metlica trsnatá – vyrobené pelety (vzorka č.1)

Obr. 2: Kostrava trsťovníkovitá – vyrobené pelety (vzorka č.2)

Obr. 2: Kostrava trsťovníkovitá – vyrobené pelety (vzorka č.2)

Obr. 3: Mätonoh trváci – vyrobené pelety (vzorka č.3)

Obr. 3: Mätonoh trváci – vyrobené pelety (vzorka č.3)

Obr. 4: Seno z TTP lokalita Tajov (vzorka č.4)

Obr. 4: Seno z TTP lokalita Tajov (vzorka č.4)

Obr. 5: Seno z TTP lokalita Suchý vrch s prímesou pilín (vzorka č.5)

Obr. 5: Seno z TTP lokalita Suchý vrch s prímesou pilín (vzorka č.5)

Kvalita peletovacieho procesu je indikovaná mernou hmotnosťou vyrobených peliet. Pri našom experimente sme dosiahli pomerne vysokú mernú hmotnosť peliet 950 kg.m-3. K mäknutiu peliet dochádzalo pri teplote 780 °C, teplota tečenia popola bola 960 °C, pričom odrol materiálu po 24 hodinách bol na úrovni len 3,8 % (údaje pre vzorku č. 1). Výsledky a kalorimetrické merania uvádzame v tabuľke č. 2.

Tabuľka č. 2: Stanovenie vlastností peliet z rôznych TTP a poľnohospodárskych surovín (laboratórium TU Zvolen)

Tabuľka 2: Stanovenie vlastností peliet z rôznych TTP a poľnohospodárskych surovín (laboratórium TU Zvolen)

Najlepšie výsledky z hodnotených 5 vzoriek biomasy TTP v ukazovateli spaľovacieho tepla a výhrevnosť podľa ÖNORM M 7132 pri vlhkosti 0 % dosiahla vzorka metlice trstnatej (18,745 resp. 17,403 MJ.kg-1) a zároveň mala najnižší obsah popola 5,73 % a druhú najnižšiu relatívnu vlhkosť 7,20 % (obrázok č.1). Nižšiu vlhkosť dosiahla vzorka TTP seno + piliny (6,47 %), čo pripisujeme nízkej vlhkosti pridaných pilín. Tento variant sa súčasne vyznačoval veľmi vysokým podielom popola 32,49 %, čo znižovalo spaľovacie teplo na najnižšiu úroveň zo stanovovaných vzoriek (14,146 MJ.kg-1). Vzorky z TTP sme testovali na odolnosť (WI) proti absorbcii vody. Nasiakavosť peliet bola meraná ponorením do vody na dobu 30 sekúnd. Pelety s vyšším obsahom lignínu, na povrchu ktorých je vytvorená lesklá (plastifikovaná) lignínová vrstva boli viac odolné proti nasiakavaniu vody. V našom 30 sekundovom teste dosiahol najlepší výsledok 12,5 % variant č. 5 (TTP seno + piliny), ktorý mal prídavok lignínu vo forme pilín (tabuľka č. 3).

Tabuľka č. 3: Hodnoty nameranej odolnosti (WI) proti absorbcii vody testovaných peliet

Tabuľka 3: Hodnoty nameranej odolnosti (WI) proti absorbcii vody testovaných peliet

Stav vzoriek po teste dokumentuje obrázok č. 6. Trávne pelety expandujú, postupne sa rozpadávajú, strácajú tvar, mäknú, v prstoch sa drobia na pôvodnú hmotu.

Obr. 6: Metlica trsnatá (vzorka č.1) po 30 s teste odolnosti (WI) proti absorbcii vody

Obr. 6: Metlica trsnatá (vzorka č.1) po 30 s teste odolnosti (WI) proti absorbcii vody

Z našich pokusov s porovnávaním energetického potenciálu rôznych vzoriek poľ-nohospodárskej biomasy vyplýva, že aj napriek istým nedostatkom predstavujú pelety vyrobené z nevyužívaných trávnych porastov perspektívny zdroj energie. Dosahujú vyhovujúce energetické vlastnosti a na trhu v konkurencii iných zdrojov ekologických palív sa môžu presadiť svojou plošnou rozšírenosťou, dostupnosťou a predovšetkým nízkou cenou vstupnej suroviny. Žiaľ výmery TTP každoročne klesajú, a všetci by sme boli radi keby TTP plnili svoju primárnu funkciu v dobrej kondícií. Avšak aspoň toto načrtnuté alternatívne využívanie by mohlo zvrátiť tento negatívny trend úbytku TTP.

Poľnohospodárske suroviny vznikajúce v prvovýrobe donedávna považované za odpad sa môžu stať cennou surovinou. Svojimi vlastnosťami ako je vyšší obsah vlákniny sa optimálne hodia na zhutňovacie procesy. A zvyškovým obsahom niektorých látok, napríklad tukov a olejov prevyšujú v ukazovateľoch výhrevnosti aj drevné pelety. Môžeme konštatovať, že je možné využiť aj nadzemnú fytomasu  na krmovinársky nevyužívaných trávnych porastoch ako zdroj obnoviteľnej energie vo forme brikiet i peliet. Existujúce strojové linky pre zber trávnych porastov sú na tento účel použiteľné pri dodržaní technologickej disciplíny vo všetkých fázach výroby, ako je obsah sušiny vo fytomase, optimálny termín zberu k požadovanému vysokému obsahu sušiny, znečistenie fytomasy pôdnymi časticami, podmienky dosušenia na optimálnu úroveň vlhkosti. Následne je dôležité dbať na starostlivé a rovnomerné rozdruženie vstupných surovín na požadovanú jemnosť frakcie podľa jednotlivých druhov biomasy. Technologická linka na výrobu peliet je menej náročná na vstupnú surovinu oproti briketovacej linke, ale je dôležité jej prevádzkové nastavenie. Z nich spomeňme prevádzkový tlak, teplotu, veľkosť častíc vstupného materiálu, dovlhčovanie, veľkosť vodných častíc a ich teplota, aditíva a ďalšie. Tiež je dôležité používať špeciálne určené matrice podľa druhu vstupnej suroviny, pretože z dôvodu obsahu abrazívnych častí v rastlinnej fytomase dochádza k rýchlejšiemu opotrebovávaniu technologických častí (hlavne pohyblivých a trecích) a samotná produkcia je nižšia ako referenčná výroba peliet z drevnej fytomasy čo sa môže negatívne odraziť v celkovej ekonomike prevádzky. Je dôvodný predpoklad, že v najbližších rokoch bude stúpať dopyt po ušľachtilých pevných palivách a fytomasa z trvalých trávnych porastov spracovaná peletovaním, alebo briketovaním môže nadobudnúť výrazné zastúpenie. Pretože v celkovom obsahu energie bolo napríklad za rok 2012 vo fytomase TTP 354,12 kTOE, čo je o 51 % viac celkovej energie ako v kukurici a jej miešankách v celej Slovenskej republike.