Zemědělská technika a biomasa 2005

Transkript

4
ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA
A BIOMASA 2005
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha
Zemědělská technika
a biomasa 2005
(Sborník přednášek)
Listopad 2005
©
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha
Spoluvydavatelem sborníku je Ministerstvo zemědělství České republiky 2005
ISBN 80-86884-07-4
OBSAH
ÚVODNÍ SLOVO K SEMINÁŘI ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA A BIOMASA 2005………………………………….5
Jiří Trnka
Ministerstvo zemědělství - vedoucí oddělení ekologie a krajiny MZe
LEGISLATIVNÍ PODPORA VYUŽITÍ BIOMASY……………………………………………………………………..7
Z. Pastorek
EKONOMIKA VYUŽÍVANIA BIOMASY PRI SUŠENÍ.POĽNOHOSPODÁRSKYCH PLODÍN…………………..11
Š. Pepich, F. Zacharda
Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky, Bratislava
TECHNIKA PRO KOMPOSTOVÁNÍ V PÁSOVÝCH HROMADÁCH.............................…………………………...14
M. Kollárová, P. Plíva
SKÚSENOSTI Z PREVÁDZKY BIOPLYNOVEJ STANICE V BÁTKE...........................……………………………21
J. Maga, J. Piszczalka
Slovenská poľnohospodárska univerzita, Nitra
MANIPULACE A MÍSTNÍ DOPRAVA BALÍKOVANÉ SLÁMY…………………………………………………….26
J. Souček
ALTERNATÍVNE VYUŽITIE TRÁVNYCH PORASTOV NA SLOVENSKU………….……………………………29
J. Gaduš, S. Šárgová, Ľ. Gonda, M. Kunský
Ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva, Banská Bystrica, SR
ZPRACOVÁNÍ BIOLOGICKÝCH ODPADŮ………………………………………………………………………….33
V. Martínek
Lukrom Zlín
TECHNICKÉ A EKONOMICKÉ ASPEKTY PĚSTOVÁNÍ A VYUŽITÍ
BIOMASY PRO ENEREGTICKÉ A PRŮMYSLOVÉ ÚČELY………………………………………………………..35
S. Usťak
Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha
KOMPOSTOVÁNÍ TRAVNÍ HMOTY ZE ZÁMECKÉHO PARKU LEDNICE………………………………………41
P. Zemanek,
MZLU Brno – ZF Lednice
KOMPOSTOVÁNÍ ODPADŮ Z VINOHRADNICKÉ PRODUKCE …………………….……………………………44
P. Zemanek, P. Burg
ŘEŠENÍ NÁVRHU NA UMÍSTĚNI KOMPOSTÁRNY VE VZTAHU
K BILANCI PRODUKCE ZBYTKOVÉ BIOMASY…………………………………………….……………………...48
J. Nováková, P. Burg,
VÝZKUM A VYUŽITÍ ENERGETICKÝCH TRAV…………………………………………….……………………..51
David Andert1), Jan Frydrych2), Dagmar Juchelková3),
1)
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha,
2)
OSEVA PRO s.r.o., výzkumná stanice travinářská, Rožnov
3)
VŠB-TU Ostrava, katedra energetiky, Ostrava
SPOLEČNÉ ZPRACOVÁNÍ NETŘÍDĚNÝCH KOMUNÁLNÍCH A ZEMĚDĚLSKÝCH ODPADŮ……………….55
V. Sladký
ENERGETICKÁ SOBĚSTAČNOST OBCE……………………………………………….……………………………60
V. Verner
VERNER a.s., Červený Kostelec
VLIV DOTACÍ NA EKONOMIKU PODNIKU………………………………………………….……………………..63
A. Juřica
Výzkumný ústav zemědělské ekonomiky, Praha
EKONOMIKA BIOMASY Z TRAVNÍCH POROSTŮ…………………………………………………………………66
Z. Abrham, M. Kovářová
VLIV STANOVIŠTĚ A NĚKTERÝCH AGROTECHNICKÝCH OPATŘENÍ
NA VÝNOSY A DALŠÍ PARAMETRY OZDOBNICE URČENÉ PRO ENERGETICKÉ VYUŽITÍ………………..71
Z. Strašil
Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha
POROVNÁNÍ EMISNÍCH PARAMETRŮ Z PALIV NA BÁZI ROSTLINNÝCH MATERIÁLŮ……………………76
P. Hutla
MOŽNOSTI VÝROBY BIOPLYNU Z JATEČNÍCH ODPADŮ……………………………………………………….82
J. Kára, J. Mazancová, I. Hanzlíková
PRÁVNÍ ASPEKTY VYUŽÍVÁNÍ BIOMASY K ENERG. ÚČELŮM………………………………………………..88
L. Čtvrtníková
EKOBEST s.r.o. Dvůr Králové
TECHNOLOGIE A TECHNIKA OŠETŘOVÁNÍ A PÉČE O PŮDY UVÁDĚNÉ DO KLIDU……………………….90
V. Mayer
MOŽNOSTI MAPOVÁNI VÝNOSU PŘI SKLIZNI PÍCNIN………………………………………………………….95
F. Kumhála, M. Kroulík, .J. Mašek, V. Prošek
Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta
VLIV TVARU POZEMKU NA ENERGETICKOU NÁROČNOST PRACOVNÍCH OPERACÍ……………………100
L. Jílek, V. Podpěra
ANSER Praha
VLIV RECIRKULACE SPALIN NA TVORBU EMISÍ PŘI SPALOVÁNÍ BIOMASY……………………………..106
O. Vazda, M. Polák, E. Janča
Česká zemědělská universita v Praze, Technická fakulta
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ TRAV……………………………………………………………………………………..110
D. Andert, J. Frydrych, D. Juchelková
1)
2)
3)
TUHÉ ALTERNATIVNÍ PALIVO Z POHLEDU ROZDÍLU MEZI JEHO
BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝMI A BIOGENNÍMI SLOŽKAMI ……………………………………………….116
P. Jevič 1,2, J. Malaťák 2, Z. Šedivá 1
1
2
Česká zemědělská univerzita Praha
TŘÍDĚNÍ KVALITY A SPECIFIKACE TUHÝCH BIOPALIV………………………………………………………120
P. Jevič 1,2, P. Hutla 1, Z. Šedivá 1, M. Přikryl 1,2
1
2
MATEMATICKÉ MODELOVÁNÍ HYDRODYNAMIKY PROUDĚNÍ
PRO KŘIVOČARÉ POTRUBÍ ZEMĚDĚLSKÉ PNEUMATICKÉ DOPRAVY……………….……………………..127
S. I. Pastušenko
Mykolaiv State Agrarian University, Faculty of Farm Mechanization, Ukraine
TVORBA A VYUŽITÍ DATABÁZE BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝCH ODPADŮ (BRO)……………………..133
Oldřich Mužík, Petr Plíva, Maria Kollárová,
VÝZKUMNÝ ÚSTAV ZEMĚDĚLSKÉ TECHNIKY PRAHA
využití biomasy pro energetické účely je dlouho
očekávané přijetí zákona č. 180/2005 Sb., o podpoře
výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie. Tento
zákon, jehož předkladatelem bylo Ministerstvo
životního prostředí a který je implementací evropské
směrnice č. 2001/77/ES, vstoupil v platnost 1. srpna
tohoto roku, přičemž dává tolik potřebnou státní záruku
podnikatelské sféře při investicích do ekologické
energetiky.
K této problematice iniciativně přistupuje i
ministerstvo zemědělství, které ve svém resortním
programu úspor energií a využívání obnovitelných
zdrojů energií vytváří poměrně široký rámec pro
poskytování podpor v této oblasti. Ty by měly
nasměrovat
jednak
zemědělské
prvovýrobce
k přehodnocení svých podnikatelských struktur
a
využití osevních ploch nepotřebných pro potravinářské
využití na pěstování energetických plodin. Souběžně
s tím je však potřeba urychleně iniciovat i
zpracovatelský sektor, který by nabídnutou produkci
biomasy dokázal zpracovat a zastřešit ji energetickým
efektem.
Podporu MZe pro cílené pěstování plodin k
energetickému využití můžeme rozdělit do čtyř
základních oblastí:
§ Podpora produkce a zpracování hustě setých
obilovin pro výrobu bioetanolu, jako dílčí
náhrada motorových benzínů,
§ Podpora produkce a zpracování semene řepky
olejné pro výrob metylesteru řepkového oleje a
jeho uplatnění jako dílčí náhrady motorové
nafty.
Výše uvedené programy využití biomasy pro náhradu
fosilních paliv v dopravě by měly být plně realizovány
od roku 2007 v systému sortimentního přimíchávání
biopaliv do benzínů a motorové nafty dle evropských
norem (převážně do 5 % obsahu biopaliva). V tomto
smyslu bylo dne 12. října tohoto roku přijato usnesení
vlády č. 1307 k Programu podpory výroby biopaliv
v návaznosti na implementaci Směrnice Evropského
parlamentu a Rady č. 2003/30/ES.
§ Podpora produkce a zpracování bylin a
rychlerostoucích dřevin pěstovaných na
energetické využití
MZe tuto oblast řeší přímými podporami pro
pěstitele a to
- Podpora pěstování bylin na orné půdě pro
energetické využití, která je zajišťována MZe
z národních podpor. Rozsah podpory je 2000 Kč na ha
pěstované byliny, přičemž v roce 2005 byl tento
program uplatněn na 1000 ha orné půdy.
- Podpora pěstování rychlerostoucích dřevin,
která je realizována v rámci Horizontálního
plánu rozvoje venkova. Podporováno je
založení porostu a to částkou 75 000 Kč na ha
u reprodukčních porostů a 60 000 Kč/ha u
produkčních porostů. V průběhu produkčních
let se již jiná podpora neposkytuje.
§ Podpora produkce ostatní biomasy
MZe
vyhlásilo
především
v rámci
evnironmentálních opatření řadu programů,
které naplňují specifický účel šetrné péče o
životní prostředí a krajinu. Při těchto
Vážené dámy a pánové
V současné
době
je
pro
využívání
obnovitelných zdrojů energií v České republice
k dispozici přes 9 mil. tun dostupné biomasy s tím, že
využitelné biomasy je cca 13,5 mil. tun. To jsou údaje,
které jasně formulují vysoký energetický potenciál
biomasy v České republice a dávají základ k vytvoření
dostatečně velkého prostoru pro její uplatnění.
V současné době je v České republice jednak cca 0,5
mil. ha nevyužité půdy a dále značný prostor orné půdy,
který je současnosti využíván pro produkci potravin,
ale výhledově se počítá s tím, že bude využit k
pěstování biomasy vhodné pro energetické využití.
V horizontu do 30 let lze uvažovat o využití ploch pro
pěstování biomasy v rozsahu až 1,5 mil. ha zemědělské
půdy, což představuje cca 35 % zemědělské půdy
v České republice.
Ministerstvo zemědělství není již dlouhou dobu
jen státním orgánem zastřešujícím zemědělskou
produkci potravin v ČR, ale zaujímá daleko širší
platformu v oblasti rozvoje venkova a péče o krajinu. A
v tomto prostoru řízené činnosti má pak i využití
osevních ploch pro pěstování biomasy a vlastní využití
biomasy jiný rozměr, širší společenský význam,
výrazný ekonomický potenciál a v neposlední řadě
nezastupitelnou úlohu v oblasti ochrany životního
prostředí a ochrany krajiny.
S přijetím ČR do Evropské unie se i Česká
republika zařadila nejen do systému společné
zemědělské politiky, ale i do poměrně citlivých struktur
naplňování zásad ochrany ovzduší, ochrany životního
prostředí a rozvoje využívání obnovitelných zdrojů
energií. Ze základních dokumentů je to například
Kjótský protokol k rámcové úmluvě OSN z roku 1997,
který stanoví snížení emisí CO2 do roku 2012 o 5,2 % a
pro evropské země včetně ČR o 8 %. Je to Bílá kniha z
roku 2000, která stanoví indikační cíl pro rok 2010
zajistit 12 % podílu obnovitelných zdrojů energie na
celkovém trhu s energií. Velkým problémem zůstává
doprava, ke které EU vydala Směrnici 2003/30/EC, ve
které je pro členské země stanoven indikační cíl náhrady
fosilních paliv v dopravě biopalivy a to v roce 2005 ve
výši 2 % a v roce 2010 ve výši 5,75 %. Jsou to cíle sice
ekonomicky a organizačně náročné pro každý stát, ale
dávají nový prostor nejen pro další rozvoj zemědělství
a rozvoj venkova, ale především další prostor pro
uplatnění pracovních sil a oživování ekonomiky
v zemědělských
podnicích
i
zpracovatelských
subjektech.
V materiálu Energetické koncepce České
republiky je poměrně rozsáhlá část věnována rozvoji
obnovitelných zdrojů energií. K naplnění úkolů ve
využití obnovitelných zdrojů energií je počítáno i
s využitím energie získané z biomasy. Celou tuto oblast
řeší Národní program hospodárného nakládání s energií
a využití jejich obnovitelných a druhotných zdrojů.
Legislativní základ Národního programu je v Zákoně č.
406/2000 Sb. o hospodaření energií. Ministerstvo
průmyslu a obchodu a Ministerstvo životního prostředí
provádí každý rok vyhodnocení programu a jeho
aktualizaci, ke které slouží resortní programy
jednotlivých ministerstev. Velkým přínosem v oblasti
5
Jedná se o podporu investičních projektů. Podpora je
řešena jako přímá nenávratná podpora a forma podpory
je podílové financování. Výše podpory je do 50 %
přijatelných výdajů.
Rozšiřující se plochy s pěstováním biomasy
dávají velký prostor pro uplatnění nových sklizňových
technologií, které již přinášejí potřebnou efektivitu
v procesu zpracování. Dostupnost moderních strojů a
technologických linek využívání biomasy značně
urychlí.
Rozvoj v cíleném pěstování biomasy a
využívání biomasy pro energetické využití má i svůj
význam pro rozvoj venkova a venkovských oblastí.
Dává se zde prostor nejen zemědělcům k reálnějšímu
uplatnění své produkce a zlepšení jejich ekonomické
stability, ale je to i prostor pro uplatnění nových
pracovních míst v regionech a využití cenově
dostupných lokálních zdrojů energií. Tím je možno
programy podpory užití biomasy pro energetické využití
považovat za víceúčelové, sloužící ke komplexnímu
řešení rozvoje venkova. Takto je problematika
obnovitelných zdrojů na MZe chápána i při přípravě
programových dokumentů pro další programové období
EU, tj. pro roky 2007 – 2013. Konkrétně jde o přípravu
Programu rozvoje venkova, který bude klíčovým
nástrojem pro využití prostředků z nového strukturální
fondu EU – Evropského zemědělského fondu rozvoje
venkova.
programech je produkováno značné množství
biomasy, které se hodí k energetickému využití
zejména v bioplynových stanicích.
Výrazným zdrojem biomasy jsou i vedlejší produkty,
které vznikají při zpracování plodin či další zemědělské
činnosti. Je to například sláma, rostlinné zbytky, zelená
hmota, exkrementy zvířat, odpady ze zpracování
zemědělských produktů. Ty je nutno také zpracovat a
efektivněji využít než doposud. Právě jejich využití pro
energetické účely je dalším ekonomickým přínosem pro
pěstitele. Nemalým zdrojem biomasy je i lesní
produkce, která se však v poslední době stává poměrně
nedostatkovou druhotnou surovinou.
Souběžně s restrukturalizací zemědělské výroby a jejím
přechodem na pěstování biomasy pro energetické
využití je nutné zajistit podporu podnikatelských aktivit
při rozvoji nových zpracovatelských kapacit na
biomasu. MZe se snaží tuto oblast aktivizovat
v Operačním programu MZe. Jde zejména o programy:
- Prohloubení
diverzifikace
zemědělských
činností, výroba a zpracování biomasy
pocházející z vlastní zemědělské činnosti a její
uvádění na trh,
- Diverzifikace zemědělských aktivit a aktivit
blízkých zemědělství, který umožňuje podporu
využití alternativních zdrojů energie – max. do
5 MW.
Ing. Jiří Trnka
Ministerstvo zemědělství ČR Praha - vedoucí oddělení ekologie a krajiny
6
LEGISLATIVNÍ PODPORA VYUŽITÍ BIOMASY
THE LEGISLATIVE SUPPORT OF THE BIOMASS END-USE
Zdeněk Pastorek
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha – Ruzyně
Research Institute of Agricultural Engineering, Prague - Ruzyně
Abstrakt:
V příspěvku jsou analyzovány právní normy ČR, které významně v současné době podporují využití biomasy
k energetickým i materiálovým účelům.
Právní předpisy byly vybrány z oborů:
- hospodaření s odpady,
- nakládání s hnojivy,
- energetiky,
- cenových rozhodnutí.
Odstraňování legislativních bariér však je jen jednou z oblastí majících vliv na šíření technologií zaměřených na využití
biomasy.
Abstract:
In the contribution are analyzed the legal standard of the Czech Republic significantly supporting at present the biomass
utilization for energy and material purposes.
The legal regulations were chosen from the sectors:
- waste management,
- fertilizers handling,
- energy industry,
- price decisions.
Nevertheless the legislative barriers removal is only the one of the sphere having effect on the technologies
dissemination focused to the biomass utilization.
Klíčová slova: biomasa, obnovitelný zdroj energie, bioplyn
Key words: biomass, renewable source of energy, biogas
Přitom existuje určitá hierarchie právních a
technických norem, kterou je třeba brát v úvahu:
1. právní a technické normy EU,
2. základní zákony ČR pro danou oblast,
3. nařízení vlády ČR, prováděcí vyhlášky
k základním zákonům,
4. složkové zákony a související právní normy,
5. vyhlášky a předpisy samosprávních orgánů,
6. České technické normy (ČSN),
7. podnikové normy, předpisy a smluvní ujednání.
Některé právní normy vytvářejí určité bariéry
pro aktivity cílené na využití biomasy, my si však
v dalším textu budeme všímat pouze technologií
zaměřených na využití všech výše uvedených druhů
biomasy.
1.
Zákon o odpadech
Mezi zásady hospodaření s odpady patří
upřednostnění materiálového využití odpadů před
energetickým. Kompostování a aerobní fermentace
těmto požadavkům plně vyhovuje, naopak
skládkování organických odpadů se postupně stává
nežádoucím jevem.
Tento trend nakládání s BRO lze vystopovat ve
všech třech dosavadních verzích zákonů o odpadech
z let 1991, 1997, 2001.
2.
Nařízení vlády č. 197/2003 Sb., kterým se
stanovuje Plán odpadového hospodářství ČR. Tato
právní norma implementuje do našeho právního
systému opatření směrnice EU
Definujeme-li biomasu jako substanci
biologického původu, tj. rostlinného i živočišného,
můžeme konstatovat, že takováto hmota podléhá vždy
za příznivých podmínek biodegradabilnímu procesu
(rozkladu). Biomasu získávanou ze zemědělství a
komunálního hospodářství můžeme pro snazší orientaci
rozdělit na dvě velké skupiny:
1.
2.
Biomasu záměrně pěstovanou (např. cukrová řepa,
kukuřice, obilí, brambory, olejniny, energetické
dřeviny a další)
Biomasu odpadní (rostlinné zbytky ze zemědělské
výroby a údržby krajiny, odpady z živočišné
výroby,
komunální
organické
odpady
z venkovských i městských sídel, organické
odpady z potravinářských a průmyslových
provozů, lesní odpady).
Z uvedeného výčtu jednotlivých druhů
biomasy vyplývá, že její využití je po právní stránce
řízeno základními právními normami a koncepčními
materiály z oborů:
a) požadavků na výrobky,
b) odpadového hospodářství,
c) energetiky,
d) podnikání,
e) ochrany životního prostředí,
f) zemědělství.
7
BIOMASA
ze zemědělské výroby a venkovských sídel
Biomasa získávaná záměrně jako výsledek
zemědělské výrobní činnosti
Biomasa odpadní
k potravinářským účelům
odpad ze zemědělské výroby
na krmivo pro zvířata
odpad z potravinářských provozů
odpadní biomasa při péči o krajinu
průmyslové suroviny
odpad z lesní činnosti
k energetickým účelům
organický odpad z průmyslových podniků
organické odpady z venkovských sídel
Obr. 1: Rozdělení biomasy jako zdroje energie a průmyslových surovin
Obr. 2: Vývoj cen ropy na světových trzích
8
Obr. 3: Bilance výroby el. energie v ČR
3.
4.
ke snižování skládkování biodegradabilních odpadů
vzhledem k referenčnímu roku 1995 na 75 % v roce
2013, na 50 % v roce 2016 a na 35 % v roce 2020.
Toto nařízení významně preferuje využití
odpadní biomasy před ukládáním na skládky.
Zákon o hnojivech č. 156/1998 Sb. v posledním
znění
Usměrňuje nakládání mimo jiné se statkovými
hnojivy, mezi něž patří materiály, které lze
charakterizovat jako biomasu. Pro tyto substráty platí
zákon o hnojivech je v těch případech, kdy je to
v textu zákona výslovně uvedeno.
Mezi statková hnojiva však nepatří kompost, a
to i tehdy, když je vyrobený výhradně z těchto
materiálů.
Usnesením vlády ČR č. 297/2003 Sb. ze dne 26.
března 2003 byl schválen návrh programu podpory
výroby a využití bioplynu a výstavby bioplynových
stanic do roku 2010 včetně legislativní a finanční
podpory tohoto programu. Tímto usnesením byly
uloženy konkrétní úkoly ministrům průmyslu a
obchodu, zemědělství, životního prostředí, práce a
sociálních věcí a dopravy vesměs termínované do
konce roku 2003. Bylo konkrétně uloženo provést
podrobnou analýzu technických předpisů souvisejících
s využíváním bioplynu a případně navrhnout jejich
úpravu, provést analýzu bezpečnostních předpisů a
zapracovat do nich technologie pro výrobu a využití
bioplynu, zapracovat možnosti pěstování jmenovitě
5.
6.
9
stanovených plodin pro energetické účely pěstovaných
na půdě uváděné do klidu v rámci podpor a dotací,
provést analýzu využití čištěného bioplynu jako
pohonné hmoty pro dopravu, pro distribuci a
zásobování v rozvodech plynu respektive v tlakových
nádobách, v neposlední řadě upravit prováděcí
vyhlášku k Zákonu o hnojivech ve smyslu
zapracování kategorizace hnojiv v návaznosti na
využívání bioplynu.
Do praxe se toto usnesení vlády nijak
významně
nepromítlo,
protože
s výjimkou
ministerstva zemědělství ostatní resorty se skutečnou
podporou schváleného programu vyčkávají.
Cenové rozhodnutí ERÚ
Za jednu z nejvýznamnějších podpor využití
biomasy a bioplynu, jakož i dalších obnovitelných
zdrojů energie pro výrobu elektrické energie lze
označit stanovení minimálních výkupních cen a
pevných výkupních cen elektrické energie dodávané
do distribuční sítě. V současné době je platné cenové
rozhodnutí ERÚ č. 10/2004 Sb. ze dne 29. 11. 2004.
Návrh nového cenového rozhodnutí ERÚ počítá
s výkupními cenami a zelenými bonusy pro výrobu
elektřiny z biomasy platnými od 1. 1. 2006 a zavádí
nebo navazuje na kategorizaci biomasy, o kterou se
opírá následující již platná právní norma.
Zákon č. 180/2005 Sb. o podpoře výroby elektřiny
z obnovitelných zdrojů energie, kterému se říká zákon
o podpoře využívání obnovitelných zdrojů energie.
době doznala významných pozitivních změn. Nicméně
je to řešení, i když nezbytné pouze jedné z více bariér
bránících rychlejšímu rozšíření těchto technologií do
praxe.
Zákon stabilizuje podmínky podnikání v této
oblasti a zmocňuje ministerstva životního prostředí a
průmyslu a obchodu a také ERÚ k vydání prováděcích
předpisů bez nichž účinnost tohoto zákona bude velmi
omezená. Zvláštní obtíže provází tvorbu předpisů
týkajících se využití biomasy k energetickým účelům.
Zájem o rychlejší řešení by mohl být
stimulován vývojem cen ropy na světových trzích.
Celková produkce elektrické energie v ČR však roste
rychleji než její spotřeba, takže by se dalo říci, že
elektrická energie vyrobená z obnovitelných zdrojů
přispívá spíše jen ke zvyšování přebytků a jejího vývozu
do zahraničí, pokud se výrobci el. energie nerozhodnou
sami omezovat kapacity závislé na fosilních palivech.
Analýza byla provedena v rámci prací na výzkumném
záměru VÚZT ev. č. MZE 0002703101.
Použitá literatura
1. Pastorek Z., Kára J., Jevič P., 2004, Biomasa
obnovitelný zdroj energie, FCC Public, Praha, ISBN
80-86534-06-5
2. http://www.tzb-info.cz, listopad 2005
3. http://www.biom.cz, listopad 2005
4. http://www.czu.cz, listopad 2005
5. http://www.eurostat.com
Závěr
Legislativní podpora využívání biomasy pro
výrobu elektrické energie v ČR existuje a v poslední
Kontaktní adresa:
Ing. Zdeněk Pastorek, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky,
Drnovská 507, 161 01 Praha 6,
Tel: 233022274, Fax.:233312507
e-mail: [email protected]
10
EKONOMIKA VYUŽÍVANIA BIOMASY PRI SUŠENÍ
POĽNOHOSPODÁRSKYCH PLODÍN.
Š. Pepich, F. Zacharda
Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky, Rovinka, SR
Pri riešení otázok znižovania nákladov na
energiu sa v poslednom období dostávajú do popredia
obnoviteľné zdroje energie. Na Slovensku to nie je ani
tak otázka ekologická, teda snaha o znižovanie
produkcie oxidu uhličitého, ako skôr otázka
ekonomická. Aj keď otázka ekológie by nás mala tiež
zaujímať, hlavne ak je Slovensko signatárom Kyótskeho
protokolu, ktorý nás zaväzuje zvýšiť podiel vyrobenej
energie z obnoviteľných zdrojov až na 12 % do roku
2010. Prevažujúci ekonomický pohľad na spotrebu
energie vyplýva hlavne z enormného nárastu cien palív
v posledných rokoch (zemný plyn, nafta, benzín,
vykurovací olej..). Toto permanentné zvyšovanie cien
palív má za následok aj zvýšenie nákladov vo výrobnej
sfére.
Nárast nákladov sa prejavil hlavne pri
pracovných operáciách náročných na energiu. Medzi
energeticky
najnáročnejšie
pracovné
operácie
v poľnohospodárstve patrí sušenie produktov rastlinnej
výroby. Pri dosušovaní kukurice sa náklady na energiu
pohybujú na hranici 60 % z celkových nákladov na
sušenie. Podiel jednotlivých nákladových položiek pri
dosušovaní kukurice je znázornený na grafe č.1.
Pracovníci TSÚP Rovinka skúmali možnosti
znižovania nákladov pri procese sušenia. Počas skúšok
boli sledované tri typy sušenia :
- nízkoteplotné sušenia do teploty
60 °C
- teplovzdušné sušenia do teploty
150 °C
- horúcovzdušné sušenie do teploty
1 000°C
Ako zdroje energie boli sledované z konvenčných
zdrojov: zemný plyn a uhlie a z netradičných zdrojov
energie : geotermálna energia, odpadové teplo
z jadrovej elektrárne a biomasa vo forme : piliny, drevo,
slama a pilinové brikety. Pri porovnávacích skúškach
bolo dosiahnuté zníženie nákladov pri všetkých
netradičných zdrojoch energie. Graf č. 2 znázorňuje
zníženie nákladov na energiu pri dosušovaní kukurice
za použitia zemného plynu, geotermálnej energie a
odpadového tepla z jadrovej elektrárne. Ako je z grafu
zrejmé náklady na energiu sa znížili v oboch
alternatívnych prípadoch.
V tabuľke 1 sú uvedené úspory nákladov na
energiu pri používaní biomasy pri jednotlivých typoch
sušenia. Vo všetkých prípadoch došlo k zníženiu
nákladov na energiu. Najväčšie zníženie nákladov bolo
dosiahnuté pri dosušovaní kukurice ak bol zemný plyn
ako palivo nahradený slamou vlastnej produkcie a bolo
až o 86 %.
Počas viacročného sledovania podielu nákladov
na energiu pri sušení sa potvrdili prognózy, že pri
súčasnom enormnom náraste cien zemného plynu a
ostatných energií sa bude neúmerne predražovať aj
sušenie poľnohospodárskych produktov. Na grafe č. 3 je
znázornený nárast nákladov na dosušenie 1 tony
kukurice o 1 %. Zatiaľ čo v roku 2000 boli náklady na
energiu 5,26 Sk, čo predstavovalo 29 % všetkých
nákladov na sušenie tak v roku 2004 boli náklady už
31,02 Sk čo predstavovalo 61 % všetkých nákladov na
sušenie. A to sa v najbližších rokoch očakáva nárast
ceny zemného plynu o ďalších asi 30 %. Takže môžeme
predpokladať že behom jedného až dvoch rokov stúpne
podiel nákladov na energiu pri dosušovaní
poľnohospodárskych produktov na 75 –80 %.
Neustále zvyšovanie cien energií prinúti
prvovýrobu vážne sa zamýšľať nad zmenou palivovej
základne ich sušiarenských technológií. Ako
najvhodnejším riešením sa ukazuje využívanie slamy
vlastnej produkcie na energetické účely. Ako zdroj
energie môže poslúžiť nielen slama z hustosiatych
obilnín ale aj slama repková, slnečnicová, hrachová,
sójová i kukuričná. Výhrevnosť všetkých druhov slamy
je vyššia ako výhrevnosť hnedého uhlia. Pritom náklady
na 1 tonu slamy sa v roku 2003 pohybovali okolo 250350 Sk. Na grafe č. 2 je znázornená výhrevnosť
niektorých druhov poľnohospodárskej biomasy.
Pri vysokých úrodách slamy v roku 2004 boli
náklady na 1 t slamy nižšie ako po iné roky a
pohybovali sa na hranici 100-200 Sk za tonu. Rok
2004
bol
mimoriadne
priaznivý
svojimi
poveternostnými podmienkami na rast organickej
hmoty, teda aj slamy.
Merania v prevádzkových
podmienkach ukázali, že úrody slamy boli mimoriadne
vysoké. Napríklad pri tvrdej pšenici odrody Istrodur
bola hektárová úroda slamy až 9,1 tony, pri jačmeni
odrody Expres bola úroda slamy 6,5 tony a najvyššie
úrody slamy boli namerané pri repke hybrid Extra, a to
až neuveriteľných 20 ton z 1 hektára. Vo všetkých
prípadoch bol obsah vlhkosti v slame 12 % , čo je
požadovaná vlhkosť pre spaľovanie.
Tabuľka 1 Zníženie nákladov na energiu pri sušení poľnohospodárskych plodín
Typ sušenia
komodita
palivo
konvenčné
biomasa
nízkoteplotné
zelenina
uhlie
brikety
nízkoteplotné
zelenina
uhlie
drevo
teplovzdušné
kukurica
zemný plyn
slama nakúpená
teplovzdušné
kukurica
zemný plyn
slama vlastná
horúcovzdušné
lucerna
zemný plyn
piliny
11
Zníženie nákladov
na energiu v %
11
33
35
86
35
opravy
5%
údržbu
2%
mzdy
21%
energiu
60%
odpisy
8%
Graf č. 1 Podiel nákladov na dosušenie1 tony kukurice.
Náklady na
klasické sušenie
geoterm álna energ.
odpadové teplo z JE
klasické sušenie
opravy
18
33
5
údržbu
6
16
6
geotermálna energ.
m zdy
74
48
76
energiu
206
48
50
poistné
4%
spolu
304
145
137
odpadové teplo z JE
350
300
200
150
100
50
0
opravy
údržbu
mzdy
energiu
spolu
Graf č. 2
35
30
25
náklady v Sk na 1 t%
náklady v Sk/t
250
20
15
10
5
0
r. 2 00 0
r.2 00 1
r.2 00 2
r.2 00 3
r.20 04
Graf č.3 Nárast nákladov na odsušok 1 t% pri dosušovaní kukurice za posledných 5 rokov
12
30
20
15
10
5
hnedé uhlie
slnečnica-slama
amarantus-slama
tabak-stonky
tritikale-celá rastlina
hrach-slama
topinambur-slama
jačmeň-slama
pšenica-celá rastlina
sója-slama
tritikale-zrno
pšenica-slama
tritikale-slama
repka-slama
kukurica-slama
pšenica-zrno
vinič-drevo
jabloň-drevo
marhuľa-drevo
ozdobnica čínska-slama
repka-celá rastlina
0
repka-semeno
výhrevnosť v MJ/kg
25
Graf. č. 4 Výhrevnosť vybraných druhov poľnohospodárskej biomasy
-
úspora nákladov na energiu by tak činila 1 105 800 –
71 400 = 1 034 400 Sk
- ročná úspora nákladov na energiu by tak činila cca 1
mil. Sk
- jednoduchý orientačný výpočet úspory nákladov na
energiu pri nahradení zemného plynu slamou
vlastnej produkcie: úspora okolo 10 Sk na každý
spotrebovaný kubík zemného plynu
Obdobie najbližších 5 – 10 rokov bude ideálnych
na investovanie do projektov na energetické využívanie
biomasy hlavne slamy. Podporné programy EÚ
umožňujú
spolufinancovať projekty zamerané na
využívanie obnoviteľných zdrojov energie, na
znižovanie enrgetickej náročnosti, na znižovanie
produkcie emisií a biomasa všetky tieto kritéria spĺňa.
Pripravovaná smernica EÚ o biomase zabezpečí
projektom tohoto zamerania ešte väčšiu podporu a aj
štátne orgány SR v otázkach podpory obnoviteľných
zdrojov energie budú musieť prejsť z roviny
proklamačnej do roviny priamej podpory legislatívnej,
technickej i ekonomickej.
Ak si uvedomíme že 2,5 kg slamy ( v cene 1,0 –
2,5 Sk) môže svojou výhrevnosťou nahradiť 1 m3
zemného plynu ( v cene 11,46 Sk) tak na otázku či
slama môže byť v najbližšom období alternatívou
v zdrojoch energie treba odpovedať kladne. A to aj pre
to, že spaľovanie slamy je ekologickejšie ako
spaľovanie konvenčných palív.
Príklad výpočtu ekonomických úspor pri
nahradení zemného plynu ako paliva slamou vlastnej
produkcie pri dosušovaní zrne kukurice:
- poľnohospodársky podnik dosuší ročne 5 000 ton
kukurice na čo spotrebuje 95 000 m3 zemného
plynu, čo pri dnešnej cene (11,64 Sk.m-1)
predstavuje náklady na energiu 1 105 800 Sk
- výhrevnosť 1 m3 zemného plynu sa vyrovná
výhrevnosti 2,5 kg obilnej slamy
- náklady na zlisovanie, odvoz a uskladnenie vlastnej
slamy sa pohybujú okolo 300 Sk.t-1
- na dosušenie 5 000 ton kukurice by tak podnik
potreboval 238 t vlastnej slamy v hodnote 71 400 Sk
Kontaktná adresa:
Ing. Štefan Pepich, Ing. František Zacharda, CSc.
Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky,
900 41 Rovinka, SR
13
TECHNIKA PRO KOMPOSTOVÁNÍ V PÁSOVÝCH HROMADÁCH
ENGINEERING FOR COMPOSTING IN BELT PIPES
Maria Kollárová, Petr Plíva
quality compost producing, appropriate, dependable,
powerful and economical feasible engineering is
necessary.
The whole ranges of aspects influence the
choice of this engineering. The aspects have different
importance and weight for constituent groups of
machines. Therefore is necessary to take aspects into
consideration and entertain the use of these machines.
Abstract:
The Czech Republic is one of the members of
the European Union. According to the new legislation in
the sphere of waste disposal it is not allowed to dispose
residual biomass at dumps. We must find another way
how to meaningfully utilize this biomass. One of the
possibilities is composting.
For biodegradable raw materials processing by
controlled microbial composting in belt pipes and for
Key words: composting in belt pipes, composting engineering, machine operation economy
jednotlivým potřebným technologickým krokům,
zabezpečujících proces kontrolovaného kompostování:
Ø příprava surovin do zakládek kompostu drtiče,
Ø provzdušňování
a
promíchávání
kompostu - překopávače kompostu,
Ø prosévání hotového kompostu - prosévací
zařízení,
Ø další činnosti související s provozováním
kompostování - ostatní zařízení.
Úvod
Mezi technologické systémy pro údržbu a
ochranu krajiny bezesporu patří i biologické
zpracovávání zbytkové biomasy kompostováním a
následně stroje, s jejichž pomocí lze celý proces
mechanizovat a dovést téměř k dokonalosti.
Z technologického hlediska se rozlišují
následující základní způsoby výroby kompostů:
>
kompostování v pásových hromadách,
>
kompostování v plošných hromadách,
>
intenzivní kompostovací technologie:
Uvedené technické prostředky je výhodné
využívat sestavené do kompostovacích linek. Podle
používání a agregace jednotlivých strojů lze
kompostovací linky rozdělit na:
Ø linky s jedním energetickým zdrojem s
řadou připojitelného nářadí,
Ø linky sestavené z jednoúčelových strojů s
vlastním pohonem,
Ø linky
sestavené
v
kombinaci
předcházejících dvou variant.
a) kompostování v biofermentorech (bioreaktorech),
b) kompostování v boxech nebo žlabech,
>
>
kompostování ve
kompostování),
vermikompostování.
vacích
(Ag
Bag
Zejména technologii kompostování v pásových
hromadách kontrolovaným mikrobiálním procesem
(označováno jako CMC - controlled microbial
composting)
lze
charakterizovat
příznivými
ekonomickými
ukazateli,
možností
smysluplně
zpracovávat zbytkovou biomasu z vlastní produkce
přímo v místě jejího vzniku, obohacováním pozemků o
nedostatkovou organickou hmotu a konečně i
skutečností, že pro její realizaci lze využívat techniku
malé a střední kategorie.
Zmiňovaná technika významným způsobem
ovlivňuje produktivitu práce, ekonomiku výroby a
konkurenceschopnost
podniku.
Technika
má
v ekonomických ukazatelích ve zpracovatelském
podniku významné místo a rozhodování o tom, kolik a
jakých strojů, a také kdy mají být pořízeny, patří
k nejdůležitějším
manažerským
a
strategickým
rozhodnutím.
Na obr.1 je schéma linky sestavené kombinací
linky s jedním energetickým zdrojem s řadou připojitelného nářadí a linky u níž část operací zajišťují
jednoúčelové stroje.
Ve schématu je také znázorněna větev – „Řízení
kompostovacího procesu“, která symbolizuje nutnost
monitorování průběhu kompostovacího procesu. Takto
složená kompostovací linka je experimentálně ověřována
v rámci řešení výzkumného projektu v areálu VÚRV
Praha. Dosažené výsledky prokázaly schopnost takto
sestavené linky vyrábět kvalitní kompost, který splňuje
požadavky na jakostní znaky podle ČSN 46 5735
Průmyslové komposty.
Na základě poznatků získaných při řešení
zmiňovaného výzkumného projektu byla napsána
příručka, pro usnadnění správného výběru vhodných
strojů a zařízení pro sestavení kompostovacích linek
s různou kapacitou množství zpracovávaných BRO,
s různou technickou úrovní, s rozdílnou výší pořizovací
investice na stroje a zařízení apod.
Příručka je členěna tak, že jsou popisovány
jednotlivé technologické operace, které jsou pro správný
STROJE A TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ PRO
KOMPOSTOVÁNÍ V PÁSOVÝCH HROMADÁCH
Pro výběr strojů a zařízení, potřebných pro
technické zabezpečení kompostovacího procesu
v pásových hromadách, je vhodné vztáhnout operace k
14
Ø
průběh kompostovacího procesu nezbytné, popř. jej
velmi vhodným způsobem doplňují. Následně za
každou kapitolu jsou zařazeny tzv. katalogové listy
strojů, popř. zařízení, která jsou pro danou operaci
charakteristická. V těchto katalogových listech jsou u
každého stroje uvedeny základní technické parametry
a jeho obrázek.
čím menší částice jsou do zakládky
požadovány, tím větší jsou ekonomické
náklady na jejich rozmělnění.
Společné znaky a zásadní rozdíly drtičů a
štěpkovačů
Pro stroje v obou kategoriích platí, že jsou
nezbytné pro úpravu bioodpadu s převažujícím podílem
odpadního dřeva pro kompostování a vždy do
základního vybavení každé kompostovací linky patří
jeden z nich. O tom, který stroj, z které skupiny vybrat,
je nutné se rozhodovat pečlivě, protože každá skupina
má své klady a zápory.
Drtiče slouží k rozmělňování surovin a to tím
způsobem, že je drtí a trhají na částice, které jsou ve
svých rozměrech značně odlišné a mají poměrně velký
povrch, což je pro kompostovací proces velká přednost
(nejsou kladeny požadavky na stejnou velikost částic).
Štěpka, vyprodukovaná štěpkovači má relativně
malou aktivní plochu, která přichází do styku
s bakteriemi, zajišťujícími rozklad. To má za následek
delší dobu kompostování a tím i zvýšení nákladů. Naopak
předností štěpkovačů je schopnost stroje produkovat
štěpku téměř rovnoměrné velikosti při beztřískovém
dělení dřeva. Z tohoto důvodu jsou štěpkovače
upřednostňovány při zpracovávání dřevních surovin pro
energetické využívání a při jejich zpracovávání pro
pěstitelské a dekorativní účely.
Schéma rozdělení drtičů a štěpkovačů
je
zobrazeno na obr.2.
V následujících třech kapitolách jsou popsány
tři nejdůležitější skupiny strojů nezbytných pro
provozování kompostovací linky při využívání
technologie řízeného kompostování:
Ø
drtiče a štěpkovače
Ø
překopávače kompostu
Ø
prosévací zařízení
DRTIČE - ŠTĚPKOVAČE
Dřevní
biomasa,
zakládaná
do
kompostovaných hromad, vyžaduje pro snadnější
promíchání a homogenizaci kompostovaných surovin
rozmělnění či rozdrcení (jemnou desintegraci).
Požadovaná velikost částic je dána charakterem
suroviny. Obecně platí:
Ø čím menší jsou částice surovin, tím je větší
oxidační a styčná plocha a biodegradabilní
proces probíhá účinněji,
Ø čím surovina lépe degraduje, tím větší
mohou být její částice v zakládce,
DRTIČE
ŠTĚPKOVAČE
ZPRACOVÁVANÉ
SUROVINY
PRACOVNÍ
ÚSTROJÍ
objemné
dřevo
talířové
diskové
drobné
dřevo
(větve, réví)
nožové
-
vytříděné
BRO
z
komunálního
odpadu
ostatní
zbytková
biomasa
ENERGETICKÝ
ZDROJ
PŘÍKON
pro
pracovní
ústrojí
kladívkové
-
malé
1 - 3 kW
25 - 50 kW
vývodový
hřídel
spirálové
spirálové
vlastní
motor
pro
pojezd
bubnové
POČET
OTÁČEK
střední
3 - 50 kW
50 -100 kW
pomaloběžné
-1
25 – 40 min
rychloběžné
-1
2 000 - 2 500 min
velké
nad 50 kW
100 - 450 kW
energetický
prostředek
kombinované
-
samojízdný
Obr.2: Schéma rozdělení drtičů a štěpkovačů
(Pozn.: pokud jsou v jednom políčku dva technické údaje, platí horní údaj pro drtiče a spodní údaj pro
štěpkovače)
15
Obr. 1: Schéma kombinované kompostovací linky
16
Mezi nejdůležitější požadavky patří:
Ø kvalitní promísení a provzdušnění
surovin v celé výšce překopávaného profilu,
Ø nízká pracovní rychlost a možnost její
regulace v rozsahu (0,1 – 2,0) km.h-1,
Ø případně
částečné
rozmělnění
navezených surovin,
Ø formování překopávaných surovin do
hromady rozměrově určeného profilu,
Ø dobrá manévrovatelnost a pojezdové
vlastnosti pro pohyb po pracovní ploše.
Základní rozdělení překopávačů kompostu je zobrazeno
na obr.3.
PŘEKOPÁVAČE KOMPOSTU
Překopávání kompostu je nejdůležitější
pracovní operací v celém technologickém postupu
řízeného kompostování. Jeho účelem je provzdušnit
kompost a tím dosáhnout řízení mikrobiální činnosti.
Z hlediska dosahované výkonnosti, celkového využití
pracovního času, kvality práce, ale i prostorových
nároků na kompostovací stanoviště, jsou nejvýhodnější
překopávače kompostu pracující kontinuálně.
Požadavky na konstrukční řešení překopávačů
vyplývají zejména z charakteru zpracovávaných surovin
a z objemu produkce kompostu.
PŘEKOPÁVAČE
KOMPOSTU
PRACOVNÍ
ÚSTROJÍ
bubnové
šnekové
ENERGETICKÝ
ZDROJ
připojitelné
(mechanizační
prostředky mobilní)
VÝKONNOST
samojízdné
(energetické mobilní
prostředky )
návěsné
(popř. nesené)
elektromotor
malé
3
-1
do 800 m .h
střední
800 - 1 200
3
-1
m .h
dopravníkové
vzadu
vznětový
motor
jízda
dopředu
lichoběžníkové
velké
3 -1
nad 1 200 m .h
zážehový
motor
jízda
dozadu
vpředu
závěsné
Obr.3: Schéma rozdělení překopávačů kompostu
Podle schématu na obr.3 je jedním z kritérií pro
rozdělení překopávačů kompostu typ pracovního ústrojí.
Vedle uvedených základních typů (obr.4) - bubnové,
šnekové, dopravníkové, lichoběžníkové (někdy nazývané
bubnové boční), se řidčeji používá i ústrojí kotoučové.
Další typy pracovních ústrojí vznikla kombinací některých
výše uvedených jde potom o pracovní ústrojí
kombinované.
Volba typu pracovního ústrojí a tím
pádem i typu překopávače kompostu bývá závislá ve velké
míře na velikosti objektu kompostárny, resp. na velikosti
manipulační plochy. Každý typ má pro své provozování
různé požadavky na právě velikost manipulační plochy.
Tu ovlivňují požadavky na plochu pro pojezd mezi
jednotlivými hromadami, pro otáčení na konci hromady,
pro nutné technologické přejezdy a při podélném
překopávání hromady prostor pro její posun ve směru
podélné osy. Vliv organizace překopávání na volbu typu
pracovního ústrojí je znázorněn na obr.5.
17
lichoběžníkový (bubnový boční)
bubnový (v transportní poloze)
šnekový
dopravníkový
Obr.4: Typy pracovních ústrojí překopávačů kompostu
a
b
c
bubnové
Typ pracovního ústrojí
I - šnekové
II - bubnové s příčným
dopravníkem
lichoběžníkové
(bubnové boční)
Obr.5: Schéma organizace překopávání kompostu při použití překopávačů s různými typy pracovního ústrojí
lepivost, přilnavost),
Ø
místo prosévání (kompostárna, místo
vzniku odpadu, práce formou služeb),
Ø
prostorové
nároky
(rozměry
prosévacího zařízení a navazujících dopravníků),
Ø
technické parametry prosévacích
zařízení (velikost otvorů, povrch prosévací plochy,
počet kmitů, obvodová rychlost bubnu),
Ø
pořizovací cena (v současnosti zejména
u separačních zařízení značně vysoká),
Ø
provozní charakteristiky (pořizovací
cena, provozní náklady, požadavky na energii, požadavky
na údržbu, výkonnost m3.h-1, t.h-1, hlučnost, prašnost).
PROSÉVACÍ ZAŘÍZENÍ
Prosévací zařízení slouží pro úpravu kompostu
při vyšším podílu nerozložitelných částic. Kompostárnu
je vhodné vybavit těmito prosévacími zařízeními s
odpovídajícím výkonem, které umožní třídit hotový
kompost na dvě (i více) frakcí určených k expedici nebo
dalšímu zpracování v kompostovacím procesu. Podle
požadavku na finální produkt se používají síta s různými
velikostmi ok (např. 15, 20, 40 mm). Většina
prosévacích zařízení je vybavena čistícím kartáčem,
který umožňuje čištění síta za provozu a zabraňuje tak
ucpávání ok síta při nepříznivých podmínkách pro
prosívání.
Mezi základní znaky, podle kterých lze
prosévací zařízení rozdělovat, patří hlavně:
Ø
specifikace surovin, které se budou
prosévat (velikost částic, objemová hmotnost, vlhkost,
Rozdělení prosévacích zařízení je schematicky
znázorněno na obr.6.
18
PROSÉVACÍ ZAŘÍZENÍ
MÍSTO
PROSÉVÁNÍ
VLASTNOSTI
PROSÉVANÉ
SUROVINY
kompostárna
jiné místo forma služby
PRACOVNÍ
ÚSTROJÍ
OSTATNÍ
FAKTORY
3
-1
1 - 15 m .h
objemová
hmotnost
stacionární
vlhkost
mobilní
vývodový
hřídel
účinnost
odlučování
střední
3
-1
15 - 50 m .h
vlastní
motor
schopnost
samočištění
velké
3
-1
nad 50 m .h
elektromotor
rotační
síto
válcové
přilnavost
prostorové
nároky
malé
rovinné
síto
vibrační
zrnitost
ENERGETICKÝ
ZDROJ
VÝKONNOST
spalovací
motor
lepivost
stacionární
hydromotor
mobilní
Obr. 6: Schéma rozdělení překopávačů kompostu
Drcení,
štěpkování
25%
Drcení,
štěpkování
15%
Prosévání,
finál ní úprava
35%
Prosévání,
finální úprava
38%
Úprava
hromady
21%
Úprava
hromady
24%
Překopávání
13%
Překopávání
29%
Využití strojů při produkci kompostu do
1000t.rok-1
Využití strojů při produkci kompostu do
4000t.rok-1
Obr.7: Využití strojů při různé produkci kompostu
Zemědělská knižnice Agrospoje - semafor na křižovatce
Vašich cest a plánů, Praha 2000.
[5]: Plíva, P.; Altman, V.; Jelínek, A.; Kollárová, M.;
Stolařová, M.: „Technika pro kompostování v pásových
hromadách“, VÚZT, Praha, 2005, ISBN 80-86884-023.
[6]: Váňa J.: „Kompostování bioodpadu“, In: Váňa J.,
Balík J., Tlustoš P.: Pevné odpady (učebnice), ČZU Praha
6, 2004.
[7]: Zemánek, P.: „Speciální mechanizace — mechanizační prostředky pro kompostování“, učebnice),
MZLU v Brně, 2001.
[1]: Abrham, Z.; Kovářová, M.; Duda, J; Kocánová, V. :
„Využití a obnova zemědělské techniky“, VÚZT, Praha,
2002, ISBN 80-238-9954-6.
[2]: Groda, B.: Technika zpracování odpadů. Skripta
MZLU v Brně, 260s, první vydání 1995, č. publ. 1489, ISBN
80-7157-164-4.
[3]: Jelínek, A., kolektiv autorů: „Faremní kompost
vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem“,
Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy,
Praha 2002, ISBN: 80-238-8539-1.
[4]: Jelínek, A. a kol.: „Malá mechanizace“, AGROSPOJ,
19
Efekti vnější
využití
překopáva če
kompostu je v případech, kdy je zpracováváno větší
množství surovin a roční produkce hotového kompostu
činní cca 4 000 t. Z obr.7 je patrno, že využití stroje je
v tomto případě více než dvakrát vyšší.
I přes tyto nevýhody (velká jednoúčelovost) je
vhodné do nákupu překopávače kompostu finanční
prostředky investovat, neboť je to stroj, na němž závisí
konečná produktivita a efektivita celé kompostovací
linky.
Kompost jako hnojivo lze vyrábět různými
způsoby. Při využití kteréhokoliv způsobu kompostování
by mělo být vždy na zřeteli, že nejde pouze o výrobu
vysoce účinného přírodního hnojiva, ale že jde také o
vhodné zpracování BRO, které nejsou v dnešní době
zpracovávány vždy v souladu se zákony o ochraně
životního prostředí.
Poznatky uvedené v tomto příspěvku byly
získány při řešení projektu QF 3148 „Přeměna zbytkové
biomasy zejména z oblasti zemědělství na naturální
bezzátěžové produkty, využitelné v přírodním prostředí
ve smyslu programu harmonizace legislativy ČR a
EU ", který je podporovaný Národní agenturou pro
zemědělský výzkum.
Souhrn
Kompostování je velmi stará technologie
přeměny zbytkové biomasy na kvalitní produkt. V
současné době se tato technologie dostává opět do
popředí zájmu veřejnosti. Aby bylo možné kvalitní
kompost vyrobit a tím využívat všechny jeho výhody, je
nutné, aby byla pro úspěšný průběh celého
technologického procesu používaná vhodná, spolehlivá
a výkonná technika.
V
převládající
míře
je
technologie
kompostování v pásových hromadách zabezpečována
technickými prostředky, spadajícími do oblasti malé a
střední mechanizace. To je výhodné zejména z důvodu
převozu této techniky. Lze předpokládat, že se bude stále
více kompostovat zbytková biomasa přímo v místě jejího
vzniku.
Další výhodou tohoto typu technických
prostředků je i skutečnost, že většina organizací, které
uvažují o vybudování kompostovací linky, řadu potřebných
strojů již vlastní, takže u nich odpadají investice na jejich
pořízení. Tyto stroje, z nichž je kompostovací linka
sestavena, jsou v průběhu kompostovacího cyklu
využívány s rozdílnou intenzitou. Pro zpracovávání
menšího množství surovin, kdy celková produkce
kompostu nepřesáhne 1 000t ročně, je vytížení
jednotlivých strojů zobrazeno na obr.7. Z něj je patrno, že
největší procento využití je u strojů pro prosévání a finální
úpravu hotového kompostu (balení, obohacování dalšími
komponenty apod.). Využití překopávače kompostuje v
tomto případě poměrně malé.
Klíčová slova: kompostování v pásových hromadách,
technika pro kompostování, ekonomika provozu strojů
Kontaktní adresa:
Ing. Mária Kollárová, Ing. Petr Plíva,CSc.
VÚZT, Drnovská 507, 161 01 Praha 6-Ruzyně
Tel.: +420 233022457, fax:+420 33312507,
20
SKÚSENOSTI Z PREVÁDZKY BIOPLYNOVEJ STANICE V BÁTKE
EXPERIENCES FROM OPERATION OF BIOGAS PLANT IN BATKA
Juraj Maga, Ján Piszczalka
Slovenská poľnohospodárska univerzita, Nitra
Abstract
Protection and creation of the environment is one of the most actual questions nowadays. There is a need to reassess our
aproaches to production. The principle needs to be accepted that technology along with question of environment
protection has to be solved at the same time. Resulting from mentioned this work is aimed to assess the operation of
biogas plant as a part of a pig farm AGROBAN s.r.o. in Batka.
Keywords: biogas, co-generation, protection of the environment
tejto zbernej nádrže sa hnojovica z hornej časti farmy
(BIOS1 až BIOS10) dopraví potrubím pomocou čerpadla
zo zbernej žumpy, kam sa hnojovica dopraví z objektov
zhrňovacími lopatami. Zo spodnej časti farmy (St6 až
St10), kde sa hnojovica odstraňuje z objektov
preronovým spôsobom, je nevyhnutné hnojovicové
kanály preplachovať spätne hnojovicou zhromaždenou
v zbernej nádrži. Zo spodnej polovice farmy sa
hnojovica do zbernej nádrže dopravuje potrubím
samospádom.
V zbernej
nádrži
sa
hnojovica
homogenizuje vrtuľovým miešadlom, ktorého úlohou je
hnojovicu pomiešať a pripraviť na ďalšie spracovanie.
Pomiešaná hnojovica sa pomocou čerpadla dopraví
potrubím do nadzemnej homogenizačnej nádrže o obsahu
300 m3.
Do konca roku 1999 bioplynovaná stanica riešila aj
komplexnú úpravu exkrementov z farmy Spoločného
hydinárskeho podniku v Kľačanoch, okres Rimavská
Sobota. Od roku 2000 je úplne pozastavené spracovanie
hydinového trusu z dôvodu jeho vysokej agresivity
a z toho vyplývajúceho rýchleho znehodnotenia (koróziou)
častí zariadenia slúžiacich na dopravu, miešanie
a skladovanie exkrementov. Pozastavenie dávkovania
hydinového trusu malo negatívny vplyv na množstvo
produkovaného bioplynu, ale na druhej strane zlepšila sa
jeho kvalita z dôvodu nižšieho obsahu sulfánu (H2S).
Z horeuvedeného dôvodu bioplynová jednotka je vybavená
aj technológiou slúžiacou na dávkovanie hydinového trusu
do exkrementov ošípaných (podzemný zásobník, šikmé
závitovkové dopravníky, rozhadzovač).
V homogenizačnej nádrži sa exkrementy (do konca roku
1999 exkrementy ošípaných a hydiny) rozmiešavajú
vrtuľovým miešadlom. Po zhomogenizovaní sa hydrozmes
(hnojovica a technická voda) dopraví dvomi do tandemu
zapojenými čerpadlami do dvoch nadzemných
vyhnívacích reaktorov, z ktorých každý má obsah 2 500
m3.
V reaktore hnojovica vyhníva, pričom sa uvoľňuje bioplyn.
Tento sa odvádza vrcholom kopule reaktora a plynovým
potrubí sa dopravuje do plynojemu, čo je vlastne vak
z pogumovanej tkaniny umiestnený v plechom opláštenej
budove. Kapacita plynojemu je 2 000 m3.
Plyn sa odvádza do strojovne a spotrebováva sa
v motorgenerátoroch typu GEB 160 S s výkonom 138
kVA a spotrebou 60 m3.h-1 (pri výkone 100 kW).
Vyhnitá hnojovica sa z reaktorov prepadom dopravuje do
nadzemných oceľových nádrží. Pri reaktoroch sú
Úvod
Likvidácia hnojovice z veľkých koncentrácií ošípaných je
v našich podmienkach veľmi zložitým a komplikovaným
problémom. Riešenie, ktoré je nevyhnutné v každom
takomto chove, vyžaduje značné investičné náklady, ktoré
prostredníctvom odpisov hmotného investičného majetku
významne ovplyvňujú celkové náklady na produkciu
jatočných ošípaných.
Najčastejšie sa hnojná koncovka rieši čističkou
odpadových vôd (ČOV). Týmto spôsobom sa zabráni
znečisteniu podzemných vôd, ale zostanú nedoriešené
mnohé ekonomické a ekologické problémy (skladovanie,
agresívny zápach, deštrukcia organickej hmoty, atď.)
Pri likvidácii hnojovice cez bioplynovú jednotku
dochádza k transformácii ťažko utilizovateľného a pre
životné prostredie agresívneho materiálu na organické,
resp. organo–minerálne hnojivo, obsahujúce živiny vo
forme vhodnej pre aplikáciu v rastlinnej výrobe. Jeho
využitie znižuje nároky na spotrebu priemyselných
hnojív, vzniká dezodorizovaný produkt s eliminovanou
klíčivosťou semien burín (z toho vyplýva znížená
potreba
aplikácie
herbicídov)
a s podstatne
redukovaným počtom patogénnych zárodkov. Najviac
sa získa využiteľný plyn, resp. elektrická energia.
Na farme veľkochovu ošípaných poľnohospodárskeho
podniku AGROBAN spol. s r.o. Bátka, okres Rimavská
Sobota, bola prvá aplikácia anaeróbnej technológie pre
spracovanie hnojovice hospodárskych zvierat na
Slovensku. Technologické zariadenie bolo vybudované
v rokoch 1992 – 1995 a uvedené do prevádzky v máji
1995. V roku 1997 bolo toto technologické zariadenie
dobudované
o odsírovaciu
jednotku.
Použitá
technológia bola kombináciou rakúskeho know-how
(BAUER) s domácimi dodávateľmi.
Ciel’ a metodika práce
Cieľom práce bolo hodnotenie prevádzky bioplynnej
stanive AGROBAN s. r.o. Bátka. Po metodickej stránke
sa
3
roky
sledovala
produkcia
hnojovice
z veľkovýkrmne ošípaných, vyrobené množstvá
bioplynu i elektrickej energie pomocou kogeneračnej
jednotky, ďalej boli sledované niektoré ekonomické
ukazovatele.
Výsledky a diskusia
Hnojovica z farmy ošípaných sa zhromažďuje v zbernej
nádrži pred areálom jednotky na výrobu bioplynu. Do
21
Energetická účinnosť a efektívnosť prevádzky
bioplynovej stanice
Bioplynová stanica rieši problém likvidácie hnojovice na
princípe
anaeróbnej
fermentácie
(metanogenézy)
z veľkovýkrmne ošípaných s kapacitou 14.500 kusov do
roku 2000 aj exkrementy od 220.000 kusov nosníc z 15 km
vzdialenej hydinárskej farmy v Tomášovciach. Ide o prvú
a zároveň v celej strednej Európe najväčšiu aplikáciu
anaeróbnej technológie pre spracovanie hnojovice
hospodárskych zvierat v SR. Podľa projektu sa
predpokladali vstupy a výstupy bioplynovej prevádzky,
uvedené v tab. 1.
Produkcia hnojovice, resp. jej množstvá privedené do
bioreaktorov podľa prevádzkovej evidencii, uvádza
tabuľka č. 2. Z nej vidieť, že priemerná denná produkcia
hnojovice ošípaných v roku 2000 bola nižšia než
predpokladal projekt. Dôvodom tohto stavu je odstavenie
reaktora R1. Po vykonaní opravy R1 bol tento spustený
v septembri 2000, kedy boli v prevádzke už obidva
reaktory, zvýšila sa produkcia bioplynu a v roku 2001 sa
udržiavala približne na rovnakej úrovni.
umiestnené dve odkalovacie nádrže, ktoré slúžia na
občasné vypúšťanie sedimentov z reaktorov, ktoré tvoria
piesok a iné ťažšie látky než je hnojovica a usadzujú sa na
dne reaktorov. Z týchto nádrží sa sediment odvádza
mobilnými prostriedkami na poľné hnojisko.
Tekutá časť hnojovice sa na niekoľko dní uskladní
v nadzemných oceľových nádržiach a z nich sa špeciálnym
vysokotlakovým čerpadlom dopraví PVC potrubím do
skladovacej lagúny o obsahu 20 000 m3. Z nej sa vyhnitá
hnojovica dopraví do odľahčovacej lagúny o kapacite 5000
m3
PVC
potrubím
samospádom.
Skladovacia
a odľahčovacia lagúna sú vybudované mimo areálu
Veľkovýkrmne ošípaných na katastrálnom území obce
Barca. Dĺžka dopravného potrubia je asi 3.750 m.
Skladovacia kapacita lagún je dimenzovaná na 6
mesiacov, aplikácia hnojovice sa realizuje podľa
hnojného plánu cisternami o obsahu 10 m3.
Tabuľka 1 Vstupy a výstupy bioplynovej prevádzky
Vstupy
Výstupy
Položka
Hnojovica ošípaných
Koncentrácia sušiny
Sušina
Hodnota
132 t.d-1
5%
6,6 t.d-1
Hnojovica hydiny
Sušina
34 t.d-1
25 %
8,5 t.d-1
166 t.d-1
Hnojovia spolu
9,1 %
15,1 t.d-1
Sušina
72,5 %
Koncentrácia org. látok
v sušine.
*disponibilný prebytok po krytí procesnej potreby
Položka
Bioplyn
Priemerná koncentrácia CH4
Výroba elektrickej energie
Hodnota
5 100 m3.d-1
62,5 %
9 550 kWh.d-1
Výroba tepla*
- zimné minimum
- letné maximum
- celoročný priemer
Vyhnitá hnojovica
z toho:
- dusík
- fosfor
25 GJ.d-1
41 GJ.d-1
33 GJ.d-1
158 t.d-1
1,0 t.d-1
0,3 t.d-1
V januári roku 2002 bol odstavený druhý reaktor R2 a od tej doby je v prevádzke iba reaktor R1.
Tabuľka č. 2: Množstvo privedenej hnojovice do reaktorov
Množstvo privedenej hnojovice do reaktorov v m3/deň
Mesiac
2000
2001
Január
95
172
Február
46
172
Marec
72
189
Apríl
102
190
Máj
120
177
Jún
118
191
Júl
127
187
August
119
183
September
170
173
Október
185
186
November
186
169
December
165
163
Spolu:
125
179
22
2002
106
115
125
127
128
135
136
136
137
128
128
122
127
Tabuľka č. 3: Produkcia bioplynu
Mesiac
Január
Február
Marec
Apríl
Máj
Jún
Júl
August
September
Október
November
December
Spolu:
2000
35 518
12 921
30 569
35 963
41 397
35 449
34 741
37 120
39 583
55 131
51 298
50 327
460 017
Výroba bioplynu (m3)
2001
2002
59 733
27 614
53 660
34 122
52 500
43 859
53 024
39 753
62 116
44 373
48 750
38 866
50 633
41 170
49 259
37 606
47 131
38 914
52 807
41 885
43 062
42 082
41 771
35 243
614 474
465 487
Tabuľka č. 4: Produkcia elektrickej energie
Výroba elektrickej energie v kWh-1
Mesiac
2000
2001
2002
Január
56 820
90 320
44 240
Február
11 860
82 900
55 980
Marec
51 020
90 240
75 120
Apríl
61 140
85 560
67 560
Máj
71 100
100 200
71 860
Jún
68 200
80 100
64 440
Júl
69 420
81 820
67 960
August
62 760
81 180
64 020
September
61 800
80 440
67 660
Október
94 160
92 000
72 460
November
90 020
76 900
73 140
December
77 400
74 820
61 120
Spolu:
775 700
1 016 500
785 560
V nadväznosti na nízku produkciu hnojovice,
pre odstavenie reaktorov R1 v roku 2000 a R2 v roku
2002, nedosahuje sa ani projektovaná výroba bioplynu
(tabuľka č. 3). Oproti roku 2001 (pri plnej prevádzke
bioplynovej stanice) sa v roku 2000 vyprodukovalo
2000
12,1
9,7
13,7
11,8
11,1
10,0
8,8
10,0
7,8
9,6
9,2
9,8
10,3
Bioplyn/Hnojovica (m3)
2001
11,2
11,1
9,0
9,3
11,3
8,5
8,7
8,7
9,1
9,2
8,5
8,3
9,4
2002
8,4
10,6
11,3
10,4
11,2
9,6
9,8
8,9
9,5
10,6
11,0
9,3
10,5
Elektrická energia/Bioplyn (kWh/m3)
2000
2001
2002
1,60
1,51
1,60
0,92
1,55
1,64
1,67
1,72
1,71
1,70
1,61
1,70
1,72
1,61
1,62
1,92
1,64
1,66
2,00
1,62
1,65
1,70
1,65
1,70
1,56
1,71
1,74
1,71
1,74
1,73
1,76
1,79
1,74
1,54
1,79
1,73
1,65
1,66
1,69
z privedenej hnojovice o 25,4 % a v roku 2002 o 24,2 %
bioplynu menej.
Vysoká variabilita nákladov sa prejavila aj na rôznej
výške nákladov na produkty bioplynovej stanice, to
znamená na 1 m3 bioplynu, resp. na 1 kWh elektrickej
energie medzi jednotlivými rokmi.
Tabuľka č. 5: Štruktúra nákladov na bioplynovú prevádzku
2000*
Nákladová položka
Sk
%
Spotreba materiálu
378 898
21,11
Spotreba energie (plyn)
300
0,02
Opravy a údržba
126 621
7,06
Služby materiálnej povahy
129 432
7,21
Mzdy a odmeny
722 442
40,25
Zákonné sociálne poistenie
273 102
15,22
Odpisy
163 878
9,13
Správna réžia
Spolu náklady
1 794 673
100
23
II. polrok 2001**
Sk
%
418 844
89,14
32 681
6,96
15 196
3,23
3 150
0,67
469 871
100
2002**
Sk
433 074
205 998
63 894
494 781
186 780
89 026
1 473 553
%
29,39
13,98
4,34
33,58
12,67
6,04
100
Tabuľka 6 Náklady na produkty prevádzky bioplynovej stanice
Obdobie
Náklady na l m 3 bioplynu, Sk
2000
3,90
II. polrok 2001
1,65
2002
3,17
Priemer
2,91
energie. Nakoľko nie je možné oddeliť náklady súvisiace
s transformáciou bioplynu na elektrickú energiu, uvedené
náklady na bioplyn obsahujú aj náklady na činnosť
elektrogenerátorov. V prípade elektrickej energie,
vyrobená cena 1 kWh za celé hodnotené obdobie bola
2,41 Sk.
Za celé hodnotené obdobie, ako to vyjadruje tabuľka 6,
tvorili náklady na l m3 bioplynu v priemere 2,91 Sk.
Pritom treba mať na zreteli to, že konečným produktom
hodnoteného zariadenia je elektrická energia. To
znamená, že vyrobený bioplyn je v podstate
medziproduktom, ktorý sa používa na výrobu elektrickej
Tabuľka č. 7: Efektívnosť bioplynovej stanice
Merná
Ukazovateľ
jednotka
tis. Sk
Náklady
Sk/kWh
Produkcia elektrickej energie
tis. kWh
Cena el. energie pri nákupe
Sk/kWh
Sk/kWh
Strata/zisk
%
tis. Sk
Náklady na 1 kWh el. energie, Sk
2,31
0,96
1,88
1,72
2000
II. polrok 2001
2002
2002/2001
1 794,7
2,31
1 212,6
1,56
- 0,75
- 48,1
- 909,2
469,9
0,96
812,6
1,67
+ 0,71
42,5
+ 576,9
1 473,6
1,88
1 372,0
1,75
- 0,13
- 7,4
- 178,4
82,1
43,3
113,2
112,2
17,3
15,4
19,6
0,05 % fosforu a 1,31 % organických látok. To
znamená, že aplikáciou 1 tony hnojovice po stabilizácii
v bioreaktore sa dodá 3,3 kg N, 0,5 kg P a 13,0 kg
organických látok.
Prínos v rastlinnej výrobe - úspora priemyselných
hnojív. Podľa tabuľkových údajov, nespracovaná
hnojovica obsahuje 0,15 % dusíka; 0,02 % fosforu
a 0,27 % organických látok. Po stabilizácii
v bioreaktore sa zvýši obsah živín na 0,33 % dusíka;
Tabuľka č. 8: Obsah základných živín v hnojovici ošípaných (Papajová a kol. 1999)
Ukazovateľ
Celkom N, mg.l-1
Celkom P, mg.l-1
1 498
3 258
1 454
2 504
201
453
99
1 144
Nespracovaná hnojovica
Hnojovica po stabilizácii v bioreaktore
Supernatant stabilizovanej hnojovice uskladnenej v lagúne
Sediment stabilizovanej hnojovice v lagúne
Množstvo dusíka v hnojovici po stabilizácii v bioreaktore
za rok je adekvátne asi 455 t dusičnanu amónneho (s 34 %
N), resp. 1.030 t liadku vápenatého (s 15 % N) alebo 575 t
liadku amónno-vápenatého (s 27 % N). Z hľadiska obsahu
fosforu, ročná produkcia upravenej hnojovice zodpovedá
asi 65 t superfosfátu. Pri priemernej spotrebe dusíka 100
kg N.ha-1, možno vyprodukovanou stabilizovanou
hnojovicou vyhnojiť asi 1,5 – 1,6 tis. ha pôdy, čo je
približne výmera obhospodarovaná strediskom rastlinnej
výroby v Barci, v chotári ktorej sa nachádzajú lagúny so
zošľachtenou hnojovicou.
Čistý prínos bioplynovej prevádzky však predstavuje len
prírastok živín vplyvom metanogenézy, t.j. rozdiel medzi
obsahom živín v hnojovici po stabilizácii a obsahom živín
v nespracovanej hnojovici. Tento prírastok po prepočítaní
na priemyselné hnojivá predstavuje ročne asi 250 t
dusičnanu amónneho, čo pri cene za priemyselné hnojivá
asi 5.000,- Sk.t-1 znamená prínos asi 1 mil. Sk ročne.
Celkom
organickej látky,
mg.l-1
9 693
13 134
2 897
7 147
Celkový ekonomický prínos
Celkový ekonomický vyčísliteľný prínos spracovania
hnojovice ošípaných metanogenézou predstavuje
vyprodukovaná elektrická energia, prírastok obsahu živín
vo vyhnitej hnojovici v porovnaní s nespracovanou
hnojovicou a úsporu nákladov na pesticídy.
Avšak vzhľadom na nedostatok údajov (určitá časť
nákladov na bioplynovú prevádzku je zahrnutá do
nákladov súvisiacich s chovom ošípaných, množstvo
aplikovanej
hnojovice
a iných
intenzifikačných
materiálov) sa tento celkový ekonomický prínos nedal
vyčísliť. Smerodajná je teda hodnota vyrobenej elektrickej
energie. Táto poukazuje na hodnotu vyrobenej elektrickej
energie v Sk za celé hodnotené obdobie, t.j. úsporu
elektrickej energie v porovnaní s prípadom, keby uvedené
množstvo vyrobenej elektrickej energie bolo odoberané
z verejnej siete.
24
Pritom treba ešte spomenúť, že ak sa prevýši produkcia
elektrickej, resp. tepelnej energie, je možné uvažovať
aj o subdodávke pre potenciálnych odberateľov v okolí
farmy. Okrem ekonomickej stránky bioplynovej
stanice však nemožno zabudnúť na ekologické prínosy,
ktoré sa nedajú vôbec alebo len veľmi ťažko
kvantifikovať a tým aj finančne vyjadriť.
Záver
Záverom možno konštatovať, že aj napriek tomu, že
prevádzka bioplynovej stanice neprináša priamy zisk
pre tento veľkochov, treba si uvedomiť, že pri takomto
veľkom počte chovaných hospodárskych zvierat
a nedostatočnej výmere pôdneho fondu, je nutné riešiť
problematiku odstraňovania veľkého množstva
hnojovice, ktorá tu neustále vzniká. Likvidácia
exkrementov iným spôsobom by tiež zaťažovala
nákladmi daný veľkochov, avšak oproti ním, tento
spôsob prináša so sebou mnohé iné pozitíva, ku ktorým
možno priradiť z hľadiska podniku produkciu
bioplynu, ako alternatívnej suroviny na výrobu
elektrickej a tepelnej energie a výrobu kvalitného
organického hnojiva, ktoré sa efektívne využíva
v rastlinnej výrobe.
Kovács A.: Skúsenosti z bioplynnej stanice vo Fige
Agroban s.r.o. Bátka, Dipl. práca, Agroinštitút, 2005
Papajová, I., Juriš, P., Krupicer, I., Rataj, D.: Spracovanie
hnojovice
ošípaných
anaeróbnou
stabilizáciou
s produkciou bioplynu. In: Slov. vet. čas., 24, s. 38-42,
1999
Súhrn
Ochrana a tvorba životného prostredia je dnes jednou z najaktuálnejších otázok, pretože musí prehodnotiť naše prístupy
k výrobe a musíme si osvojiť zásadu, že súčasne s technológiou treba riešiť aj ochranu životného prostredia. Preto sme
aj v tejto práci venovali hodnoteniu prevádzky bioplynovej stanice ako súčasti veľkochovu ošípaných v AGROBAN
s r.o. Bátka.
Kľúčové slová: bioplyn, kogenerácia, ochrana životného prostredia
Kľúčové slová: bioplyn, kogenerácia, ochrana životného prostredia
Kontaktní adresa
Dr.Ing. Juraj Maga, doc., Ing. Jan Piszczalaka, PhD.
Katedra strojov a výrobných systémov, SPU Nitra,
Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra, Slovensko,
tel. 421 87 6508 362
25
MANIPULACE A MÍSTNÍ DOPRAVA BALÍKOVANÉ SLÁMY
HANDLING WITH BALED STRAW AND ITS LOCAL TRANSPORT
Jiří Souček
VÚZT Praha Ruzyně
Abstract
The straw need for bedding purposes has mitigated recently in the Czech Republic due to cattle herds decreasing and
transformation of part of livestock production onto litter-free technologies. Nevertheless the straw amount gradually
increases being used for energy and industrial purposes. Straw is commonly utilized as a fuel, to a certain extent as
insulation or construction material. Regardless the manner of application there is the necessary condition for straw to
comply with the qualitative parameters. Theme may be achieved-besides a suitable storage method – also trough the
well-timed and convenient approach of harvest and transportation to the place of storage. Author of that paper has
specified by means of the field measurement the technical and exploitation parameters of the live used for the baled
straw harvest and its local transport.
Keywords: straw, handling, transport, energy, biomass
manipulátoru Manitou MT 835-120 LS turbo
s pracovním adaptérem pro manipulaci s kulatými
balíky.
V průběhu terénního měření byly sledovány následující
parametry:
- spotřeba PHM (motorové nafty) u všech dopravních a
manipulačních prostředků metodou plné nádrže
- časový snímek práce manipulačních a dopravních
prostředků
- dopravní vzdálenost pomocí GPS
- výměra sklízených pozemků
- rozměry dopravovaných a manipulovaných balíků
odměřením
- průměrná vzdálenost balíků na pozemku odměřením
trasírkou
- hmotnost balíků odvažováním materiálu na mostové
váze
- obsah celkového množství vody ve slámě –
laboratorně ze vzorku podle ČSN 44 1377
Úvod
Ke sklizni slámy pro energetické a průmyslové účely
jsou k dispozici různé postupy. Výhodou při
sestavování technologických linek je možnost využití
standardní zemědělské techniky. Technologie sklizně,
zpracování, konzervace a skladování je známá.
Pro sklizeň slámy určené pro energetické a průmyslové
účely v suchém stavu (do 17 %), je nejčastěji užívána
alternativa s využitím balíkovacích lisů na hranolovité
nebo válcové balíky ve druhé fázi sklizně. V první fázi
sklizně jsou oddělena semena nebo celé vrchní části
rostlin. První fáze sklizně je provedena sklízecí
mlátičkou. Sláma, která je uložena v řádcích na
pozemku je následně lisem sbírána a lisována do
balíků. Balíky zůstávají ležet na pozemku a následně
jsou sbírány a dopravovány do místa skladování
(Souček, 2005).
Řada autorů (Syrový, 1983; Souček, 2005; Jelínek,
1972) poukazuje na nízkou měrnou hmotnost slámy.
Ta se lisováním do balíků zvýší na 100 až 150 kg.m-3,
ale přesto je přeprava slámy v porovnání například se
stavebními materiály, méně efektivní a nákladnější,
protože velikost ložného prostoru dopravních
prostředků je omezena předpisy o provozu na
pozemních komunikacích. Dopravní prostředky jezdí
při dopravě stébelnatých materiálů vytížené na 20-50%
(Syrový, 1983).
Výpočtem byly stanoveny následující parametry
Měrná spotřeba nafty:
Ve =
Vsp
ms
kde:
Použitý materiál a metody
Ke stanovení parametrů manipulace a místní
přepravy slámy byla použita technologická linka
v zemědělském podniku VOD Kámen. Sklízeným
materiálem byla pšeničná sláma slisovaná do kulatých
balíků. Sláma byla naložena na traktorovou soupravu,
dopravena do místa skladování a uskladněna.
K nakládání balíků byl použit nakladač ZTS
UN 053.2 vybavený pracovním adaptérem pro
manipulaci s kulatými balíky. Balíky byly nakládány
na traktorové soupravy. Sláma byla dopravována
dvěma traktorovými soupravami Z 7711 + přívěs 9 t a
Z 7211 + přívěs 9 t (dále jen souprava 1 a souprava 2).
Sláma byla traktorovými soupravami dopravena do
místa skladování, složena na zpevněnou manipulační
plochu před skladem a následně naskladněna pomocí
ms
Vsp
(l.t-1)
(1)
je hmotnost zpracované suroviny (t)
celková spotřeba PHM
(l)
Hodinová spotřeba nafty:
Ve =
kde:
26
Vsp
t
(l.h-1)
t
Vsp
je doba provádění operace
celková spotřeba PHM
(2)
(h)
(l)
Hmotnostní výkonnost:
qm =
kde:
ms
t
ms
t
(t.h-1)
(3)
je čas
(h)
Pro nakládku balíků roztroušených po pozemku
pomocí sklizené plochy plošná výkonnost:
qha =
kde:
Ss
t
Ss
t
(ha.h-1)
(4)
je sklizená plocha
je čas
(ha)
(h)
Obr.1: Nakládka kulatých balíků nakladačem ZTS UN
053.2 na traktorovou soupravu
U dopravy průměrná dopravní výkonnost
qS =
kde:
m s .s d
t
ms
t
sd
(t.km.h-1)
V tabulce T02 jsou naměřené a vypočtené parametry
nakládky.
(5)
T02: Naměřené a vypočtené parametry nakládky
kulatých balíků nakladačem ZTS UN 053.2 na pozemku
je čas
(h)
je přepravní vzdálenost
(km)
HODNOTA JEDNOTKY
spotřeba paliva
Výsledky
Naměřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny
v tabulkách T01 až T04.
V tabulce T01 jsou údaje charakterizující vlastnosti
suroviny a sklízeného pozemku.
T01: Vlastnosti sklízené suroviny a pozemku
VLASTNOSTI
sušina
tvar balíku
průměrná šířka balíku
průměrný průměr balíku
průměrný objem balíku
průměrná hmotnost balíku
průměrná měrná hmotnost
balíku
velikost pozemku
průměrná vzdálenost balíků
průměrná
meziřádková
vzdálenost
průměrná plocha na balík
průměrný výnos slámy
HODNOTA
JEDNOTKY
85
kulatý
1,20
1,55
%
2,26
m3
kg
280
123,72
4,5
86,8
6,3
544,2
5,1
doba trvání pracovní operace:
celková doba nakládání
hmotnost:
15
60
2,5
23,6
l
s
h
t
plošná výkonnost:
1,79
ha.h-1
Průměrná výkonnost:
9,45
t.h-1
Maximální výkonnost:
17,28
t.h-1
časová spotřeba paliva
6,0
l.h-1
měrná spotřeba paliva
0,635
l.t-1
Doprava
Doprava byla realizována dvěma traktorovými
soupravami. Soupravy dopravovaly balíky po pozemku
a dále po asfaltové silnici do místa složení. Skládání
balíku bylo provedeno sklopením.
m
m
dopravy.
kg.m-3
ha
m
T03: Naměřené a vypočtené parametry dopravy
kulatých balíků traktorovými soupravami
m
HODNOTA
Souprava Souprava
1
2
m2
t.ha
-1
spotřeba paliva
9
dopravní vzdálenost 1400
Pro přehlednost jsou výsledky měření uvedeny
v tabelární formě podle jednotlivých operací.
doba
trvání
dopravy
hmotnost
půměrná dopravní
výkonnost
hodinová spotřeba
paliva
měrná
spotřeba
paliva
Manipulace – nakládka
Nakládka balíků probíhala na sklízeném
pozemku, který byl místy podmáčen. Balíky byly po
pozemku roztroušeny bez předchozího přibližování
nebo svozu ( viz obr. 2).
27
8
1400
2,5
2,25
42x0,28
40x0,28
6,59
7,16
3,6
3,6
0,091
0,099
JEDNOTKY
l
m
h
t
tkm.h-1
l.h-1
l.tkm-1
T04: Naměřené a vypočtené parametry naskladňování
kulatých balíků manipulátorem Manitou MT 835-120
LS turbo
Manipulace – naskladnění
K naskladňování
balíků byl
použit
manipulátor Manitou MT 835-120 LS turbo. Balíky
sklopené na manipulační plochu před skladem byly
uchopeny pracovním adaptérem manipulátoru,
v případě potřeby natočeny do skladovací polohy a
uloženy na místo skladování. Balíky slámy byly
uskladněny do zastřešené haly s betonovou podlahou.
HODNOTA JEDNOTKY
spotřeba paliva
12,25
45
2,5
82x288
l
s
h
t
průměrná výkonnost
9,45
t.h-1
maximální výkonnost
23,04
t.h-1
časová spotřeba paliva
4,9
l.h-1
měrná spotřeba paliva
0,519
l.t-1
doba trvání pracovní operace
celková doba nakládání
hmotnost
Poděkování
Děkuji zaměstnancům Výrobně obchodního
družstva v Kámeně za aktivní spolupráci při získávání
potřebných údajů. V příspěvku jsou použity některé
údaje získané v rámci řešení projektu QF 4079 NAZV,
Logistika bioenergetických surovin.
1. Jelínek, A., Fiala, J.: Agrofyzikální vlastnosti
statkových krmiv, Zpráva č. Z949 VÚZT, Praha, 1972
2. Souček, J.: Bioenergetické suroviny – logistika a
výrobní technologie, In: Sborník referátů z odborné
konference, Zemědělská technika a biomasa 2004,
VÚZT, Praha, 2004, str. 86 – 89, ISBN 80-86884-00-7
Obr.2: Nakládka kulatých balíků nakladačem ZTS UN
053.2 na traktorovou soupravu
3. Souček, J.: Zhodnocení a optimalizace
technologických postupů slizně a prvotních úprav
zemědělských
produktů
vhodných
pro
energetickoprůmyslové využití, Doktorská disertační
práce, ČZU, Praha, 2005
naskladňování.
4. Syrový, O.: Racionalizace manipulace s materiálem
v zemědělství, SZN, Praha, 1983
Závěr
Potřeba slámy pro stelivové účely se v posledních letech v České republice zmenšila vlivem snížení stavu
skotu a přechodem části živočišné výroby na bezstelivové technologie. Pozvolna roste množství slámy využívané
k energetickým a průmyslovým účelům.Sláma se používá jako palivo, v menší míře jako izolační nebo stavební
materiál. Bez ohledu na způsob využití je nutnou podmínkou, aby sklízená sláma splňovala potřebné kvalitativní
parametry. Těch lze dosáhnout, vedle vhodného způsobu skladování, také včasným a vhodným způsobem sklizně a
přepravy do místa skladování. Autor článku stanovil pomocí terénního měření technické a exploatační parametry linky
pro sklizeň a místní dopravu balíkované slámy.
Spotřeba motorové nafty činila celkem cca 1,2 l.t-1. což činí méně než jedno procento celkového obsahu
energie v dopravované a manipulované slámě.
Klíčová slova: sláma, manipulace, doprava, energie, biomasa
Kontaktní adresa:
Ing. Jiří Souček
Drnovská 507, 161 01 Praha 6
Tel: 233 022 214, Fax: 233 312 507
Email: : [email protected]
28
ALTERNATÍVNE VYUŽITIE TRÁVNYCH PORASTOV NA SLOVENSKU
ALTERNATIVE UTILIZATION OF GRASSLAND IN SLOVAKIA
Ján Gaduš, Silvia Šárgová, *Ľubomír Gonda, *Marián Kunský
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, SR
*Ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva, Banská Bystrica, SR
University Agicultural Enterprise in Kolinany. During
the experimental measurements composition of
entering substratum and biogas was monitored, biogas
production was measured and conditions of aneroid
decomposition in fermentor was monitored. The
achieved results were statistically analysed and
compared with the results achieved through
fermantation of pure liquid manure. On the basis of
these fresults it is possible to say that it is possible to
use permanent grasses with the prevailing constituent
of meadow grass (Deschampsia caespitosa – 86%) for
biogass production.
Abstract
The paper presents results of experiments
achieved in co-operation of the Slovak Agricultural
University in Nitra with the Institute of Grass and
Mountain Agriculture in Banska Bystrica, both of
which used liquid manure from the cattle-farming and
tinned grass from mountain region of the agricultural
farm in Liptovska Teplicka for biogas production. The
experiment was carried on in two phases with different
amount of added grass. For the experint semi-continual
experimental equipment for biogas production was
used. The equipment has been installed at the
Keywords: biogas, biogas plant, grassland, energy production, analysis
do vstupnej homogenizačnej nádrže, kde sa po
potrebnom zriedení vodou alebo močovkou dôkladne
zhomogenizuje. Po tejto predúprave sa v potrebnom
množstve prečerpáva do homogenizačnej nádrže, kde sa
manuálne pridáva kosubstrát (v našom prípade
silážovaná tráva) a zmes sa upraví pomocou
integrovaného vertikálneho mixéra. Pripravená zmes sa
raz denne pridáva pomocou kalového čerpadla do
fermentora, kde dochádza k rozkladu organických
zložiek substrátu a súčasnej produkcii bioplynu.
Spracovaný substrát odchádza prepadom fermentora do
skladovacej nádrže a využíva sa ako hnojivo. Tvoriaci
sa bioplyn je vytláčaný vlastným pretlakom do
flexibilného plynojemu a slúži na pohon kogeneračnej
jednotky. Kofermentácia hnojovice hovädzieho dobytka
so silážovanou trávou sa prevádzala v dvoch obdobiach.
Prvé experimentálne obdobie trvalo od 21.09.2004 do
18.11.2004 a k hnojovici sa pridávalo 10 % vol.
silážovanej trávy. Druhý experiment trval od
15.08.2005 do 02.09.2005 a podiel pridávanej trávy
predstavoval 20 % vol. Prevažnú zložku 94 %
silážovanej trávy predstavovali trávy lipnicovité
Úvod
Znižovanie stavov hospodárskych zvierat má
za následok nedostatočné spôsoby hospodárenia na
trvalých trávnych porastoch, pričom dochádza
k viacerým negatívnym javom vo vývoji vegetácie
a krajiny. Postupné zarastanie plôch nelesnou drevitou
vegetáciou a spoločenstvami vysokých druhov tráv
a bylín krmovinársky málo hodnotených, spôsobuje
hlavne na plochách so svahovitosťou nad 18˚ erózne
a lavínové
ohrozenie.
Progresívnym
riešením
hospodárenia na produkčne nevyužívaných plochách je
využitie vyprodukovanej biomasy na energetické účely.
Produkcia bioplynu cestou anaeróbneho
rozkladu organických látok je nielen efektívnym
spôsobom získavania energie zo živočíšnej alebo
rastlinnej biomasy, ale aj ekologickým riešením pre
zneškodňovanie biologického odpadu z agronomickej
sféry. Stabilizovanú biomasu, ktorá je popri bioplyne
konečným produktom procesu je možné využiť pre
potreby poľnohospodárstva ako kvalitné, na živiny
bohaté, prírodné hnojivo. Anaeróbny rozklad substrátu
pozostávajúceho z odlišných druhov biomasy sa často
označuje ako kofermentácia, pričom prímes pridávaná
do základného substrátu sa nazýva kosubstrátom.
Niektoré
laboratórne
pokusy
s kofermentáciou
preukázali zvýšenie špecifickej produkcie bioplynu pri
miešaní živočíšnej a rastlinnej biomasy. Tento
príspevok je venovaný experimentom s kofermentáciou
hnojovice z chovu hovädzieho dobytka so silážovanou
trávou pochádzajúcou z horských oblastí.
Materiál a metódy
Pre experimentálne skúmanie kofermentácie
hnojovice so silážovanou trávou z horských oblastí sa
využilo zariadenie na výrobu bioplynu, inštalované na
Vysokoškolskom poľnohospodárskom podniku SPU
v Kolíňanoch.
Toto
zariadenie
pracuje
ako
polokontinuálne s mokrým procesom fermentácie.
Funkčná schéma zariadenia je znázornená na obrázku 1.
Hnojovica z chovu hovädzieho dobytka je dopravovaná
Obrázok 1: Funkčná schéma zariadenia
bioplynu
29
na výrobu
a sitinové s priemerným obsahom suchej hmoty 35 až
45 %.
Zvyšok tvorili bližšie neidentifikované byliny rôzneho
druhu. Zo sitinových tráv v siláži prevažovala metlica
trsovitá (Deschampsia caespitosa). Botanické zloženie
silážovanej trávy je uvedené v tabuľke 1. Silážovaná
tráva v oboch prípadoch pochádzala z jednej kosby a
bola vzduchotesne uzavretá v
50 litrových
kontajneroch.
Z porovnania chemickej spotreby kyslíka (CHSK)
vstupnej zmesi substrátov, ktorá je priamo úmerná
organickej hmote obsiahnutej v substráte, vyplýva, že
pri kofermentácii hnojovice s 10 % vol. konzervovanej
horskej trávy bol vstupná zmes bohatšia na organické
látky. Avšak vzhľadom na to, že produkcia bioplynu
poklesla, stupeň účinnosti anaeróbneho rozkladu bol
nižší ako pri fermentácii čistej hnojovice. Rovnako
i priemerný obsah celkového dusíka (Ncelk) bol pri
pridávaní 10 % vol. trávy vyšší ako pri fermentácii
čistej hnojovice aj keď variačné rozpätie tohto
parametra bolo veľmi široké. Obsah suchej hmoty (%
SH) pri kofermentácii hnojovice s 10 % vol. trávy
varioval v pomerne širokom rozpätí a bol ovplyvnený
najmä obsahom suchej hmoty v hnojovici. Zaťaženie
fermentora organickými látkami (OZF) nebolo možné
udržiavať na konštantnej hodnote, keďže sa jednalo o
experimenty v prevádzkových podmienkach.
Analýza vzoriek substrátu z fermentora slúžila
najmä ako kontrolný nástroj na sledovanie podmienok
procesu anaeróbneho rozkladu vo fermentore. Procesná
teplota sa pri fermentácii čistej hnojovice a rovnako aj
pri kofermentácii hnojovice s konzervovanou trávou
pohybovala v mezofilných hraniciach. Stredná hodnota
pH sa pridávaním 10 % vol. konzervovanej trávy
mierne zvýšila, ale neprekročila optimálnu hranicu,
ktorá sa podľa literatúry pohybuje okolo hodnoty pH 8
až 8,5. Keďže hnojovica má vysokú pufračnú schopnosť
a prekyslenie substrátu sa nemusí nevyhnutne prejaviť
zmenou pH, lepší nástroj na sledovanie procesných
podmienok ako meranie hodnoty pH je meranie obsahu
kyseliny octovej vo fermentore. Ako vyplýva z tabuľky
3, obsah kyseliny octovej vo vzorkách substrátu pri
kofermentácii hnojovice s 20 % vol. konzervovanej
trávy dosiahol značne vysoké hodnoty, ktoré s ohľadom
na pokles produkcie bioplynu možno považovať za
inhibičné.
Na základe výsledkov z analýzy bioplynu
možno skonštatovať, že pridávaním konzervovanej
horskej trávy sa mierne zvýšil obsah metánu v bioplyne
v porovnaní s fermentáciou čistej hnojovice. Všetky tri
cykly sa však vyznačujú značnou nestabilitou ako
ukazujú rozpätia, v ktorých sa obsah metánu pohybuje.
Obsah sírovodíka sa pohyboval v oboch prípadoch pri
kofermentácii hnojovice s konzervovanou trávou pod
povolenou hranicou 1 000 ppm, ktorú udávajú
výrobcovia
kogeneračných
jednotiek,
takže
vyprodukovaný bioplyn je možné priamo spaľovať
v týchto zariadeniach bez požiadavky na jeho čistenie.
Z porovnanie priemernej dennej produkcie bioplynu
vyplýva, že s rastúcim objemom pridávanej trávy
produkcia bioplynu poklesla. Proces tvorby bioplynu sa
však nezabrzdil, tráva teda nemala inhibičný účinok na
proces anaeróbneho rozkladu, a preto je možné
využívať trávu z horských porastov na produkciu
energie týmto spôsobom.
Tabuľka 1: Botanické zloženie silážovanej trávy
Skupina/druh
Zastúpenie (%)
lipnicovité + sitinové trávy
13,16
metlica trsovitá
80,84
ostatné byliny
6
V rámci experimentálnych meraní sa pravidelne
analyzovalo zloženie vyprodukovaného bioplynu a
merala sa jeho denná produkcia. Ďalej sa analyzovali
niektoré chemické charakteristiky vstupnej zmesi
substrátu a prostredníctvom chemickej analýzy sa
monitorovali procesné podmienky vo fermentore.
Obrázok 2: Fotografia použitej silážovanej trávy
Výsledky a diskusia
Štatisticky
spracované
výsledky
experimentálnych meraní v priebehu kofermentácie
hnojovice s oboma pomermi silážovanej trávy
pochádzajúcej z horských oblastí sú uvedené
v tabuľkách 2 až 4, kde označenie fáz znamená:
I
- fermentácia čistej hnojovice bez pridávania
kosubstrátu
II - kofermentácia hnojovice s pridávaním 10 %
vol. silážovanej trávy
III - kofermentácia hnojovice s pridávaním 20 %
vol. silážovanej trávy
30
Tabuľka 2: Výsledky analýzy vstupnej zmesi substrátov
Meraná veličina
Rozmer
CHSK
g.l-1
Stredná
hodnota
I
45,5
II
mg.l-1
Ncelk
% SH
OZF
Fáza
% hm.
kg CHSK.(m-3.d-1)
Medián
Modus
Min.
Max.
43,3
19,95
45,5
72,7
61,5
59,0
-
22,0
95,0
III
38,3
41,9
-
24,5
48,8
I
93,0
90,0
58,0
93,0
135,0
II
105,0
95,0
-
31,0
238,0
III
85,8
103
-
47
107,5
I
4,8
5,0
2,1
4,8
7,7
II
5,3
4,6
-
1,4
9,6
III
4,3
5
-
2
6
I
3,2
3,0
1,4
3,2
5,1
II
3,8
3,5
-
1,3
5,7
III
2,3
2,5
-
1,5
2,9
Tabuľka 3: Výsledky analýzy substrátu z fermentora
Meraná veličina
Rozmer
teplota
°C
pH
kyselina octová
Fáza
-
mg.l
-1
Stredná
hodnota
Medián
Modus
Min.
Max.
I
37,5
38,0
38,0
27,8
43,4
II
37,7
37,6
37,6
34,4
42,9
III
37,9
38,3
38,4
34,3
42,1
I
7,1
7,0
6,9
6,8
7,8
II
7,4
7,5
7,5
7,2
7,6
III
7,3
7,3
-
7,2
7,4
I
-
-
-
-
-
II
2 224,0
2 400,0
3 000,0
600,0
6 300,0
III
6 025,0
2 250,0
-
600,0
19 000,0
Tabuľka 4: Výsledky analýzy bioplynu
Meraná veličina
Rozmer
CH4
% vol.
CO2
H2S
produkcia
bioplynu
% vol.
ppm vol.
mN3.d-1
Fáza
Stredná
hodnota
Medián
Modus
Min.
Max.
I
55,77
55,60
55,15
53,45
59,10
II
56,70
56,90
57,40
53,40
60,00
III
57,09
56,85
56,40
53,40
61,15
I
39,07
39,70
41,00
40,90
43,80
II
43,00
43,00
-
40,00
46,50
III
40,49
40,80
35,80
34,45
46,20
I
158,00
61,00
0,00
0,00
1 672,00
II
338,00
339,00
392,00
14,00
539,00
III
227,50
285,00
401,00
0,00
444,00
I
4,80
3,33
3,11
0,35
11,02
II
3,60
3,55
-
1,21
5,52
III
2,64
2,64
-
0,72
4,32
31
štatisticky vyhodnotené a sú porovnané s výsledkami
z experimentu s fermentáciou čistej hnojovice. Na
základe týchto záverov možno konštatovať, že
alternatívne je možné vhodne upravené trvalé trávne
porasty využívať ako kofermentát na produkciu
bioplynu.
Záver
Následkom
obmedzenia
rozsahu
poľnohospodárskej
výroby
znížením
stavov
polygastrických zvierat ako hlavných konzumentov
biomasy trvalých trávnych porastov, sú v súčasnosti
veľké výmery týchto plôch poľnohospodársky
nevyužívané
a postupne
zarastajú
drevitým
salmonáletom a menej hodnotnými trávnymi druhmi.
To spôsobuje narušenie celkovej stability ekosystému
s následným negatívnym dopadom na životné
prostredie.
Jedným z možných progresívnych riešení tejto
situácie je využívanie biomasy trvalých trávnych
porastov z horských a podhorských oblastí Slovenska
na energetické účely.
Výsledky prezentované v príspevku sú
výstupom z experimentov realizovaných v spolupráci
Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Nitre
s Ústavom
trávnych
porastov
a horského
poľnohospodárstva
Banská Bystrica. Predmetom
pokusov bola kofermentácia konzervovanej trávy
z podhorských oblastí Poľnohospodárskeho družstva
Liptovská Teplička
s hnojovicou a to v dvoch cykloch s 10 a 20 %
podielom trávy. Získané experimentálne hodnoty boli
Literatúra
BRAUN R., 2002: Anaerobtechnologie für die
mechanisch-biologische Vorbehandlung von Restmüll
und Klärschlamm, Wien: BMUJF, ISBN 3-901271-643
HANI, A. I., 1998: Untersuchung zu In- und
Outputströmen bei der Restabfallvergärung und
Vergleich mit der Kompostierung, Diplomová práca,
Höxter, Universität – Gesamthochschule Paderborn
LUCKE I., 2002: Biogas Die regenerative Energie der
Zukunft, diplomová práca, Oldenburg: Hochschule
Vechta
Súhrn
V príspevku sú prezentované výsledky experimentov realizované v spolupráci Slovenskej poľnohospodárskej
univerzity v Nitre s Ústavom trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica, v ktorých sa na
produkciu bioplynu využívala zmes hnojovice z chovu hovädzieho dobytka so zakonzervovanou trávou z horských
oblastí Poľnohospodárskeho družstva Liptovská Teplička. Experiment v dvoch cykloch s rôznym podielom pridávanej
trávy bol realizovaný na polokontinuálnom experimentálnom zariadení na výrobu bioplynu Vysokoškolského
poľnohospodárskeho podniku SPU v Kolíňanoch. Počas experimentálnych meraní sa analyzovalo zloženie vstupného
substrátu a bioplynu, merala sa produkcia bioplynu a sledovali sa podmienky anaeróbneho rozkladu vo fermentore.
Získané hodnoty boli štatisticky vyhodnotené a sú porovnané s výsledkami dosiahnutými pri fermentácii čistej
hnojovice. Na základe týchto výsledkov možno konštatovať, že trvalé trávne porasty s prevažnou zložkou tráv
lipnicovitých (metlica trsovitá – Deschampsia caespitosa, 86%) je možné využívať na produkciu bioplynu.
Kľúčové slová: bioplyn, bioplynová stanica, trávne porasty, produkcia energie, analýza
Kontaktné adresy:
Doc. Ing. Ján Gaduš, PhD.,
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre,
Mechanizačná fakulta, Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra, SR,
Tel: +421-37-6511 409, E-mail: [email protected]
Doc. Ing. Ľubomír Gonda, PhD., Výskumný ústav
rastlinnej výroby Piešťany – Ústav trávnych porastov
a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica,
Mládežnícka 36, 974 21 Banská Bystrica, SR,
Tel: : +421-48-4132541-3, E-mail: [email protected]
32
ZPRACOVÁNÍ BIOLOGICKÝCH ODPADŮ
CRUSHING OF BIOLOGICAL MATERIALS
Vladimír Martínek
Lukrom Zlín a.s
Abstract
In article is information about experience of crusching of biological materials by augers in cases
used for composting..
materiály nebo vidlemi pro větve apod./ viz obrázek /
Nosnost tohoto zařízení je 300 kg. Takto vybavený
stroj má poměrně slušnou výkonnost nakládání
materiálu.
V zemích Evropské unie ,ale i u nás se do 15
let má snížit množství biodegradabilních komunálních
odpadů ukládaných na skládky na 25 % celkové
hmotnosti roku 1995.Je to opatření logické a je
zapotřebí tento princip uplatňovat.
Vyskladňování nadrceného materiálu , po otevření vrat
zajišťuje vyskladňovací řetězový dopravník, jehož
délku je možné volit podle požadované výšky
vyskladňovaného
materiálu.
Výšku hromady
vyskladnění drceného materiálu je možné rovněž
zajistit
výškově
ovládaným
dopravníkem
hydraulickými válci.
Tímto příspěvkem bych chtěl představit drtič
biologického materiálů a jeho činnost na skládce
domovního odpadu EKOSO Trhový Štěpánov, ukázat
jak stroj a celá linka napomáhají k řešení výše
uvedeného problému. Stroj a linka byly uvedeny do
provozu v letošním roce.
Stroj je možné agregovat za traktor o výkonnosti 90 až
120 HP. Ovládání stroje je řešeno z panelu pákami,
nebo lanovými kabely z místa traktoristy, stroj je
možné požívat i v samochodné verzi.
Výkonnost zařízení se pohybuje kolem 3- 5 tun za hod
podle druhu drceného materiálu.
Drtič je vybaven brzdami a tudíž je možné jej použít ke
svážení biologického materiálu na skládku.
BIOSTAR je upravený krmný míchací vůz
s horizontálně uloženými míchacími a drtícími šneky.
Korba těchto strojů je z velmi kvalitního
otěruvzdorného matriálu o tlouštce 8 mm, nebo 10
mm. Korby drtičů jsou vyráběny o kapacitách 8 – 14
m3 a jejich kapacita je navrhována podle
požadovaného množství zpracovávaného materiálu. Ve
spodní části je uložen hlavní drtící šnek, šnekovice je
opatřena noži ze samobrousícího materiálu. Aby měl
šnek lepší řezací schopnost , je korba opatřena
protinoži. Je možné použít i dvoušnekové systémy.
Drtiče takto vybavené si dovedou velmi dobře poradit
s větvemi stromů , ale i s odpadním dřevem, jako
palety případně dřevotřísky , slámou, senem, apod.
Takto vytvořená kompostovací linka doplněná
překopávačem kompostů a třídícím sítem může být
velmi dobrým pomocníkem při zpracování bioodpadů
a výrobě kompostů. Připravujeme variantu drtiče pro
stacionární použití, poháněný elektromotorem, o které
je zájem zejména v souvislosti s budováním
bioplynových stanic.
Drtič je možné nakládat čelním nakladačem, nebo jej
osadit jeřábovým drapákem opatřen lžící pro sypké
Kontaktní adresa:
Lukrom Zlín a.s.
Ing. Vladimír Martínek
Středisko prodeje, Liblice 92
282 01 Český Brod
tel 602 617 981,
email : [email protected]
33
Obr. 1. Prosévačka substrátu
Obr. 2. Překopávač kompostů
Obr. 3. Nadrcená hmota určená ke kompostování a
štěpka určená ke spálení
Obr. 4. Nadrcená hmota určená ke kompostování a
štěpka určená ke spálení
Obr. 5 a 6. Drtič a jeho činnost
34
TECHNICKÉ A EKONOMICKÉ ASPEKTY PĚSTOVÁNÍ A VYUŽITÍ BIOMASY PRO
ENERGETICKÉ A PRŮMYSLOVÉ ÚČELY
TECHNICAL AND ECONOMICAL ASPECTS OF GROWING AND USE OF BIOMASS
FOR INDUSTRIAL AND ENERGY PURPOSES
Sergej Usťak
Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha-Ruzyně
Abstract:
This paper describes the different technical and economical aspects of growing and use of biomass for industrial
purposes and especially for energetic purposes. Three basis methods of energy obtaining from biomass - 1) direct
burning; 2) thermal pyrolysis; 3) aerobic fermentation are described. As energetic crops there are suitable cereals, oil
and sugar plants, herbs, grasses and fast growing woods. Two groups of technologies for biomass utilisation are
described: so called “dry” and “wet” technologies (the moisture less or more than 50 %). According to long-term field
experiments the most perspective non-traditional crops for bioenergetic purposes for growing in the middle climatic
conditions are: knotweed Reynoutria spp., red-kanaris grass Phalaroides arundinacea (L.) Rauschert, sorrel of Uteusch
Rumex tianshanicus x Rumex patientia, mallow Malva spp., silfia Silphium perfoliatum L., mallow rose Alcea rosea L.,
topinambur Helianthus tuberosus L., etc. These are very perspective high productive energy crops. Advantage of the
cultivation and harvest of these crops is highly technological potency and possibility to use of ordinary agricultural
techniques.
Keywords: biomass; energy crops; industrial crops; biomass utilization
lze použít prakticky veškeré rostliny. Použitelnost
rostlin pro výrobu energie omezují pouze ekonomické
úvahy a technologické podmínky zvolených způsobů
zpracování biomasy. Vhodné energetické plodiny by
především měly vykazovat dostatečně vysoké výnosy
biomasy při relativně nízkých souhrnných nákladech
na jejich pěstování, sklizeň, úpravu, skladování a
zpracování. To jest, z ekonomického hlediska je
nejdůležitějším parametrem celková cena za jednotku
biomasy, eventuálně fytopaliva.
Z technologického hlediska, existuje mnoho
rozličných způsobů využití biomasy jako obnovitelného
zdroje energie, kterým se musí přizpůsobit sortiment
vhodných plodin, způsob jejich sklizně a technologie
předběžné úpravy biomasy na palivo. Univerzální
charakter produkce obnovitelné energie z rostlin činí
toto odvětví nejperspektivnějším pro rozsáhlé uplatnění.
Proto se v tomto článku zastavíme na detailnějším
přehledu problematiky využití biomasy pro energetické
účely.
1. Základní způsoby využití rostlin v průmyslu.
Produkce a využití obnovitelných zdrojů
surovin a energie je klíčovou otázkou udržitelného
hospodářského rozvoje společnosti. Vyčerpatelnost
fosilních zdrojů surovin pro průmysl a paliv pro
energetiku a obšírné ekologické problémy doprovázející
jejich těžbu a využití nutí lidstvo přesměrovat svoji
pozornost na obnovitelné zdroje, především na biomasu
z rostlin. Rostliny, které se pěstují za účelem získání
surovin a energie jsou nazývány průmyslovými a
energetickými plodinami. Výzkumně-vývojové práce
v rámci projektů Evropské unie podstatně rozšířily v 90.
letech minulého století možnost uplatnění fytomasy
(biomasa z rostlin) v průmyslové výrobě a v energetice.
Tabulka č. 1 uvádí přehled rozsáhlého sortimentu
výrobků a surovin, pro které lze použit rostlinnou
biomasu. Vedle produktu průmyslové výroby současně
uvádíme seznam vhodných plodin.
Pro většinu z uvedených skupin průmyslových
výrobků z biomasy lze použít pouze některé speciální
plodiny. Výjimkou je produkce energie, pro jejíž výrobu
Tabulka 1. Přehled průmyslových výrobků a rostlin sloužících jako zdroj suroviny pro jejich produkci.
Průmyslové výrobky
Využitelné plodiny
Agrochemické přípravky
Kopretina, kmín, merlík, úročník bolhoj, kopretina, pelyněk, pryšec
Karton, kompozitní materiály,
stavební a konstrukční
materiály
Slunečnice, konopí, bavlník, kenaf, čínský rákos (miscanthus), rákos obecný
Textilie, lana, plachty a
pytloviny
Vláknité plodiny - konopí, len, bavlník, kenaf, kopřiva
Kosmetické prostředky a
toaletní potřeby
Amarant, kmín, koriandr, měsíček lékařský, pilát, krambe, lnička setá,
merlík, pryšec skočcový, slézy, pupalka, jojoba, orlíček
Barviva
Boryt, rezeda, skočec, světlice
Mazadla a vosky
Olejniny - koriandr, řepka olejná, krambe, měsíčnice roční, hlaváč polní,
pryšec skočcový, pryšec, skočec, len
Barvy, nátěry, laky
Měsíček lékařský, kopretiny, hvězdnice, konopí, pryšec skočcový, len, mák,
saflor
35
Papír a buničina
Konopí, merlík, len, kenaf, slézy, čiroky, miscanthus, lesknice kanárská,
kopřiva, artyčok kardový, rákosy
Farmaceutické výrobky a
potravinové přídavky
Amarant, kmín, koriandr, měsíček, brutnák lékařský, pilát, měsíčnice roční,
konopí, hlaváč, skočec, len, úročník bolhoj, slézy, pupalka, orlíček, mák,
pelyněk roční
Plasty a polymery
Amarant, koriandr, hvězdnice, řepka olejná, krambe, měsíčnice roční,
merlík, skočec
Pryskyřice a lepidla
Kopretiny, hvězdnice
Mýdla, čisticí prostředky,
detergenty, emulgátory,
rozpouštědla
Koriandr, lnička setá, konopí, merlík, pryšec skočcový, skočec, mák
Energie a paliva (tuhá, tekutá
a plynná formy)
Olejniny, cukernaté plodiny, obilniny, byliny, traviny, rychlé rostoucí dřeviny
s výkonem do 50 kW, což nasvědčuje růstu popularity
biomasy jako obnovitelného zdroje energie u
maloodběratelů. Růstu popularity biomasy jako
energetického zdroje přispívá v posledních letech
zdražování ropných produktů, plynu a elektřiny.
Jako u každého paliva je spalování biomasy
závislé na jejím chemickém složení a fyzikálních
vlastnostech. Tabulka 2 informuje o důležitých
vlastnostech biomasy v porovnání s ostatními
klasickými palivy.
2. Způsoby energetického využití rostlin
Energeticky
využitelné
rostliny
jsou
přeměňovány na energii několika základními postupy.
Technologicky nejjednodušší a proto v současné době
nejvíce rozšířené je přímé spalování biomasy ve
speciálně upravených topeništích, neboť biomasa se, na
rozdíl od uhlí, vyznačuje snadnou těkavostí a vysokou
spékavostí. Je to nejvíce rozšířený způsob
energetického využití biomasy ve světě, Českou
republiku nevyjímaje, zejména v sektoru malé
energetiky (do 200 kW). Například, v roce 2000 bylo
v ČR v provozu přes 40 tisíc kotlů na biomasu
Tabulka 2. Srovnání spalných charakteristik jednotlivých paliv
Druh paliva
průměrná tepelná hodnota
(při obvyklé vlhkosti 15-20%)
v MJ/kg
sláma
14 - 15
obiloviny
15 - 16
trávy a rákosy
14 - 15
byliny
14 - 15
olejniny
16 - 20
dřevo(kůra)
15 - 17
rašelina
13 - 14
hnědé uhlí
12 - 20
černé uhlí
28 - 32
dřevěné uhlí
29 - 31
koks
30 - 32
topný olej
42 - 43
řepkový metylester
36 - 38
obsah popelovin v
hmot. %
obsah těkavých látek
v hmot. %
4-5
4-5
4-5
4-5
4-5
0,5-2
1-3
3-18
3-17
0,5-1
9-17
-
65-70
65-70
65-70
65-70
65-70
60-70
40-70
40-60
8-35
20-25
1-10
-
charakter výbušniny, což komplikuje zacházení
s takovou hmotou. Proto i přes vyšší výtěžnost je
nežádoucí snažit se maximálně snížit vlhkost biopaliva,
zejména pod hodnotu hygroskopické vlhkosti, tj.
vlhkosti docílené sušením biomasy na vzduchu.
O hospodárnosti energetického využití biomasy
při nahrazení klasických paliv rozhodují zejména cena,
topná hodnota a účinnost paliva, jeho potřebná úprava,
náklady na topeniště včetně skladových prostor a rovněž
pracnost samého procesu topení.
Topeniště pro spalování těchto hmot musí mít
následující parametry:
¾
lehká obsluha a malá pracnost;
¾
vysoká účinnost (70 až 80 %);
Výhřevnost slámy a celých rostlin obilí je v
průměru jen o málo nižší než u dřeva, rašeliny a
hnědého uhlí. Dřevěné uhlí, černé uhlí a koks mají
zhruba dvojnásobnou výhřevnost. Topný olej má oproti
slámě a obilí skoro trojnásobnou výhřevnost. Vlhkost v
palivech by měla být co možná nejnižší, aby bylo
zajištěno ekologické a efektivní spalování. Za optimální
se považuje vlhkost biomasy v rozmezí 15-20 % (tzv.
standardní sušina). Moderní kotle dokážou spálit
biomasu i při 50% vlhkosti, výtěžnost energie však při
zvyšování vlhkosti nad 20 % prudce klesá. Nižší vlhkost
než 10 % je těžko dosažitelná bez energeticky
náročného dosušení a navíc je nebezpečná, neboť při
stopové vlhkosti a jemném rozdrcení nabírá biomasa
36
Topná hodnota tohoto plynu dosahuje 20 až 25 MJ/m3
nebo 5,5 až 7,0 kWh/m3. K vytápění fermentoru je
potřeba v zimním období asi jedna třetina
vyprodukovaného bioplynu.
Obtížný je obsah sirovodíku v bioplynu, tento
plyn je toxický a má korozívní účinky. Obvykle se proto
provádí odsiřování bioplynu. Nejjednodušším řešením
je oxidace kyslíkem z přidávaného vzduchu (cca 3-5
obj. %). Složitější konstrukce používají vypírku nebo
oxidaci hydroxidem železitým na čistící koloně.
V celosvětovém měřítku je využití bioplynu
poměrně nízké, pouze v Indii a Číně dosáhlo určitého
významu. V Evropě nemá produkce bioplynu z
organických odpadních látek v živočišné výrobě, kromě
Dánska, Německa a Rakouska, větší praktický význam.
V Dánsku jsou v provozu, především ve vlastní režii,
vystavěny fermentory pro výrobu bioplynu. Dnes
můžeme považovat techniku výroby bioplynu tzv.
mokrou cestou ve velkoobjemových reaktorech za
dostatečně propracovanou, proto se výzkum především
zaobírá suchou cestou fermentace a vypracováním
maloobjemových
reaktorů
a
nízkonákladových
technologií.
Obecně lze říci, že v zemědělském provozu je
za současných cen energie nehospodárné využití
bioplynu především pro vysoké investiční náklady a
nevyužitelnost tohoto paliva za letních měsíců. Neustalý
růst cen fosilních nosičů energie však mění tuto situaci
ve prospěch zavedení výroby bioplynu, což se projevilo
i u nás. V roce 2004 již bylo v ČR v provozu celkem 11
zemědělských bioplynových stanic, z toho 8 používá
kogenerační metodu získání tepla a energie.
Tento postup může být kromě energetického
využití rovněž přínosem k řešení ekologických
problémů. Proto může výroba metanu sloužit k
likvidaci kejdy. Tyto provozy by zároveň pomáhaly
řešit otázku zpracování organických a zbytkových látek
v zemědělství a zpracování biomasy s užším poměrem
C: N než 30 : 1 nevhodné pro přímé spalování.
Použití odpadních a zbytkových látek stejně
jako produkce bioplynu k výrobě energie je
konkurenceschopné pouze za předpokladu, že je
uskutečňována za příznivých vnitropodnikových
podmínek. Sláma a odpadní lesní dřevo se mohou stát
při rostoucích cenách energií díky své dostupnosti v
podnikovém měřítku vhodným energetickým zdrojem
(Váňa, 1996). V roce 2000 se však již projevil zákonitý
trend vyčerpání levných zdrojů odpadní biomasy, čímž
se v ČR dle mého názoru ukončila první etapa rozšíření
využití biomasy z levných odpadních zdrojů. Zákonitě
následuje etapa rozšíření cílové produkce biomasy pro
energetické účely.
Značné možnosti pro rozvoj výroby bioplynu
přináší pěstování speciálních rostlin pro fytomasu. Na
druhou stranu, výroba bioplynu rozšíří spektrum druhů
plodin použitelných pro fytoenergetiku, neboť zelené
rostliny se hodí pro výrobu bioplynu jak v čerstvém tak
v silážovaném stavu. Navíc, pro výrobu bioplynu
mohou být použity rostliny s vysokým obsahem
dusíkatých
látek
(včetně
bobovitých
rostlin
zúrodňujících půdu), jež nejsou vhodné pro přímé
spalování.
¾
technické řešení umožňující ekologické
spalování;
¾
dostatečná regulace topného výkonu.
Druhým postupem, který je uplatňován při
energetickém zhodnocování rostlinných produktů je
pyrolýza – termické zplyňování.
Pyrolýza biomasy slouží především k získávání
energetických médií pro produkci tepla a elektrické
energie (Stehler, 1994). Pyrolýza je termický rozklad
organických látek, uskutečněný bez přístupu vzduchu.
Tímto postupem je získáván hořlavý plyn, kondenzát
těkavých látek (voda, dehet, benzen, plyn atd.) tzv.
pyrolýzový olej a pevný zbytek (dřevěné uhlí)
(Apalovič, 1996). Vznikající pyrolýzový olej obsahuje
různé látky, z nichž některé při spalování poškozují
životní prostředí.
V průběhu zplyňování jsou pevné a kapalné
produkty pyrolýzy pomocí oxidačního činidla
přeměňovány na nízkomolekulární převážně plynné
látky (Sladký, 1996). Technologie zplyňování slouží již
dlouhou dobu v chemickém průmyslu k získávání
syntézního plynu. Mimo tohoto produktu je z hlediska
budoucího potenciálu zajímavá otázka získávání energie
z procesního tepla (například kombinovaný proces
plynových a parních turbín spolu s tepelnou a
energetickou rekuperací). Tyto postupy umožňují zvýšit
energetickou výtěžnost procesu nad hranici 90 %.
V poslední době nabírá na významu zkapalnění
pyrolýzního plynu do podoby tekutého paliva. Je to tak
zvaná metoda rychlé pyrolýzy s následnou kondenzací
jejích produktů. Výhody této metody jsou nesporné a
spočívají především v usnadnění skladování a transportu
vyprodukovaného biopaliva. Bohužel, pyrolýzní způsob
získávaní energie z biomasy nemá v současné době
v ČR dostatečné rozšíření. Proto výzkumníci,
konstruktéři a podnikatelská sféra by se měli více
věnovat tomuto perspektivnímu směru.
Poslední ze základních metod využití biomasy
k energetickým účelům je metoda fermentativního
rozkladu pomocí anaerobní mikroflóry často nazývaná
metodou výroby bioplynu. V anaerobním prostředí
působí mikroorganismy ve fermentačních procesech,
jejichž výsledkem je bioplyn. Tento produkt se kromě
energeticky využitelného metanu (40-80 obj. %) skládá
z oxidu uhličitého (24 až 44 obj. %). Dalšími složkami
jsou: sirovodík (0,1 až 1,6 obj. %), vodík (0,1 až 3 obj.
%), amoniak a jiné příměsi. Pro srovnání, zemní plyn se
obvykle skládá až z 99 obj. % metanu.
Základní postup výroby bioplynu je
následující. Organický odpad (nebo speciálně pěstovaná
biomasa) je shromažďován ve vzduchotěsné
fermentační nádobě. Do fermentační nádoby nesmí
pronikat světlo. Mikroorganismy přeměňují ve
fermentoru shromážděný materiál na bioplyn a
hodnotné organické hnojivo. Hořlavý plyn je odebírán
nad fermentovaným materiálem a zároveň je
odstraňován organický zbytek po fermentaci. Doba
nutná k rozkladu organické hmoty se pohybuje podle
druhu použitých bakterií a podle výše fermentační
teploty od 25 do 30 dní. Optimální fermentační teplota
používaná v praxi dosahuje cca 40 až 43 °C.
Pro srovnání, velká dobytčí jednotka denně
vyprodukuje fekálie pro produkci cca. 1,6 m3 bioplynu.
37
Předpokládá se získání v bioplynu 10,0 až 16,0
MJ/kg sušiny fytomasy. Protože jsou k výrobě bioplynu
vhodné rostliny s nativní vlhkostí, je možné
k metanizaci použít výrazně širší spektrum rostlin než
při jejich spalování. Využití bioplynu je výhodné pro
výrobu elektrické energie a teplé vody v kogeneračních
jednotkách
a k pohonu motorových vozidel ve
stlačeném nebo zkapalnělém stavu.
3. Technologické
biomasy
aspekty
využití
Veškeré technologie pro získání energie
z biomasy můžeme podle nároků na suroviny obecně
rozdělit na dvě velké skupiny – tzv. „suché“
technologie, tj. technologie, které vyžadují biomasu s co
největší sušinou, a „mokré“ technologie, tj.
technologie, které jsou schopné zpracovávat biomasu
s větším obsahem vlhkosti (nad 50 %).
Tabulka č. 3 uvádí důležité pozitivní a
negativní vlastnosti produkce a využití biomasy v
technologiích preferujících její suchý stav. Jedná se
především o technologie využívající přímé spalování
biomasy a suchou pyrolýzu.
energetické
Tabulka 3. Srovnání důležitých pozitivních a negativních vlastností technologií preferujících suchý stav biomasy
Pozitiva
Negativa
Možnost použití jednoduchých technologických postupů a Docela úzký sortiment vhodných energetických
zařízení.
plodin a druhů.
Nižší investiční nároky na technologické zařízení pro
sklizeň biomasy, přípravu biopaliv a získaní energie
z biomasy.
Pozdní dozrávání většiny vysoko-produkčních
plodin a tím problémovost vhodných termínů a
podmínek sklizně.
Nižší náklady na hnojení rostlin při sklizni v suchém stavu Špatná dostupnost porostů energetických plodin
po ukončení vegetačního cyklu rostlin.
pro zemědělskou techniku při sklizni v pozdních
termínech.
Vyšší zisk energie na hmotnou jednotku biomasy (vyšší
podíl energie ve výstupu:vstupu).
Dobrá skladovatelnost suché biomasy s minimální ztrátou
původních užitkových vlastností.
Následující tabulka č. 4 uvádí důležité pozitivní a negativní vlastnosti produkce a využití biomasy v technologiích
preferujících její mokrý stav. Jedná se především o technologie využívající biozplyňování a mokrou pyrolýzu.
Tabulka 4. Srovnání důležitých pozitivních a negativních vlastností technologií preferujících mokrý stav biomasy
Negativa
Pozitiva
Možnost použití poměrně složitých technologických
postupů a zařízení.
Velmi rozsáhlý sortiment vhodných energetických
plodin a druhů.
Vyšší investiční nároky na technologické zařízení pro
sklizeň biomasy, přípravu biopaliv a získaní energie
z biomasy.
Ranní dosažení stupně sklizňové zralosti plodin a
tím vhodné termíny a podmínky sklizně.
Vyšší náklady na hnojení rostlin při sklizni v mokrém
stavu, obvykle v době plné vegetace.
Dobrá dostupnost porostů energetických plodin pro
zemědělskou techniku při sklizni v ranných
termínech.
Nižší zisk energie na hmotnou jednotku biomasy (nižší
podíl energie ve výstupu:vstupu).
Možnost vícenásobné sklizně (2-3 sečí ročně) při
sekání v zeleném (mokrém) stavu
Špatná skladovatelnost mokré biomasy s potenciálně
vysokou ztrátou původních užitkových vlastností.
38
rákos, sloní tráva, křídlatka, slézy, šťovíky, atd. Lze
využít rovněž rychle rostoucí dřeviny jako jsou topoly,
vrby a osiky s několikaletým obmýtním obdobím,
případně dlouhověké stromy. Zavedení těchto plodin
řeší celou řadu ekologických, hospodářských,
ekonomických a sociálních problémů současného
českého zemědělství a je jednou z hlavních podmínek
jeho setrvalého rozvoje.
Šlechtění a selekce nových perspektivní plodin
a druhů je nejdůležitější podmínkou pro úspěšný rozvoj
zemědělské produkce biomasy pro průmyslové a
energetické účely. Na základě dlouhodobých zkušenosti
jsme vytypovali následující základní požadavky na
perspektivní energetické plodiny:
1) vysoké nízkonákladové výnosy biomasy;
2) jednoduché nízkonákladové zemědělské
technologie;
3) rozmnožení setím je více preferované než
sadbou;
4) vytrvalé plodiny mají přednost před
jednoletými;
5) nízké požadavky na hnojení a ochranu
rostlin;
6) možnost využití běžné zemědělské techniky
má
přednost
před
použitím
úzcespecializovaných strojů;
7) poskytnutí
rostlinou
vhodných
technologických
podmínek pro sklizeň a zpracování biomasy.
Při srovnání obsahu obou tabulek je především zřejmě,
že to, co je pro jednou skupinu pozitivem, pro druhou
skupinu je spíše negativem a naopak.
Pro zemědělce jsou více perspektivní mokré
technologie, neboť umožňují uplatnění rozsáhlého
sortimentu rostlin včetně plodin dobře známých a běžně
pěstovaných pro jiné účely. Z tohoto hlediska jsou
perspektivní především plodiny ze skupiny objemných
krmiv. Na druhou stranu, z praktického hlediska díky
jednoduchosti technologií a nižším investičním
požadavkům jsou v současné době více rozšířené suché
technologie, především přímé spalování. Daleko větší
poptávka po suché biomase ve srovnání s mokrou dělá
její produkci důležitým úkolem pro zemědělce bez
ohledu na podstatně užší sortiment vhodných rostlin
včetně méně známých netradičních plodin.
4. Hlavní zdroje energetické biomasy a požadavky
na vhodné plodiny.
Hlavním zdrojem energetické fytomasy může
být jednak zemědělský odpad a vedlejší produkty (v
našich podmínkách je to především řepková a obilná
sláma), jednak cíleně pěstovaná nedřevní i dřevní
fytomasa. Biomasa jakožto zdroj energie
je
obnovitelným zdrojem. Rozpětí rostlinných druhů
použitelných pro produkci biopaliv je velmi široké. Pro
produkci energetické fytomasy se mohou uplatnit i
dosud tradičně pěstované druhy zemědělských plodin,
přičemž v úvahu přichází především výkonné odrůdy
zemědělských plodin. Např., kukuřice, pšenice ozimá,
pšenice špalda, tritikale, ječmen ozimý, žito, proso,
různé druhy čiroků, dále některé druhy lučních trav a též
různé olejniny (Šimon, 1996). Jsou to vesměs jednoleté
plodiny s výjimkou některých polních pícnin a lučních
trav.
Pro výrobu biopaliv k přímému spalování je
možné mimo tradiční plodiny rovněž využít speciálně
pěstované víceleté plodiny s roční produkcí jako jsou
Hlavní kvantitativní a kvalitativní parametry
hodnocení perspektivnosti energetických plodin z
hlediska produkce biomasy určené pro přímé spalování
ve formě suchého biopaliva jsou uvedeny v tabulce č. 5.
Tabulka 5. Kvantitativní a kvalitativní parametry a požadavky kladené na plodiny určené pro produkci tuhých biopaliv.
Kvantitativní parametry a požadavky
Kvalitativní parametry a požadavky
1) Co nejvyšší výnos užitečné (obvykle
nadzemní) biomasy v přepočtu na suchou hmotu
z 1 ha;
1) Co nejnižší obsah škodlivin (těžké kovy, emisních
prvků (S, N) a prekursorů organických polutantů – např.
Cl (jsou nutné limitní hodnoty)
2) Co nejnižší cena za váhovou jednotku sušiny
biomasy;
2) Co nejnižší obsah biologických patogenů a produktů
jejích metabolizmu (např., plísně a jejich toxiny);
3) Dostatečně vysoká teplota spékavosti popele,
převyšující běžnou teplotu spalování v kotlích
Při výběru formy biopaliva určeného ke
spalování je třeba vycházet z ekonomických a
technických předpokladů v návazností na strojové
vybavení pro zpracování a využití energetické biomasy
(Sladký, 1996). Tuhá biopaliva je možno získávat v
rozmanitých formách (řezanka, balíky, brikety, pelety,
dřevní štěpka). Jejich spalováním se nezhoršuje
skleníkový efekt a minimalizují se emise SO2. Obsah
síry je až stonásobně nižší než u hnědého uhlí. Obsah
popele je minimální a popel je obvykle dobrým
minerálním hnojivem.
39
Je prokázáno, že vzhledem k omezení emisí
oxidů dusíku by biopalivo nemělo obsahovat více než
1,5 % N v sušině a poměr C:N by měl být vyšší než 33.
Rostlinné palivo s vyšším obsahem N je možno použít k
výrobě bioplynu.
Pro výrobu bioplynu jsou vhodné rostliny s
vyšším obsahem dusíku a s nižším poměrem C:N (pod
33). Jedná se především o sklizeň biomasy víceletých
pícnin (vojtěška, jeteloviny) z prvních let biologické
rekultivace antropogenních půd nebo senáž z trvale
zatravněných ploch. Pro tyto účely jsou zvlášť vhodné
plodiny, které lze sekat na zelenou hmotu vícekrát do
roka, tj. objemná krmiva. Zelené rostliny se hodí pro
výrobu bioplynu jak v čerstvém tak i silážovaném
(senážovaném) stavu a proto je možno pro
metanogenezi použít výrazně širší spektrum rostlin, než
pro výrobu tuhých biopaliv. Metanogenezi rostlin je
vhodné kombinovat se zpracováním kejdy a
organických odpadů.
Na
závěr
uvádíme
seznam
námi
prozkoumaných druhů perspektivních energetických
plodin vhodných pro pěstování v podmínkách mírného
klimatického pásma (český, anglický a latinský název):
Čiroky - Sorghum (Sorghum species)
Křídlatky - Giant knotweed (Polygonum
sachalinensis)
Konopí - Hemp (Cannabis sativa)
Ibišek - Kenaf (Hibiscus cannabinus)
Len - Linseed (Linum usitatissimum)
Ozdobnice - Miscanthus (Miscanthus x giganteus)
Řepka - Rape (Brassica napus)
Chrastice - Reed Canary Grass (Phalaris
arundinacea.)
Mužák - Rosin weed (Silphium perfoliatum)
Saflor - Safflower (Carthamus tinctorius)
Cukrová řepa - Sugar beet (Beta vulgaris)
Slunečnice - Sunflower (Helianthus annuus)
Proso vytrvalé - Switchgrass (Panicum virgatum)
Topinambur - Topinambur (Helianthus tuberosus)
Vrby - Willow (Salix spp.)
Topoly - Poplar (Populus spp.)
Různé druhy trav - Grasses (different species)
Většina
uvedených
rostlin
jsou
vysokoprodukční
víceúčelové
plodiny.
Mezi
perspektivní energetické plodiny řadíme především
víceleté plodiny z důvodů nižších provozních nákladů
na jejich pěstování. Výběr vhodných plodin je závislý
na konečném účelu zpracování biomasy.
APALOVIČ, R.: Biomasa - obnovitelný zdroj
surovin a energie (současný stav a trendy v USA) In.
Biomasa pro energii, Praha 1996
SLADKÝ V.: Spalování biomasy pro energetické
účely. In. Biomasa pro energii. Praha 1996.
STREHLER, A.: Wärme aus Holz und Stroh Technischer stand und Kosten. Tagungsbericht
„Energie aus Biomasse - Erfahrungen mit verschiedenen
technischen Lösungen und Zukunftsaussichten",
Schriftenreihe der Landtechnik Weihenstephan Freising,
1985.
ŠIMON, J.: Možnosti pěstování energetických
rostlin na zemědělské půdě. In. Biomasa pro energii
Praha 1996.
VÁŇA, J.: Ekonomické aspekty produkce tuhých
fytopaliv. In. Biomasa pro energii
Praha 1996
Souhrn. Tento článek popisuje různé technické a ekonomické aspekty pěstování a využití biomasy pro
průmyslové a zvláště pro energetické účely. Biomasa rostlin je důležitým obnovitelným zdrojem surovin a energie.
Uvádí se popis tři základních způsobů získání energie z biomasy - 1) přímé spalování; 2) termická pyrolýza a 3)
anaerobní fermentace. Dává se srovnávací charakteristika dvou základních skupin technologií pro energetické
zpracování biomasy: takzvané "suché" a "mokré" technologie (požadována vlhkost biomasy méně nebo více než 50 %).
Jako plodiny vhodné pro produkci energetické biomasy jsou uvedeny obilniny, olejnaté a cukernaté rostliny, byliny,
traviny a rychle rostoucí dřeviny. Podle dlouhodobých polních experimentů jsou pro pěstování v podmínkách mírného
klimatického pásma nejperspektivnější netradiční plodiny pro bioenergetické účely: rdesno Reynoutria spp., chrastice Phalaroides arundinacea (L.) Rauschert, energetický šťovík Uteuša Rumex tianshanicus x Rumex patientia, sléz Malvia
spp., silfia Silphium perfoliatum L., topolovka Alcea rosea L., topinambur Helianthus tuberosus L., atd. Mezi
perspektivní energetické plodiny řadíme především víceleté plodiny z důvodů nižších provozních nákladů na jejich
pěstování. Výhodou kultivace a sklizně těchto plodin je vysoký technologický potenciál a možnost využití běžné
zemědělské techniky.
Kontaktní adresa:
Ing. Sergej Usťak, CSc.
Výzkumný ústav rostlinné výroby
Černovická 4987, 430 01 Chomutov
Tel 474 629 726; e-mail: [email protected]
40
KOMPOSTOVÁNÍ TRAVNÍ HMOTY ZE ZÁMECKÉHO PARKU LEDNICE
Pavel Zemánek
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně
Zahradnická fakulta Lednice - Ústav zahradnické techniky
Zhodnocení odpadů organického původu
kompostováním se dostává do popředí zájmu
zemědělců. V oblasti prvovýroby takto mohou výrazně
zvýšit obsah humusových látky v půdě. Stejně tak i
obce stále naléhavěji hledají ekologický způsob
nakládání s organickými odpady z údržby veřejných
ploch. Jejich účelné využití je možné pouze bez dalších
negativních vlivů na životní prostředí.
Ústav zahradnické techniky ZF Lednice se
podílí na řešení této problematiky již od roku 1995.
Úvodní práce v letech 1995 - 1999 se zabývaly
zpracováním zahradnických odpadů kompostováním a
to zejména matolin a dřevní štěpky z vinic, součástí
bylo i ověření traktorového překopávače kompostu.V
roce 1997 proběhly úvodní práce při kompostování
travní hmoty ze zemědělsky nevyužívaných ploch. K
experimentům se nabízely možnosti využít travní
hmotu sečenou v lednickém zámeckém parku a
doposud likvidovanou ne vždy odpovídajícím
způsobem. Po úvodních experimentech, které se týkaly
relativně malých objemů zakládek (do 5 m 3) byly v roce
2002 – 2003 založeny kompostové zakládky
v poloprovozních podmínkách.
Cílem práce v této etapě bylo ověřit
technologii přeměny odpadní biomasy ze zemědělsky
nevyužívané plochy zámeckého parku v Lednici, v
souladu se zákonem o odpadech na kompost, který je
možno navrátit do půdy. To vše za minimálních
finančních nákladů.
Metodika tohoto sledování sestávala z těchto
hlavních úseků:
3. Aplikace přípravků pro urychlení rozkladného
procesu
Kompost-stimul je látka obsahující kombinaci
organických a anorganických živin a její použití bylo
motivováno urychlením rozkladného procesu. Aplikace
byla poměrně složitá, kdy pomocí zádového
postřikovače byly hromady naředěnou koncentrací 1:10,
příp. 1:20 postřikovány těsně před překopáváním.
Ukazuje se, že dokonalé promíchání s kompostovaným
materiálem je základním předpokladem dokonalého
účinku. Srovnáním jednotlivých variant aplikace
Kompost-stimulu (v tomto příspěvku není uvedeno) se
ukazuje, že jeho vliv byl nevýrazný. Jedním z vlivů
mohly být i vysoké srážky v letním období 2002. V
budoucnu se nabízí se možnost ověřit jiný stimulační
přípravek (1 % Thomasova struska).
4. Provedení příčných řezů hromadou
Příčné řezy byly provedeny ručně pomocí ostří
kosy a odřezaný materiál byl z mezery v šířce cca 0,3 0,5 m odstraněn. To umožnilo vizuální posouzení
postupu rozpadu stébelného materiálu v jednotlivých
průřezech.
5. Překopávání
Bylo prováděno upraveným traktorovým
překopávačem PKS - 2,8, který byl v letech 1995 - 1999
Ústavem zahradnické techniky ZF MZLU ověřován.
Při překopávání byly sledovány tyto parametry:
- L - délka překopávané hromady (m)
- Tp - pracovní čas, čas překopávání (čas hlavní) (min)
- Tz - vedlejší čas (zahrnuje otáčení, najíždění,
přejezdy, čištění stroje atd.) (min)
- Tc - celkový čas potřebný pro překopání daného
úseku (min)
- H - výška vrstvy hromady po překopání (m)
- r - hustota materiálu v překopávané vrstvě (byla
měřena vážením přívěsu o známém objemu)
- kN - koeficient nakypřenosti – jako podíl objemové
hmotnosti materiálu před překopáním a po
překopání
1. Příprava pozemku, návoz posečené hmoty
- výběr stanoviště bylo třeba zvažovat příjezdovou
cestu, zvolit místo, které umožňuje i za
zhoršených podmínek nasazení mechanizačních
prostředků, které by se měly pohybovat po
zpevněných plochách
- vysečení stanoviště - pomocí žacích strojů na
VARI
- návoz posečené hmoty - byl proveden v červnu
2002, souprava traktor Z6911 a sběrací vůz
HORAL (16 m3), do podélných hromad
lichoběžníkového průřezu o šířce 2,50 m a výšce
1,40 - 1,60 m
- veškeré sledování a měření probíhalo na těchto
kompostovacích zakládkách označených I až V
6. Odebírání vzorků a provedení rozborů
Rozbory vzorků pro stanovení sušiny, pH,
poměru C : N apod. byly prováděny v laboratoři VÚZT
Praha-Ruzyně oddělení agrofyziky a agroekologie.
Zjištěné hodnoty jakostních znaků kompostu u
jednotlivých
zakládek
odpovídaly
hodnotám
požadovaným ČSN 46 57 65.
2. Úprava tvaru zakládky
Byla provedena traktorovým nakladačem tak,
aby šířka hromad nepřesáhla 2,50 m s ohledem na
pracovní záběr překopávače
41
VÝSLEDKY
Tab. 1: Hodnoty naměřené při nasazení soupravy Z 7011 + překopávač PKS – 2,8
První
L
Tp
Tz
Tc
překopání
délka
pracovní čas
vedlejší čas
celkový čas
26.2.2002
hromady [m]
[min]
[min]
[min]
I
10
II
12
III
20
32
8
40
IV
15
19
5
24
V
22
38
10
48
H
výška vrstvy po
překop. [m]
1,00-1,30
0,60-0,80
1,10-1,40
Objemová hmotnost materiálu ve vrstvě r1 = 170 kg . m-3
Vypočtené hodnoty: celkový objem hromad V1 = 80 m3
průměrná rychlost soupravy v1 = 30 m . h-1
výkonnost soupravy W07 = 43 m3 . h-1
koeficient nakypřenosti - nezjišťován
Druhé
překopání
20.5.2002
I
II
III
IV
V
L
délka
hromady [m]
10
12
20
15
22
Tp
pracovní čas
[min]
12
25
24
15
28
Tz
vedlejší čas
[min]
3
10
6
4
7
Tc
celkový čas
[min]
15
35
30
19
35
H
výška vrstvy po
překop. [m]
0,80-1,20
1,20-1,50
0,80-1,10
1,40-0,70
0,80-1,20
koeficient nakypřenosti kN = 1,33
Třetí
překopání
10.7.2002
I
II
III
IV
V
L
délka
hromady [m]
10
12
20
15
22
Tp
pracovní čas
[min]
12
24
22
16
30
Tz
vedlejší čas
[min]
4
12
8
5
8
Tc
celkový čas
[min]
16
36
30
21
38
H
výška vrstvy po
překop. [m]
0,80-1,00
1,00-1,20
0,60-0,90
0,40-0,60
0,80-1,00
koeficient nakypřenosti kN = 1,46
V Tab.1 jsou uvedeny výsledky měření u
zakládky travní hmoty v areálu ZF Lednice – středisko
Nejdek. V zakládce byla převaha stébelného materiálu
a odpadu ze zeleniny, který nebyl záměrně nijak
upravován, objemová hmotnost 170 kg.m-3. Výška
vrstvy, která při navážení dosahovala 1,50 - 1,80 m se
do I. překopávání (cca 20 týdnů od navezení) snížila na
0,70 - 0,85 m, šířka hromady se prakticky nezměnila.
Z toho vyplývá, že zjištěná objemová hmotnost 170
kg.m-3 se rychle měnila. Z naměřených hodnot byly
vypočítány celkové objemy hromad I až V při každém
překopávání (V1, V2,V3) a byla stanovena průměrná
rychlost soupravy traktor Z 7011 + překopávač PKS
2,8. To umožnilo vypočítat orientační hodnoty
výkonnosti soupravy.
42
Pracovní rychlost soupravy se pohybovala
v rozmezí
30-35
m.h-1.Výkonnost
překopávací
soupravy u I. překopávání byla zjištěna výpočtem
z naměřených hodnot a dosahovala 43 m3.h-1,
průměrná výkonnost 30 ± 3 m3.h-1. Koeficient
nakypřenosti zde nebyl zjišťován. dosáhl hodnoty 1,33.
Při překopávání docházelo k ucpávání rotoru
stébelným materiálem, který bylo nutno poměrně často
(někdy po ujetí už 1 m) z rotoru odstranit. U části
materiálu, zejména z horních vrstev hromady,
docházelo vlivem rotoru k lámání a k dobré
homogenizaci překopávaného materiálu.
U následného II. a III. překopávání, kdy
pracovní rychlost soupravy zůstala prakticky stejná se
snížila překopávací výkonnost, protože slehnutím
zakládky došlo k dalšímu snížení výšky profilu až na
0,40 - 0,60 m. Pracovní rychlost 33-35 m.h-1.
Koeficient nakypřenosti zde dosáhl hodnoty 1,33 – při
druhém překopání a 1,46 při třetím překopání.
Vzhledem nastavení pracovní rychlosti
soupravy (traktor vybaven plazivou rychlostí, rychlostní
stupeň 1 - 2) se nijak výrazně nelišil pracovní čas.
Vypočítaná výkonnost se paradoxně postupně snižuje s
ohledem na menší množství překopávaného materiálu v
každé hromadě, což je dáno sléhavostí (roste hustota).
Efekt druhého a třetího překopání byl patrný zejména
ve snadnějším formování hromady a v urychlení
rozpadu hmoty.
ZÁVĚR
Při kompostování travní hmoty dochází
k vysokému stupni slehnutí navezeného materiálu, pro
praktické využití na kompostárně to znamená potřebu
častého zcelování takto slehnutých zakládek.
Posečená zavadlá travní hmota, nijak
neupravovaná, umožňuje překopávání po časové
prodlevě v délce 5 – 6 měsíců, která je potřebná pro
zkřehnutí a částečnému lámání travních stébel. Proto
v těch případech, kde nejde o výrobu kompostu, stačí
nechat travní hmotu po tuto dobu ležet a pak ji
relativně jednoduše zpracovat na kompost.
Závěry dosavadního měření a sledování
ukazují, že navržená technologie je reálná a že
výsledný kompost má odpovídající kvalitu.
V další etapě práce plánujeme doplnění
navážky o aplikaci hovězí nebo vepřové kejdy, případně
o ověření dalších stimulačních přípravků, to vše při
využívání standardní zemědělské techniky s využitím
rotorového traktorového překopávače.
Z výsledků je zřejmé, že časově nejnáročnější
bylo první překopávání, kdy bylo nutné dlouhá stébla
materiálu
rozmělnit. Byl to vlastně první
mechanizovaný zásah do struktury hromady po 5
měsících od návozu. Celá technologie směřuje k
výraznému zkrácení této lhůty. V této souvislosti
bychom v budoucnu chtěli ověřit jiný stimulační
přípravek, který rozpad výrazně urychlí.
Další překopávání tj. druhé a třetí, kdy
materiál byl již rozmělněn na 100 - 150 mm dlouhé
kusy, později až na velikost 5 - 10 mm, bylo daleko
snadnější.
Kontaktní adresa:
Doc. Ing. Pavel Zemánek, Ph.D.
Ústav zahradnické techniky ZF Lednice,
17. listopadu 1a, Břeclav, PSČ 690 02
43
KOMPOSTOVÁNÍ ODPADŮ Z VINOHRADNICKÉ PRODUKCE
COMPOSTING OF RESIDUAL BIOMASS FROM VITICULTURE PRODUCTION
Pavel Zemánek, Patrik Burg
MZLU v Brně
agricultural techniques and PKS 2,8 traktor-drawn
kompost windrow turner. At the same time were
clasification characteristics dig up i.e. efficiency and
coefficient of bulkage.
Abstract
By composting of materials with high share of
still-bottom was checking the technology of composting
in strip fill. They had trapezoidal profile with width 2,50
m and highs to the 1,40 m by use of standard
Keywords: compost, windrow turner performance
mechanizačních prostředků a traktorového rotorového
překopávače kompostu.
Experimentální práce probíhaly v areálu firmy
AGROSAD Velké Bílovice (1998), AGROPOL Velké
Bílovice (1998) a VINOPOL Velké Bílovice (2001).
Úvod
Nový zákon 321/2004 Sb., o vinohradnictví a
vinařství a navazující právní předpisy (vyhláška
323/2004 Sb.) stanovuje povinnosti výrobcům týkající
se odstranění vedlejších produktů vznikajících při
zpracování nebo výrobě produktů, společně s vedením
příslušné evidence v evidenční knize. Jedním
z produktů,
často
našimi
pěstiteli
doposud
nedoceněným, jsou i matoliny. Jejich tradiční likvidace
zaoráním do půdy představuje zjednodušené řešení,
neboť do půdy se tak dostávají nestabilní složky a jejich
přeměna na humusové látky trvá velmi dlouho.
Kompostování
jako
aerobní
proces
biodegradace organické hmoty mikrobiální činností
umožní řízenou formou nově vznikající humnové látky
stabilizovat. Při tomto procesu totiž dochází k
postupnému rozkladu složitých organických sloučenin
jako jsou např. sacharidy, bílkoviny apod. na jednodušší
sloučeniny anorganického charakteru. Část látek je
během procesu oxidována až na CO2 a H2O. Hlavní
podstata kompostování nespočívá v úplném rozkladu
jednotlivých vstupních složek, ale v přípravě biologicky
stabilizovaného materiálu, nepodléhajícímu dalšímu
prudkému rozkladu případně nežádoucím hnilobným
procesům.
Kompostováním biodegradabilních odpadů ze
zemědělství se zabývá mnoho autorů, AMBROŽ
(1983), VÁŇA (1996) řešili podmínky stabilizace
kompostu, VALINI, MANETI (1990), LACINOVÁ
(1995) se zabývali optimalizací poměru C:N pro různé
materiály, ŠROUBKOVÁ (1990), ŠŤASTNÝ (1991),
BOBRZYK (1998) hodnotili průběhy teplot u zakládek
různého složení a různého tvaru. Technickým zajištěním
kompostovacího procesu se na Zahradnické fakultě
v Lednici zabývali FIC, ŽUFÁNEK a ZEMÁNEK
(1994, 1998, 2001).
Cílem prací při řešení problematiky
kompostování
matolin
bylo
ověřit
průběh
kompostovacího procesu s využitím dostupných
Materiál a metody
1) Výpočet receptury zakládky
Stejně jako ostatní odvětví rostlinné výroby je i
pěstování révy vinné spojeno s produkcí poměrně
velkého množství biomasy, kterou lze velmi dobře
využít právě při kompostování. Vedle réví po řezu vinic
(v závislosti na stáří výsadby, odrůdě a typu vedení činí
cca. 3,0 - 4,0 t.ha-1), které je v současnosti zpracováváno
nejčastěji drcením přímo v meziřadí vinic, představují
materiál vhodný ke kompostování také výlisky z hroznů
tzv. matoliny.
Z celkového množství zpracovávaných hroznů
činí podíl matolin v závislosti na odrůdě, stupni zralosti,
použitém lisovacím zařízení, počtu lisovacích cyklů aj.
6 - 21 % (objemová hmotnost 400 - 800 kg.m-3), obsah
třapin (stopek) se pohybuje kolem 3 - 5 % (objemová
hmotnost 150 - 180 kg.m-3). Tab. 1 uvádí orientační
množství třapin a matolin získaných při zpracování
hroznů, které lze využít pro kompostování.
Vlhkost se po vylisování pohybuje kolem 35 40 % (při objemové hmotnosti 300 - 350 kg.m-3). Poměr
C:N se v čerstvých matolinách pohybuje přibližně na
úrovni 40 - 45 : 1.
Separací lze z matolin získat 70 - 80 % podíl
slupek (hodnota pH slupek se dle odrůdy a stupně
zralosti pohybuje v rozmezí 3 - 6) a 20 - 30 % podíl
jader. Samotné matoliny mají zrnitou strukturu a jsou
dobrým
nasávacím
materiálem.
Na
proces
kompostování matolin však nepříznivě působí poměrně
vysoký podíl suchých jader, která vedle např. 12 - 15 %
vlákniny a 13 - 14 % tuku, obsahují také řadu kyselin a
silic, které omezují činnost mikroorganismů a neúměrně
prodlužují dobu rozkladu.
Tab.1: Orientační podíl třapin a matolin při zpracování hroznů
Druh odpadu
Hektarový výnos hroznů
[t.ha-1]
Třapiny
10,0
Matolina
10,0
44
Procentický podíl
[%]
3-5
16-21
Množství vzniklého
odpadu [t.ha-1]
0,3-0,5
1,6-2,1
S ohledem na požadovaný poměr C:N = 30 při
zahájení kompostovacího procesu a na dostupné
suroviny byla zpracována receptura zakládky, mimo
matolin byly naváženy vinné kaly, třapiny a zemina.
Významnou složkou zakládky byla prasečí kejda, která
byla aplikována pomocí automobilové fekální cisterny
CAS 10. Výsledné složení zakládky uvádí Tab.2.
2) Založení zakládky
Po základním navezení jednotlivých materiálů
kompostové zakládky byla prováděna úprava tvaru
hromad na požadovanou šířku 2,50 m nakladačem UNC
– 060. To přispělo k lepší homogenizaci ještě před I.
překopáváním. Původní nesený překopávač PKS 2,8 byl
upraven na návěsné provedení a byl agregován
s traktorem Z 7211 vybaveným plazivou rychlostí (do
300 m.h-1). Pro sledování byla souprava nasazena na 3
pásových hromadách kompostovacích zakládek o délce
40 m. Zakládky měly přibližně lichoběžníkový profil, o
šířce max. 2,50 m, v koruně 1,30 – 1,50 m a s různou
výškou od 1,00 - 1,20 m.
3) Sledování parametrů zakládky
Objemová
hmotnost
komponentů byla
zjišťována při navážení vážením ložného objemu 0,405
m3. Objemová hmotnost směsi byla zjišťována vždy
před a po překopání a to tak, že byla stanovena vážením
vždy 5 vzorků materiálu v objemu 0,054 m3 (54 dm3).
Pro porovnání jsou v tabulkách uvedeny i teoreticky
vypočtené hodnoty objemové hmotnosti směsi. Teplota
byla kontrolována denně na 3 stejných místech
kontrolní hromady pomocí zapichovacího teploměru.
Obsah kyslíku byl zjišťován denně pomocí přístroje
OXYCOM ve 3 válcových sondách u dna, ve středu a
v horní třetině průřezu zakládky. Výsledky ukazuje graf
1.
4) Sledování parametrů překopávače
Výkonnost překopávací soupravy Z 7211 a
PKS 2,8 byla vypočtena za vztahu:
W02 = 60 . vp . S [m3.h-1]
kde
vp [m.min-1] je pracovní rychlost překopávací
soupravy, stanovená měřením
doby překopávání v daném
vytýčeném úseku
S [m2] je plocha profilu překopávané hromady
v daném úseku
Z 5 měření byla stanovena průměrná
výkonnosti včetně směrodatné odchylky.
Koeficient
výpočtem ze vztahu:
nakypřenosti
kN =
kde
byl
rV1
hodnota
stanoven
[-]
rV2
rV1 je objemová hmotnost směsi před
překopáním
rV2 je objemová hmotnost směsi po překopání
5) Zhodnocení kvality kompostu
U výsledného kompostu byl proveden rozbor,
jednotlivé ukazatele byly srovnány s parametry
kompostu uváděnými v ČSN 46 5735, Průmyslové
komposty.
Výsledky a diskuse
Tab.2: Složení zakládky - Velké Bílovice (VINOPOL, 2001)
Materiál
Podíl
[objemová %]
41
12
12
18
17
Objemová hmotnost
ρv [kg.m-3]
460
1100
164
1120
1000
Matolina
Vinné kaly
Třapiny
Jíl – zemina
Kejda
Celkem m3
Směs před překop.
Směs po překopání
Teoreticky vypočtená hodnota pro směs
Množství v zakládce
[m3]
100
30
30
45
40
245
660 ± 21
455 ± 14
712
kN = 1,45
Tab.3: Naměřené a vypočítané parametry překopávače PKS 2,8 (VINOPOL, 2001)
Úsek
1
2
3
4
5
Délka úseku
L
[m]
Doba
překopání
Tp
[min]
Pracovní rychlost
vp
[m.min-1]
8
8
8
8
8
3,0
3,5
3,2
4,1
3,2
1,77
2,18
2,60
1,50
2,50
Výška vrstvy Plocha průřezu
H
S
[m]
[m2]
1,20
1,10
1,15
0,95
1,00
45
1,33
1,45
1,35
1,60
1,25
Výkonnost
soupravy
W02
[m3.h-1]
Průměrná
hodnota
W02
[m3.h-1]
141
190
211
144
188
174 ± 27
Graf 1: Průběh teploty a obsahu O2
bodech
v kontrolních
V Tab.3 jsou uvedeny výsledky měření
parametrů při nasazení překopávače PKS 2,8 v agregaci
s traktorem Z 7211 (objemová hmotnost 660 kg.m-3),
kdy při šířce hromady 2,50 m dosahovala výška profilu
0,95 - 1,20 m, pracovní rychlost 1,50 - 2,60 m.min-1.
Pohyb soupravy byl plynulý, vypočtená výkonnost
soupravy se pohybovala v rozmezí 141 - 211 m3.h-1,
průměrná výkonnost 174 ± 27 m3.h-1. Koeficient
nakypřenosti dosáhl hodnoty 1,45.
U všech tří zakládek bylo nutno před každým
překopáváním upravovat šířku hromady na 2,50 m
pomocí nakladače nebo traktorové shrnovací lopaty,
neboť zrnitý materiál při sléhání zvětšoval šířku
hromady.
V Tab.4 jsou uvedeny parametry výsledného
kompostu
.
Tab.4: Parametry výsledného kompostu z experimentálních zakládek
Znak jakosti
Hodnota dle ČSN 46 5735
Vlhkost v %
Od zjištěné hodnoty spalitelných látek do
60 - 62
jejího dvojnásobku, avšak min. 40,0 max. 65,0
Spalitelné látky
vzorku v %
ve
vysušeném
min. 25,0
Zjištěná hodnota
27 – 30
Celkový dusík jako N přepočtený
na vysušený vzorek v %
min. 0,60
0,72 - 0,82
Poměr C : N
max. 30 : 1
(31,5 - 35,5) : 1
Hodnota Ph
od 6,0 do 8,5
5,4 - 6,4
Nerozpustitelné příměsi v %
max. 2,0
1,7 - 2,0
Homogenita celku v % relativních
± 30
-
materiál a proto není nutno využívat drtič. Zároveň
představuje dosti nasákavý materiál, který po vhodném
doplnění o slámu a zeminu je schopen absorbovat
potřebné množství kejdy pro úpravu poměru C:N.
S výjimkou překopávače kompostu lze kompostovací
proces zcela zabezpečit pomocí standardních
mechanizačních prostředků dostupných v každém
zemědělském podniku.
Informace uvedené v tomto příspěvku jsou
součástí výsledků řešení výzkumného projektu MZe QF
3148 "Přeměna zbytkové biomasy zejména z oblasti
Závěr
Výsledky
experimentálních
prací
při
kompostování
matolin
s využitím
traktorového
rotorového překopávače PKS 2,8 ukazují, že navržená
technologie kompostování v pásových hromadách
lichoběžníkového průřezu umožňuje biodegradabilní
přeměnu. Nutnou podmínkou je dodržení navržené
surovinové skladby a spolehlivé překopávání zakládky
v celém profilu. Kompostování matolin má velkou
výhodu v tom, že matolina je zrnitý, homogenní
46
LACINOVÁ, Z.: Kompostování, VÚRV Praha Ruzyně, 1995
PLÍVA, P., ALTMAN, V., JELÍNEK, A.,
KOLLÁROVÁ, A.: "Technika pro kompostování
v pásových hromadách". Praha - VÚZT, 2005. 72 s.
ISBN 80-86884-02-3
ŠROUBKOVÁ,
E.:
Zemědělská
mikrobiologie
(Speciální část pro fytotechnický obor), skriptum VŠZ v
Brně, 1990, s. 61 - 65
ŠŤASTNÝ, M.: Mechanizace kompostování. Studie
VTR, Zemědělská technika, 1991, č.1
VALLINI,G., MANETTI, P.: Green composting.
Biocycle 1990, 31:6, s. 33-35
VÁŇA, J.: Optimalizace procesu kompostování.
Sborník referátů - Komposty, biohnojiva, biopreparáty,
Deštné v Orlických Horách, 1996, s. 6 - 8
zemědělství na naturální bezzátěžové produkty,
využitelné v přírodním prostředí ve smyslu programu
harmonizace legislativy ČR a EU˝.
AMBROŽ, Z.: Zemědělská mikrobiologie (Speciální
část pro pěstitele a zahradníky), skriptum VŠZ v Brně,
1983, s. 71 - 75
BOBRZYK, D.: Kompostování zahradnických odpadů
jako řízený proces. Diplomová práce, ZF MZLU
v Brně, 1998
FIC, V., ŽUFÁNEK, J., ZEMÁNEK, P.: Zpráva z
I.etapy ověřování a
ekonomického vyhodnocení
kompostovací linky (pro kompostování zbytků z vinic a
výroby vína), Vinopol Velké Bílovice 1994, 15 s. 17
obr.
Souhrn
Traktorový rotorový překopávač kompostu PKS 2,8 byl sledován při překopávání kompostových zakládek
s převahou matolin. Byla sledována pracovní rychlost při překopávání s průřezem o šířce 2,50 m a výšce 1,10 m a
celkový průběh překopávání. Zároveň byla sledována objemová hmotnost zakládky před a po překopání. Z naměřených
hodnot byla stanovena průměrná výkonnost překopávací soupravy, která dosahovala 174 ± 27 m3.h-1. Objemová
hmotnost směsi před překopáním byla 6 kg.m-3 a po překopání 455 kg.m-3. Koeficient nakypřenosti, který je základním
ukazatelem překopávací schopnosti rotoru, dosáhl hodnoty 1,45.
Výsledky prací při kompostování matolin s využitím traktorového rotorového překopávače PKS 2,8 ukazují, že
navržená technologie kompostování v pásových hromadách lichoběžníkového průřezu umožňuje biodegradabilní
přeměnu.
Klíčová slova: kompost, matoliny, výkonnost překopávače, koeficient nakypřenosti
Příspěvek vychází z řešení výzkumného projektu NAZV č. 1G46082 „Technologické systémy a ekonomika
integrované produkce zeleniny a révy vinné“.
Kontaktní adresa:
Doc. Ing. Pavel Zemánek, Ph.D., Ing. Patrik Burg, Ph.D.
Mendelova zemědělské a lesnická univerzita v Brně,
Zahradnická fakulta, Ústav zahradnické techniky,
17. listopadu 1a, 690 02 Břeclav, [email protected]
47
ŘEŠENÍ NÁVRHU NA UMÍSTĚNÍ KOMPOSTÁRNY VE VZTAHU K BILANCI
PRODUKCE ZBYTKOVÉ BIOMASY
PROJECT OF THE COMPOST COMPANY IN RELATION TO THE PRODUCTION OF
RESIDUAL BIOMASS
Jana Nováková, Patrik Burg
MZLU v Brně
and proposition the compost place in relation to
optimizing of cartage. The work find practical
utilization worked record at system processing proposal
utilization biological waste in this areas.
Abstract
By utilize of balance of biological waste
(quantity, kind), after their seazonal,and in relation to
the producers, was processed prescriptions of comost
Keywords: compost, biowaste, placing of compost place
surovin, jejich charakteru a dostupnosti v průběhu roku,
ale i další údaje např. o poměru C : N a vlhkosti.
4) Řešení umístění kompostárny - při hledání
vhodné lokality pro umístění kompostárny v rámci
strakonického regionu byla využita metoda optimálního
umístění centrálního skladu. Tato modelová metoda
předpokládá následující hypotézy:
- centrum lze umístit kdekoli
- umístění dodavatelů nebo odběratelů a objemy
přepravy jsou neměnné
- doprava je kyvadlová
- náklady na dopravu jsou úměrné objemu
přepravy a vzdušné vzdálenosti
- cílem je určit umístění skladu s minimálními
náklady na dopravu.
Model odpovídající hypotéze se označuje jako
„Steinerův-Weberův problém“ a v praxi se zjednodušuje
aproximací, při které se hledá těžiště plochy.
Úvod
Kompostování
bioodpadů
představuje
významnou součást odpadového hospodářství. Je to
jeden z vhodných způsobů jejich využití a likvidace.
Kompostováním bioodpadů dochází ke zhodnocení
těchto surovin vhodným způsobem. V opačném případě
bývá s těmito surovinami zpravidla nevhodně
nakládáno.
Pro rozhodování o možnostech kompostování
bioodpadů je potřebné získat řadu objektivních
informací. Jsou jimi např. druh, množství a produkce
bioodpadů během sezóny. Podle zjištěných údajů pak
lze zvolit vhodnou kompostovací technologii a sestavit
optimální surovinovou skladbu kompostové zakládky.
Zejména s ohledem na optimalizaci svozu bioodpadů
lze s uplatněním vhodných metod určit lokalitu pro
umístění kompostárny.
Hlavním cílem této práce je na základě
výsledků průzkumu zpracovat návrh na umístění
kompostárny. Při návrhu má být zohledněno množství a
druhy využitelných bioodpadů, zpracovány receptury
zakládek event. kapacitní propočty. Umístění
kompostárny má být řešeno s ohledem na problematiku
svozu bioodpadu a na jejich nejvýznamnější producenty
ve vybrané oblasti strakonického regionu o rozloze
103 173 ha ( území dřívějšího strakonického okresu ).
n
n
x=
åQ x
i =1
i
åQ
i
i
y =
åQ y
i =1
i
åQ
i
i
Kde:
x, y
představují souřadnice umístění kompostárny
xi, yi
souřadnice umístění i-tého producenta biomasy
Qi
objem
přepravované
biomasy
mezi
kompostárnou a jejím i-tým producentem
n
konečný počet producentů biomasy
Materiál a metody
1) Sběr primárních údajů - byly zjišťovány
metodou dotazníku zaslaného poštou v kombinaci
s telefonickým dotazováním. Telefonické dotazování se
provádělo u subjektů, které na zaslaný dotazník
neodpověděly, a také pokud bylo nutné údaje doplnit či
objasnit. Seznam potenciálních původců biologických
odpadů byl sestaven ve spolupráci se Zemědělskou
agenturou ve Strakonicích.
2) Hodnocení získaných údajů - jednotlivé
druhy biologických odpadů byly hodnoceny podle jejich
charakteru, roční produkce a sezónnosti.
3) Zpracování receptury a optimalizace
kompostové zakládky - při sestavování receptury,
optimalizaci kompostových zakládek a odhadech
hmotnostních ztát v průběhu zrání kompostu bylo
postupováno podle příkladu propočtu surovinové
skladby kompostu, který uvádí Váňa (1994). Využity
byly již vyhodnocené údaje o množství jednotlivých
Výsledky a diskuze
1) Vyhodnocení sběru primárních údajů z celkového počtu 42 oslovených respondentů, kterým
byly zaslány dotazníky, jich odpovědělo celkem 35, což
představuje 83% z celkového počtu. Podle získaných
údajů produkují oslovené subjekty strakonického
regionu v úhrnu 450 181 tun bioodpadů.
2) Vyhodnocení získaných údajů – byla zpracována
bilance bioodpadů dle druhu a množství v jednotlivých
měsících (viz graf č. 1). Ze získaných údajů o nakládání
s odpady vyplývá, že z celkové produkce bioodpadů
bude pro kompostování využito celkem 16 436 tun
odpadů, tj. 3,7 %. Z kompostování bude vyloučen hnůj.
Kejda a sláma se budou kompostovat v množství,
potřebném k úpravě poměru C : N a vlhkosti zakládky.
48
Graf 1: Produkce biomasy v měsíci červenci
365 t
384 t
125 t
1 217 t
675 t
1 396 t
4966 t
14 767 t
24 925 t
21 729 t
otruby, plevy, pluchy, obilní prach
odpad z krmiv rostlinného původu
prasečí kejda
hnůj
sláma ostatní (z řepky)
odpad z čištění ječmene
drůbeží trus
hovězí kejda
sláma obilná
zbytky rostlin
nichž byly rozděleny vstupní suroviny. Kompostování
tedy bude probíhat v období od března do listopadu.
Modelový návrh receptury pro konkrétní
období ukazuje tabulka č. 1. Ve vztahu k sezónnosti
a zastoupení jednotlivých surovin není nutné na základě
výpočtů v jednotlivých kompostovacích cyklech
upravovat celkový poměr C : N kompostových
zakládek. Lze předpokládat pouze případné úpravy
s ohledem na optimální vlhkost zakládek.
3) Vyhodnocení zpracované receptury a
optimalizace kompostové zakládky - celková produkce
bioodpadů využitelných pro kompostování byla
rozvržena do 3 kompostovacích cyklů, přičemž délka
jednoho cyklu činí 12 týdnů. V období prosinec až únor
probíhá vzhledem k nízkým teplotám okolního prostředí
proces kompostování pomalu. Z tohoto důvodu byly
navrženy pouze tři kompostovací cykly ( viz. výše ) do
Tab. 1: Surovinová skladba kompostové zakládky pro II. kompostovací cyklus (červen až srpen)
surovina
hmotnost vlhkost organické dusík
P2O5
voda
organické
(t)
(%)
látky
(%
(%
(t)
látky
(% suš.)
suš.)
suš.)
(t)
otruby, plevy, pluchy,
451
10
75
1,0
0,4
45
305
obilní prach
odpad z čištění
22
30
94
1,8
0,9
7
14
ječmene
odpad z krmiv
546
35
95
2,0
0,5
191
337
rostlinného původu
drůbeží trus
2 001
85
70
6,0
4,0
1 701
210
zbytky rostlin
1 296
40
90
0,6
0,2
518
700
sláma obilná
500
15
95
0,5
0,2
75
404
4 816
53
86
1,6
0,8
2 537
1970
zakládka
C : N = 27
ztráty (20 %)
963
723
240
vyzrálý kompost
3 853
47
85
1,8
0,9
1 814
1 730
C : N = 24
dusík
(t)
P2O5
(t)
4,1
1,6
0,3
0,1
7,1
1,8
18,0
4,6
2,1
36,2
12,0
1,5
0,9
17,9
36,2
17,9
umístění kompostárny ve strakonickém regionu. Návrh
předpokládá, že se v kompostárně ročně vyprodukuje
cca.13 000 tun vyzrálého kompostu. Tato produkce by
mohla být upotřebitelná např. při rekultivaci krajiny,
ochraně proti erozi, zlepšení půdy atd. Předmětem další
práce bude návrh vhodné strojní linky pro kompostárnu.
Linka by měla zajišťovat výrobu hrubého kompostu
včetně jeho aplikace na pozemky. Tato práce tedy bude
představovat ucelený postup při návrhu kompostárny
pro konkrétní oblast.
4) Umístění kompostárny - s využitím metody
optimálního umístění centrálního skladu bylo na základě
výpočtů navrženo optimální umístění kompostárny
s ohledem na optimalizaci svozu. Skutečné umístění
kompostárny pak bylo navrženo i s ohledem na
vzdálenost od obce, dostupnost, pásma hygienické
ochrany, směr převládajících větrů apod. Návrh
skutečného umístění kompostárny ukazuje obrázek č. 1
Závěr
S využitím objektivních podkladů získaných
průzkumem, tato práce navrhuje vhodnou lokalitu na
49
Obr. 1: Návrh umístění kompostárny ve strakonickém regionu
ROLLO, J.: Praktické příklady z operační analýzy.
SNTL, Praha 1973
ZAVŘELOVÁ, I.: Průzkum využití biologického
odpadu pro kompostování v břeclavském regionu.
Diplomová práce, MZLU Brno, ZF, Lednice, 1997
JELÍNEK, A. a kol.: Hospodaření a manipulace
s odpady ze zemědělství a venkovských sídel. Praha
2001
VÁŇA, J.: Výroba a využití kompostů v zemědělství.
Institut výchovy a vzdělávání MZe ČR, Praha 1994
Souhrn
V souvislosti se vstupem ČR do Evropské unie a probíhající harmonizací našeho právního řádu se směrnicemi
EU dochází k přehodnocování významu kompostování, které současně představuje řešení dvou okruhů problémů.
Prvním z nich je zužitkování resp. zpracování biologických odpadů vznikajících v zemědělství a dalších výrobních
sférách, druhým pak je zlepšování úrodnosti půdy a udržování nezávadného životního prostředí.
Na základě zpracované bilance biologických odpadů (množství, druh) podle jejich sezónnosti a ve vztahu
k rozmístění jednotlivých producentů v daném regionu, byla zpracována receptura a navrženo umístění kompostárny
s ohledem na optimalizaci svozu. Práce najde praktické využití zpracovaných výsledků při systémovém zpracování
návrhu využití biologického odpadu v této oblasti.
Klíčová slova: biologický odpad, kompostování, umístění kompostárny
Kontaktní adresa:
Ing. Jana Nováková, Ing. Patrik Burg, Ph.D.
Mendelova zemědelské a lesnická univerzita v Brně,
Zahradnická fakulta, Ústav zahradnické techniky
17. listopadu 1a, 690 02 Břeclav, [email protected]
50
VÝZKUM A VYUŽITÍ ENERGETICKÝCH TRAV
Jan Frydrych1), David Andert2), Jaroslav Kára2), Dagmar Juchelková3),
1)
2)
3)
V podmínkách České republiky se dále v polních
pokusech ověřují další jednoleté nebo víceleté rostliny
jako například šťovík krmný, topolovka růžová, mužák
prorostlý, bělotrn modrý, pelyněk černobýl, lebeda
rozkladitá a chrastice rákosovitá. Širokou paletu druhů
energetických rostlin ověřuje Výzkumný ústav rostlinné
výroby Praha – Chomutov, kde je i středisko pro
poradenství energetických rostlin
Energetické rychlerostoucí dřeviny vytvoří
biomasu ke sklizni za 3 – 5 let, vedle produkce biomasy
ovlivňují ekologii a vytváří určitý ráz krajiny na
devastovaných plochách. Druhově se u nás osvědčily
zejména vrby a topoly. Rychlerostoucí dřeviny jsou
významným
ekologickým činitelem. Ověřováním rychlerostoucích
dřevin se zabývá Výzkumný ústav okrasných dřevin
v Praze – Průhonicích.
Pozornost VŠB – TU Ostrava, katedry energetiky
a institutu geologického inženýrství, je zaměřena
zejména na energetické využívání rostlinné biomasy
v kotlích vyšších výkonů. V centru pozornosti je i
tvarová úprava biohmoty, její doprava a komplexní
posouzení využitelnosti vedlejších produktů z tepelného
procesu.
OSEVA PRO s.r.o. Výzkumná stanice
travinářská Rožnov – Zubří je členem CZ – Biomu,
Českého sdružení pro biomasu zabývajícího se
fytoenergetikou a řešila projekt „Využití některých trav
jako náhrady spontánních úhorů v marginálních
oblastech“ č. EP 7018 Národní agentury pro
zemědělský výzkum České republiky v letech 1997 –
2000. Téma výzkumného úkolu vycházelo ze
současného stavu půdy a krajiny v marginální oblasti a
výsledky přispívají svým obsahem k určitému řešení
situace.
Oseva PRO s.r.o. Výzkumná stanice travinářská
Rožnov – Zubří leží v marginální oblasti Beskyd.
Vlivem snížení stavu ovcí a skotu zejména v oblasti
Beskyd a útlumem zemědělské výroby zůstala část dříve
intenzivně využívané zemědělské půdy ležet ladem. Na
této půdě se vytvořil spontánní úhor se všemi
negativními
jevy
z pohledu
krajinářského
i
zemědělského / plevele, choroby a škůdci/. Další
extenzifikace v marginálních oblastech by vedla
k devastaci krajiny a rozšiřování negativních jevů jako
je ladem ležící půda zejména ve vztahu k zemědělství a
hospodaření. Z hlediska celkového pohledu bylo nutné
hledat vhodné řešení situace. V naší republice se počítá
s využitím části půdy dočasně vyřazené z intenzivní
zemědělské výroby pro nepotravinářské účely.
Kombinace potravinářského a nepotravinářského využití
půdy směřuje k optimálnímu řešení situace. Do oblasti
nepotravinářského využití půdy patří i pěstování rostlin
pro výrobu energie. Půdu, která nemá využití v oblasti
Úvod
V současné době je hledání zdrojů alternativních
/obnovitelné
energie/
celosvětovou
záležitostí.
Obnovitelné zdroje energie jsou přírodní zdroje, které
jsou pro využití buďto okamžitě nebo pravidelně
k dispozici a neustále se obnovují. Význam
obnovitelných zdrojů v České republice se zvyšuje,
neboť mohou přispívat k zabezpečení celkové
energetické potřeby společnosti. K obnovitelným
zdrojům v našich podmínkách patří tepelná energie
slunečního záření, kinetická energie větru a vodních
toků a zejména energie získaná z biomasy rostlin.
Obnovitelná energie by měla pokrýt část energie
doposud získávané z fosilních zdrojů / uhlí, ropa/.
Fosilní zdroje způsobují zvýšenou emisi kysličníku
uhličitého s přímým dopadem na životní prostředí.
Podíl využívání obnovitelné energie v Evropské unii
činil v roce 2000 6 % z celkového objemu produkce
energie a měl by se zdvojnásobit na 12% v roce 2010.
V České republice je v současnosti podíl využívání
obnovitelných zdrojů energie
2,5 % z celkového
potenciálu. Do roku 2010 by se mělo využití energie
z obnovitelných zdrojů zvýšit na 6 %.
Formou alternativních zdrojů energie je i energie
získaná z biomasy rostlin. Pod pojmem biomasa z
rostlin můžeme zařadit slámu obilovin, řepkovou slámu,
energetické dřeviny a energetické byliny. Byliny pro
energetické využití jsou jednoleté a víceleté. Z
jednoletých rostlin jsou vhodné pro spalování proso,
konopí a rostliny rodu čirok. Pro poměrně vysokou
produkci sušiny je pěstována zejména v Německu
Ozdobnice čínská – Miscanthus sinensis/. Náklady na
pořízení 1 ha této kultury se pohybují na úrovni 3- 5 000
€. Rentabilita je již při výnosu 15 t.ha. Výnos sušiny je
ve druhém užitkovém roce 5 -–10 t.ha a ve třetím
užitkovém roce 15–20 t.ha. Pro vysoký obsah celulózy
je miscanthus vhodný jako surovina k využití
v papírenském průmyslu. Její problematické využití je u
nás z hlediska pěstební technologie vzhledem k
přezimování /v prvním roce dochází
v horších
klimatických podmínkách k vymrznutí/. Ve světě se
ověřuje přímo pro účely spalování několik desítek
vybraných jednoletých nebo vytrvalých druhů.
V rámci výzkumných prací prováděných na
území ČR se problematikou produkce, energetického
využívání a ekonomiky tohoto procesu zabývá řada
pracovišť. Mezi pracoviště zabývající se využíváním
biomasy travní hmoty pro energetické účely patří
OSEVA PRO s.r.o. VST Zubří, VÚZT Praha, VŠB-TU
Ostrava a ČZU v Praze. Využívání biomasy pro
energetické účely je předmětem zájmu VÚRV, ČVUT,
VŠCHT, AV ČR, aj. V příspěvku uvedené poznatky
zachycují některé vybrané informace autorů.
51
šťovíku, ze dřeva, ze směsi energetický šťovík–
chrastice a ze sena.
V kotli byly spalovány pelety o Ø 6 mm a
měřeny byly koncentrace CO a NOx. Výsledky měření
jsou uvedeny na grafu. Hodnoty emisí jsou uvedeny
v mg/m3 při referenčním obsahu kyslíku 11 %. Údaje
jsou průměrné za celou dobu měření. Z grafu je zřejmé,
že emise CO při spalování pelet z energetického šťovíku
jsou mnohem vyšší než u jiných paliv. Velmi zajímavý
je vliv uhelného aditiva ve šťovíkových peletách. Již 5
% přídavku uhlí sníží emise CO 3,5 krát. Při vyšším
přídavku uhlí se emise dále snižují a při 30 % uhlí jsou
téměř 18 krát nižší. Při podílu uhlí v palivu vyšším než
50 % ovšem emise CO opět výrazně vzrostou. Při
srovnání emisí CO u směsi šťovík – kůra s aditivem uhlí
10 % se zpět potvrzuje, že pro výrazné snížení emisí CO
nemá být podíl šťovíku ve směsi vyšší než 50 %.
Obdobně toto platí při náhradě kůry dřevem. Pokud je
podíl šťovíku vyšší (3:1), lze emise dále snížit vyšším
přídavkem uhlí. Spalování směsných peletek se senem
má dobré emisní parametry.
Závěr ze spalovacích pokusů s rostlinnou biomasou
Z měření parametrů topných pelet vyplývá, že
jejich vlastnosti výrazně závisí na složení lisovacích
směsí. Byl prokázán pozitivní vliv uhelných aditiv na
snížení emisí u některých paliv, konkrétně u pelet na
bázi energetického šťovíku. Již malé množství přídavku
uhlí výrazně snižuje emise CO. Vliv těchto uhelných
aditiv je obdobný jako přidání jiné suroviny k materiálu
ze šťovíku v poměru 1 : 1.
Pokusné spalování kotli vyššího výkonu
V průběhu ověřovacích zkoušek byly prováděny
pokusy i na kotlích vyšších výkonů. Pro tento článek byl
vybrán pokus na kotli 190 kW a jako palivo byl zvolen
psineček veliký. Zkoušky proběhly bez zásadních
problémů a dosahované emisní hodnoty byly
srovnatelné s původním palivem pro které je kotel
koncipován (hoblin, pilin a dřevní štěpky).
V průběhu spalovacích zkoušek bylo nutno
v intervalu cca 1 až 1,5 hodiny čistit topeniště kotle od
vrstvy spečených popelovin. Bylo velmi pozoruhodné,
že travina po vyhoření hořlavého podílu zachovává svůj
původní tvar ve formě černé a za vyšší teploty i
plastické hmoty. Při delším setrvání popela na roštu
došlo natavení jednotlivých stébel a hmota se spekla do
větších beztvarých kusů spečenců, které však nebyly
příliš tvrdé a bylo možno je rozdružit s nepatrným
tlakem (foto 1). V období provozní periody těsně před
odstruskováním (čistěním) kotle dosahoval kotel
z hlediska emisí velmi dobrých parametrů. Obecně lze
konstatovat, že emise CO byly pro daný typ spalovacího
zařízení na velmi nízké úrovni.
Při využívání biomasy rostlinného původu na
kotlích vyšších výkonů byla využívána pouze
rozdružená biohmota. Tato skutečnost sebou nesla
nebezpečí snížení tepelného výkonu kotle (nižší
průchodnost dopravních cest). V praxi by bylo možno
využít stávající spalovací zařízení pro biohmotu i pro
spalování stébelnin, ale ve většině případů pouze
v případě úpravy dopravních cest a v případě potřeby
úpravy odstruskovacího zařízení. V případě namíchání
směsí stébelnin (min tří druhů) a dřevní hmoty lze
předpokládat minimalizaci výskytu možných problémů.
potravin, je nutno udržovat v kulturním stavu z důvodů
určitého návratu do zemědělství a tím zachování rezervy
pro výrobu potravin. Ladem ležící půda je zdrojem
plevelů, ale i chorob a škůdců. Důležitý je i kulturní stav
krajiny.
Projekt „Využití některých trav jako náhrady
spontánních úhorů v marginálních oblastech“ vycházel
ze skutečného stavu půdy v marginálních oblastech a
snaží se napomoci k řešení situace. Do projektu byly
zařazeny tři skupiny trav – trávy kulturní, okrajově
využívané a planě rostoucí. Trávy byly srovnány a
posouzeny z hlediska botanického, ekonomického a
krajinářského. U trav byl ověřen výnos sušiny a
ukazatelů energetické hodnoty /spalného tepla a
výhřevnosti/. Byly vytypovány plodiny s nejvyšší
produkcí biomasy při dané úrovni výživy s nejvyššími
ukazateli tepelných hodnot produkce spalného tepla a
výhřevnosti a nejvhodnější z hlediska ekonomického
pro pěstování jako náhrada spontánních úhorů
v marginálních oblastech.
V současné době řeší OSEVA PRO s.r.o
Výzkumná stanice travinářská Rožnov – Zubří ve
spoluprácí s Výzkumným ústavem zemědělské techniky
Praha a Vysokou školou báňskou – Technickou
univerzitou Ostrava projekt č.QF4179 „Využití trav pro
energetické účely“. Cílem tohoto projektu je určení
travních směsí vhodných pro výrobu bioplynu a
travních směsí vhodných pro spalování. Prokázat
možnost spalování navržených energetických trav ve
stávajících energetických zařízeních vyšších výkonů.
Sestavit příručku využívání energetických trav. Nové
poznatky tohoto projektu jsou součástí této publikace.
Současný výzkum energetického využívání trav
v technických zařízeních:
Se spalováním sena byly provedeny spalovací
zkoušky jak na malých tak velký kotlích. Ze zkušeností
lze udělat závěr, že spalování sena je možné pouze na
kotlích, které byly původně určeny pro spalování slámy
a jsou vybaveny rozdružovačem balíků. To znamená
kotle nad 500kW tepelného výkonu. Seno pro spalování
musí byt suché (max vlhkost 20%).
Pro kotle malého výkonu je nutné seno upravit do
peletek. Potom je možné spalovat seno v kotlích
určených pro spalování dřevních peletek či dřevní
štěpky. Nelze využít kotle na uhlí(mimo jiné rozdílný
podíl prchavé hořlaviny)! Je možné použít pouze
speciální dvoupalivový kotel uhlí – biomasa jako je
např. Ekoefekt BIO.
Další z možností je využití sena ve směsných
palivech jako je seno-enegetický šťovík, seno-chrastice,
seno-dřevní štěpka či seno-uhlí a to ve formě peletek či
volně ložené. Zde se opět uplatní nutnost sestavení
„receptury směsí“.
Emise při spalování pelet
Pro zjišťování emisních parametrů bylo
provedeno několik sérií zkoušek. Pro spalování byl
použit kotel na pelety VERNER A25U
Měření v kotli VERNER A25U
Měření probíhala ve zkušebně FSI ČVUT
v Praze. Měřena byla paliva: pelety z energetického
52
Náklady na pěstování a sklizeň u trvalých travních
porostů.
Variabilní náklady na pěstování a sklizeň
produkce z trvalých travních porostů v přepočtu na 1 ha
mají poměrně velký rozptyl a to v závislosti jak na
intenzitě hnojení, tak na druhu výsledného produktu a
použité technologii. Variabilní náklady se pohybují u:
- porostů intenzivních (hnojení kejdou + LAV)
od 6883,-Kč
do 8324,-Kč
- středně intenzivních (hnojení pouze kejdou)
od 6528,-Kč
do 6978,-Kč
- extenzivní (bez hnojení)
od 3179,-Kč
do 4061,-Kč
Nejvýraznější položkou variabilních nákladů jsou
náklady na mechanizované práce, jejich podíl se
pohybuje u:
- intenzivního porostu
- okolo 75%
- středně intenzivního
- okolo 88%
- extenzivního
- 100%
Obr. 1: Peletový kotel VERNER A25U
4500
4000
3500
koncentrace (mg.m-3)
CO
NOx
3000
2500
2000
1500
1000
500
ík
lí
šť
0%
10
+5
0%
ov
uh
lí
%
šť
ov
ík
+6
50
35
%
šť
ov
ík
ík
+1
5%
uh
lí
uh
0%
%
90
%
šť
ov
ov
šť
%
95
68
%
šť
ov
80
%
šť
ov
ík
ík
+2
+5
0%
uh
lí
lí
uh
uh
0%
+1
ra
ků
%
+2
2
ík
+4
ík
ov
šť
%
lí
lí
%
+1
0
no
se
5%
%
45
ík
+
45
ov
šť
%
45
uh
lí
uh
10
l+
po
to
ěp
št
5%
+4
ík
ov
šť
%
45
%
0%
ka
ra
ků
0%
+2
ík
ov
šť
%
60
+1
0%
+2
0%
+3
ík
ov
šť
%
uh
lí
uh
lí
uh
ty
le
pe
ní
dř
ev
70
lí
0
Obr.2: Průměrné koncentrace emisí přepočítané na 11% O2
Jednotná platba na plochu ve výši cca 2100
Kč/ha a dále např. doplňková podpora LFA až 4680
Kč/ha či dotace na základě zákona o zemědělství na
pěstování bylin pro energetické využití 2000 Kč/ha
nebo dotace v rámci agro-envi opatření až 5130 Kč/ha.
Všechny náklady byly kalkulovány bez dotací.
Z rozboru vyplývá, že náklady na jednotku sušiny jsou
příliš vysoké a nemohou bez dotací ekonomicky
konkurovat současným standardním zdrojům energie.
Současné ceny hnědého uhlí o výhřevnosti 18 MJ.kg-1
se pohybují kolem 1 250 Kč na tunu bez DPH. Při
srovnatelné výhřevnosti je energie z TTP dvakrát dražší.
Při využití podpor jsou dotace na 1 ha:
53
Závěr
Využití trav jako obnovitelných zdrojů energie
nabývá v současnosti na významu zejména s využitím
půdy pro nepotravinářské účely. Na základě výsledků
výzkumu ladem ležící půdy na které se vytvořil
spontánní úhor se všemi jeho negativními důsledky
zejména z hlediska zemědělského, krajinářského a
ekonomického je zcela jednoznačné využití půdy pro
tvorbu materiálních hodnot. Suroviny z obnovitelných
přírodních zdrojů se stávají součástí výrobků a produktů
již některých současných firem na našem trhu v České
republice. Energie z obnovitelných přírodních zdrojů je
součástí celkového energetického potenciálu a vytváří
nové možnosti a cesty pro využití ve výzkumu a
realizaci v praxi.
Obr.:3 Struktura popela ze spalování psinečku
Publikace je realizována na základě výsledků
podporovaného NAZV ČR.
projektu č.QF4179 „Využití trav pro energetické účely“
Kontaktní adresa:
Ing. Jan Frydrych OSEVA PRO s.r.o.
Výzkumná stanice travinářská Rožnov – Zubří,
Hamerská 698 756 54 Zubří
Tel: 571 658195 Fax: 571 658197
email: [email protected]
Ing. David Andert,CSc., Ing. Jaroslav Kára,CSc.,
Tel.: 233022225, Fax.:233312507,
Doc. Ing. Dagmar Juchelková, Ph.D.,
VŠB-TU Ostrava, katedra energetiky,
17. listopadu 15, 708 33 Ostrava,
Tel: 597 325 175, Fax: 597 325 177,
54
SPOLEČNÉ ZPRACOVÁVÁNÍ NETŘÍDĚNÝCH KOMUNÁLNÍCH A
ZEMĚDĚLSKÝCH ODPADŮ
Václav Sladký
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha Ruzyně
- Svážení neseparovaných komunálních odpadů, v
regionu jednotným systémem případně i
zemědělských odpadů do specializovaného závodu,
kde teprve zde za odpovídajících technických
podmínek dochází k separaci a zpracování. Tento
systém se označuje jako technologie „BioTech“.
Důvody pro nezbytnost modernizace zpracovávání
netříděného bioodpadu:
Neperspektivnost skládkování netříděných
komunálních odpadů
Obyklé metody likvidace komunálních,
neseparovaných odpadů v univerzálních skládkách,
které se ještě dnes všeobecně využívají, nejsou
z hlediska udržitelnosti životního prostředí a národního
hospodářství nadále přijatelné. Ekonomiku místně
„udržuje“ jen problematické jímání a využívání
skládkového plynu a platby dodavatelů odpadků.
Předpokládané budoucí zákony a nařízení EU
zcela určitě zakáží skládkování odpadů organického
původu, především komunálního bioodpadu, kterého
objemově neustále přibývá a pravděpodobně bude
zakázáno i jejich spalování.
Přetrvávají i problémy se skládkováním
zemědělských
odpadů
živočišné
výroby
a
nevyužitelných přebytků rostlinné výroby a to nejen
z hlediska přísné „nitrátové směrnice“.
Princip zpracování odpadů technologií „BioTech“:
V reakci
na
současné
problémy
se
separovaným sběrem komunálních odpadů a
skladováním zemědělských odpadů vznikla
nová,
komplexní technologie průmyslového zpracování, ve
které je využita metoda drcení a třídění odpadů na
sítech a zvodnění v kapalinové lázni s navazujícím
mikro-bakteriálním procesem fermentace převažujícího
biologického podílu, jak se běžně využívá
v zemědělských
bioplynových
stanicích.
Nová,
komplexní technologie má řadu charakteristických
rysů:
a)
Způsob třídění a anaerobní mikro-bakteriální
fermentace bioodpadů probíhá v průmyslovém
podniku v uzavřených (podtlakových) budovách,
nádržích a prostorách, takže případně vznikající
pachy jsou při odvětrávání filtrovány a ošetřeny
tak, že nemohou proniknout do okolí, stejně tak i
znečistěné kapaliny.
b)
Průběh řízené fermentace je proti živelnému,
přírodnímu ději, který probíhá v přírodě, i
skládkách po mnoho let, podstatně vhodnou
úpravou a teplotou urychlen a zkrácen na cca 20-25
dní, takže i potřebný prostor se při stejné kapacitě
zpracování zmenšuje z mnoha hektarů u skládek a
kompostáren jen na 1 až 1,5 ha.
c)
Nežádoucí běžné produkty,
plyny, obtížné
materiály a znečistěné vody se procesem mění na
využitelné zdroje jako je bioplyn, hnojivo ve formě
kompostu nebo kapalné hnojivo, případně hodnotné
palivo. Cenné suroviny představuje určitý vytříděný
odpad (kovy, dřevo, plasty).
Problémy spalování komunálního odpadu
Současné spalování odpadků veřejností není
dobře přijímáno nejen pro toxické, ovzduší znečišťující
emise. I když dnešní filtrační technika spalin významně
toto nebezpečí snižuje, faktem zůstává, že technologie
spalování je 3 až 5 krát nákladnější než
jiné
technologie, zejména z hlediska drahých investic a
nezbytnosti přídavné energie.
Problémy kompostování
Hlavním problémem současné technologie
kompostování (kromě nákladovosti) je získání čistého,
ničím neznehodnoceného, kvalitního a živinami
bohatého kompostu, protože to vyžaduje uplatnění
některého ze způsobů separace nevhodných, pevných
inertních příměsí a to buď ručně nebo pomocí
nákladných strojních zařízení. Negativem jsou i značné
energetické vstupy, nároky na plochy, případně
zastřešení a
tím narůstající náklady a záporný
energetický efekt. Kritizují se i případné úniky metanu
při částečné anaerobní fermentaci, ke které dochází ve
velkých hromadách, v poslední době i snižující se
kvalita a potíže s odbytem.
Obtížnou situaci kolem bio-odpadů řeší uspokojivě
v podstatě jen dva systémy:
Nová technologie anaerobní fermentace
pevných komunálních odpadů, po názvem Bio-Tech se
začala ověřovat v malém rozsahu už cca před 15 léty,
ale reálné zpracovatelské závody se budují a provozují
prakticky v mnoho zemích (kromě ČR) až po roce 2000.
„BioTech“ má proti tradičnímu zpracování bioodpadů
tyto přednosti:
- Prakticky plošně obtížně realizovatelný a nákladově
drahý separovaný sběr komunálního odpadu
s oddělováním jednotlivých druhů už na místě jejich
vzniku, s uplatněním speciálních nádob, způsobů
svozu a zpracování a budování nákladných
zemědělských meziskladů.
a)
55
Technologie „BioTech“ může ke zpracování
přijímat všechny druhy pevných komunálních,
netříděných
odpadů (neseparovaný sběr). To
znamená, že se nevyžaduje separace na místě
jejich vzniku. Např. v domácnostech a obytných
domech není nutno třídit odpad do 2 – 3 nádob,
kusy anorganického odpadu. To co propadne, tvoří asi
85-90 % přijatého množství, přichází kompletně po
důkladném podrcení do velké nádrže s procesní,
v systému stále cirkulující kapalinou. Před tím jsou
odstraněny kovy.
Intenzivním mícháním se většina organických
látek obsažených v tomto odpadu postupně rozmělňuje
a mění v tekutou suspenzi, zatímco neorganický podíl,
tvořený např. umělohmotnými předměty, plasty, kostmi,
kameny, kousky stavebnin, se v suspenzi nepromění a
buď plave na jejím povrchu nebo klesá v důsledku své
hmotnosti ke dnu nádrže. Flotací a sběrným sítem
nahoře a vhodným způsobem odstraňování pevného
zbytku dole se neorganický podíl odstraní.
Nefermentovatelného materiálu zůstane v suspenzi
nejvýše 1 %, (např. anorganický kal) což nevadí.
Takto
získaná odseparovaná organická
suspenze, jejíž viskozitu je možno kontrolovat a podle
potřeby upravovat přidávání vody, nebo procesní
kapaliny, se čerpá většinou nejprve do sterilizátoru,
kde za teploty 70 o C je za dobu nejméně jedné hodiny
zbavena choroboplodných zárodků a přečerpávána ještě
teplá do fermentoru, kde se samovolně naočkuje
bakteriemi anaerobní fermentace. Doba zdržení
suspenze ve fermentoru je cca 20-25 dnů. Teplota (38–
55o C) zajišťuje rychlý nástup fermentace a přeměnu asi
50 – 60 % organické sušiny na bioplyn s vysokým
obsahem metanu CH4 ( 50 až 60 %) a na určitý podíl
CO2 a H2 0.
Zbylá část, (asi 40 % původní organické
hmoty), představuje po skončení procesu fermentace a
po odvodnění (na 50%) s případným
dokompostováním, dobré, stabilizované organické
hnojivo. Pokud se zpracovávají i odpady živočišné
výroby, je někdy výstupní materiál krátkou dobu
poněkud „cítit“ čpavkem. Tento polosuchý substrát se
nechává nějakou dobu na hromadách dozrát do formy
kompostu.
Stabilizovaná,
organická
hmota
z bioplynového reaktoru, je vysoce účinným přírodním
hnojivem, které může plně nahradit soubor organominerálních hnojiv. Přispívá také ke lepšení fyzikálněmechanických vlastností půdy. K hnojení se však může
použít tato odfermentovaná polotuhá suspenze i přímo,
případně i odseparovaná, biologicky velmi aktivní a
živinami bohatá procesní kapalina. Tyto materiály se
mohou po určitou dobu skladovat v závodě.
Vznikající
bioplyn
z fermentoru
se
bezprostředně (po filtraci a odvodnění) používá jako
zemní plyn, vzhledem k určitému obsahu CO2 má však
poněkud nižší výhřevnost. Pokles výhřevnosti je z cca
33 MJ/m3 na cca 22 MJ/m3. Pro činnost upravených
stacionárních „plynových“ motorů tento pokles
výhřevnosti nevadí. Při dodávce bioplynu do veřejné
sítě se však z bioplynu různými metodami CO2
odstraňuje. Biologicky se přídavným zařízením
z bioplynu odstraňuje také i sirovodík vznikající při
fermentaci odpadů ze živočišné výroby a jatek.
Vyráběná elektřina v kogeneračních zařízeních
se využívá pro potřeby podniku, stejně jako odpadové
teplo, nebo se oba nosiče energie zčásti nebo zcela
prodávají.
Zpracovatelské náklady komunálního odpadu
technologií „BioTech“ se pohybují podle velikosti a
které musí být u domu uloženy, což je, zejména
v létě nepříjemné.
b) Technologie „BioTech“ přijímá a zpracovává i
velmi vlhký nestrukturální odpad, který jinými
způsoby je jen velmi obtížně zpracovatelný nebo
dokonce je nezpracovatelný. Odpady s vyšší
vlhkostí nejsou vhodné pro spalování, protože
nezbytný odpar v nich obsažené vody spotřebovává
nadměrné množství tepla. Také při kompostování
odtékající přebytečná kapalina dělá problémy.
c) Doba anaerobní fermentace bioodpadů je necelý
měsíc v porovnání s kompostováním, které trvá 8
až 12 i více týdnů. Proto může být „zpracovna“
relativně malá, celá optimální provozovna zabírá
asi 10 000 m2 .
d) Procesem této rychlé fermentace se získává
relativně „čistý“ materiál odpovídající kompostu
s více než 99 % organické hmoty, ale i relativně
„čistý“ bioplyn s velkým podílem metanu., který
sice vzniká samovolně i při běžném kompostování
ve velkých hromadách a skládkách, ale který jako
nosič energie bez užitku odchází do ovzduší, stejně
jako vznikající teplo.
e) Proces probíhá v uzavřených halách a tak i
případné úniky zápachu, (např. i z dovezených
surovin) se snadno zachytí vhodnými filtry při
odvětrávání haly, ve které je podtlakový režim.
f) Malé plochy potřebné k technologii „BioTech“ a
nepatrné emise dovolují umístnit zpracovnu i
v blízkosti nebo dokonce ve volných prostorách
sídlišť. Tím se zkracují svozné vzdálenosti a snižují
dopravní náklady a omezováním přepravy odpadků
se přispívá i životnímu prostředí.
g) Anaerobní fermentační zařízení jsou velmi
flexibilní a mohou přijímat a zpracovat jakýkoliv
organický domovní odpad, ale i
-
-
zemědělské odpady, přebytky zeleně, vadnou
siláž, kejdu a chlévskou mrvu,
potravinářský odpad ze sídlišť, z restaurací,
hotelů, rekreačních zařízení,
odpady z jatek a zpracoven masa,
bioodpady z tržišť,
zelenou komunální hmotu (z parků, trávníků,
lesů),
odpady
(a „zmetky“)z potravinářského
průmyslu (z pivovarů, lihovarů, lisoven,
pekáren, cukrovarů, konzerváren, vinařských
závodů, moštáren a palíren, zelinářských,
bramborářských a ovocnářských skladů a
zpracoven, mlékáren a sýráren),
„prošlé“
potraviny
(i
konzervy)
ze
supermarketů, obchodů,
„prošlá“ krmiva (i konzervovaná) pro domácí
zvířata.
Popis technologie Bio-Tech zpracování netříděného
komunálního odpadu
Veškerý netříděný (to je na místě vzniku
předem neseparovaný) komunální, domovní a další
odpad se po dopravě do závodu, kde bude zpracován,
dostává na sítovou předtřídičku – velké síto s oky o
velikosti cca 80 x 80 mm, kde se oddělí zpravidla větší
56
zástavby, pokud jsou vyřešeny i sběrné a dopravní
trasy. Manipulace, příjem a zpracování probíhá
zásadně v uzavřené budově.
2) Zařízení může zpracovat široký „sortiment“
bioodpadů od potravinářských, jatečních a
zemědělských, přes „zelené“ odpady z parků a lesů
až k potravinám a krmivům s „prošlou konzumní
lhůtou“.
3) Potřebná plocha pro skladování, manipulaci a
zpracování do 100 000 tun odpadů za rok, (což je
množství od cca 200 000 až 300 000 obyvatel)
nemusí být větší než 10 000 m2 .
Potřebné budovy a stavby zaujímají výměru jen asi
800 m2 .
4) Investiční náklady činily ve SRN 80 až 100 Euro
pro výkon zpracování
l tuny/rok metodou Bio-Tech, což je 2 480 až 3 100
Kč/t/rok. Celková
investice závodů ve SRN se
pohybuje od 248 do 310 mil. Kč. V ČR by náklady na
investici byly zatím asi 60 % této sumy.
5) Inertní materiály, jako jsou plasty, sklo, kovy, a
další odcházejí z „vypírací“ nádrže v relativně čistém
stavu, „omyté“ od organických zbytků. Jejich objem
představuje zpravidla 20 až 30 % dovezeného
množství odpadků. Část tohoto materiálu (např
stavebniny) se už bez problémů může skládkovat.
Spalitelný materiál se spaluje a mění vhodným
způsobem na elektrickou energii nebo teplo. Kovy a
plasty se využívají dále ve výrobě.
6) Další předností je, že anaerobně vyrobený kompost
je daleko lépe rostlinami využíván už v prvním roce
uplatnění, což se u aerobně vyrobeného kompostu
z bioodpadů může oddálit až na 4 roky.
výrobní kapacity zpracovatelského závodu ve výši 20 až
35 Euro za tunu (620 až 1 085 Kč/t). Prodejem
elektřiny, tepla a kompostovaného materiálu se mohou
náklady snížit až na 10 – 25 Euro/t (310 Kč/t). (To jsou
většinou právě dopravní náklady, které vznikají jen
přepravou běžného komunálního odpadu na vzdálenější
skládky.) Za příjem a zpracování komunálního odpadu
dodavatel platí!
Půl tuny až tunu domovního odpadu
vyprodukuje za rok průměrná rodina. To znamená, že
náklady 15 Euro na jednu tunu odpadků, který by
rodina za odvoz odpadků zaplatila, by kryly plně
zpracovatelské náklady za předpokladu odbytu výše
uvedených produktů. Pokud by však poplatky za odvoz
a zpracování komunálního odpadu zůstaly na původní
výši 25 – 35 Euro za tunu, (jak je obvyklé při
skládkování), vytvořily by se podmínky pro vysoce
efektivní odvětví investorům v soukromém sektoru.
Z uvedeného je vidět, že anaerobní fermentace
komunálního odpadu je nejlacinějším způsobem jeho
likvidace vůbec.
Komunální odpad vzniká stále stále v dobrých i
zlých časech, jeho objemy narůstají a vždy se musí
s určitými náklady likvidovat. U zemědělských odpadů
je tomu obdobně. Zde technologie BioTech nabízí vedle
standardní formy organického hnojiva zcela nové
možnosti moderního hnojení živinami komplexně
vybavenými peletami a briketami.
Strategické výhody technologie „BioTech“ :
1) Vzhledem k tomu, že se jedná o „uzavřenou“
technologii bez tvorby zápachu, může být zařízení
vybudováno ve vzdálenosti
200 m od bytové
Bioplynová zpracovna netříděného komunálního odpadu v ALTENO, SRN
Název zpracovny
BiogasanlageAlteno GmbH & Co.KG
Adresa
Altenoer Strasse 10, 15926 Duben
Telefon
0049 354 5667 417
Vedoucí
Dipl. Ing. O. Götting
Hlavní projektant
Dipl. Ing. Frank Riedl
Investiční náklady
mil. Euro
8,5
Státní dotace
%
30
Návratnost investice
roky
6 (s dotací), 10 (bez dotace)
Uvedení do provozu
rok
2001
Zpracovaný odpad
t/rok (2004) 86 000 (kapacita vč. zeměd. odpadu je 100 000)
Technologie zprac. odpadů
Síta, drtič a vodní emulze
Technologie BP stanice
2 stupňová mezofilní fermentace + sterilizace a odlisování procesní
(vratné) kapaliny
Kapacita biopl. fermentorů
m3
3 300
Kapacita sterilizátorů
m3
1 100
Kapacita homogenizátoru
m3
1 100
Kapacita plynojemu
m3
1 000
Kapacita skladových nádrží m3
5 000
Výkon elektrick. generátorů kW
626
Výkon v teple
kW
834
Reservní kotel „kombi“
kW
50
o
Teplota a doba sterilizace
C/ hod
70/1
Odvětrání provozovny
Nucené přes biologický filtr
Odsíření bioplynu
Biologická jednotka
57
měly provozovat svá vlastní zařízení, ze kterých bude
vycházet kromě elektrické energie, tepla a
kompostových materiálů ještě „čistý“, skládkovatelný,
případně jinak využitelný odpad.. Přímo spalitelný, tj.
nefermentovatelný podíl komunálního odpadu se
spaluje v centrální spalovně.
Závěr:
První pilotní zařízení „BioTech“ bylo uvedeno do
provozu po roce 1991. Pět let trvalo nepřetržité
zvyšování technické úrovně, hospodárnosti, provozní
spolehlivosti a přijatelnosti. Od té doby bylo uvedeno
v Německu, ve Španělsku, Slovinsku asi 100
průmyslových provozů „mokré“ separace netříděných
odpadků. Jen v samotné SRN se připravuje výstavba
dalších 120 zpracoven. V Indii pracuje 15 objektů. Na
investici se podílí řada předních evropských firem.
Po určitém zaváhání se dostala likvidační anaerobní
fermentace
bio-odpadů
v plánech
mnohých
komunálních a regionálních samospráv na první místo.
Obce a regiony s počtem obyvatel 50 000 až 200 000 by
F. Riedel: Bio-Tech Anaer.zprac.odpadů. Seminář
ČNPOK Praha23.11.2004
Firemní literatura zpracovny odpadů ALTENO.
Cestovní zpráva VÚZT, ALTENO, 20.4.2005
Obr.3 Vpravo dva sterilizátory, vlevo dva bioplynové
fermentory zpracovny netříděného komunálního odpadu
v ALTENO, SRN.
Obr. 1 Provozní budova zpracovny neseparovaného
komunálního odpadu ALTENO.
Příjem odpadů za „zavřenými „ vraty. V pozadí
bioplynové reaktory a skladovací nádrž, v popředí
vpravo „vymyté“ nádoby komunálního bioodpadu.
Obr. 4 Polosuchý hnojivový substrát po odlisování
procesní kapaliny za bioplynovou stanicí. Stejný
materiál produkuje i zpracovna komunálního
neseparovaného odpadu ALTENO.
Obr.2 Technické zařízení zpracovny netříděného
odpadu ALTENO. V popředí vlevo drtiče, vpravo
procesor - homogenizátor na kapalné zpracování bioodpadů.
Souhrn:
Organický podíl netříděných komunálních, potravinářských a zemědělských odpadů je v závodě po separaci
na sítech, podrcení a zvodnění v homogenizátoru podroben anaerobní fermentaci s produkcí bioplynu. Ten je využit
k výrobě elektrické energie a tepla, které slouží k vytápění sterilizátorů, fermentorů, provozních budov nebo k
sušárenským či jiným technickým účelům. Závod produkuje hodnotné polosuché a kapalné organické hnojivo, další
využitelné suroviny, palivo i malý podíl skládkovatelného materiálu.
58
Prodej elektřiny, části tepla, veškerého hnojiva, průmyslově dále využitelných odpadů a případně i paliva
představuje vedle příjmů za samotné zpracování odpadů významný ekonomický přínos. Zpracovatelské náklady odpadů
jsou mnohem nižší než je tomu v jiných zařízení. Ke zpracování dochází v nádržích a v budovách s podtlakovým
větracím systémem, emise a pachy, či znečištěná voda, neunikají do okolí. Zpracovatelský závod může být tak
situován i v blízkosti sídlišť, což snižuje přepravní náklady.
Vyrobený pre-kompost je bez inertních a škodlivých materiálů s vysokou hnojivovou kvalitou, stejně tak i
kapalná, odseparovaná frakce. Hnojivo odpovídá všem evropským i americkým směrnicím s ohledem na zátěž těžkými
kovy a jiná znečistění. Jsou dodrženy předpisy na hnojiva pro ekologické zemědělství .
Vytříděný a ošetřený malý podíl nebiologických materiálů jako jsou plasty, kovy a inertní hmoty se předávají
k dalšímu zpracování, na skládky a nefermentovatelné biomateriály, jako je dřevo se spalují zvlášť.
ČR nejbližší vzorová zpracovna neseparovaného komunálního a zemědělského odpadu systému „Bio-Tech“
byla vybudovaná jako společný podnik zemědělských závodů a několika obcí v „mikroregionu“. Nachází ve SRN na
sever od Drážďan v obci Alteno u města Duben. Na jaře roku 2005 do do ní uspořádali pracovníci VÚZT studijní
exkurzi, ze které byla vypracována tato informace.
Klíčová slova: komunální směsný odpad, mokrá separace, anaerobní fermentace, bioplyn, výroba elektrické energie a
tepla, kompostová hnojiva, kapalná organická hnojiva.
Kontaktní adresa:
Ing. Václav Sladký , CSc.
Výzkumný ústav zemnědělské techniky,
Tel: 233 022 275, Fax: 233 312 507
Email: [email protected]
59
ENERGETICKY SOBĚSTAČNÁ OBEC
Vladimír Verner
VERNER a. s., Červený Kostelec
existující technologie pro pěstování a zpracování seřadit
v tomto pořadí:
1. Obilí - existují propracované osevní postupy,
veškerá technika pro pěstování i sklizeň. Existuje
nezanedbatelné množství nekvalitního zrna, které
vzniká přirozeně při pěstování potravinářského i
krmného obilí. Dále může být energetické obilí
pěstováno tříděním - to znamená, že se v průběhu
vegetace, sklizně, skladování i zpracování můžeme
kdykoliv rozhodnout pro přeřazení obilí do kategorie
paliva při zachování rozumné ceny za obilí. Vyhodou
obilovin je možnost plné automatizace spalování.
Úvod
Energetická soběstačnost obce je založena na
myšlence využití veškeré biomasy v katastru obce pro
výrobu energie, a to energie tepelné i elektrické.
Způsoby výroby energie jsou v podstatě dva: přímé
spalování nebo zplynování.
V současné době máme provozně ověřené přímé
spalování a pro tento účel vyrábíme a dodáváme kotle o
výkonu od 5 kW do 10 000 kW, včetně linek na
zpracování biomasy. Výroba elektrické energie je v
našich zařízeních možná prostřednictvím páry. Naší
základní myšlenkou je budovat systém pěstování
biomasy pro energetické účely na orné půdě. Ostatní
biomasa, ať již dřevo, seno a další, je podle nás jen
doplňkem biomasy cíleně pěstované.
2. Dřevo – technika při těžbě dřeva i trh s tímto
palivem je již zavedený. Existuje však prostor pro
vyšší využití zelené štěpky, jejíž současné využití je
mizivé. Trh s poleny není rozvinutý a cena štěpky
zatím není ustálena jako u dřevěných briket či pelet.
Filozofie společnosti
Naše společnost zaměřila vývoj kotlů tak, aby
bylo možné sestavit projekt zásobování teplem pro
celou obec, a aby bylo možno každému nabídnout
topení podle jeho představ a možností. Vyrábíme malé
interiérové kotle s možností napojení na ústřední topení
jako doplněk k vytápění plynem či elektřinou. Vyrábíme
kotle na spalování polen, jejichž provoz je velice levný
dále kotle na spalování pelet a obilovin, které poskytují
srovnatelné pohodlí se zemním plynem či topným
olejem, kombinované kotle na spalování polen a pelet,
kotle na spalování pilin, štěpky a slámy. Dodáváme
technologie pro sušení a lisování biomasy.
Spolupracujeme s výzkumnými ústavy a vysokými
školami na ověřování systémů pěstování energetických
rostlin a dřevin a na jejich praktickém využití.
3. Sláma – jedná se o vedlejší produkt při pěstování
obilí. Potřeba pro živočišnou výrobu je malá - některé
druhy slámy, jako například řepková, jiné využití
nemá. Vytvoření trhu se slámou jako palivem by
zajisté přispělo ke zlepšení ekonomiky pěstování obilí.
Dále by se omezilo zaorávání slámy, které dlouhodobě
vede ke zhoršování zdravotního stavu půdy.
4. Odpad při zpracování rostlin – jedná se o plevy,
odpad z čističek osiva, pazdeří ze lnu a konopí apod.
Tato oblast je založena na základě místní poptávky po
palivu vlivem instalace kotlů na biomasu.
5. Energetické rostliny a dřeviny – je zatím
začínající oblast, v současné době ve vývoji, ale
rozhodně se jedná o velice perspektivní obor.
Naše představa zásobování obce palivem
Proto, aby se mohla provést zodpovědná studie
proveditelnosti systému vytápění obce, je zapotřebí
zajistit:
1. Rozbor zdrojů paliva, jak je uvedeno výše, a nebát
se přemýšlet o veškeré biomase.
2. Ujasnit si kdo bude tuto činnost obstarávat. Zda
zemědělský podnik, obec, společnost pro tuto
činnost založená nebo jiný subjekt.
3. Vybudovat systém štěpkování, ať již u
zpracovatelského průmyslu, tak i při těžbě dřeva
nebo při údržbě krajiny a lesa.
4. Posoudit možnost vybudování briketáren nebo
peletáren.
5. Založit plochy cíleně pěstované biomasy na
zemědělské půdě. Začít pěstovat vhodné druhy
obilovin a energetických rostlin.
6. Neopomenout výrobu polen, posoudit potřebnou
technologii pro jejich výrobu (Štípačky,
skladování, manipulace a prodej).
Zdroje biomasy
Podle našich zkušeností lze současné zdroje
biomasy z hlediska dostupnosti, množství hmoty a
6. Seno - je možné jej využívat pouze v granulované
podobě. Jeho využití je v podstatě možné pouze ve
spojení s dotacemi na sklízení trvalých travních
porostů. V horských oblastech však může podstatným
způsobem zasáhnout do palivové základny - v
budoucnu pak hlavně v oblasti výroby bioplynu.
Pokud vyhodnotíme výše uvedené skutečnosti, je
možné říci, že základním zdrojem biomasy budou
rostliny pěstované na polích.
Technologie, které nabízíme pro využití biomasy:
1. Klasická topidla do výkonu 20 kW – krbová
kamna a interiérové kotle. V těchto výrobcích je
možné spalovat polena, dřevěné nebo rostlinné
brikety. Jedná se o zdroje pro vytápění místností a
malých objektů s ručním přikládáním.
2. Kotle o výkonu do 50 kW - existují jak s ručním
přikládáním, tak i automatické, s možností spalování
polen, dřevěných briket, pelet a obilí. Jedná se o
zdroje pro vytápění rodinných domků, malých
60
velkých budov, jejich komplexů, částí nebo i celých
obcí, zdroje k sušárnám a dalším technologiím.
Perspektivní výhodou těchto kotelen je výroba
elektrické energie a schopnost spalování materiálů
s vysokým podílem vlhkosti.
provozoven a podobně. K těmto kotlům již existují i
zařízení pro výrobu elektrické energie - v současné
době hlavně sterlingovy motory o elektrickém výkonu
do 5 kW.
Velké kotle o výkonu do 10 MW - jedná se o
automatické kotle spalující nejrůznější dřevní hmotu v
drcené podobě a slámu. Jedná se o zdroje k vytápění
Kritéria pro volbu topidla - Jak volit výkon topidla s ohledem na palivo
Palivo
Výkon topidla (kW)
Polena
0 - 150
Dřevěné brikety
Dřevěné pelety
Alternativní pelety a
obilí
0 – 75
0 – 90
10 – 250
Štěpky a piliny
90 a více
Sláma
700 a více
Poznámka
Výkon 150 kW vyžaduje cca 45 kg paliva za hodinu, to znamená denně
450 kg, ruční manipulace je již náročná
Jsou pohodlné, ale drahé
Nad 90 kW se již vyplatí dávkování a silo na štěpky.
Nejsou vhodné pro výkony pod 10 kW, mají nižší schopnost regulace
výkonu, horní mez je určována aktuální cenou pelet
Pod 90 kW je pořizovací cena sila a dopravních cest vysoká, vysoká je
také cena el. energie, která je zapotřebí pro dopravu paliva ze zásobníku
do kotle.
Pro výkony pod 700 kW je cena zařízení a energetická náročnost
dopravy slámy do kotle vysoká
Charakteristika topidel
Název
Výkon
Krbová kamna
5 až 8 kW
Interiérové kotle
6 až 16 kW
Kotle na spalování polen
25 až 150
kW
Kotle na splování obilí a
pelet
25 a 50 kW
Charakteristika
vyznačují vysokou účinností a komfortem obsluhy. Vhodná pro vytápění bytů,
nebo malých domů.
Kotle do interiéru s možností napojení na radiátorový okruh. Vyznačují se
vysokou účinností a komfortem obsluhy. Vhodná pro vytápění bytů nebo malých
domů.
Jedná se o pyrolytické kotle a jejich kaskády. Vyznačují se vysokým obslužným
komfortem, při topení dřevem se jedná o jedno z nejlevnějších vytápění
Jedná se o automatický kotel určený pro spalování obilí, alternativních pelet a
dřevěných pelet. Široký okruh paliva poskytuje možnost zlevnění topné sezóny
Využití topidel podle vytápěného objektu
Objekt
Výkon – palivo
Malé domky,
popřípadě byty
Bytovky a malé
provozovny
Do 16 kW – polena, dřevěné
brikety
Do 25 kW – polena, dřevěné
brikety
Do 45 kW – polena dřevěné
brikety
Rodinné domy
Do 25 kW – pelety, obilí
Objekty – radnice,
škola, fara, ZD,
firma, shluk
rodinných domů
Do 90 kW – štěpka, pelety
Do 600 kW – štěpka, sláma
Do 900 kW – štěpka, sláma
Rodinné domy
Do 1800 kW - štěpka
Pořizovací cena
topidla (Kč)
Cena instalace topidla
(Kč)
Do 40 000
Do 15 000
35 000 až 55 000
Do 25 000
45 000 až 65 000
Do 30 000
cca 80 000
Do 25 000
*
650 000 /
*
750 000 /
*
cca 1 500 000 /
*
cca 1 700 000 /
*
cca 2 100 000 /
*
cca 3 100 000 /
*
/instalace v ceně
Poznámka
Jedná se o krbová kamna VERNER s možností
napojením na otopný systém – radiátory
Zplynující kotle. Cena se mění podle provedení
(nerezové provedení, výkonná regulace apod.)
Jedná se o automatický kotel s elektrickým
zapalováním a možností dálkového ovládání.
Při použití slámy u výkonů nad 600 kW je nárůst
ceny o cca 500 000 Kč (rozdružovadlo a zásobní
dráha).
Cena je za kompletní dodávku i s montáží
technologie, bez stavebních úprav.
Cena se mění podle konkrétního projektu.
3. Cena topné sezóny pro rodinný dům při využití obilí
je cca 12 000 korun.
4. Cena topné sezóny pro rodinný dům při využití
alternativních pelet je pod 10 000 korunami.
Pokud budeme hodnotit stabilitu cen paliv ze
zemědělské produkce, dá se předpokládat poměrně
velká stálost. Tento předpoklad se opírá o vývoj cen
jiných zemědělských produktů jak u nás, tak i v Evropě,
kde obilí, maso a další produkty vykazují vyrovnané
ceny již po několik desetiletí (cena obilí se od roku 1990
pohybuje okolo 3 000 Kč/t a maso okolo 35 Kč/t).
Další údaje z praxe
1. Na jeden rodinný dům stačí biomasa z cca 1 až
2 ha půdy.
Ekonomika výroby energie z biomasy
Současné ceny energie z biomasy jsou dle našich
zkušeností následující:
1. Z nezpracované biomasy jako je štěpka, piliny a
balíky slámy je cena tepla cca 100 korun za 1 GJ, ale
existují zde poměrně vysoké náklady na investice do
kotelen.
2. Z obilí (při nákupní ceně 2 500 Kč/t) je cena tepla
230 korun za 1 GJ, investiční náklady jsou přijatelné
a lze zde nejlépe využít systém dotací.
3. Ze zpracované biomasy, jako brikety a pelety, je
cena tepla cca 270 korun za 1 GJ. Pro srovnání
uvádím cenu za 1 GJ z plynu, která je 280 korun.
61
6. Soukromý zemědělec u Hradce Králové, zabývající
se výhradně pěstováním obilí, topí již třetí sezónu
výhradně obilím.
7. K tomuto dni je instalováno 200 plně automatických
kotlů na spalování obilí a alternativních pelet.
Kdo jsou nyní naši potencionální zákazníci:
1. Každý, kdo zaplatí za topnou sezónu více než 40
000 Kč, ať již organizace nebo občané (pro tyto
zákazníky máme zajištěno financování nákupu kotle
i zdroje paliva, a to vše s náklady ve výši pod 35 000
Kč za rok, při poskytnutí plného komfortu obsluhy).
2. Všichni, kteří staví nový objekt.
3. Projekty výstavby satelitních městeček a nových
čtvrtí rodinných domů v okolí měst.
4. Výtopny pro sídliště, které mají kotelnu na plyn,
topný olej nebo propan-butan. Zde nabízíme
možnost doplnění kotelny naší technologií a
dodávky 1 GJ za cca 220 Kč nebo i méně (cena je
včetně splácení investice, takže současný
provozovatel nepotřebuje investiční prostředky).
5. Zemědělské technologie a objekty. Zde je nutné
zpracovat studii, která slouží pro další rozhodování
(jedná se zejména o zdroje k sušárnám, ohřevu vody,
výrobě krmiv apod.)
2. Potencionální tržby za sezónu na 1 dům pro
zemědělce jsou 12 tis. Kč až 25 tis. Kč, takže je
možné říci, že v obci se 100 nemovitostmi existují
potencionální tržby za 2,0 milionu korun a výroba
tohoto paliva poskytne zhruba 1,5 pracovního místa.
3. V současné době je v České republice instalováno
cca 60 000 kotlů na dřevo o výkonu do 50 kW, což
představuje celkový instalovaný výkon okolo 2 500
MW.
4. V současnosti je v České republice instalováno
zhruba 200 kotelen na biomasu o výkonu nad 200
kW, což znamená celkový výkon cca 400 MW.
5. Energetické obilí je vhodné do osevních postupů
rostlinné výroby.
To potvrzuje, že existuje velký prostor pro realizaci
našeho projektu.
Možnosti a předpoklady:
V naší republice je možné vybudovat trh s
biopalivem v každoročním objemu 30 miliard korun.
Toto tvrzení opírám o skutečnost, že v sousedním
Rakousku je podíl biomasy na celkové spotřebě cca 17
%, v Dánsku okolo 30 %, ve Švédsku přes 30 %. Při
dosažení 20 % energie z biomasy na celkové spotřebě v
České republice by se roční obrat za toto palivo
pohyboval okolo 30 miliard. Pro podporu reálnosti
tohoto tvrzení můžeme brát skutečnost, že dnes jsou v
republice cca 2 miliony tun přebytečného obilí. Při
prodeji tohoto obilí jako paliva by tržby činily 6 miliard,
a to není cíleně pěstované obilí pro energetiku.
1. Vybudováním tohoto trhu by se zajistilo cca 12 000
nových pracovních míst.
3. Bezproblémové zajištění sklízení trvalých travních
porostů, na které se vyplácí dotace. Kombinace
dotací s prodejem paliva z těchto porostů činí
zajímavý ekonomický prostor pro podnikání.
Reference, které podporují výše uvedená tvrzení:
Jen naše společnost dodala na náš trh cca 20 000 kotlů
na spalování dřeva o výkonu do 25 kW.
1. Dodali jsme na náš trh také cca 40 kotelen o výkonu
od 200 do 7 800 kW, včetně kotelen na páru.
2. Mimo to jsme na český trh dodali 3 peletovací linky
a sušící agregáty k 5 briketovacím a peletovacím
linkám.
3. Dodali jsme největší kotelnu na slámu v Čechách ve Žluticích, která ročně spotřebuje slámu a dřevo za
cca 3 miliony korun.
4. Ve spolupráci se zemědělským družstvem v
Březovicích instalujeme jako pilotní projekt v této
obci kotle do jednotlivých domů. Palivo vyrábí a
dodává zemědělské družstvo.
5. V klášteře v Koclířově u Svitav jsme nahradili
tepelné čerpadlo kaskádou našich kotlů na obilí a
alternativní pelety. Tepelná pohoda se značně
zvýšila, náklady na vytápění ovšem zůstávají stejné.
Závěr:
Nahrazování fosilních paliv obnovitelnými zdroji je
podporováno celým světem. Myšlenka začít budovat
energeticky soběstačné obce je možná trochu předčasná,
ale rozhodně reálná a jednou bude běžná. My dnes
máme vyvinutou technologii, ověřenou v provozních
podmínkách. Nabízíme všem zemědělcům spolupráci a
možnost budovat společný systém, který by umožňoval:
1. Stálý odbyt paliva v místě.
2. Výrobu potravinářského a krmného obilí tříděním.
To znamená, že zemědělec by měl možnost kdykoliv
v průběhu vegetace, sklizně skladování i zpracování
možnost přeřadit obilí do paliva, kde je dnešní reálná
cena 2 800 Kč za tunu, což pro je pro různě
napadené nebo znehodnocené obilí rozumná cena.
3. Výrobu paliva i z další biomasy, peletováním,
sušením, štěpkováním, výrobou polen a podobně.
4. Spojit dodávky paliva s jinými službami jako např.
servisem kotlů, obsluhou kotlů, a dalšími službami,
jako údržbou trávníků, úklidu větví apod. Tím by
byly zajištěny i další stálé příjmy.
Zájemcům o spolupráci také nabízíme spolupráci v
oblasti financování a zajištění finančních prostředků.
Na základě Vašich dalších dotazů Vám rádi sdělíme
další informace. Veškeré uváděné technologie můžeme
předvést v praxi a vypracujeme studii proveditelnosti
pro Váš případ. Podle našeho názoru tu existuje velká
šance v oblasti výroby a dodávek paliva. Tento obor
nabízí zajímavé ceny a ekonomiku pro podnikání.
Spolupráci nabízíme hlavně malým a středním
zemědělcům.
Ing. Vladimír Verner, VERNER a. s.
Sokolská 321, 549 41 Červený Kostelec
tel. 491 465 024, fax 491 465 027
www.verner.cz, e-mail: [email protected]
62
VLIV DOTACÍ NA EKONOMIKU PODNIKU
INFLUENCE OF SUPPORT ON ENTERPRISSES‘ ECONOMY
Alois Juřica
Výzkumný ústav zemědělské ekonomiky, Praha
Abstract
Evaluation of subsidies impact on economy of agricultural enterprises relates above all to new subsidies system
alleged in agriculture after the Czech Republic accession to the European Union. Base on analysis of available data
about subsidies utilization in the year 2004, which were not definitive in the time of this document writing, it is already
possible to deduce the essential importance of subsidies for management economy of business subjects in agriculture.
Keywords: farm subsidies, enterprises economy
do Evropské unie (2004-2013).
1. Úvod
Dotace provozního a investičního charakteru,
jako systém podpor poskytovaných do rozvoje
zemědělství a venkova v ČR po vstupu do EU, vychází
ze základních podmínek, které vymezil Kodaňský
summit EU a to v oblasti produkčních limitů, minimální
výše přímých podpor ze zdrojů EU (u většiny komodit
na počáteční úrovni 25% podpor stávajících zemí EU) a
celkové výše zdrojů na strukturální podpory
(Horizontální plán rozvoje venkova a Operační program
– Zemědělství). U přímých podpor byla vyjednána
možnost jejich navýšení z národních zdrojů do
dohodnuté úrovně (u většiny komodit na počáteční
úroveň 55% podpor stávajících zemí EU).
Nový systém podpor od roku 2004 po vstupu
ČR do EU vychází rovněž ze schválené Koncepce
agrární politiky České republiky pro období po vstupu
2. Předběžné porovnání podpor do zemědělství a
venkova po vstupu ČR do EU v očekávané výši za
rok 2004 se skutečným čerpáním podpor v roce 2003
a s Koncepcí agrární politiky ČR
Zásadní změny v podpůrné a dotační politice
po vstupu ČR do EU jsou zřejmé v jednotlivých
skupinách podpor ve srovnání se skutečným čerpáním
v roce 2003 (podpory vyplácené za rok 2003 byly
strukturovány do stejných skupin jako v nové
kategorizaci po vstupu ČR do EU k 1.5.2004).
Současně lze kvantifikovat na úhrnech u jednotlivých
skupin podpor jejich podíl z rozpočtu ČR a podíl
plynoucí ze zdrojů EU. Tyto údaje jsou patrné z
následující tabulky č.1.
Tab.1 - Porovnání skutečného čerpání podpor k 31.12.2004 a za rok 2003 s očekávanou skutečností a s Koncepcí
agrární politiky po vstupu ČR do EU v mld. Kč
Průměr
2001-2
Kategorie podpor
Koncepce agrání politiky
2004
2005
2006
Skutečné
Skutečné
Očekávaná
čerpání
čerpání podpor
skutečnost 2004
podpor 2003
k 31.12.2004
Celkem podpory
19,9
29,9
32,2
34,7
21,9
27,8
28,4
- národní zdroje
19,9
13,5
13,8
14,1
21,4
16,6
15,2
- zdroje EU
Z toho
0,0
16,4
18,4
20,6
0,5
11,2
13,2
Přímé platby
2,9
11,6
12,7
13,9
4,3
12,5
11,7
- národní zdroje
2,9
5,2
5,2
5,2
4,3
6,2
5,2
- zdroje EU
0,0
6,4
7,5
8,7
0,0
6,3
6,5
Strukturální podpory HRDP
3,0
6,6
7,1
7,7
2,6
4,0
6,2
- národní zdroje
3,0
1,3
1,4
1,5
2,6
0,8
1,3
- zdroje EU
0,0
5,3
5,7
6,2
0,0
3,2
4,9
Strukturální podpory OP 1)
3,1
1,9
2,6
3,4
0,7
1,7
1,6
- národní zdroje
- zdroje EU
3,1
0,0
0,6
1,3
0,8
1,8
1,0
2,3
0,2
0,5
0,3
1,4
0,3
1,3
Národní podpory (state aid)
8,9
6,3
6,3
6,3
10,2
7,1
6,1
- národní zdroje
8,9
6,3
6,3
6,3
10,2
7,1
6,1
- zdroje EU
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Organizace trhu
2,1
3,4
3,4
3,4
4,0
2,5
2,8
- národní zdroje
2,1
0,0
0,0
0,0
4,0
2,2
2,3
- zdroje EU
0,0
3,4
3,4
3,4
0
0,3
0,5
Vysvětlivky : 1) Jedná se pouze o čerpání z programu SAPARD. Z OP nebylo do 31.12.2004 čerpáno.
Pramen: Koncepce agrární politiky ČR pro období po vstupu do EU
Zpráva o stavu zemědělství České republiky za rok 2003 a 2004, MZe ČR Praha,
Očekávané čerpání podpor podle předběžných údajů MZe ČR a Platební agentury SZIF
63
Na základě předběžných údajů je možno
hodnotit očekávané čerpání podpor po vstupu ČR do EU
v jednotlivých skupinách podpor takto :
zemědělství“ - dosud program SAPARD
U této skupiny podpor pokračovalo v
návaznosti na schválené projekty jejich financování z
programu SAPARD a došlo ke značnému zvýšení
podpor vzhledem ke skutečnému čerpání v roce 2003
(1,6 mld. Kč oproti 0,3 mld. Kč).
V rámci Operačního programu proběhla dvě
kola žádostí a v průběhu prosince také třetí kolo
zaměřené na rozvoj venkova v rámci podopatření
LEADER+. Proplácení projektů započalo v prosinci a
pokračovalo v roce 2005.
Charakteristické v této skupině podpor je však
to, že jejím prostřednictvím je podporováno nejen
multifunkční zemědělství, diverzifikace do dalších
aktivit, ale zejména aktivity podporující rozvoj venkova.
Právě v této skupině podpor dochází k společným
aktivitám
zemědělských
podniků,
dalších
podnikatelských subjektů, soukromých partnerů i
neziskových organizací a sdružení občanů v zájmu
rozvoje venkova, např. v daném mikroregionu. K takové
spolupráci dochází již v současné době právě na bázi
podopatření LEADER+.
Národní podpory – State aid
Ve skupině národních podpor došlo v roce
2004 jen k některým menším změnám vzhledem k roku
2003. Celková částka podpor state aid se jen částečně
snížila. Přitom jedinou položkou, u které došlo ke
zvýšení oproti skutečnosti roku 2003 se staly podpory –
subvence úroků z úvěrů prostřednictvím PGRLF.
Tržní opatření
Na základě předběžných údajů o očekávaném
čerpání podpor v rámci tržních opatření lze
předpokládat, že došlo ke snížení celkového objemu
těchto podpor v roce 2004 (2,8 mld. Kč) vzhledem ke
skutečnému čerpání v roce 2003 (4,0 mld. Kč).
Přímé platby
Na přímých platbách zemědělským podnikům se
nejvíce podílely v roce 2003 podpory za uvedení orné
půdy do klidu při pěstování stanovených plodin (0,9
mld.Kč), kompenzační podpory za ostatní ornou půdu
neuvedenou do klidu (2,0 mld.Kč) a za nepotravinářské
užití řepky olejné (0,2 mld. Kč). Další významnou
oblastí přímých plateb byla v roce 2003 podpora chovu
krav bez tržní produkce mléka (0,5 mld.Kč).
V roce 2004 se těžiště přímých plateb přesunulo
na podpory podle nařízení Rady (ES) č. 1257/1999 a
1259/1999, především na SAPS - systém jednotné
platby na plochu (6,5 mld.Kč), který doplňuje a
vyrovnává
TOP
UP
systém
národních
komplementárních plateb (5,2 mld.Kč).
U přímých plateb se projevilo podstatné
zvýšení objemu podpor po vstupu ČR do EU oproti
roku 2003 v důsledku uplatnění zásad Společné
zemědělské politiky.
Zatímco platby SAPS jsou rozprostřeny na
celkový souhrn ohlášené zemědělské půdy (cca 3,525
mil.ha), platby TOP UP se týkají pouze výměry orné
půdy a vybraných rostlinných a živočišných komodit. V
důsledku uplatnění uvedených výměr zemědělské a orné
půdy u dané skupiny přímých plateb lze předpokládat,
že se budou platby SAPS přiměřeně týkat všech
zemědělských podniků, hospodařících na zemědělské
půdě, ale platby TOP UP v části 1.A jen výměry orné
půdy a pak více těch podniků, které mají větší stupeň
zornění. Zemědělských podniků, se zaměřením na jiné
komodity podporované v rámci TOP UP (chmelnice,
bahnice a kozy, krávy bez tržní produkce mléka, chov
skotu a produkce osiva pícnin a lnu), se mohou týkat
další platby TOP UP.
Strukturální podpory HRDP
Největší položkou podpor HRDP v roce 2004 byl
vyrovnávací příspěvek pro zemědělské podniky
hospodařící v méně příznivých oblastech (2,9 mld.
Kč), podobně jako v roce 2003 (1,5 mld.Kč).
Druhou velkou položkou bylo v roce 2004 ošetřování
travních porostů (1,9 mld.Kč) oproti údržbě TTP v roce
2003 (0,9 mld.Kč). Další položky HRDP se týkaly
podpory ekologického zemědělství, zatravňování a
zalesňování a celé skupiny agroenvironmentálních
opatření, mezi kterými byla nově od roku 2004
zavedena podpora pěstování meziplodin (0,9 mld. Kč).
Podle reakce zemědělských podniků prostřednictvím
jejich přihlášek do jednotlivých programů lze
odvozovat, že došlo k posunu v jejich přístupu již v
prvním roce platnosti celé řady nových podpor ve
prospěch multifunkčního zemědělství a způsobů
hospodaření šetrných vůči životnímu prostředí.
Operační program „Rozvoj venkova a multifunkční
3. Předběžné hodnocení vlivu čerpání podpor do
zemědělství a venkova po vstupu ČR do EU na
ekonomiku zemědělských podniků
Nový systém podpor zemědělství v ČR má
zásadní význam pro efektivnost a konkurenceschopnost
zemědělských podniků. Přitom jeho uplatnění bude
zcela jistě mít také různé dopady v různých přírodních
podmínkách, v různých regionech, v různých
podnikatelských formách, v odlišném výrobním
zaměření, apod.
V současné době lze předběžně hodnotit vliv
čerpání podpor na ekonomiku zemědělských podniků za
rok 2004, po vstupu ČR do EU, ve srovnání s úrovní
roku 2003 s využitím dat zjištěných v souboru
testovacích podniků FADN. Je tomu tak zejména
v případě právnických osob, v jejichž výsledcích
hospodaření jsou v podvojném účetnictví v roce 2004
zachyceny nejen již vyplacené dotace, ale také přiznané,
které byly vyplaceny až v průběhu roku 2005. (Viz
tab.č.2).
64
Tab.2 - Dotace provozního charakteru a jejich vliv na hospodářský výsledek
u právnických osob (Kč/ha z.p.)
Zem ědělská družstva Obchodní společnosti
Ukazatel
Dotace provozního
charakteru
Hospodářský výsledek
po odpočtu dotací
2003
2004
2003
2004
Právnické osoby celkem
meziroční
2003
2004
index
2 423
4 662
2 660
4 493
2 567
4 576
178,3
-3 408
-1 927
-2 972
-1 845
-3 185
-1 929
60,6
Pramen: Výběrové šetření FADN
transformace a privatizace (splácení majetkových podílů
a závazků z privatizace), tak i nových zátěží plynoucích
z bezúročných půjček, úvěrů PGRLF, apod.
Současně od roku 2005 budou brát v úvahu
kalendář plateb podpor ze státního rozpočtu ČR i ze
zdrojů EU s tím, že pro financování v začátku roku
nebudou mít k dispozici platby národního doplňku (5,2
mld. Kč), jako tomu bylo před vstupem ČR do EU
v roce 2004.
Lze očekávat, že zemědělci při pokračování
v akceptování agroenvironmentálních opatření, se
budou dále a ve větší míře přihlašovat na ta opatření,
která podporují obnovu životního a přirozeného
prostředí pro život člověka, živočichů a rostlin.
Podle srovnání v tabulce č. 2 je zřejmý nárůst
objemu podpor v přepočtu na 1 ha zemědělské půdy u
podnikatelských subjektů právnických osob, a to jak u
družstev, tak i u obchodních společností v meziročním
indexu 2004/2003 178,3.
Z dalšího porovnání je patrné, že hospodářský
výsledek uvedených právnických osob by byl za rok
2004, i přes příznivější produkční podmínky než v roce
2003, bez vlivu provozních dotací zahrnutých do
ostatních provozních výnosů, záporný.
K podrobnější analýze orientované především
na hodnocení vlivu dotací v různých přírodních
podmínkách, v různých právních formách, v různém
výrobním zaměření a v členění podle dalších aspektů,
bude nezbytné využití detailních údajů zjištěných nejen
ve výběrovém šetření FADN, ale i z celostátní databáze
zpracovávané v rámci MZe ČR a SZIF.
Zemědělci jsou si vědomi, že další vývoj
podpůrné a dotační politiky v kontextu dohod s EU,
vychází i z předpokladů z dalšího vývoje na trhu
s půdou, včetně pachtovného, na trhu práce,
v předpokládaném růstu mezd, i na trhu ostatních
vstupů do výroby, především energie.
Jejich rozhodování i využití postupně se
zvyšujících podpor bude ovlivněno také řešením
dřívějších dluhových zátěží, a to jak z období
4. Závěr
V předběžném
srovnání,
před
úplným
vyúčtováním podpor za rok 2004, můžeme odvodit
skutečný záměr Společné zemědělské politiky i
Strukturální politiky EU a ČR zejména ve prospěch
přímých plateb a strukturálních podpor pro české
zemědělce a pro rozvoj venkova.
Před změnou přímých plateb na plochu (SAPS)
na platby na podnik (SPS) v příštích letech se jedná již
nyní o změnu v zaměření podpor ve prospěch
multifunkčního zemědělství, ochrany životního
prostředí a aktivit podporujících rozvoj venkova.
Literatura :
Juřica, A. a kol.: Metody komplexního hodnocení zemědělských podniků pro formování
agrární politiky. Periodická zpráva projektu NAZV MZe ČR QF 3269
VÚZE Praha 2005, s.39
Zprávy o stavu zemědělství ČR 2003 – 2004. MZe – VÚZE, 2004 – 2005.
Kontaktní adresa:
Ing. Alois Juřica, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské ekonomiky
Mánesova 75
Praha 6, 120 58
65
EKONOMIKA BIOMASY Z TRAVNÍCH POROSTŮ
ECONOMY OF BIOMASS FROM GRAMINEOUS STANDS
Zdeněk Abrham, Marie Kovářová
Abstract
The contribution deals with the technology and economy of perennial grasses stands growing and utilization of hay for
energy purposes. Significant effect on the economy of the hay energy utilization has the subsidy. Without the subsidies
the costs per 1 ton of hay exceed 2,000 CZK, with the subsidies utilization per surface (SAPS) the costs are about 1,500
CZK/t, therefore subsidies common utilization SAPS + LFA the costs per 1 ton of hay ranges till 800 CZK and they are
applicable on the market.
Key words: perennial grass stands, energy hay, technology and economy
ekonomika produkce (bez uvažování dotací) jsou pro
všechny varianty uvedeny v tabulce 1.
Dotace pro pěstování TTP
Současná podoba Společné zemědělské
politiky EU postupně upouští od podpor poskytovaných
na produkci nebo výrobek a orientuje se více na tvorbu
a údržbu krajiny, ochranu životního prostředí,
bezpečnost potravin a pohodu zvířat.
Pro pěstování TTP lze uvažovat pro rok 2005
následující dotace:
a) Jednotná platba na plochu (SAPS) – stanovena
formou sazby na 1 ha zemědělské půdy (pro rok
2005 předpoklad 2200 Kč/ha z.p.)
b) Podpora LFA – vyrovnávací příspěvek na
hospodaření
v méně
příznivých
oblastech,
poskytuje se pouze na kulturu „travní porost“
(louky, pastviny i ostatní travní porosty) v méně
příznivých oblastech. Sazby pro rok 2005 jsou
stanoveny:
a. horská oblast - HA 4680 Kč/ha, HB 4014 Kč/ha
b. ostatní méně příznivé oblasti – OA 3490 Kč/ha ,
OB 2820 Kč/ha
c. specifické omezení – S 3420 Kč/ha,
d. s ekologickými omezeními - E 2800 Kč/ha
(území NATURA 2000)
c) Dotace na základě zákona o zemědělství - podpora
pěstování bylin pro energetické využití, výše
dotace: do 2 000 Kč/ha.
Týká se jen vyjmenovaných energetických bylin
pěstovaných
na orné půdě, v předloženém
ekonomickém hodnocení TTP nejsou tyto dotace tedy
uvažovány.
d) Dotace na podporu agroenvironmentálních opatření
(AEO) – obsahují m.j. podporu ošetřování travních
porostů se zaměřením na údržbu pastvou
hospodářských zvířat, zatravňování orné půdy,
tvorba travnatých pásů na svažitých půdách,
ošetřování trvale podmáčených luk, udržování
ptačích lokalit na travních porostech.
Dotace na podporu AEO nejsou rovněž do
ekonomického hodnocení energetického využití TTP
zahrnuty.
Výsledky a vyhodnocení
Fixní náklady jsou pro všechny varianty
uvažovány ve stejné výši stanovené (podle dostupných
informací VÚZE, MZe, ČSÚ) odborným odhadem ve
výši 2500 Kč/ha.
Úvod
V České republice se stejně jako v dalších
státech EU stále výrazněji projevuje přebytek
zemědělské půdy, která není potřebná pro produkci
potravin. To se projevuje zvyšováním výměry travních
porostů.
Výrazný pokles objemu živočišné výroby (u
skotu na cca 50 %) a nezájem zbývající kapacity
živočišné výroby o využití produkce z trvalých travních
porostů (TTP) pro krmení činí z této produkce postupně
zbytkovou biomasu a vyvolává problém jejího
racionálního využití. Jednou z možností je produkce
sena a jeho energetické využití spalováním. Výměra
trvalých travních porostů se od roku 1990 zvýšila o více
jak 150 tis. ha. Podle statistického šetření za rok 2004 je
současný stav a objem produkce:
- výměra TTP na seno
- 858 tis. ha
- průměrný výnos
- 3,23 t/ha
- celková produkce
- 2 769 tis. t
Dalším významným zdrojem obdobné biomasy
je produkce z narůstající plochy travních porostů na
orné půdě a rovněž zbytková a odpadní biomasa
z údržby krajiny a veřejné zeleně v obcích a městech.
V příspěvku se zabýváme ekonomickým
pohledem na problematiku energetického využití sena
z trvalých travních porostů.
Technologie a ekonomika TTP
Technologie a ekonomika pěstování a sklizně
produkce z trvalých travních porostů byla zpracována
s využitím modelovacího programu AGROTEKIS
(VÚZT Praha),
jehož základem je rozsáhlá
aktualizovaná databáze:
- technologických postupů pěstování a sklizně plodin
- strojů, doporučených souprav a jejich technických a
ekonomických parametrů
- materiálových vstupů, produkce a jejich
ekonomického vyjádření
- vnějších ekonomických vlivů.
Ekonomika pěstování a sklizně sena z trvalých
travních porostů je zpracována ve 3 variantách:
- bez hnojení - výnos sena 3 t/ha
- přihnojování kejdou (mezi 1. a 2. sečí) – výnos sena
3,6 t/ha
- hnojení kejdou + přihnojování minerálními hnojivy
– výnos sena 4,2t/ha
Technologické postupy pěstování, materiálové
vstupy, technické zajištění operací, náklady a výsledná
66
Pro rok 2005 platí dotace formou jednotné
platby na 1 ha zemědělské půdy (SAPS) a její výše
bude podle předběžných odhadů činit 2200 Kč/ha
zemědělské půdy. V podmínkách pěstitelů, kteří mohou
využít tuto formu dotace, jsou náklady znázorněny na
obr. 3 a jejich hodnoty na 1 ha resp. 1 t produkce jsou
následující:
- ve variantě 1 - 3985 Kč/ha
- 1328 Kč/t
- 1445 Kč/t
- 1608 Kč/t
I biomasa s těmito výrobními náklady je na
trhu paliv jen obtížně realizovatelná (je třeba si
uvědomit, že nejsou ještě zahrnuty daně, zisk u výrobce
a náklady na distribuci produkce k uživateli). Z grafu na
obr. 3 je dále zřejmé, že vlivem dotací (stanoveny na 1
ha) vychází příznivěji náklady produkce pro varianty
s nižší intenzitou výroby.
Variabilní náklady na pěstování a sklizeň sena
z trvalých travních porostů v přepočtu na 1 ha jsou:
- ve variantě 1 (bez hnojení)
- 6185 Kč/ha
- ve variantě 2 (přihnojování kejdou) - 7401 Kč/ha
- ve variantě 3 (přihnoj. kejdou a TMH) -8953 Kč/ha
Struktura nákladů je podrobněji znázorněna na
obr.1. Fixní náklady činí u první varianty 40 %, u druhé
34 % a u třetí 28 %. Nejvýraznější složkou variabilních
nákladů jsou náklady na mechanizované práce, jejich
podíl se pohybuje od 79 % (var. 3) do 100 % (var. 1).
Zvyšování intenzity pěstování má pozitivní
vliv na výnos produkce a tak lze konstatovat, že
výsledné náklady na jednotku produkce (1 t sena) se
v jednotlivých variantách téměř neliší a pohybují se od
2056 Kč/t do 2132 Kč/t (náklady bez dotací), viz obr.2 .
Biomasa s těmito náklady nemůže ekonomicky
konkurovat současným standardním zdrojům energie a
je na trhu paliv v podstatě v současné době
neuplatnitelná.
8591
9000
7401
8000
7000
6185
5000
4000
3000
2000
1000
0
var. 1
va r. 2
fix n í
va r. 3
s t r o je + p r á c e
m a t e r iá l
Obr. 1 Struktura nákladů na pěstování a sklizeň TTP(bez dotace)
8953
9000
8000
7401
6185
7000
t/h
5
6000
Kč/ha, Kč/t
(Kč/ha)
6000
4
5000
3
4000
3
3 ,6
3 ,0
4 ,2
2
3000
2000
1
2062
2056
K č /h a
2132
1000
V ý n o s ( t /h a )
0
K č /t
va r. 1
va r. 2
va r. 3
Obr. 2 Náklady na pěstování a sklizeň TTP(bez dotace)
67
68
9 00 0
80 00
7 000
(Kč/MJ)
600 0
50 00
4 00 0
30 00
20 00
K č /h a (b e z d o ta c e )
1 328
1 000
1 44 5
K č /h a (s d o ta c í)
16 08
0
K č /t (s d o ta c í)
v a r. 1
v a r. 2
v a r. 3
Obr. 3 Náklady na pěstování a sklizeň TTP (dotace SAPS 2200 Kč/ha)
9000
8000
7000
(Kč/MJ)
6000
5000
4000
3000
2000
K č /h a (b e z d o ta c e )
1000
222
523
K č /h a ( s d o t a c í)
817
0
817
K č /t ( s d o t a c í)
va r. 1
va r. 2
va r. 3
Obr. 4 Náklady na pěstování a sklizeň TTP (dotace SAPS 2200 Kč/ha + dotace LFA ost. 3320 Kč/ha)
2875
3000
2213
2000
1735
1434
999
(kč/ha)
Zisk/ztráta
1000
-7 3
0
-1 0 0 0
-1 5 8 5
-2 0 0 0
-2 3 2 1
S A P S + L F A h o rs k é
-3 0 0 0
-3 3 9 3
-4 0 0 0
v a r. 1
S A P S + L F A o s t.
SAPS
v a r. 2
v a r. 3
Obr. 5 Zisk (+)resp. /ztráta (-)z produkce TTP - při tržní ceně sena 800 Kč/t (dotace SAPS 2200 Kč/ha, dotace LFA
ost. 3320 Kč/ha, dotace LFA horské 4460 Kč/ha)
69
Některé zemědělské subjekty mohou kromě
dotací SAPS navíc využít dotací na hospodaření v méně
příznivých oblastech (dotace LFA). Dotace LFA mají
řadu sazeb stanovených podle jednotlivých oblastí. Pro
vyhodnocení vlivu dotací LFA stanovených pro ostatní
méně příznivé oblasti uvažujeme jejich střední hodnotu
ve výši 3320 Kč/ha travního porostu. V podmínkách
pěstitelů, kteří mohou využít obě dotace (SAPS + LFA
ostatní) jsou náklady na 1 ha resp. 1 t produkce
následující:
- 222 Kč/t
- 523 Kč/t
- 817 Kč/t
Výsledky pro variantu dotací SAPS + LFA ost.
jsou znázorněny na obr. 4. I zde je zřejmé, že příznivěji
vychází varianty s nižší intenzitou výroby. Podle situace
na trhu paliv lze konstatovat, že biomasa s těmito
výrobními náklady již má šanci na uplatnění.
Ještě příznivější výsledky lze získat při
možnosti využití dotace SAPS a dotace LFA pro horské
oblasti (průměrně 4460 Kč/ha travních porostů). Zde
jsou pak náklady na 1 t produkce následující:
- ve variantě 1 - (-)475 Kč/ha - (-)158
Kč/t
(dotace převyšují náklady)
- ve variantě 2 - 741 Kč/ha - 185 Kč/t
- ve variantě 3 - 2293 Kč/ha - 459 Kč/t
Na obr. 5 je znázorněn výsledný zisk resp.
ztráta z 1 ha TTP při realizaci 1 t energetického sena za
cenu 800 Kč/t. Z grafu vyplývá:
- s dotací SAPS jsou všechny varianty ztrátové (1585
Kč/ha u varianty 1, dále 2321 Kč/ha u varianty 2 a
3393 Kč/ha u varianty 3)
- s dotací SAPS + LFA ostatní je varianta 3 ztrátová
(73 Kč/ha), další varianty jsou již ziskové (varianta 2
vykazuje zisk 999 Kč/ha, varianta 1 zisk 1735 Kč/ha)
- s dotací SAPS + LFA horská jsou již všechny
varianty ziskové (1434 Kč/ha u varianty 3, dále 2213
Kč/ha u varianty 2 a 2875 Kč/ha u varianty 1).
Závěr
Využití sena z TTP jako paliva je v současné
době bez dotací ekonomicky nereálné. Ekonomicky
příznivé náklady na jednotku produkce energetického
sena lze docílit v oblastech LFA (méně příznivé oblasti)
při využití dostupných dotací.
Obdobné dotace budou platit i v roce 2006,
podpory v dalších letech jsou zatím předmětem jednání
v EU. Při přípravě a realizaci podnikatelského záměru
na delší časové období zůstává tedy určitým problémem
jistota a výše dotačních podpor.
Kromě tohoto úzkého pohledu na ekonomiku
TTP je však třeba konstatovat, že jejich přínos a význam
je i v dalších oblastech, např.:
§ racionální využití zemědělské půdy, snížení
zaplevelenosti, příznivý vliv na životní prostředí
§ vytvoření nových pracovních příležitostí
§ zvýšení ekonomické stability zemědělských podniků
§ úspora neobnovitelných zdrojů energie.
Literatura:
Abrham Z.: Ekonomika pěstování a využití biomasy
z energetických plodin a trvalých travních porostů, In:
Sborník přednášek z mezinárodního odborného
semináře
Produkcia
a
možnosti
využitia
polnohospodárskej biomasy, Nitra, 23. júna 2004
Definitivní údaje o sklizni zemědělských plodin za rok
2004, ČSÚ č.j.: 114/2005 - 2430
Nařízení vlády o stanovení některých podmínek
poskytování jednotné platby na plochu zemědělské půdy
pro kalendářní roky 2005 a 2006, č. 144/2005 Sb.
Podpora zemědělství v rozšířené Evropě, MZe ČR,
Praha, 2003, ISBN: 80-7084-293-8
Zásady, kterými se stanovují podmínky
pro
poskytování dotací pro rok 2005 na základě § 2 a § 2d
zákona č. 252/1997 Sb., o zemědělství, č.j.: 1820/2005 11000
Abstrakt
Příspěvek se zabývá technologií a ekonomikou pěstování trvalých travních porostů a využitím sena pro energetické
účely. Významný vliv na ekonomiku energetického využití sena mají dotace. Bez dotací se náklady na 1 t sena pohybují
přes 2000 Kč/t, s využitím dotací na plochu (SAPS) okolo 1500 Kč/t, teprve s využitím dotací SAPS + LFA se náklady
na 1 t sena pohybují do 800 Kč/t a jsou uplatnitelné na trhu.
Klíčová slova:
trvalé travní porosty, energetické seno, technologie a ekonomika
Kontaktní adresa:
Ing. Zdeněk Abrham, CSc., Ing. Marie Kovářová
Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně
tel.: 233 022 399
fax: 233 312 507
70
VLIV STANOVIŠTĚ A NĚKTERÝCH AGROTECHNICKÝCH OPATŘENÍ NA VÝNOSY
A DALŠÍ PARAMETRY OZDOBNICE URČENÉ PRO ENERGETICKÉ VYUŽITÍ
INFLUENCE OF SITE AND SOME AGRICULTURAL PRACTICES ON YIELDS OF
PHYTOMASS AND OTHER PARAMETERS OF MISCANTHUS DETERMINED FOR
ENERGY UTILIZATION
Z. Strašil
Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 6 – Ruzyně
Abstract
Within the period from 1995 to 2004 were at three various sites monitored the field trials with the miscanthus
cultivar „Gigantheus“. Investigated was affect of the soil-climatic conditions on the plants wintering over the first
winter period. Investigated were the site effect as well as N-fertilization on the over-ground phytomass yield.
Investigated was the term of harvest on water content in harvested material, phytomass losses over the winter period,
content of basic nutrient elements and energy content in plants. The phytomass yields have fluctuated every year
according to the soil-climatic conditions and they increased in average from 13.046 t/ha at site in Lukavec to 27.935
t/ha in Ruzyně. Annual after-fertilization with nitrogen in spring (dose of 50 kg/ha) has increased the phytomass yield
by 14 % (average) and the N dose of 100 kg/ha further increased the yield by another 7 % as compared with the nonfertilized variants. The phytomass yields also decreased with the harvest date delay. The miscanthus phytomass losses
over the winter period were 24,5 %. Water content in the harvested phytomass has decreased depending on the harvest
time from 64 % in September, over 50 % in November to 24 % in March of the next year. Average value of miscanthus
combustible heat is 18,029 GJ/t. At the average annual yield of 15 t/ha of dry matter and including of the fixed costs of
3,500 CZK/ha, the total costs converted for the autumn harvest date represent 1,545 and 1,147 CZK/t of dry matter,
respectively. For the autumn term of harvest is necessary to include the costs for after-drying which are not here
included. At the spring harvest the total costs will arise to 1,980 CZK/t and 1,470 CZK/t of dry matter, respectively, due
to the phytomass loss over the winter period.
Key words: Miscanthus, N-fertilization, phytomass yields, terms of harvest, water content, nutrient content, economy
Botanicky se ozdobnice (Miscanthus) řadí do třídy
jednoděložné (Monoxyledonae), čeleď lipnicovité
(Poaceae), tribus vousatkovité (Andropogoneae).
Ozdobnice je vytrvalá rostlina typu C4. I když kořeny
ozdobnice rostou hlouběji než do 1 metru, maximální
hustota kořenů byla zjištěna v orniční vrstvě
(KOESSLER a CLAUPEIN, 1998). Také největší část
rhizomů (oddenků) je v hloubce do 15 cm. Prvním
rokem vytváří ozdobnice více hmoty v půdě než nad
jejím povrchem.
Hlavně pro vysoké výnosy fytomasy, zvláště
v teplejších oblastech,
jsme se rozhodli zařadit
ozdobnici do našich polních pokusů s energetickými
plodinami, kde byla ozdobnice porovnávána s dalšími
rostlinami.
Úvod
Perspektiva vyčerpání fosilních surovin a paliv a
současná nadprodukce potravin v zemích západní
Evropy urychlila hledání nových alternativních zdrojů
surovin pro průmyslové a energetické využití. Jednou z
rostlin, na kterou byla zaměřena pozornost z hlediska
nepotravinového a energetického využití, je ozdobnice
čínská (Miscanthus sinensis). V uplynulém dvacetiletí
byly zahájeny pokusy s jejím plošným pěstováním. V
současné době je v Evropě vysázeno asi 500 ha
ozdobnice, z toho asi 80 % této výměry se nalézá v
Německu a Nizozemí. Polní pokusy s touto rostlinou
jsou prováděny skoro ve všech zemích EU.
Za příznivých pěstitelských podmínek může
ozdobnice poskytovat přes 30 tun sušiny nadzemní
fytomasy z hektaru. Ozdobnice má kromě většiny
nesporných výhod dvě nevýhody, které se současný
výzkum snaží odstranit. První nevýhodou je, že porost
ozdobnice v prvém roce po založení může za
nepříznivých podmínek přes zimní období vymrznout.
V dalších letech, kdy jsou sazenice již dobře
zakořeněny, k vymrzání běžně nedochází. Vymrzání
většinou postihuje porosty založené ze slabých sazenic
nebo porosty založené z krátkých kořenových oddenků.
Další nevýhodou je zatím drahá sadba.
Rod Miscanthus je přirozeně rozšířen převážně
v tropických a mírných oblastech. Zahrnuje celkem 33
taxonů. Původní domovinou ozdobnice je východní
Asie (jižní Kurily, východní část Ruska, ČínaMadžursko, Tajwan, Korea, Thajsko, Polynesie).
Cíl a metody
Polní pokusy s ozdobnicí
činskou (kultivar
“Gigantheus”) uvažovanou pro energetické využití
(spalování) probíhaly v letech 1995-2004 na třech
různých stanovištích (Ruzyně, Lukavec, Troubsko),
třech různých dávkách dusíku (0, 50, 100 kg/ha), při
výsadbě 1 rostliny na 1 m2 a třech termínech sklizně a to
v době největšího nárůstu fytomasy (září), na podzim
(koncem listopadu) a na jaře (začátkem března).
K výsadbě byly použity velmi subtilní sazenice s velmi
malými kořenovými baly získané z tkáňových kultur.
V roce 2003 byly na stanovišti v Ruzyni založeny další
nové polní pokusy s ozdobnicí tentokrát z oddenků.
Charakteristika jednotlivých stanovišť je uvedena v tab.
1. Během pokusů nebylo za celé období sledování,
71
nadzemní fytomasy. Sledoval se vliv termínu sklizně
na obsah vody ve sklizeném materiálu, ztráty fytomasy
přes zimní období,
obsah základních živin a
energetický obsah v rostlinách.
kromě hnojení N, použito žádné přihnojování P nebo K.
V referátu jsou zhodnoceny výsledky z postupně
zakládaných pokusů ozdobnice z let 1995 až 2004.
Sledoval se vliv stanoviště, hnojení N na výnosy
Tab. 1 Stanovištní podmínky pokusných míst
Ukazatel
Zeměpisná šířka
Zeměpisná délka
Nadmořská výška (m n.m.)
Půdní druh
Půdní typ
Průměrná roční teplota vzduchu (oC)
Průměrný roční úhrn srážek (mm)
Agrochemické vlastnosti půdy:
Obsah humusu (%)
pH (KCl)
Obsah P (Mehlich II, mg/kg půdy)
Obsah K (Mehlich II, mg/kg půdy)
Pokusné místo
Praha–Ruzyně
Lukavec
50o04´
49o37´
o
14 26´
15o03´
350
620
Jílovito-hlinitá
Jílovito-hlinitá
Hnědozem
kambizem
8,2
6,9
477
657
Troubsko
49o12´
16o37´
270
Hlinitá
černozem
8,4
547
3,00
5,57
124,9
126,0
2,44
5,94
112,0
199,7
3,32
6,11
131,0
166,0
Přezimování slabých sazenic ozdobnice v
prvém roce bylo na teplejších stanovištích v Troubsku a
Ruzyni relativně dobré. Přes první zimní období
1994/95 jsme zjistili v Ruzyni i Troubsku ztráty 13 %
vysazených sazenic. Zjištěných 13 % ztrát přes zimní
období v Ruzyni a Troubsku většinou nešlo na vrub
úhynu přes zimu, ale většina sazenic zahynula již po
výsadbě (8 %), kdy se velmi slabé sazenice i přes
značnou péči v polních podmínkách neujaly. V Lukavci
(600 m n.m.) uhynulo 50 % z vysazených sazenic.
Porost založený z rhizomů v roce 2003 dobře vzešel a
přes první zimní období jsme nezaznamenaly žádný
úhyn rostlin. Např. EPPEL-HOTZ a kol. (1998) uvádějí,
že během zimy 1995/96 došlo ke ztrátám mladých
jednoletých rostlinek až 40 %, zatímco pětiletý porost
přezimoval beze ztrát.
Hnojení dusíkem mělo příznivý vliv na zvyšování
výnosů fytomasy (tab. 2). Každoroční přihnojení N na
jaře v dávce 50 kg/ha zvyšovalo v průměru výnosy
fytomasy o 14 %. Dávka 100 kg/ha N dále zvyšovala
výnosy v průměru o dalších 7 % v porovnání
s nehnojenými variantami. Na úrodnějších půdách
obecně postačí k ozdobnici každoroční přihnojení 50
kg/ha N (STRAŠIL, 1999a). Zahraniční prameny
udávají, že při vyšších dávkách N (nad 100 kg/ha) již
nedochází
k podstatnému nárůstu fytomasy.
(PIGNATELLI a kol., 1998):
Výsledky
Průměrné výnosy sušiny nadzemní fytomasy za
sledované období na jednotlivých stanovištích a vliv
hnojení dusíkem na výnosy ozdobnice v našich
pokusech je uvedeno v tab. 2. V našich polních
maloparcelkových pokusech
bylo dosaženo za
sledované období průměrných výnosů sušiny fytomasy
sklízené na podzim bez ohledu na agrotechnická
opatření 27,94 t/ha v Ruzyni, 22,51 t/ha v Troubsku a
13,05 t/ha v Lukavci. Pro podmínky Dánska jsou
uváděny výnosy ozdobnice od 10 do 25 t/ha sušiny
fytomasy (SCHWARZ a kol., 1997).
V prvních letech po výsadbě ovlivňuje výnosy
fytomasy také kvalita sazenic. V našich polních
pokusech, kdy jsme obdrželi velice slabou sadbu
vypěstovanou z tkáňových kultur, kterou jsme dále
nedopěstovávali, ale hned po obdržení v polovině
května vysadili na pole, jsme např. na stanovišti v
Ruzyni v roce výsadby (1995) dosáhli v průměru 0,54
t/ha, ve druhém roce 5,04 t/ha a třetím roce 10,59 t/ha
výnosu sušiny. V roce 2003 jsme založily v polovině
května v Ruzyni nové pokusy tentokráte z oddenků.
Oddenky byly o velikosti 5 až 10 cm. Z těchto oddenků
vyrostly rostliny ozdobnice, které byly ve srovnání
s rostlinami založenými z tkáňových kultur na podzim
vyšší, mohutnější a měly založeno více stébel. V roce
výsadby (2003) jsme dosáhly výnosu sušiny v průměru
1,75 t/ha, v druhém roce 6,82 t/ha.
Tab. 2. Vliv hnojení N na výnosy sušiny nadzemní fytomasy ozdobnice sklízené na podzim na daných stanovištích
(průměr let 1996-2004)
Stanoviště/Ukazatel
N0
N1
N2
Průměr
Lukavec
11,224
11,718
15,697
13,046
Ruzyně
22,560
30,128
31,118
27,935
Troubsko
21,772
22,998
23,119
22,511
Průměr
18,519
21,615
23,311
21,164
Poznámka: hnojení dusíkem v průmyslových hnojivech (kg/ha): N1=0, N2=50, N3=100
Byla také sledována vhodnost sklizené fytomasy
pro spalování, skladování a následné zpracování
(briketizaci, peletizaci). Jedním z cílů bylo sledování
vlivu termínu sklizně na výnosy, obsah vody a obsah
prvků ve fytomase.
72
Důležitou otázkou je, o jaké množství fytomasy se
sníží výnosy fytomasy přes zimu olomem, opadem listů
apod. Ztráty fytomasy ozdobnice přes zimní období jsou
v porovnání s některými vybranými plodinami malé a
představují v průměru 24,5 % (tab. 3). Pro porovnání
největší ztráty fytomasy přes zimní období jsme
zaznamenali u čiroku (37,5 %) a křídlatky (35,1 %).
Relativně nízké ztráty byly naopak u chrastice (27,3 %)
a kostřavy (28,9 %). KAHLE a kol. (2001) uvádí ztráty
fytomasy ozdobnice přes zimní období 26 %.
Zahraniční prameny dále konstatují, že ztráty fytomasy
nesmí obecně překročit 50 %, jinak je pěstování
nerentabilní.
První termín sklizně byl v období tvorby největšího
množství fytomasy. V této době byl obsah vody ve
fytomase ozdobnice v průměru 64 % (tab. 3). Takto
vlhká fytomasa se dá přímo využít pouze na výrobu
bioplynu. Pokud by se měla používat pro účely
spalování přímo v kotlích nebo na výrobu pelet nebo
briket případně skladovat je třeba ji dosoušet, za
příznivého počasí přímo na poli nebo dosoušet uměle
v sušárnách. V těchto případech je třeba počítat
s dalšími náklady, které nejsou hlavně v případě
dosoušení temperovaným nebo horkým vzduchem
nejlevnější.
Při podzimním termínu sklizně, i když se obsah
vody snížil v průměru na 50 %, je i nadále vysoký (tab.
3). I zde je třeba počítat s dosoušením posekané
fytomasy. V tomto pozdním termínu sklizně
již
nemůžeme počítat s přirozeným dosoušením na poli,
ale podle obsahu vody ve fytomase pouze s umělým
dosoušením studeným nebo temperovaným vzduchem.
Při jarním termínu sklizně klesl obsah vody ve
fytomase ozdobnice v průměru na 24 %. Z hlediska
obsahu vody je proto je tento termín výhodnější.
Z uvedeného vyplývá, že u ozdobnice (podobně jako u
většiny sledovaných plodin) určené pro energetické
využití je výhodnější z hlediska obsahu vody zimní
nebo spíše jarní termín sklizně, kdy přes zimu mráz
rostliny vysuší. Takto vlhký materiál lze již bez větších
potíží skladovat nebo z něj přímo vyrábět pelety nebo
brikety. Snížení výnosů fytomasy v porovnání
s podzimním termínem sklizně je vyváženo zvýšenou
kvalitou paliva (z hlediska technického a tvorby emisí).
Odpadne také dosoušení, které je ekonomicky relativně
nákladné.
Tab. 3. Výnosy čerstvé hmoty (č.h.), sušiny fytomasy (t/ha) a vlhkost při sklizni (%) ozdobnice v různých
termínech sklizně (průměr let 1996 až 2001).
Plodina
I odběr*
II odběr**
III odběr***
Výnos
Výnos
Výnos
Vlhkost
Vlhkost
Vlhkost
č.h.
Sušina
č.h.
Sušina
č.h.
Sušina
Ozdobnice 44,44
16,00
64,0
31,00 15,50
50,0
15,25
11,70
24,0
Poznámky: * odběr v době největšího nárůstu fytomasy
** odběr na podzim
*** odběr brzy na jaře
Tab. 4. Obsah prvků v rostlinách ozdobnice v různých termínech sklizně
Obsah prvků v % sušiny
Termín sklizně
N
P
K
Ca
Podzim
0,876
0,086
0,631
0,358
Jaro
0,829
0,079
0,292
0,228
Průměr
0,853
0,083
0,462
0,293
Obsah prvků v rostlinách je dalším z důležitých
faktorů jednak pro stanovení odběru živin výnosy,
jednak z hlediska spalování fytomasy. Pro spalování je
výhodné pokud obsah N ve fytomase je co nejmenší
(tvoří se méně Nox), pokud je malý obsah S a Cl (
snižuje se možnost koroze spalovacího zařízení) a
pokud je také nízký obsah K, Mg apod. (snižuje se
teplota tavení popele.
Podobně jako u většiny sledovaných plodin také u
ozdobnice s oddálením termínu sklizně se snižoval
obsah prvků ve fytomase (tab. 4). Obsah dusíku a
dalších sledovaných prvků v rostlinách ozdobnice klesal
se stářím rostliny a termínem sklizně, což je také
výhodné pro samotný proces spalování a tvorbu emisí.
Sledovali jsme, jak ovlivňuje sklizeň v různých
termínech energetický obsah fytomasy. Stanovení
energetického obsahu ve fytomase je důležité z hlediska
spalování a i hlediska energetických bilancí plodiny.
Energetický obsah vzorků byl měřen na spalném
kalorimetru PARR 1356 v kyslíkovém prostředí jako
spalné teplo sušiny bez odečtení popelovin. V tab. 5
Mg
0,103
0,086
0,095
jsou uvedeny průměrné energetické obsahy ozdobnice
podle termínů sklizně. Průměrná hodnota spalného
tepla ozdobnice je 18,029 GJ/t. Neprůkazné snížení
energetické hodnoty fytomasy jsme zjistili u jarního
termínu sklizně. Snížený energetický obsah na jaře lze
částečně přičíst převedením a uložením části látek na
zimní období ze stébel do oddenků, vyluhování
energeticky bohatších látek a rozkladnému procesu,
který způsobují houby a bakterie. Energetické rozdíly
ovlivněné termínem sklizně nejsou tak vysoké
v porovnání se ztrátami fytomasy přes zimní období.
Energetické bilance ozdobnice a některých dalších
plodin uvádí např. STRAŠIL (1999b).
Tab. 5. Hodnoty spalného tepla (GJ/t) u ozdobnice při
různých termínech sklizně (průměr let 2001-2004)
Termín
Konec
Začátek
Září
Průměr
sklizně
listopadu
března
Spalné
18,394
18,405
18,072
18,290
teplo
73
Ekonomika
U pěstování ozdobnice představuje největší
nákladovou položku sadba. Při počtu sazenic
vypěstovaných z tkáňových kultur 10 000 ks/ha musíme
počítat s náklady nejméně kolem 120 000 Kč/ha.
Levněji vyjdou porosty ozdobnice mechanicky založené
z rhizomů. Dánové uvádějí, že mechanicky založené
porosty z rhizomů vyjdou 5x levněji, než porosty
založené z tkáňových kultur. Pokud by byla k dispozici
sadba z vlastních rhizomů, založení porostu by vyšlo
ještě levněji.
Podle našich modelových výpočtů vycházejí přímé
roční náklady za 10-ti leté období pěstování na cca 19
430 Kč/ha, za 20-ti leté období 13 590 Kč/ha. Při
průměrném ročním výnosu 15 t/ha sušiny a započtení
fixních nákladů ve výši 3 500 Kč/ha celkové náklady
v přepočtu pro podzimní termín sklizně představují 1
545 resp. 1 147 Kč/t sušiny. Při podzimním termínu
sklizně je třeba ještě započítat náklady na dosoušení,
které zde nejsou zahrnuty. Při jarním termínu sklizně
v důsledku ztrát fytomasy přes zimu vzrostou celkové
náklady na 1 980 Kč/t resp. 1 470 Kč/t sušiny.
Ekonomika
ozdobnice
a
dalších
vybraných
energetických plodin je uvedena např. v pracích
STRAŠIL (2000), STRAŠIL a kol. (2003).
Ozdobnice
patří také mezi vybrané plodiny
pěstované k energetickému využití, na něž je možné
získat statní příspěvek na podporu pěstování
energetických bylin, která pro rok 2005 činí 2 000
Kč/ha orné půdy. Při poskytnutí a započtení dotací se
uvedené náklady na pěstování sníží.
Poděkování
Tento příspěvek byl realizován za finanční podpory
Ministerstva zemědělství České republiky (projekt
MZe 0002700601).
Literatura
EPPEL-HOTZ, A., JODL, S., KUHN, W. (1998):
Miscanthus: New cultivars and results of research
experiments for improving the establishment rate. In:
Sustainable agriculture for food, energy and industry.
Proceedings of the International Conference.
Braunschweig, Germany: 178-183.
KAHLE, P., BEUCH, S., BOELCKE, B.,
LEINWEBER, P., SCHULTEN, H. R. (2001): Cropping
of Miscanthus in Central Europe: biomass production
and influence on nutriet and soil organic matter.
European Journal of Agronomy, 15: 171-184.
KOESSLER, C., CLAUPEIN, W. (1998): Root-systems
of Miscanthus in different growing periods. In:
Proceedings of the International Conference. Würsburg,
Germany: 842-845.
PIGNATELLI, V., PISCIONERI, I., FOGACCI, G.
(1998): Miscanthus x gigantheus productivity over
different fertiliser treatment under Italian conditions. In:
Sustainable agriculture for food, energy and industry.
Proceedings of the International Conference.
Braunschweig, Germany: 743-747.
SCHWARZ, K.U., JORGENSEN, U., JONKANSKI, F.
(1997): Growth and quality characteristics of
Miscanthus “Gigantheus” for industrial and energy use.
In: Book of abstracts from the International Conference,
Braunschweig, Germany: 274.
STRAŠIL, Z. (1999a):Production of aboveground
biomass in Miscanthus sinensis under field conditions.
(Produkce nadzemní fytomasy ozdobnice čínské
(Miscanthus sinensis) v polních podmínkách). Rostl.
Výr. 45, (12): 539-543.
STRAŠIL, Z. (1999b): Energetické bilance v rostlinné
výrobě u vybraných alternativních plodin. In: Sborník
příspěvků "Kalorimetrický seminář 1999". Ed.:
Ostravská univerzita, Železná Ruda, , s. 25-28.
STRAŠIL, Z.(2000): Ekonomická analýza vybraných
energetických rostlin určených pro spalování. In: Sbor.
Technika a technologie pro nepotravinářské využití
půdy a její udržování v klidu. Brno, s.17-22.
STRAŠIL, Z., MOUDRÝ, J., KALINOVÁ, J.(2003):
Produkce a ekonomika vybraných energetických rostlin.
(Production and economy of some energy crops). In:
Zborník prác z vedeckej konferencie s medzinárodnou
účastóu „ Udržatelńe polńohospodárstvo a rozvoj
vidieka“ . 25.-26. septembra 2003, SPU v Nitre, str.333335.
Závěr
Vysokých výnosů fytomasy ozdobnice dosahuje od 3
roku po založení porostu. Při pěstování a sklizni
ozdobnice si vystačíme s
běžnou zemědělskou
mechanizací. Při velkoplošném zakládání porostů
ozdobnice
je
však
účelné
sázet
sazenice
modifikovanými sazeči na cibuli, nebo stroji na výsadbu
lesních stromků.
Ozdobnice se jeví i přes dvě výše zmíněné nevýhody
jako perspektivní rostlina pro energetické využití zvláště
v teplejších oblastech. Při jejím pěstování je možno
využívat mnoha výhod jako je dosahování každoročních
vysokých výnosů sušiny fytomasy, vysoce efektivní
využívání vody při tvorbě fytomasy, vysoce efektivní
využívání dusíku, sklizeň běžně používanými
sklizňovými mechanizmy apod.
I přes některé dosud nevyřešené otázky a problémy,
které se výzkumné programy snaží řešit, lze již nyní
konstatovat, že ozdobnici čínskou je třeba považovat za
významný zdroj obnovitelných surovin pro průmyslové
a energetické využití.
Souhrn
V letech 1995-2004 byly na třech odlišných stanovištích sledovány polní pokusy s ozdobnicí čínskou kultivar
"Gigantheus". Sledoval se vliv půdně-klimatických podmínek na přezimování sazenic přes první zimní období.
Sledoval se vliv stanoviště, hnojení N na výnosy nadzemní fytomasy. Sledoval se vliv termínu sklizně na obsah vody
ve sklizeném materiálu, ztráty fytomasy přes zimní období, obsah základních živin a energetický obsah v rostlinách.
Výnosy fytomasy každoročně kolísaly podle půdně-klimatických podmínek a v průměru rostly od 13,046 t/ha na
stanovišti v Lukavci do 27,935 t/ha v Ruzyni. Každoroční přihnojení N na jaře v dávce 50 kg/ha zvyšovalo v průměru
výnosy fytomasy o 14 %, a dávka 100 kg/ha N dále zvyšovala výnosy v průměru o dalších 7 % v porovnání
74
s nehnojenými variantami. Výnosy fytomasy také klesaly s oddálením termínu sklizně. Ztráty fytomasy ozdobnice přes
zimní období byly 24,5 %. Obsah vody ve sklízené fytomase klesal podle termínu sklizně od 64 % v září přes 50 %
v listopadu na 24 % v březnu následujícího roku. Průměrná hodnota spalného tepla ozdobnice je 18,029 GJ/t. Při
průměrném ročním výnosu 15 t/ha sušiny a započtení fixních nákladů ve výši 3 500 Kč/ha celkové náklady v
přepočtu pro podzimní termín sklizně představují 1 545 resp. 1 147 Kč/t sušiny. Při podzimním termínu sklizně je
třeba ještě započítat náklady na dosoušení, které zde nejsou zahrnuty. Při jarním termínu sklizně v důsledku ztrát
fytomasy přes zimu vzrostou celkové náklady na 1 980 Kč/t resp. 1 470 Kč/t sušiny.
Klíčová slova: ozdobnice čínská, hnojení N, výnosy fytomasy, termín sklizně, obsah vody, obsah prvků, ekonomika
Kontaktní adresa:
Ing Zdeněk S t r a š i l, CSc.,
Výzkumný ústav rostlinné výroby,
Drnovská 507, 161 06 Praha-Ruzyně
tel.: O2/33 02 24 64, fax: 02/33 31 06 36,
75
POROVNÁNÍ EMISNÍCH PARAMETRŮ PALIV NA BÁZI
ROSTLINNÝCH MATERIÁLŮ
P. Hutla, P. Jevič
Poznatky uvedené v tomto příspěvku jsou výsledkem projektu č. QD 1208 ,,Systémové využití energetické biomasy“.
Finanční prostředky na jeho řešení poskytla NAZV MZe ČR.
Zpracování tohoto příspěvku včetně finanční podpory zajistil CZ Biom – sdružení pro energetické využití biomasy.
V současné době dochází v celé Evropě
k výraznému rozvoji obnovitelných energetických
zdrojů. Platí to i o České republice, která se v rámci EU
zavázala zajistit do r. 2010 6 % spotřeby primárních
energií z obnovitelných zdrojů. Přitom má být
z obnovitelných zdrojů vyrobeno i 8 % celkové
elektrické energie. Pro náhradu fosilních paliv jako
zdroje tepla existuje několik možností. Jedná se
především o využití fytomasy, buď odpadní, nebo
záměrně pěstované pro energetické účely. Klasickou
odpadní surovinou ze zemědělství je obilní sláma.
Jelikož sláma se stává částečně nedostatkovou
komoditou, rozvíjí se i program pěstování energetických
bylin. Z celé škály těchto rostlin, z nichž některé jsou
mj. pěstitelsky dotovány částkou 2 000,- Kč/ha.rok
v rámci Zásad pro poskytování finanční podpory na
založení a údržbu porostů bylin pro energetické využití
pěstovaných na orné půdě vyhlášených Podpůrným a
garančním rolnickým a lesnickým fondem ve spolupráci
s Ministerstvem zemědělství ČR, se v praxi začíná
prosazovat energetický šťovík (Rumex tianschanicus x
Rumex patientia). Perspektivní může být rovněž
pěstování chrastice rákosovité (Phalaris arundinacea),
jejíž osivo je též dostupné na trhu. Sporné je pěstování
ozdobnice čínské (Miscanthus sinensis) pro značné
náklady vyplývající z ceny sazenic. Tato rostlina se
však, i když v omezené míře, prakticky pěstuje
v Německu a Rakousku.
Vedle vlastností biogenních nosičů energie,
které je možné hodnotit jednoznačně pozitivně, mohou
se při jejich úpravě a využití za určitých okolností
vyskytnout také některá zatížení okolního prostředí,
které je třeba snížit a omezit opatřeními podle stavu
využívaného technického zařízení. Proto bylo jedním
z cílů výzkumného projektu provedení provozního
ověření a základního zhodnocení emisních parametrů
prototypu spalovacích akumulačních kamen SK-2 se
jmenovitým tepelným výkonem 8 kW. Výrobce RETAP
Hajniště – Nové Město pod Smrkem určuje ke spalování
jakékoliv suché dřevo a biopalivové brikety různých
velikostí. Spalovány byly postupně biopalivové brikety
Ø 65 mm z chrastice rákosovité, ze směsi šťovíku a
chrastice rákosovité v poměru 3 : 2 a 10 % m/m
hnědého uhlí, ze směsi chrastice rákosovité a lničky
v poměru 1 : 1 a 10 % m/m hnědého uhlí, ze směsi
šťovíku a čiroku v poměru 3 : 2 a 10 % m/m hnědého
uhlí, čiroku, lničky, miscanthu, safloru, štěpky
rychlerostoucích topolů a chrastice rákosovité v poměru
1 : 1 s přídavkem 10 % m/m hnědého uhlí. Dále bylo
provedeno ověření stejných parametrů u briket
(Biomac) z dřevin a šťovíku o Ø 90 mm a průměrné
délce 270 mm (délka větší než 200 mm a méně než 300
mm).
Metodika zkoušek, popis měřícího a měřeného
zařízení
Provozní zkoušky proběhly podle ČSN EN
13229 „Vestavné spotřebiče k vytápění a krbové vložky
na pevná paliva – Požadavky a zkušební metody [1].
Protože bylo zkoušeno topné zařízení s uzavíratelným
ohništěm, hodnoty tahu komína v závislosti na
jmenovitém tepelném výkonu se pohybovaly
v předepsaném rozmezí 12 ± 2 Pa (hodnoty statického
tlaku v měřícím úseku spalin). Při měřeních byla
průměrná koncentrace oxidu uhelnatého a dalších
plynných emisí přepočtena na 13 % obsah kyslíku (O2).
Podle zmíněné normy musí průměrné hodnoty oxidu
uhelnatého ve spalinách splňovat mezní hodnoty pro
příslušnou třídu CO, tak jak uvádí tab. 1.
Tab. 1: Třídy emisí oxidu uhelnatého pro lokální
spotřebiče na pevná paliva podle ČSN EN 13229
Spotřebiče s uzavřenými
Třída CO
dvířky
spotřebiče
Mezní hodnoty tříd emisí CO
(při 13 % O2)
%
Třída 1
£ 0,3 1)
Třída 2
> 0,3 £ 1,0 1)
1)
1mg.mN-3 = 0,0001 %
Účinné využití tepelné energie při provozování
spotřebiče v souladu s údaji výrobce a při spalování
zkušebních paliv je hodnoceno podle účinnosti při
jmenovitém tepelném výkonu. Naměřená celková
účinnost musí odpovídat mezním hodnotám pro
příslušnou třídu účinnosti, uvedenou v tab. 2.
Tab. 2: Třídy účinnosti při jmenovitém tepelném výkonu
pro lokální spotřebiče na pevná paliva podle ČSN EN
13229
Třída účinnosti
Spotřebiče s uzavřenými
spotřebiče
dvířky
Mezní hodnoty třídy
účinnosti
%
Třída 1
³ 70
Třída 2
³ 60 < 70
Třída 3
³ 50 < 60
Třída 4
³ 30 < 50
76
Prototypová spalovací akumulační kamna jsou vyrobena
z plechu tloušťky 5 – 8 mm a osazena vložkou
z kamnářské litiny. Dvířka jsou opatřena keramickým
sklem s odolností do 750 oC [obr. 1].
Rozmístění akumulačních cihel v ověřovaných
spalovacích kamnech SK-2 ukazuje obr. 2. Spalovaný
vzduch je přiváděn z prostoru popelníku do topeniště
přes ručně uzavíratelné klapky. V horní části dvířek je
průduch pro přípvod sekundárního vzduchu, který vedle
dokonalejšího hoření zabraňuje usazování zplodin na
skle. Spaliny jsou odváděny z topeniště přes ocelový
sopouch do kouřovodu Ø 150 mm.
Obr. 1: Pohled na spalovací akumulační kamna SK-2
RETAP 8 kW a měřící aparatura VÚZT a analyzátorem
spalin GA 60
Pro analýzu kouřových plynů bylo využito
měřící zařízení VÚZT Praha, jehož základní část tvoří
Flue gas analyzer GA 60 s měřícím principem
založeném na využití elektrochemických převodníků.
Typ převodníků, měřící rozsahy a nejistota měření jsou
patrny z tab. 3.
Tab. 3: Typy elektrochemických převodníků, měřící
rozsahy a nejistota měření analyzátoru GA-60 (ověřeno
před měřením kalibračními plyny)
Převodník
Typ
Měřící
Nejistota
rozsah
měření
(ppm)
O2
2 FO
0 – 20,95
0,01 % v/v
% v/v
CO2
IR senzor 0 – 20 %
0,01 % v/v
v/v
CO
3F/F
0 – 20 000
± 0,5 %
NO
3NF/F
0 – 5 000
z měřícího
rozsahu
NO2
3NDH
0 – 800
SO2
3SF
0 – 2 000
HCl
3HL
0 - 200
Obr. 2: Rozmístění akumulačních cihel ověřovaných
spalovacích kamen SK-2 Retap
Instalace akumulačních kamen pro provozní
zkoušky byla provedena také v souladu s ČSN EN
13229 [1]. Požadovaná hmotnost dodávky paliva pro
jednotlivé zkoušky se stanovila podle vzorce:
B fl =
kde
360 000 . Pn . tb
Hu . h
Bfl
Hu
h
Pn
tb
/kg/
Kyslík a oxid uhličitý jsou uváděny v procentech,
ostatní složky pak ve třech modech:
- objemová koncentrace v ppm
- hmotnostní koncentrace za norm. podm. (0o C,
101, 332 kPa) v mg.mN-3
- hmotnostní koncentrace za norm. podm.
vztažená na zadaný obsah O2 v mg.mN-3
Mimo to je možné přístrojem GA-60 měřit jak
teplotu okolí, tak teplotu spalin. Na základě těchto
teplot a chemických parametrů se provádí výpočet
charakteristik spalování v rozsahu:
- komínová ztráta
- účinnost spalování tepelnětechnická
- přebytek vzduchu
- dílčí ztráty
Pomocí přístroje je dále možné měřit přetlak i
podtlak a zároveň diferenční tlak a tím nepřímo i
rychlost proudění spalin v kouřovodu. Dále přístroj
umožňuje, na základě Bacharachovy metody měřit i
sazové číslo.
(1)
je hmotnost dodaného paliva v kg;
výhřevnost zkušebního paliva v kJ/kg;
nejmenší účinnost podle této normy
nebo taková hodnota, kterou stanoví
výrobce, v %
jmenovitý tepelný výkon v kW;
nejkratší interval dodávky paliva nebo
doba hoření stanovená výrobcem
v h.
>
Při Hu = 16 500 kJ.kg-1, h = 30 %, Pn = 8 kW a tb
= 2 h činí požadovaná dávka paliva cca 12 kg. Zkouška
provozních vlastností při jmenovitém tepelném výkonu
se skládala z:
- uvedení do provozu a doby nutné k dosažení
ustáleného stavu
- doby zkoušení (cca 60 – 70 min.)
77
displeje, tiskárny, prvky hlavní cesty plynů (čerpadlo,
elektromagnetický ventil), rozhraní pro práci
s periferiemi a paměť EPROM.
V přístroji jsou zapojeny tyto obvody pro měření teplot:
- termočlánek Ni/CrNi nebo PtRh/Pt pro měření
teploty spalin, umístěný v odsávací sondě,
- teploměr Pt-500 pro měření vstupní teploty
spalin do přístroje,
- teploměr Pt-500 pro měření teploty okolí,
- teploměr Pt-500 pro měření teploty plynů
v komoře převodníků
Měření teploty slouží jednak k výpočtu
termických parametrů, jednak k výpočtu fyzikálních
parametrů a teplotní kompenzaci převodníků.
Řídící systémy jsou založeny na bázi dvou
CMOS mikroprocesorů. Ty sbírají všechny signály,
přicházející od měřících čidel (elektrochemické
převodníky, teplota, tlak) a řídí pak systémy klávesnice,
Výsledky provozních zkoušek
Výsledky provozních zkoušek hodnot O2, CO2,
CO, NOx a HCl, teplot spalin, přebytku vzduchu l a
tepelně technické účinnosti spalování topolových
špalíčků, briket čiroku, chrastice rákosovité, dřevin,
miscanthusu, směsi šťovíku a chrastice rákosovité 3 : 2
+ 10 % m/m hnědého uhlí, směsi šťovíku a čiroku 3 : 2
+ 10 % hnědého uhlí, šťovíku, směsi chrastice
rákosovité a lničky 1 : 1 + 10 % hnědého uhlí, safloru a
lničky
jsou
uvedeny
v tab.
4.
Na obr. 3 je znázorněno porovnání rozhodující veličiny CO pro ověřovaná jednosložková a směsná paliva.
1208 / CO (O2=1 3%) (m g.m -3)
12000
CO (O2=1 3% ) ( mg.m- 3)
10000
8000
6000
4000
Šťo vík - brikety pr ům. 65
Saflor - brik ety prům. 65
Topo l– h obli ny 100 %
Šťo vík - brikety pr ům. 90
brike ty pr ům. 65
Šťov ík a č irok v po měru 3 : 2 a h něd éu hlí 10% -
Mis canthu s - brik ety prům. 6 5 (drc eno p řes síto
1 5mm)
Lnič ka - brik ety prům. 65
Ch ras tic e rákosov itá a ln ička v p oměru 1 : 1 a
hn ědé u hlí 15% - brik ety prů m. 65
Č irok – brikety pr ům. 65
Dřevní brike ta p rům. 90 Biomac
C hra stice rák osovitá - brikety p rům. 6 5
0
Šťov ík a c hras ti ce rák osov itá v p oměru 3 : 2 a
hně dé uhl í 10% - b rike ty prům. 6 5
2000
Obr. 3: Průměrné srovnávací hodnoty plynných emisí CO ve spalinách pro ověřovaná paliva
při referenčním obsahu O2 = 13 %
Obdobně na obr. 4 je provedeno srovnání plynných emisí NOx při spalování jednosložkových a směsných paliv
1208 / NOx (O2=13%) (m g.m -3)
300
250
NOx (O2=13%) (mg.m-3)
200
150
100
Topol – hobliny 100%
Chrastice rákosovitá - brikety prům. 65
Šťovík - brikety prům. 90
Saflor - brikety prům. 65
Šťovík a čirok v poměru 3 : 2 a hnědé uhlí 10% brikety prům. 65
Čirok – brikety prům. 65
Šťovík a chrastice rákosovitá v poměru 3 : 2 a hnědé
uhlí 10% - brikety prům. 65
Chrastice rákosovitá a lnička v poměru 1 : 1 a hnědé
uhlí 15% - brikety prům. 65
Lnička - brikety prům. 65
Šťovík - brikety prům. 65
Miscanthus - brikety prům. 65 (drceno přes síto
15mm)
0
Dřevní briketa prům. 90 Biomac
50
Obr. 4: Průměrné srovnávací hodnoty plynných emisí NOx ve spalinách pro ověřovaná paliva
při referenčním obsahu O2 = 13 %
78
Tab. 4: Výsledky provozního měření vybraných plynných emisí a tepelně-technických parametrů - spalovací akumulační kamna SK-2 RETAP, 8 kW
CO
Druh biopaliva
O2
Velikost
% v/v
Doba zkoušek
Topolové špalíčky
max. Ø 40 mm
délka do 100 mm
CO2
NOx
O2V = O2M O2V = 13%
1)
% v/v ppm
mg.mN-3
mg.mN-3
HCl
O2V = O2M O2V = 13%
ppm mg.mN-3
mg.mN-3
O2V = O2M
ppm mg.mN-3
Tepelně
Přebytek
technická
Teplota
vzduchu
účinnost
spalin

O2V = 13%
spalování
mg.mN-3
o
C
-
%
13,2
7,1
3819
4776
4925
125
261
269
124
208
215
439
2,72
57,6
15,7
4,8
1488
1861
2825
51
106
161
50
85
129
497
4
32,6
10,2
10,5 19 8 3
2479
1840
140
292
216
139
233
173
487
1,96
69,5
8,4
11,6
2998
3748
2369
51
106
67
49
84
53
471
1,67
73,4
13,4
7,4
2674
3344
3522
52
107
111
50
85
89
567
2,78
50,1
8,9
11,2
2347
2934
1928
116
241
158
114
192
126
563
1,73
67,6
10.2.2004
Čirok
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
10.2.2004
Chrastice rákosovitá
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
10.2.2004
Dřeviny
brikety Ø 90 mm (Biomac)
délka >200 mm<300 mm prům.
270 mm
6.5.2004
Miscanthus
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
6.5.2004
Šťovík + chrastice rák.
3 : 2 + 10 % m/m hnědé uhlí
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
8.7.2004
79
Pokračování tab: č. 4
Šťovík + čirok 3:2+10 % m/m
hnědé uhlí
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
8.7.2007
Šťovík
brikety Ø 90 mm (Biomac)
délka >200 mm a <250 mm
8.7.2004
Chrastice rák. + lnička 1:1+10
% m/m hnědé uhlí
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
18.10.2004
Chrastice rák. + topolová
štěpka 1:1+10 %m/m hnědé
uhlí
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
18.10.2004
Šťovík
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
30.11.2004
Saflor
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
6.12.2004
Lnička
brikety Ø 65 mm
<100 mm délky
8.12.2004
14
6,5
3105
3884
4413
73
153
174
71
122
139
479
3
52,1
16,5
4,1
2099
2625
4738
53
110
198
51
88
158
480
4,76
25,6
7,1
12,8
4274
5344
3068
128
266
153
126
213
122
554
1,51
70,7
9,2
10,9
5545
6934
4697
118
246
167
108
197
133
378
1,78
75,4
14,9
5,5
5635
7046
9252
47
98
129
45
79
103
361
3,46
53,1
16,2
4,4
4541
5679
9424
51
106
175
49
84
140
403
4,37
36,2
10,6
9,5
4295
5370
4108
89
185
142
87
148
113
559
2,02
59,5
80
dosahovat při spalování chrastice rákosovité, dřevin,
směsi šťovíku a chrastice rákosovité v poměru 3 : 2 s
10 % m/m hnědého uhlí, směsi chrastice rákosovité a
lničky v poměru 1 : 1 s 10 % m/m hnědého uhlí, směsi
chrastice rákosovité a topolové štěpky v poměru 1 : 1
s 10 % m/m hnědého uhlí a lničky. S těmito hodnotami
dobře koresponduje tepelně technická účinnost
spalování, kdy bylo dosaženo hodnoty vyšší než 50 %
(3 třída). Hodnoty účinnosti téměř 70 % (třída 1) bylo
dosaženo při spalování chrastice rákosovité. Vyšší než
70 % (třída 1) bylo dosaženo u dřevin, směsi chrastice
rákosovité a lničky v poměru 1 : 1 a 10 % m/m hnědého
uhlí, směsi chrastice rákosovité a topolové štěpky
v poměru 1 . 1 s 10 = m/m hnědého uhlí.
Nejméně příznivých hodnot CO, přebytku
vzduchu l vykazovalo spalování briket šťovíku a
safloru. U safloru i s nízkou účinností (nejhorší třída 4).
Provozní
ověřování
použití
vybraných
jednosložkových a směsných briketovaných paliv ve
spalovacích akumulačních kamnech SK 2 umožnilo
stanovit vhodné stébelnaté biomasy pro jejich
zpracování na tento druh paliva. Vedle dřevin lze z
cíleně pěstovaných stébelnin doporučit čirok, chrastici
rákosovitou, miscanthus a lničku. Použití energetického
šťovíku je jednoznačně výhodnější ve směsi např.
s chrasticí rákosovitou v poměru 3 . 2 s přídavkem 10 %
m/m hnědého uhlí, nebo ve stejném poměru s čirokem a
rovněž s přídavkem 10 % m/m hnědého uhlí.
Směsná briketovaná paliva ze sledovaných
energetických stébelnin a to také s přídavkem hnědého
uhlí (10 % m/m) vykazují velmi dobré emisní parametry
a tepelně-technické vlastnosti. Při splnění dalších
certifikačních požadavků jsou vhodná i pro obdobné
lokální spotřebiče na pevná paliva.
Zhodnocení provozního ověřování jednosložkových a
směsných tvarovaných paliv ze sledovaných
energetických rostlin
V případě kamen na pevná biopaliva pro
vytápění
jednotlivých
místností
se
stávají
nejprodávanější tzv. krbové vložky. U těchto zařízení
jde především o odstranění špatných spalovacích
podmínek otevřených krbů vložením uzavřené
regulovatelné spalovací komory. Velké průzorové okno
umožňuje sledovat kvalitu spalování a významná je také
estetická stránka tohoto řešení. Potřebné kvality
spalování se dosahuje vhodným vedením vzduchu a
spalných plynů ke spalování. U vložek kachlových
kamen se prosazují především spalovací komory
s horním odhoříváním, obzvláště tam, kde přicházejí
v úvahu akumulační kamna. Z těchto důvodů byly jako
ověřené spalovací zařízení zvoleny akumulační kamna
SK-2 Retap s tepelným výkonem 8 kW.
Vzhledem k tomu, že uhlovodíky a další
neúplně spálené produkty se chovají stejně jako oxid
uhelnatý CO, představuje tato emisní složka významný
indikátor kvality spalovacího procesu. Při porovnání
naměřených a zpracovaných hodnot CO s třídami emisí
CO podle rozhodující ČSN EN 13229 [1] (viz. Tab. 1)
splňují přísnější 1 třídu brikety z čiroku, chrastice
rákosovité, dřevin [3], směsi šťovíku a chrastice
rákosovité v poměru 3 : 2 + 10 % hnědého uhlí a
podmínečné i ze směsi chrastice rákosovité a lničky
v poměru 1 : 1 + 10 % hnědého uhlí. Ostatní sledované
jednosložkové a směsné paliva lze všechny zařadit do
druhé třídy, kde je limit 10 000 mg.mN-3 při 13 %
referenčním kyslíku.
Velmi dobře lze hodnotit u všech sledovaných
paliv hodnoty NOx. U používaného spalovacího zařízení
s ohledem na nízký tepelný výkon není pro NOx
stanovena limitní hodnota. Pokud však provedeme
srovnání limitní hodnoty pro NOx (250 mg.mN-3 při 11
% O2) ze Směrnice č. 13-2002 MŽP ČR s požadavky
pro propůjčení ochranné známky „Ekologicky šetrný
výrobek“ [2], týkající se teplovodních kotlů pro ústřední
vytápění na spalování biomasy do 0,2 MW (ČSN 07 02
40 a ČSN EN 303-5) tak prakticky tato hodnota nebyla
překročena až na topolové špalíčky u žádných
sledovaných paliv.
Přebytek vzduchu l je velmi důležitou
provozní veličinou, která ovlivňuje emise a účinnost
topného zařízení. Určuje také vedle množství
oxydujících prostředků v ohništi spalovací teplotu.
Provozně optimální hodnotu lze stanovit v rozsahu 1,4
<
Literatura
1. ČSN EN 13229: Vestavné spotřebiče k vytápění a
krbové vložky na pevná paliva. Požadavky a
zkušební metody. Český normalizační institut, Praha
2002, s. 64.
2. Směrnice č. 13-2002 s požadavky pro propůjčení
ochranné známky „Ekologicky šetrný výrobek“.
Teplovodní kotle pro ústřední vytápění, na spalování
biomasy. Praha, MŽp ČR, 19. 12. 2001, s. 5.
3. Směrnice č. 14-2003 s požadavky pro propůjčení
ochranné známky „Ekologicky šetrný výrobek“.
Brikety z dřevního odpadu. Praha, MŽp ČR, 23. 4.
2003,
s.
4.
<
= l = 2,6. Hodnot, daných tímto intervalem se dařilo
Kontaktní adresa:
Ing. Petr Hutla, CSc., Ing. Petr Jevič, CSc.
Tel: 233 022 385, 233 022 302, Fax: 233 312 507
e-mail: [email protected], [email protected]
81
MOŽNOSTI VÝROBY BIOPLYNU Z JATEČNÍCH ODPADŮ
POSSIBILITIES OF BIOGAS PRODUCTION FROM SLAUGHTER WASTE
Jaroslav Kára, Irena Hanzlíková, Jana Mazancová
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha Ruzyně
Abstract
The basis of biogas production in agriculture is processing of waste agricultural products (particularly
excrements of farm animals but also phytomass), rather different but very similar is biogas production from biologically
degradable municipal waste BRKO and biologically degradable industrial waste mainly from food industry BRPO.
Processing of these waste in agricultural biogas stations could significantly improve their economy. It is
necessary to note that all these biogas stations differ from the waste water cleaning plants where is proceeded the
municipal sludge water from public sewage pipe. The municipal sludge water processing by anaerobic fermentation to
biogas is a classical technology introduced all over the world.
At present there is in operation in the Czech Republic about 100 waste water cleaning plants using regular
sludge processing into biogas.
Produced electricity is being utilized mainly for needs of own operation of WWCP, partly is sold into public
power grid. The heat energy is used for the process heating and its surplus is utilized for operational and administrative
facilities.
Usually, the produced heat and electricity quantity does not cover the waste water cleaning plant operation.
Agricultural biogas stations and biogas stations for BRKO processing have considerably higher gas yield because they
work with higher dry matter content in substratum, i.e. 8-12 % (compared with waste water cleaning plant – 2-6 %) and
are able to produce high surplus of gas for next application.
Frequently discussed issue is processing of slaughtery waste and grass (or public green areas at biogas station).
Keyword: slaughtery waste, biogas, grass matter
z bioplynové stanice podniku Rabbit a.s., Trhový
Štěpánov.
Úvod
Základem výroby bioplynu v zemědělství je zpracování
odpadních
zemědělských
produktů
(především
exkrementů hospodářských zvířat, ale i fytomasy), další
oblastí výroby bioplynu je biologicky rozložitelný
komunální odpad a biologicky rozložitelný průmyslový
odpad,
především
z potravinářských
provozů,
v současné době se soustřeďuje pozornost na zpracování
jatečních
odpadů. Zpracování těchto odpadů
v zemědělských bioplynových stanicích může značně
vylepšit jejich ekonomiku.
Příprava materiálu v souladu s nařízením EC
1774/2002
Drůbeží drť a vepřové šlachy jsou klasifikovány jako
materiál kategorie 3. V příloze VI, kapitole II tohoto
nařízení jsou zmiňovány standardy procesů pro
jednotlivé kategorie.
Drůbeží drť a vepřové šlachy byly nařezány na částice o
velikosti 12 mm. Hygienizace byla provedena
v autoklávu. Materiál zpracován při teplotě 70°C po
dobu 60 minut.
Materiál a metodika zpracování jatečních odpadů
Pokus byl prováděn na principu jednostupňové
(one-stage batch) anaerobní digesce se vsázkou o sušině
5%. Pokusy byly prováděny za mezofilních a
termofilních podmínek ve dvou sériích lišících se
retenčním časem (pokus 1 a pokus 2).
Materiál
K dispozici byly následující materiály:
·
Odpady z jatek – získané z podniku Kostelecké
Uzeniny a.s. v Kostelci u Jihlavy
·
Drůbeží kostní drť (sušina = 39,8%)
·
Vepřové šlachy (sušina = 15,2%)
Příprava vsázky – malé reaktory o objemu 2 l
§
§
Kejda a digestát byly smíchány v poměru 1:1 –
podíl 1
Poměry substrátů v jednotlivých vsázkách jsou
uvedeny v tab. 1.
Tab. 1. Poměry substrátů v jednotlivých vsázkách
Dle nařízení EC 1774/2002 oba druhy materiálu jsou
řazeny do kategorie 3.
·
Kejda hovězího skotu a prasat v poměru 1:1 –
získána z podniku Rabbit a.s., Trhový Štěpánov. Kejda
prasat je dle nařízení (EC) No 1774/2002 klasifikována
jako materiál kategorie 2
·
Stabilizovaný neodvodněný zbytek
po
anaerobní digesci – použit jako inokulum; získán
82
reaktor
podíl 1
[ % hm.]
Drůbeží kostní drť
[ % hm.]
1a
2a
3a
4a
5a
6a
7a
8a
9a
100
90
80
70
60
90
80
70
60
0
10
20
30
40
0
0
0
0
Vepřové
šlachy
[ % hm.]
0
0
0
0
0
10
20
30
40
určen pro analýzy skládkového plynu a bioplynu.
Koncentrace metanu a oxidu uhličitého jsou
stanovovány pomocí infračerveného záření; pro
stanovení
koncentrace
kyslíku
se
používá
elektrochemický senzor.
Chemické složení bioplynu bylo stanovováno
jednou za 24 hodin.
o Materiálová skladba vsázky – malé reaktory o
objemu 2 l
§ Materiálová skladba vsázky je uvedena v tab. 2.
Tab. 2. Materiálová skladba vsázky malých reaktorů
v obou pokusech
Reaktor
Podíl 1
[g]
1a
2a
3a
4a
5a
6a
7a
8a
9a
1250,0
803,6
555,6
397,7
288,5
1034,5
851,1
693,1
555,6
o
Drůbeží kostní
drť
[g]
0,0
89,3
138,8
170,5
192,3
0,0
0,0
0,0
0,0
Vepřové
šlachy
[g]
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
114,9
212,7
297,1
370,3
Voda
[g]
Chemické analýzy
Chemické analýzy stabilizovaného zbytku byly
prováděny v agrochemické laboratoři VÚZT (Praha) a
VÚRV (Chomutov). Při chemických analýzách
stabilizovaného zbytku byly použity následující metody:
Ø Kejdahlova
metoda
pro stanovení
celkového obsahu N
Ø Spektrofotometrické stanovení P
Ø AES pro stanovení obsahu K a Ca
Ø AAS pro stanovení NH4+
o
750,0
1107,1
1305,6
1431,8
1519,2
850,6
936,2
1009,8
1074,1
Příprava vsázky – velké reaktory
§
Kejda a digestát byly smíchány v poměru 1:1
§
Poměry substrátů v jednotlivých vsázkách
jsou uvedeny v tab. 3.
o
Vzorek stabilizovaného zbytku byl podroben testům na
výskyt bakterií rodu Salmonella a Enterobacteriaceae
v mikrobiologické laboratoři Státního zdravotního
ústavu v Praze. Metody mikrobiologické analýzy jsou
v souladu s požadavky danými v nařízení EC
1774/2002.
Tab. 3. Poměry substrátů v jednotlivých vsázkách, velké
reaktory, pokus 1
reaktor
1b
2b
podíl 1 Drůbeží kostní drť Vepřové šlachy
[ % hm.]
[ % hm.]
[ % hm.]
70
30
0
70
0
30
o
o Materiálová skladba vsázky – velké reaktory o
objemu 100 l
§
Velké reaktory byly plněny vsázkou danou
v tab. 4.
Tab. 4. Poměry substrátů v jednotlivých vsázkách, velké
reaktory, pokus 2
reaktor podíl 1
Drůbeží kostní drť Proces
[ % hm.] [ % hm.]
1b
70
30
mezofilní
2b
70
30
termofilní
o
Retenční čas
Tab. 5. Retenční čas
Malé reaktory
Velké reaktory
Pokus 1
26 dní
37 dní
Mikrobiologické analýzy
Pokus 2
37 dní
33 dní
Výstupy
§ Hodnoty pH
· Vsázky před zpracováním
· Stabilizovaného zbytku
§ Stanovení sušiny
· Vsázky před zpracováním
· Stabilizovaného zbytku
§ Stanovení ztrát žíháním
§ Kumulativní produkce bioplynu
§ Chemické složení produkovaného bioplynu
§ Kumulativní produkce metanu
§ Obsah N, P, K a Ca ve zbytku po AD
§ Obsah amoniaku ve zbytku po AD
§ Výskyt Salmonella a Enterobacteriaceae ve
zbytku po AD
§ Výskyt Salmonella a Enterobacteriaceae ve
zbytku po AD
VÝSLEDKY A DISKUSE
V této části jsou uvedeny výsledky obou
experimentů. Byly sledovány následující parametry:
§ Produkce bioplynu
§ Obsah metanu v produkovaném bioplynu
§ Fyzikálně-chemické analýzy
§ Mikrobiologické analýzy
o Měření produkce bioplynu
§ Produkce bioplynu z malých reaktorů byla měřena
pomocí plynojemů sestrojených ve VÚZT.
§ Produkce bioplynu u velkých reaktorů byla měřena
pomocí plynoměrů typu G 01, výrobce Spektrum s.r.o.,
Skuteč s následujícími parametry –. Qmin = 0,01 m3.h-1,
Qmax= 0,15 m3.h-1
Reaktor 1a sloužil v obou experimentech jako
kontrolní – vsázka neobsahovala aditivní materiál (0%).
V biologických
experimentech
slouží
výstupy
z kontrolního vzorku jako referenční. Pomocí nich lze
během experimentu odhadnout možné negativní vlivy
(jako kontaminace, nestálé teplotní podmínky,
nekvalitní inokulum a jiné).
Stanovení chemického složení bioplynu
Chemické složení produkovaného bioplynu
bylo stanoveno pomocí analytického přístroje AIR LF
(výrobce ASEKO s.r.o., Vestec u Prahy). Analyzátor je
o
83
šlach. Pro přehlednost jsou v každé kapitole srovnávány
i parametry obou experimentů.
Kontrolní vzorek v experimentu 1 vykazuje
oproti experimentu 2 relativně vysokou produkci
bioplynu.
Kumulativní produkce bioplynu je pro
názornější vyjádření vztažena na:
· 1 kg sušiny. Tento parametr vyjadřuje průběh
procesu.
· 1kg přidaných organických látek. Tento
parametr vyjadřuje efektivitu procesu. Definuje
přeměnu organických látek na bioplyn. Tato hodnota je
významnější z hlediska podílu organických látek ve
vsázce.
Produkce bioplynu
Produkce bioplynu byla měřena denně,
nicméně pro názornost je u každého experimentu
uvedena produkce kumulativní. Výsledky měření jsou
uvedeny pro malé reaktory pro jednotlivé koncentrace
aditivního materiálu drůbeží kostní drti a vepřových
Drůbeží kostní drť – malé reaktory
Kumulativní produkce bioplynu vztažená na sušinu
Kumulativní produkce bioplynu vztažená na 1kg sušiny
P rodukc e bioplynu l .kg-1 s uš
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
dny
Obsah drůbeží kostní drti:
0%
10% kostí
20% kostí
30% kostí
40% kostí
Obr. 1: Kumulativní produkce bioplynu [l.kg-1 suš.], malé reaktory, drůbeží kostní drť, experiment 1
Kumulativní produkce bioplynu vztažená na 1kg sušiny
-1
Produkce bioplynu l.kg sušiny
600
500
400
300
200
100
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
dny
Obsah drůbeží kostní drti:
0 hm.% kostní drti
10 hm.% kostní drti
Obr. 2: Kumulativní produkce bioplynu [l.kg-1 suš.], malé reaktory, drůbeží kostní drť, experiment 2
84
Kumulativní produkce bioplynu vztažená na 1 kg sušiny
-1
600
500
400
300
200
100
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
dny
0 % šlach
Obsah vepřových šlach:
10% šlach
20% šlach
30% šlach
40% šlach
Obr. 3: Kumulativní produkce bioplynu [l.kg-1 suš.], malé reaktory, vepřové šlachy, experiment 1
Kumulativní produkce bioplynu vztažená na 1 kg sušiny
-1
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
doba (dny)
Obsah vepřových šlach:
0%
10% šlach
20% šlach
30% šlach
40% šlach
Obr. 4: Kumulativní produkce bioplynu [l.kg-1 suš.], malé reaktory, vepřové šlachy, experiment 2
Vzorky obsahující 10% a 20% vepřových
šlach prokázaly uspokojivou produkci bioplynu i
metanu. Nejlepšího výsledku bylo dosaženo u vzorku
obsahujícím 10% vepřových šlach (460,5 l . kg-1 suš. a
641,4 l . kg-1o.suš) po 26 dnech retenčního času.
Vzorky obsahující 30% a 40% vepřových šlach se
vyznačovaly nízkou produkcí bioplynu s vysokým
obsahem metanu (od 70% do 80%). U těchto vzorků se
vyskytly značné problémy spojené s pěněním. Velké
reaktory potvrdily výsledky z malých reaktorů, pouze
pěnění vzorků nebylo tak výrazné, u termofilního
procesu se urychlil náběh na maximální produkci
bioplynu o deset dní.
Zkoumané vzorky obsahovaly kostní drť
v koncentracích 10%, 20%, 30% a 40% a vepřové
šlachy ve stejných koncentracích. Na obrázcích 1 až 4
jsou zachyceny experimenty pro kostní drť a vepřové
šlachy v mezofilní oblasti. Průběhy experimentů jsou
velmi podobné, ale liší se v určitých detailech. Vzorky
byly zpracovávány v jednostupňových reaktorech
v mezofilních a termofilních podmínkách (průběhy pro
termofilní podmínky neuvádíme, neboť jsou velmi
podobné, pouze se zkrátila retenční doba). V mezofilní
oblasti byly provedeny dva pokusy lišící se
v retenčních časech (26 a 37 dnů).
Kompozice vzorků obsahujících kostní drť se
jeví jako optimální z hlediska produkce bioplynu a
obsahu metanu. Nejvyšší kumulativní produkce
bioplynu byla dosažena ve vzorku obsahujícím 40%
kostní drti (381,5 l . kg-1 suš. a 561,0 l . kg-1 o.suš) po
26 dnech.
Stabilizovaný zbytek po anaerobní digesci byl
analyzován z chemického a mikrobiologického
hlediska a bylo prokázána jeho vhodnost pro aplikaci
na půdu.
85
Lze konstatovat, že drůbeží kostní drť a
vepřové šlachy jsou při splnění správného
hmotnostního podílu ve fermentované směsi vhodným
materiálem pro anaerobní digesci.
snad bylo možné se přiblížit hranici produkce bioplynu
400-450 l . kg-1 sušiny, muselo by se však jednat o
čerstvý, dobře vyhnojený a ošetřený porost s vysokým
obsahem živin. Další možností zvýšení produkce
bioplynu je podstatné prodloužení doby vyhnívání
substrátu. Naše pokusy jsme zakončovali po 28 až 30ti
dnech, přičemž bioplyn se stále ještě vyvíjel, ale ne tak
intenzivně. Prodloužení doby vyhnívání ovšem
vyžaduje zvětšení objemu vyhnívacího fermentoru a
zvyšuje tak investiční náklady. Prodloužení doby
zdržení nad 50 dnů pravděpodobně žádný významný
ekonomický efekt nepřinese, pokud nebude cílem vyšší
stupeň odbourání organické hmoty (ta by se potom
nemusela rozvážet zpět na pozemky). Výroba bioplynu
z trvalých
travních
porostů
je
komplexem
ekologických, v širším smyslu krajinářských,
energetických a hnojivářských otázek. Vyhnilý substrát
z anaerobní fermentace může být v tekuté i odvodněné
formě použit jako zdroj humusu a živin pro TTP a další
pozemky.
Zpracování travní hmoty
V laboratorních pokusech jsme se rovněž
zabývali anaerobním zpracováním směsi kejdy a
biomasy. Jednalo se o směsi kejdy (fugát +kejda)
s trávou z areálu ústavu, chrasticí rákosovitou a
kostřavou rákosovitou.
Z výsledků experimentů v maloobjemovém
zařízení je možno konstatovat. Kofermentace čerstvých
hovězích exkrementů a fugátu s fytomasou a to ve
formě trávy i konzervované píce vede k zastavení
metanogeneze v důsledku extremního snížení hodnoty
pH. Již množství fytomasy přes 20 % a to v čerstvé
formě i ve formě sena či senáže vede k zastavení
reakce.
Překyselení reakce je možno zabránit
přidáním
zásadité
látky
(Ca(OH)2),
nebo
recyklovaného substrátu do metanogenní směsi. Směs
s aditivem Ca(OH)2 má oproti aditivu s vyhnilým
substrátem nižší produkci bioplynu v začátku procesu,
v dalším průběhu se však produkce vyrovnává.
Dobrého náběhu produkce bioplynu se dosahuje při
kombinaci aditiv Ca(OH)2 + recyklovaný substrát. Toto
platí pro kofermentační směs s čerstvou trávou. U
směsi se senem nedochází často ke stabilizaci
metanogenní reakce ani po přidání Ca(OH)2, ani
vyhnilého substrátu. Toto bylo ověřeno při stejných
množstvích aditiv jako u kofermentační směsi s trávou.
Zdá se proto, že seno je pro kofermentační zpracování
méně vhodné. Přesto však přidání recyklovaného
substrátu prodlužuje dobu produkce bioplynu.
ZÁVĚRY
Pro zvýšení efektivnosti bioplynových stanic
je možné využít jatečních odpadů i travních porostů
z údržby krajiny i komunální zeleně. Stabilizovaný
zbytek po anaerobní digesci jatečních odpadů byl
analyzován z chemického a mikrobiologického
hlediska a byla prokázána jeho vhodnost pro aplikaci
na půdu. Zpracování jatečních odpadů v bioplynové
stanici však vyžaduje instalaci jednotky pro termickou
úpravu vstupního substrátu.
Pro zpracování travní hmoty je energetický
zisk pouze příspěvkem na činnost bioplynové stanice, v
tomto případě je vlastně bioplynová stanice
„generátorem údržby krajiny“ a na místních potřebách
záleží vyladění jejího provozu (větší odbourávání
organické hmoty - více energie v bioplynu, menší
odbourávání organické hmoty - více hnojiva a méně
energie v bioplynu). Bioplyn z trvalých travních
porostů (TTP) nepřináší významné navýšení produkce
bioplynu proti exkrementům hospodářských zvířat
(produkce bioplynu z 1 kg sušiny je řádově stejná u
hovězí kejdy cca 350 l a u vepřové cca 400 l).
Přidávání složky z TTP však umožňuje při zpracování
exkrementů hospodářských zvířat zvýšení obsahu
sušiny a zrovnoměrnění chodu BP stanice.
V kombinaci s dalšími složkami, kukuřičnou senáží,
nebo kuchyňskými odpady, které produkují řádově
dvojnásobek bioplynu z 1 kg sušiny, může být hmota
z TTP stabilizující složkou v případě nedostatku jiných
substrátů.
Je zřejmé, že pro stabilizaci reakce je nutno
snížit poměr sena ve směsi, příp. zvýšit množství
vyhnilého substrátu. Většinou je třeba aditivovat směs
zásaditou látkou spolu s vyhnilým kalem, to platí pro
vsázkové laboratorní pokusy. Při rozumném dávkování
v provozu bioplynové stanice bude pufrovací kapacita
vyhnívajícího substrátu patrně dostatečná.
Při sledování kvality bioplynu, tj. množství
metanu, je zřejmá korelace se stabilizovaným
průběhem. Ve všech případech, kdy metanogeneze
probíhala dostatečně dlouhou dobu, tedy kdy nedošlo
ke snížení hodnot pH a k jejímu zastavení, dosahoval
obsah metanu ve vznikajícím bioplynu až 60 %. Při
uvážení značného množství vodní páry tato hodnota
překračuje udávaný poměr 60 % metanu v suchém
bioplynu. Toto je případ, kdy do kofermentační směsi
byl přidán vápenný hydrát (Ca(OH)2), recyklovaný
substrát a obě složky biomasy (exkrementy a zelená
fytomasa). Teoretické poznatky ze zahraničí uvádějí,
že je možné získat z jedné tuny sušiny travního porostu
až 500 m3 bioplynu. Naše pokusy tyto poznatky vcelku
potvrzují. Zjistili jsme, že je možné z 1 kg sušiny
trvalého travního porostu vyrobit 240 (seno) až 290
(zelená hmota) l bioplynu. Za příznivých podmínek by
Použitá litratura
DEFRA, 2003: Questions and Answers on animal byproducts.Brussels.
April
2003.
Source:
www.defra.gov.uk
MATOUŠKOVÁ S., 2002: Možnosti využití odpadů
živočišného původu. Studie. MZLU. Brno.
86
HARPER A., 2001: Continued Progerss with
Composting for Disposing of Dead Swine. Livestock
Update. Virginia Polytechnic Institute and State
University.
VAVILIN V.A., 2003: Modelling of Anaerobic
Degradation of Slaughterhouse Waste. In IWA –
Workshop Anaerobic digestion of slaughterhouse
wastes. Proceedings. Narbonne.
MORSE D. E., 2001: Composting Animal Mortalities.
Minnesota Department of Agriculture. Minnesota.
DOHÁNYOS M., ZÁBRANSKÁ J., STRAKA F.,
2003: Possibilities of safe treatment and utilization of
veterinary sanitation waste. In IWA – Workshop
Anaerobic digestion of slaughterhouse wastes.
Proceedings. Narbonne
VÁŇA J., 1999: Testování rohoviny a kostní moučky
jako akcelerátoru kompostování. Studie zpracována pro
firmu AGRA - CZ Střelské Hoštice.
FARINET J. L., FOREST F., 2003: Agro-energetic
valorization of slaughterhouse wastes in Africa. In
IWA – Workshop Anaerobic digestion of
slaughterhouse wastes. Proceedings. Narbonne.
BARTOŠ P., 1998: Energie z odpadů. In: Odpady
Luhačovice. Proceedings of VI. Intenational Congress.
Luhačovice. s. 31 – 40
STRAKA F., DOHÁNYOS M., ZÁBRANSKÁ J.,
DĚDEK J., MALIJEVSKÝ A., NOVÁK J., ODLŘICH
J., 2003: Bioplyn. GAS s.r.o., Říčany.
SALMINEN E. A., RINTALA J.A., 2002: Semicontinous anaerobic digestion of solid poultry
slaughterhouse waste: effect of hydraulic retention time
and loading. Water Research. Vol 36: 3175-3182.
Souhrn
Základem výroby bioplynu v zemědělství je zpracování odpadních zemědělských produktů (především
exkrementů hospodářských zvířat, ale i fytomasy), trochu jinou, leč značně podobnou oblastí výroby bioplynu je BRKO
(biologicky rozložitelný komunální odpad) a BRPO (biologicky rozložitelný průmyslový odpad, především
z potravinářských provozů). Zpracování těchto odpadů v zemědělských bioplynových stanicích může značně vylepšit
jejich ekonomiku. Jen pro upřesnění musíme dodat, že všechny tyto bioplynové stanice se liší od čistíren odpadních
vod, kde se zpracovávají komunální kalové vody z obecních kanalizačních systémů. Zpracování komunálních kalových
vod anaerobní fermentací na bioplyn je klasickou technologií, zavedenou v celém světě. V současnosti je podle odhadu
v ČR v provozu 100 ČOV s tímto předpisovým zpracováním kalů na bioplyn. Vyrobená elektrická energie se využívá
zejména pro potřeby vlastního provozu, částečně je prodávána do sítě. Tepelná energie je využívána pro ohřev procesu,
případné přebytky jsou využity pro vytápění hospodářských a administrativních objektů ČOV. Zpravidla však vyráběné
teplo a elektrická energie ani nestačí pro krytí provozu ČOV. Zemědělské bioplynové stanice a bioplynové stanice na
zpracování BRKO mají podstatně větší výtěžnosti plynu, neboť pracují s vyššími obsahy sušiny v substrátu 8-12%,
(oproti ČOV kde jde o 2-6%) a jsou schopné vyrábět značné přebytky plynu pro následné využití. Velmi diskutovanou
otázkou je zpracování jatečních odpadů a trávy (či veřejné zeleně v bioplynových stanicích).
Klíčová slova: jateční odpad, bioplyn, travní hmota
Tento příspěvek byl zpracován jako výsledek řešení projektů MZe QG 50039 a QD 3160.
Kontaktní adresa:
Ing. Jaroslav Kára, CSc.
tel: 233 022 334 fax: 233 312 507
e-mail::[email protected]
Ing. Irena Hanzlíková
tel: 233 022 214
fax: 233 312 507
Ing. Jana Mazancová
Česká zemědělská univerzita,
165 21 Praha 6 - Suchdol
87
PRÁVNÍ ASPEKTY VYUŽÍVÁNÍ BIOMASY K ENERGETICKÝM ÚČELŮM
Lenka Čtvrtníková,
EKOBEST s.r.o.
pro léta 2007 až 2009 do vlády podílelo spolu s jeho
resortem také ministerstvo průmyslu a obchodu. Obě
ministerstva budou také společně vydávat žadatelům
povolenky na vypouštění skleníkových plynů do
ovzduší. Dalším ústupkem ministra životního prostředí
bylo upuštění od požadavku, podle něhož by firmy
musely peníze získané prodejem povolenek povinně
vrátit do ekologizace provozu. Každá investice do
provozu podle ministra v současné době znamená
technologii šetrnější k životnímu prostředí, a tak by
zákonem daná povinnost byla nadbytečná.
Cílem evropského systému obchodování s
povolenkami je dosáhnout snížení emisí skleníkových
plynů v souladu s Kjótským protokolem. Celkové
množství povolenek, které se navrhuje přidělit pro
příslušné obchodovací období, musí být v souladu se
závazkem České republiky snížit své emise podle
rozhodnutí Rady 2002/358/ES ze dne 25. dubna 2002 o
schválení jménem Evropských společenství Kjótského
protokolu k Rámcové úmluvě OSN o změně klimatu a o
společném plnění závazků tam stanovených a podle
Kjótského protokolu s přihlédnutím k podílu, jaký tyto
emise představují ve srovnání s emisemi ze zařízení, na
které se tento zákon nevztahuje, a k energetické politice
státu. Návrh národního alokačního plánu musí být dále
v souladu s Národním programem ke zmírnění změny
klimatu Země. Celkové množství povolenek, které se
navrhuje přidělit, nesmí být větší, než je nutné k
uplatnění kritérií stanovených zákonem. Podmínkou pro
první obchodovací období bylo, že celkové množství
povolenek musí být stanoveno tak, aby bylo dosaženo
nejméně cíle, který pro Českou republiku vyplývá z
rozhodnutí Rady 2002/358/ES ze dne 25. dubna 2002 a
z Kjótského protokolu. Zařízení, na která se vztahuje
povolení k emisím skleníkových plynů a obchodování
s nimi jsou taxativně definovaná v příloze č.1. zákona č.
695/2004 Sb.
Dne 9.12.2005 byl novelizován zákon č.
86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a jeho prováděcí
předpisy zákonem č. 695/2004 Sb., o podmínkách
obchodování s povolenkami na emise skleníkových
plynů a o změně některých zákonů, který upravuje
problematiku skleníkových plynů známé jako emise
CO2. Další novelizace zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně
ovzduší proběhla dne 31. března roku 2005 zákonem č.
180/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z
obnovitelných zdrojů energie a o změně některých
zákonů (zákon o podpoře využívání obnovitelných
zdrojů) a zabývá problematikou alternativních paliv a to
jak jejich specifikaci, omezení pro jejich využívání, ale i
podporu jejich využívání.
Biomasa představuje levný a z pohledu emisí
skleníkových plynů neutrální zdroj energie, který může
pokrýt 15% poptávky energie v průmyslových zemích
do roku 2020 oproti současnému 1% poptávky. Biomasa
může dodávat elektřinu do 100 milionů domácností a
její reálný potenciál je ekvivalentní 400 velkých
elektráren. Velkou výhodou, kterou biomasa
představuje oproti jiným obnovitelným zdrojům energie,
jako jsou vítr či fotovoltaika, je to, že může být
skladována a využívána, když je jí zapotřebí. Biomasa
může zajistit konstantní, nekolísající dodávky elektřiny.
Zveřejněná zpráva AEBIOM (skupina národních
asociací pro biomasu) dále ukazuje, že podstatné
zvýšení využívání biomasy pro čistou produkci
elektřiny bude vyžadovat více než 2% půdy
průmyslových zemí a nebude konkurovat výrobě
potravin a ochraně přírody.
Využívání bioenergie závisí na nabídce a
poptávce. Může jít o palivo zpracované z odpadního
dříví, o palivo upravené z odpadů ze zemědělství, z
dřevozpracujícího průmyslu, upravené kaly z BČOV či
odpadní dřevo ze staveb. Může jít rovněž o primární
surovinu, jako jsou rychlerostoucí dřeviny či
energetické byliny. Poptávka závisí zejména na ceně a
užitné hodnotě. Cena bude z části výsledkem
politických rozhodnutí, jako jsou ekologické daně,
obchod s emisními kvótami, apod. Z toho vyplývá, že
vývoj bioenergetiky je spojen s politickým
rozhodováním.
Ministerstva průmyslu a životního prostředí se
dohodla na tom, že stát rozdá 450 zdrojům znečištění
zdarma povolenky na vypouštění téměř 108 milionů tun
emisí. Takzvaný alokační plán musí být ještě schválen
Evropskou komisí. Alokační plán byl schválen
Evropskou komisí a podnikům byly podle něj přiděleny
povolenky na emise skleníkových plynů. Pokud firmy
povolenky nebudou potřebovat, protože modernizují
svůj provoz a dojde k úsporám emisí, tak s nimi mohou
obchodovat na evropském trhu. K přijetí pravidel
přispěl kompromis, na který ministr životního prostředí
přistoupil. I s jeho souhlasem sněmovna rozhodla, aby
se na přípravě a předložení příštího alokačního plánu
Certifikace paliva – jediná cesta pro uvedení paliva
na trh
V současné době využití alternativních paliv
znamená pro společnosti využívající tato paliva období
zkoušení. Kromě ekonomických úspor za nákup
alternativního paliva plyne pro provozovatele další
výhoda. A sice ta, že emise CO2 z použitých
alternativních paliv se nezapočítávají do emisí CO2 a
provozovatel může s povolenkami obchodovat volně na
trhu.
Proces výroby alternativního paliva a jeho
následného využívání zejména v energetických zdrojích
je v České republice stále ještě v plenkách. Očekávané
přijetí zákonů č. 695/2004 Sb, a zákona č. 180/2005 Sb.
tyto snahy výrobců alternativních paliv a provozovatele
zdrojů tyto paliva využívající zvýhodnil a tudíž bude
znamenat významný posun v ochraně životního
prostředí.
88
znečišťování ovzduší. Z tohoto důvodu muselo dojít
k dalšímu testování paliva – kroku 4. Pro některá paliva
může být výpočet teoretických emisí
posledním
krokem před zažádáním o certifikaci paliva.
4. krok – spalovací zkouška
Na konkrétním zdroji (kotli Varimatic společnosti
ENES s.r.o.), kde provozovatel zdroje chce využívat
alternativní palivo a zároveň provozovaná technologie
umožňuje toto spalování i současně kontrolované
dávkování alternativního paliva do spalovacího procesu.
Vzhledem ke skutečnosti, že současná platná legislativa
nepopisuje taxativně postup spalovacích zkoušek, byla
zahájena jednání s Českou inspekcí životního prostředí
v Praze. Na základě dohody byl zpracován projekt
spalovací zkoušky na konkrétním zdroji. Tento projekt
byl společně s oznámením o datu provedení spalovací
zkoušky zaslán na ČIŽP cca 14 dní před datem měření.
Během spalovací zkoušky bylo prováděno autorizované
měření emisí v rozsahu definovaném projektem
spalovací zkoušky.
5. krok - certifikace paliva
Certifikaci paliva EKOBIOPAL provedl Výzkumný
ústav lehkého průmyslu v Českých Budějovicích. Pro
certifikaci byly doloženy výsledky všech zkoušek
popsané v předcházejících odstavcích (Protokol o
elementární analýze provedený akreditovanou laboratoří
společnosti Sokolovská uhelná a.s., Výpočet
teoretických emisí z Výzkumného ústavu paliv v Praze
– Běchovicích, Protokol o autorizovaném měření emisí
během spalovací zkoušky zhotovený autorizovanou
společností INPEK spol. s r.o., Praha). Na základě
předložených dokladů bylo palivo EKOBIOPAL
certifikováno pro daný typ kotle.
Na základě tohoto certifikátu muže provozovatel kotle
Varimatic spalovat společně s hnědým uhlím tuhé
alternativní palivo EKOBIOPAL za podmínek, které
byly při průběhu spalovací zkoušky.
Palivo, které je v §3 odst.2 g) vyhlášky č.
357/2002 Sb., kterou se stanoví požadavky na kvalitu
paliv z hlediska ochrany ovzduší, definováno jako
alternativní palivo, musí splňovat požadavky této
vyhlášky. A tedy dokladem o kvalitě paliv, který musí
dokládat výrobce je dle § 7 Osvědčení o kvalitě paliv –
platný certifikát.
Pro výrobce alternativního paliva vyplývá
z jeho uplatnění v energetice nebo průmyslu řada kroků,
než může dojít k provozu zdroje na využití paliv.
Pro názornost dále uvedu postup prací při
výrobě paliva EKOBIOPAL vyráběného společností
EKOLOGIE s.r.o. Lány.
1. krok – realizace výroby alternativního
paliva EKOBIOPAL
O tomto kroku Vás detailně seznámí pan ing. Vilém Žák
ze společnosti EKOLOGIE s.r.o., který má na toto téma
samostatnou přednášku.
2. krok - elementární analýza paliva
Pro stanovení teoretického množství emisí, které mohou
vzniknout při spalování tuhého alternativního paliva
EKOBIOPAL bylo nutné nechat udělat elementární
analýzu vyráběného paliva. Při odběru vzorku je
nutností odebrat skutečně representativní vzorek a tento
vzorek odebrat v souladu s ČSN 44 1304 Tuhá paliva metody odběru a úpravy vzorků pro laboratorní
zkoušení. Elementární analýza tohoto vzorku byla
provedena akreditovanou laboratoří, aby později
nemohlo dojít ke zpochybnění kvality paliva.
3. krok – výpočet teoretických emisí
Z protokolu o výsledcích elementární analýzy byly
odpovědnou osobou vyčísleny teoretické emise
vznikající pouze při spalování paliva EKOBIOPAL.
Takto vyčíslené emise paliva EKOBIPAL překračovali
emisí limity dané nařízením vlády č. 352/2002 Sb.,
kterým se stanoví emisní limity a další podmínky
provozování
spalovacích
stacionárních
zdrojů
Kontaktní adresa:
Ing. Lenka Čtvrtníková,
EKOBEST s.r.o.,
Palackého 106,
544 01 Dvůr Králové n.L.
Email: ctvrtní[email protected]
89
TECHNOLOGIE A TECHNIKA OŠETŘOVÁNÍ A PÉČE O PŮDY UVÁDĚNÉ DO KLIDU
Václav Mayer
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha Praha-Ruzyně
Úvod
Plochy travních porostů postupně trvale
narůstají jak lze vidět na grafu 2. Podíl travních porostů
na zemědělské půdě se od r.1990 do roku 2003 zvýšil o
3,2 % tj. o téměř 140 tis. ha.
V souvislosti s transformací našeho zemědělství,
nedostatečným odbytem produkce i extenzivním
hospodařením roste podíl půdy bez výrobního využití. V
současnosti se uvádí, že v ČR přebývá zhruba půl
milionu hektarů zemědělské půdy, kterou však nelze
ponechat ladem, ale je třeba ji alespoň minimálně
ošetřovat tak, aby nedocházelo k jejímu zaplevelení a k
náletům dřevin na tyto půdy a tím k jejímu neřízenému
zalesňování. Při současné aplikaci podmínek platných v
EU by podle podkladů MZe ČR bylo nutno vyjmout z
produkce v ČR plochu asi 230 tisíc hektarů.
Technologie ošetřování půd uváděných do klidu
Péči o půdu v nepříznivých výrobních
oblastech tj. extenzivní obhospodařování orné půdy,
trvalých travních porostů i zalesňování je nutné
provádět jako součást i protierozní ochrany a řádného
hospodaření s půdou. Přirozený úhor s ponecháním
půdy svému osudu přináší podle řady autorů u nás i
v zahraničí, nebezpečí zaplevelení expanzivními druhy
plevelů a růst různých lesních společenstev. Dále je
půda uváděná do klidu u některých autorů označovaná
jako potenciální zdroj pylových alergenů, který pouze
za předpokladu řádného založení a ošetřování formou
cílených výsevů trav a jetelotravních směsí toto riziko
nepředstavuje. Je proto potřebný technologický systém
péče o půdu v uvedených oblastech.
Rozsah neobdělávané ladem ležící zemědělské
půdy není však u nás plně statisticky evidován. V roce
1999 se odhadoval asi na 300 000 ha zemědělské půdy
(dle podkladů MZe a MŽP ČR) v převážně horských a
podhorských marginálních oblastech. Převážně jsou to
půdy silně svažité, mělké, silně skeletovité a zamokřené.
140
4,00
120
3,50
3,00
100
2,50
80
2,00
60
1,50
40
1,00
20
0,50
0
0,00
Podíl z orné půdy [%]
S tím souvisí i změna úlohy zemědělce, narůstá
význam jeho činnosti z hlediska péče o krajinu a životní
prostředí. I minimální zemědělská nebo lesní výrobní
činnost na půdách uvedených oblastí za podpory státu je
podle zahraničních poznatků podstatně levnější než tzv.
následná zakázková péče a úprava půdy i krajiny.
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
Výměra půdy v klidu
[tis. ha]
Podle sledování ČSÚ bylo uvedeno do klidu
nebo ponecháno úhorem ročně cca 60 000 ha orné půdy
v období let 1990 až do r.1999 (Graf 1). Po r.2000
začíná výrazný nárůst ploch orných půd ponechaných
v klidu na 115 tis. ha patrně vzhledem k dotačním
titulům. V roce 2003 dochází opět k poklesu ploch na
80 tis. ha vzhledem k ukončení státní dotace jak lze
vidět z trendu na grafu 1.
Rok
Výměra orné půdy v klidu
Podíl z orné půdy v %
Graf 1
Vývoj výměry orných půd uvedených do klidu v ČR
90
Prameny: ČSÚ a ČÚZK
Výměra travních porostů [tis. ha]
22,0
950
21,0
900
20,0
850
19,0
800
18,0
750
Podíl ze zeměděl. půdy [%]
23,0
1000
17,0
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Rok
Výměra trv. travních porostů
Podíl ze zemědělské půdy v %
Graf 2 Vývoj výměry travních porostů v ČR
Prameny: ČSÚ a ČÚZK
Cílem výzkumu je ověřování vhodných
technologických postupů ošetřování půdy v LFA a
dalších výrobních oblastech tak, aby nedocházelo k
degradaci stavu půdy a ohrožení dalších přírodních
zdrojů, např.vody, flóry a fauny.
ošetřování např. pěstováním řepky, lnu, konopí a dalších
plodin pro energetické účely MEŘO, hnojením na
zeleno, převedením do travních porostů a zalesněním.
Byla zařazena i podpora výroby bioetanolu z obilnin
(tritikale, pšenice) pro energetické účely. Tyto podpory
byly po našem vstupu do EU některé zrušeny a
nahrazeny přímými platbami nebo modifikovány
v rámci Agroenviromentálních programů MŽP a
MZe ČR na ochranu a obnovu životního prostředí
v zemědělství a byly v r.2004-2005 stanovena pravidla
pro poskytování státních podpor pomoci v méně
příznivých oblastech a oblastech s ekologickými
omezeními v rámci nařízení vlády č. 241/2004 Sb. ve
znění č. 121/2005 Sb.
Z důvodu nebezpečí zaplevelení a růstu náletů
na těchto půdách je potřebné především stanovit a ověřit
postupy ošetřování těchto půd tak, aby nebyla ohrožena
jejich produkční funkce. Řešení problematiky by se
mělo týkat zejména agrotechnických postupů
a mechanické péče a ošetřování porostů v oblastech se
sníženou zemědělskou produkcí, popř. bez zemědělské
produkce a omezování ekologických rizik.
Ověřují se technologické postupy, které
povedou k udržování v současnosti relativně
nepotřebných ploch ve stavu, který zaručí možnost
opětovného pěstování zemědělských plodin, popř.
obnovení intenzity pěstování bez podstatných
dodatečných nákladů.
Z finančních důvodů se mnozí zemědělci v EU
i u nás rozhodují pro zdánlivě ekonomicky výhodné
přirozené ozelenění ploch ležících ladem. Dosavadní
zkušenosti a experimentální výsledky výzkumu v EU i u
nás ukazují však na nedostatky této metody. Největší
potíže přitom působí zaplevelení samočinně se
ozeleněných přirozených úhorů, které lze při opětovném
využití půdy jen obtížně zvládnout pouze za značně
vysokých nákladů na herbicidy v následných kulturách.
Vlastnosti půdy a půdního prostředí se přitom mění,
dochází k zhutnění půdy, změnám ve struktuře porostu i
půdy a tím i k její postupné degradaci.
Situace u nás se postupně sjednocuje s
podmínkami EU, kde je již několik let zavedeno
ponechání půdy v klidu jako nástroj pro snížení
nadvýroby s režimem podpory vyjmutí ploch z
produkce formou přímých plateb. Byla proto stanovena
různá státní podpůrná opatření a ustanovení. Péče o
půdy uváděné do klidu a půdy bez potravinářské
produkce nabývá v posledním období na významu ve
všech zemích EU a po vstupu i v ČR. V souvislosti
s nadprodukcí zemědělských výrobků a tím špatnou a
nerentabilní realizací na společném trhu je v EU zemích
i u nás dotačně podporováno omezení výroby
zemědělských produktů uváděním půdy do klidu nebo
zvýšením produkce pro nepotravinářské účely. V roce
2001 bylo v ČR např. vládním nařízením podpořeno
uvádění orných půd do klidu různými formami jejich
Výsledky výzkumu a poradenské pokyny
v SRN doporučují při ponechání ploch ladem jejich
cílevědomé ozelenění. To má dle výzkumu následující
výhody:
-
91
potlačení zaplevelení hustým porostem,
vytvoření zásoby dusíku prostřednictvím
jetelovin (N se musí bezpodmínečně započítat při
následné plodině),
-
regionální tvorby hodnoty a rovněž k zajištění a
vytváření nových pracovních míst. V zemědělství a
lesnictví tím mohou vzniknout nové produkční a
příjmové alternativy. Také, i když je mnohostranně a
rozsáhle upotřebitelný potenciál dosud využíván jen
z malé části, vyvíjí se produkce a zpracování
obnovitelných surovin stále více jako samostatný
hospodářský faktor. Tak se za posledních deset let
zvýšila pěstební plocha obnovitelných surovin v SRN o
téměř 250 % na přibližně 850 000 ha (Graf 3).
vylepšení půdní struktury značným obohacením
kořeny,
účinná ochrana půdy proti erozi.
Další podmínky pro ponechání půdy ladem
jsou: Porost, který vznikne během doby ponechání půdy
ladem po celé ploše je třeba ponechat. Plochu je třeba
ošetřovat tak, aby se zohlednily zájmy ochrany přírody
a péče o krajinu, případně zájmy hraničících sousedů.
Nepřipouští se však žádné hnojení, rozmetání
kalů z čističek, odpadních vod atp. Žádná aplikace
prostředků na ochranu rostlin.
Technika pro ošetřování půd uváděných do klidu
Vzhledem k tomu, že na plochách půd
uváděných do klidu není žádoucí přirozený úhor
s ponecháním půdy svému osudu s následným
nebezpečím zaplevelení a růstu různých lesních
společenství jsou možné následující způsoby
technologií a postupů péče o uvedené plochy:
Plochy půd ležící ladem mohou být také
využity k pěstování obnovitelných surovin.
Kultury pěstované jako obnovitelné suroviny
(např. ozimá řepka) nesmějí být používány jako osivový
materiál, případně jako potraviny nebo krmiva. Je
možné upotřebení ve formě oleje nebo tuku, bionafty
nebo paliva (výjimka je biomasa pro zařízení na výrobu
bioplynu). Veškeré výchozí výrobky sklizené na
smluvních plochách je tak nutno dodat odběrateli,
prvozpracovateli.
-
Vedle úspory pohonných hmot a zlepšování
surovinové efektivnosti nabývá na důležitosti produkce
a využití obnovitelných surovin pro surovinové a
energetické využití.
-
Problematikou techniky a strojních linek péče o
půdy ponechané ladem pomocí mulčovacích a žacích
strojů a jejich ekonomickým hodnocením se zabýval
v minulém období VÚZT Praha a další výzkumná
pracoviště.
Mohou mimoto opět přispět jako hnojiva
k zajištění výživných látek pro rostliny a pro tvorbu
humusu v půdě.
Intenzivnější
zavádění
a
pěstování
obnovitelných surovin je také v zájmu spotřebitelů.
Produkty z obnovitelných surovin vykazují v mnoha
případech zdravotní přednosti.
Byly dále zjišťovány náklady a energetická
náročnost na ošetřování ploch různými pracovními
linkami a typy strojních souprav pro zpracování a péči o
půdu a zakládání porostů energetických a
půdoochranných
plodin
v různých
výrobních
podmínkách, příklad je uveden na Grafu 4.
-1
Spotřeba nafty [l.ha ]
Vedle přípravy základních látek, šetrných
k životnímu prostředí a klimatu a šetření omezených
fosilních surovinových zdrojů vede rostoucí zavádění
obnovitelných surovin ke zvýšenému využití
ekonomického potenciálu venkova, ke zvýšení
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
extenzivní zemědělská produkce spásáním
porostu (krávy, ovce, kozy) doplněná žacím nebo
mulčovacím řezem,
mechanická péče pomocí techniky pro
zpracování a péči o půdu a mulčovacích nebo
žacích strojů,
pěstování obnovitelných surovin pro
nepotravinářskou oblast zemědělské produkce,
zalesnění půd.
4750
3680
43,8
2610
55,7
38,5
2750
2980
41,4
58,8
3010
2490
36,1
2870
49,1
40,6
2960
38,5
Len Hnojení Řepka
olejný,
na
olejná
přadný zeleno
Len Hnojení Řepka
olejný,
na
olejná
přadný zeleno
Len Hnojení Řepka
olejný,
na
olejná
přadný zeleno
Řepařská-konvenční
Obilnářská-konvenční
Obilnářská-minimalizační
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Náklady [Kč.ha-1]
-
Výrobní oblast- postupy
Spotřeba nafty
Graf 3
Náklady
Pěstování obnovitelných surovin v SRN
92
900
Výměry ploch
[1 000 ha]
750
600
450
300
150
0
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Rok
Plochy neležící ladem
Plochy ležící ladem
Graf 4
Náklady a spotřeba paliva na pracovní postupy zakládání porostů na půdě uváděné
do klidu.(nejsou zahrnuty ceny osiv a hnojiv)
Strojní linky pro zakládání a ošetřování těchto
půd lze podle způsobu uvedení půdy do klidu rozdělit
na:
-
V rámci dalšího výzkumu problematiky péče o
půdy v klidu z hlediska technologických systémů a
techniky by měly být vyhodnoceny pracovní postupy
v různých výrobních a půdních podmínkách,
následujících pracovních postupů s využitím techniky
pro zpracování půdy, péči a ošetření půdy a porostů na
ní:
linky pro úhorování (černý úhor nebo úhor osetý
jednoletými až dvouletými rostlinami),
linky pro zatravnění tj. převedení orné půdy do
trvalých travních porostů.
1) postupy a technika na pěstování plodin pro
energetické a průmyslové využití (např.len, konopí,
topinambur aj.) na orné půdě,
2) technika a pracovní postupy mechanizované péče o
plochy plodin pěstovaných za účelem zeleného
hnojení na půdách bez produkce,
3) technika
a
mechanizované
postupy
pro
založení,ošetřování a údržbu travních porostů na
půdách
uváděných
do klidu
(mulčování,
sečení, kompostování aj.),
4) technika a postupy péče o půdu a zakládání porostů
při pěstování řepky pro nepotravinářské účely.
Řízený úhor lze považovat za optimální pro
uvádění půdy do klidu protože přirozený úhor by
způsobil silné zaplevelení s výše uvedenými riziky.
Zakládání a udržování černého úhoru je méně vhodné
protože je nutné jej několikrát v průběhu vegetačního
období zpracovávat technikou pro zpracování půdy, což
přináší zvýšené náklady a nebezpečí eroze půdy. Strojní
linky pro tyto postupy sestávají ze souprav na
zpracování a přípravu půdy.
Pro krátkodobý řízený úhor jsou vhodné
jednoleté rostliny které jsou v zeleném stavu zapraveny
do půdy (hnojení na zeleno), např. hořčice, pohanka a
svazenka. Výbornými plodinami pro úhorování jsou
trávy a jeteloviny, které významně obohacují půdu o
humus a dusík a mají vysoké protierozní účinky a vliv
na fyzikální stav půdy po jejich zapravení do půdy.
Strojní linky pro tyto postupy jsou skládány ze souprav
strojů pro zpracování a přípravu půdy, zakládání
porostů, drcení a rozmělňování rostlinné hmoty a její
zapravování do půdy.
Problematika pěstování řepky i dalších
obnovitelných surovin a zalesňování půd se řeší
v současné době na více výzkumných pracovištích a
vysokých školách.
Problematika opakovaného mulčování biomasy
na půdách ponechaných v klidu je v poslední době
odborníky přehodnocována a diskutována vzhledem
k některým negativním účinkům tohoto postupu na
půdu (zvýšení obsahu a vyplavování nitrátů) a ve
složení porostů (zvýšení podílů nežádoucích plevelných
druhů v porostech).
Ze zatravněných ploch nelze intenzivní louky a
pastviny považovat jako půdy uvedené do klidu. Musí
splňovat předpisy uvedené výše. Lze tak označit pouze
extenzivní porosty využívané pouze pro ojedinělou
sklizeň
nebo
pastvu
za
účelem
uklizení
plochy.Udržované v dobrém stavu např. sečením,
mulčováním nebo regulátory růstu. Strojní linky pro
tyto postupy jsou složeny z techniky pro sečení,
mulčování, lisování, kompostování, skladování, popř.
aplikaci regulátorů růstu apod.
MZe ČR připravuje v současné době ve
spolupráci s dalšími odbornými pracovišti nové
směrnice a nařízení na podporu pěstování, využití a
nakládání s biomasou na půdách.
Perspektivní
pracovní
postupy
budou
sledovány z hlediska výběru potřebných strojů, vlivu na
některé vlastnosti půdy, tak aby byly stanoveny jejich
technicko-ekonomické parametry a energetická
93
analýza ověřovaných technologických
technického zabezpečení postupů.
náročnost operací v různých výrobních podmínkách.
Předpokládá se že budou stanoveny příklady
technického zabezpečení pracovních operací a navrženy
vzorové pracovní postupy.
a
Optimální specifikace vzorových postupů a
zjištění jejich nákladovosti může příznivě ovlivnit volbu
i uplatnění nových technologií a orientaci
podnikatelských subjektů v současné nabídce techniky.
Při aplikaci postupů v zemědělské praxi bude
především rozhodovat ekonomika a výkonná technika,
proto musí být nedílnou součástí řešení i ekonomická
Obr. 1
postupů
Ošetřování porostů na půdách uvedených do klidu široko-záběrovým mulčovačem je v posledním období
předmětem důkladného výzkumu vzhledem k některým negativním účinkům tohoto postupu na půdu a porosty.
BMVEL:Forschungsplan des Bundesministeriums fur
Verbraucherschutz, Ernährung und
Landwirtschaft,Bonn 2002
BRANT V. - SOUKUP J. - SVOBODOVÁ M., 2003:
Půda uváděná do klidu jako potenciální zdroj pylových
alergenů, Orion s.r.o. Č.Budějovice, Agro: 5
Sborník: Zemědělská technika a Biomasa 2004, VÚZT
Praha č. 5 /2004, Praha 2004
VÚZT Praha: Výzkumná zpráva Z-2295 Praha 1995
Agroenviromentální programy České republiky,vydalo
MŽP ve spolupráci s MZe ČR, Praha, 2004
Český statistický úřad: Statistická ročenka, Praha 2003
Český statistický úřad: Struktura ploch osevů, Praha
2003
ČÚZK: Statistická ročenka půdního fondu ČR, Praha
2003
BML SRN: Agenda 2000 Pflanzlicher Bereich
Agrarumweltmassnahmen, Bonn 2000
BMVEL:Gesamt waldbericht der Bundesregierung,
Berlin 2003
BMVEL:Ernährungs-und agrar politischer Bericht der
Bundesregierung, Berlin 2003
Metodika k provádění nařízení vlády č. 241/2004 Sb. ve znění č. 121/2005 Sb.O podmínkách provádění pomoci
méně příznivým oblastem a oblastem s ekologickými omezeními MZe ČR v ÚZPI Praha, 2005
Souhrn
V práci jsou uvedeny plochy půd které bude nutno v ČR do budoucna ponechat bez zemědělské produkce,
ponechat je ladem nebo na nich pěstovat energetické popř.další nepotravinářské plodiny a obnovitelné suroviny.
Jsou uvedeny možné technologické postupy ošetřování a péče o tyto půdy a stávající výzkumné poznatky péče o
půdy uváděné do klidu v zemích EU a v ČR. Dále jsou uvedeny náklady a spotřeba paliva na pracovní postupy
zakládání porostů a ošetřování půdy uváděné do klidu v různých výrobních podmínkách.
Kontaktní adresa:
Ing. Václav Mayer, CSc.
Tel: 233 022 335, Fax: 233 312 507
94
MOŽNOSTI MAPOVÁNÍ VÝNOSŮ PŘI SKLIZNI PÍCNIN
YIELD MAPPING POSSIBILITIES AT THE FORAGE HARVESTING
František Kumhála, Milan Kroulík, Jiří Mašek, Václav Prošek
Abstract
The main aim of this article is to evaluate different possibilities for creating forage yield maps under real field
conditions. Mowing conditioning machines are studied in details. The measurement method should be based on the
mowing machine conditioner's power requirement measured by a torque-meter or on material change in momentum
measured by a curved impact plate. A field of 0.54 ha acreage was harvested during evaluation. The measurement
method allowed comparison of data from the torque-meter and impact plate with data from hand measurement by
means of geostatistical analysis. The results showed that conditioner power input measurement as well as material
change in momentum measurement can be used for grass yield map creation.
Keywords: precision farming, yield maps, grass, harvest
strojem. Když byl tento systém doplněn měřením úhlu
sklonu žacího adaptéru stroje a měřením rychlosti
vkládacích válců, bylo dosaženo uspokojivých
výsledků.
Pro měření okamžité průchodnosti nesených
nebo návěsných rotačních žacích strojů, které nejsou
vybaveny překladačem řádků, tedy nelze nalézt
odpovídající technické řešení. Proto byl tímto směrem
zaměřen výzkum na Technické fakultě ČZU v Praze.
Úvod
Pro měření výnosů pícnin při sklizni sklízecí
řezačkou již bylo různými autory vyvinuto,
vyzkoušeno a publikováno množství různých metod.
Vansichen a De Baerdemaeker (1993) odvozovali
okamžitý výnos z údajů o příkonu řezacího a žacího
ústrojí sklízecí řezačky a z údajů o příkonu metače.
Množství autorů (Auernhammer et al., 1994, Ehlert a
Schmidt, 1995, Martel a Savoie, 1999, Schmittmann et
al., 2001, Diekhans, 2002) měřilo okamžitý výnos
prostřednictvím měření okamžité mezery mezi válci
vkládacího ústrojí sklízecí řezačky. U návěsné sklízecí
řezačky bylo vyzkoušeno rovněž nárazové čidlo
umístěné v odhazové koncovce stroje (Missotten et al.
1997) a podobné čidlo bylo použito také u řezačky
samojízdné (Martel a Savoie, 1999, Schmittmann et al.,
2001). Martel a Savoie (1999) měřili rovněž
elektrickou kapacitu v odhazové koncovce a
Schmittmann et al. (2001) měřil tloušťku proudu
materiálu.
Ehlert et al. (2002) měří výnos obilovin
pomocí taženého kyvadla. Senzor je vhodný pro
použití při přihnojování obilovin během vegetace.
Měření výnosů pícnin při jejich sklizni žacími
stroji není zdaleka tak propracováno, jako v případě
sklízecích řezaček, nicméně některé možnosti byly
vyvinuty a testovány i za tímto účelem. Demmel et al.
(2002) založili etchnologii zjišťování okamžitého
výnosu při sklizni pícnin rotačním žacím strojem na
principu
tenzometrického vážení
překládacího
dopravníku. Následně Ruhland et al. (2004) určovali
okamžitý výnos prostřednictvím měření tlaku oleje v
pohonu překládacího dopravníku. Obě tyto metody
jsou však vhodné pouze pro žací stroje, které jsou
vybaveny překládacím dopravníkem.
Shinners et al. (2000) vyvinuli systém pro
měření okamžitého výnosu při sklizni samojízdným
žacím řádkovačem-mačkačem. Zkoušeli měřit sílu
přítlaku mačkacích válců, jejich vzdálenost a rovněž
sílu, kterou působí materiál vycházející ze stroje na
desky formující řádek materiálu. Nadějné výsledky
poskytl pouze systém měření síly na usměrňovací
desky. Následně Shinners et al. (2003) vybavili stroj
možností měření objemové průchodnosti materiálu
Materiál a metoda.
Pro potřeby měření byl vybrán rotační žací
stroj ŽTR 216 H od našeho výrobce Agrostroje
Pelhřimov. Jedná se o rotační žací stroj se dvěma
bubny s pracovním záběrem 2,15 m. Stroj může být na
přání vybaven prstovým čechračem píce, což byl náš
případ. Stroj byl vybaven měřící aparaturou vyvinutou
na TF ČZU v Praze. Do pohonu čechrače byl vložen
torzní kardanový dynamometr s čidlem otáček.
Kromě toho byl rotační žací stroj osazen
rovněž zakřivenou nárazovou deskou, umístěnou na
výstupu materiálu ze stroje. Materiál letící ze stroje byl
nucen na nárazovou desku narazit. Pomocí
tenzometrických snímačů byla snímána nárazová síla
materiálu na nárazovou desku.
Rotační žací stroj byl také vybaven anténou
pro příjem signálu DGPS o okamžité poloze stroje.
Vlastní přijímač signálu byl umístěn v kabině traktoru.
Na předním kole traktoru byl také umístěn snímač jeho
otáček. Údaje o poloze stroje, signály z torzního
kardanového dynamometru, čidla otáček čechrače,
nárazové desky a čidla otáček předního kola byly
snímány každých 5 sekund.
Ze snímaných údajů byla jednočipovým
mikropočítačem vytvořena datová věta, která byla
prostřednictvím portu RS 232 převáděna do notebooku
v kabině traktoru. Zde byly jednotlivé datové věty
nahrávány do souboru. Ze získaných hodnot bylo
později možné vypočítat příkon čechrače a okamžitou
rychlost traktoru. Údaje o poloze stroje a signály z
nárazové desky nebylo nutno přepočítávat.
Abychom měli možnost porovnat funkci obou
měřících systémů se skutečností, byl každý okamžik
příjmu signálu DGPS označen na sklizeném řádku
95
jak bylo popsáno výše). Počet měření dovoloval rovněž
vyhodnocení pomocí geostatistických metod. Pro
statistické vyhodnocení byly použity počítačové
programy MS Excel, Statgraphics for Windows,
ArcGIS 8, Geostatistical Analyst and GS+, verze 5.1.1.
Získaná data byla nejprve podrobena
statistickému vyhodnocení běžnými statistickými
metodami. Základní statistický popis souborů dat z
měření příkonu čechrače, z měření pomocí nárazové
desky a z ručního vážení je v Tab. 1.
plastovým štítkem. Po každé měřící jízdě byly úseky
řádku mezi jednotlivými měřícími štítky zváženy. Tak
bylo dosaženo toho, že údaje o hmotnosti píce mezi
štítky korespondovaly s údaji z elektronické měřící
aparatury a mohly být později porovnány.
Výsledky a diskuse.
Při měření bylo sklizeno pokusné pole o
rozloze 0,54 ha. Na pozemku bylo uskutečněno měření
na 267 odběrových místech (mezi jednotlivými štítky
Tab. 1: Statistický popis získaných datových souborů.
Proměnná/statistický
Příkon čechrače
parametr
[kW]
Průměr
2.50047
Standardní odchylka
1.84334
Variační koeficient (%)
73.7
Šikmost
5.32
Minimum
0.0350385
Maximum
8.8481
Počet měření
267
Údaje nárazové
desky [Hz]
140.551
111.622
79.4
7.38
1.6
655.4
267
Průchodnost materiálu zjištěná
vážením [kg s-1]
1.9442
0.649349
33.4
0.16
0.42
3.618
267
korelační analýzy ani geostatistických metod. Prvním
krokem pro vyhodnocování jednotlivých vztahů mezi
získanými soubory byl výpočet korelační matrice.
Údaje v Tab. 2 ukazují hodnotu Pearsonova koeficientu
lineární korelace mezi jednotlivými datovými soubory.
Z předchozích měření (Kumhála et al., 2003) bylo
možno předpokládat, že závislost jednotlivých dat bude
lineární.
Jak je patrné z hodnot maxima a minima
jednotlivých souborů, ve všech případech byl celkový
rozsah naměřených hodnot poměrně široký. To platí
především pro data získaná z elektronické měřící
aparatury. Hodnoty šikmosti jednotlivých souborů
vybočují z intervalu ± 2, což poukazuje na statisticky
významnou odchylku sledovaných souborů od
normálního rozdělení. Nicméně normalita naměřených
dat není nutnou podmínkou pro následné použití
Tab. 2: Korelační matrice Pearsonova koeficientu pro získané datové soubory.
Příkon čechrače
Údaje nárazové
Proměnná
[kW]
desky [Hz]
vážením [kg s-1]
Příkon čechrače [kW]
0.84*
Údaje nárazové desky [Hz]
0.84*
Průchodnost
materiálu
0.73*
zjištěná vážením [kg s-1]
* Statisticky významná závislost na 99 % hladině významnosti
0.73*
0.63*
0.63*
dat. Prostorové závislosti jednotlivých datových
souborů byly sledovány prostřednictvím konstrukce
variogramů a výpočtu jejich parametrů. Porovnání dat
z jednotlivých souborů umožňuje jejich standardizace.
V našem případě byla data standardizována na nulový
průměr a jednotku rozptylu. Při standardizaci bylo
použito běžných statistických metod. Byly vypočítány
experimentální variogramy a ty byly v dalším kroku
nahrazeny variogramy modelovými. Modelové
variogramy byly vybrány na základě nejlepšího
vypočteného koeficientu determinace R2 pro jednotlivé
v úvahu připadající varianty. Tyto koeficienty hodnotí
sílu závislosti modelového variogramu na variogramu
vypočteném prostřednictvím reziduálního součtu
čtverců (RSS-Residual Sum of Squares). Vypočtené a
modelové variogramy jsou pro všechny tři soubory dat
na Obr. 1. Z obrázku je patrné, že pro všechny tři
naměřené soubory hodnot je možné variogramy
skutečně vypočítat a zároveň tak určit jejich základní
parametry. Kromě variogramů je tak možno vypočítat
Jak je patrné z Tab. 2, mezi všemi
sledovanými soubory lze nalézt statisticky významnou
závislost na hladině významnosti 99 %. Z praktického
hlediska je důležitá závislost příkonu čechrače a
průchodnosti materiálu zjištěné vážením a údajů z
nárazové desky a průchodnosti materiálu zjištěné
vážením. Z tabulky je zřejmé, že lepší závislost byla
pro příkon čechrače (koeficient korelace 0,73) než pro
údaje z nárazové desky (0,63). To mohlo být
způsobeno některými problémy s nastavením nulového
bodu na nárazové desce. Tento nedostatek se bohužel
projevil až při polním měření a nebylo ho možno
bohužel v polních podmínkách odstranit. Dalším
důležitým zjištěním je poměrně silná závislost mezi
soubory příkonu čechrače a údajů z nárazové desky. To
znamená, že obě elektronická zařízení snímala během
měření velmi podobná data. Funkce obou přístrojů tedy
byla z tohoto pohledu téměř shodná.
Jak již bylo uvedeno, rozsah získaných
souborů byl vhodný rovněž pro geostatistikou analýzu
96
semivariance
také crossvariogramy pro všechny kombinace
získaných dat. Základní parametry variogramů a
crossvariogramů jsou v Tab. 3. Jako modelový
variogram se ve všech případech jevil jako
nejvýhodnější Gaussův model. Podle hodnot RSS a R2
je možno usoudit, že tento modelový variogram byl
zvolen správně.
semivariance
semivariance
Vzdálenost [m]
Vzdálenost [m]
Vzdálenost [m]
Obr. 1: Získané variogramy příkonu čechrače
(nahoře), údajů z nárazové desky (uprostřed) a
průchodnosti materiálu získané ručním měřením (dole)
%, jedná se o středně silnou prostorovou závislost a
jestliže je hodnota C0/(C0+C) ≥ 75 % pak jsou získaná
data prostorově nezávislá. Jak vyplývá z hodnot
uvedených v Tab. 3, byla u všech dat zjištěna silná
prostorová závislost.
Obecně lze konstatovat, že sílu prostorové
závislosti je možno určit jako podíl zbytkové variace
C0 a limitní hodnoty (C0+C). Prostorovou závislost je
poté možno rozdělit do tří skupin. Jestliže C0/(C0+C) ≤
25 % je možno použít termínu "silná prostorová
závislost". Jestliže je hodnota C0/(C0+C) mezi 25 až 75
Tab. 3: Základní parametry modelových variogramů.
Údaje
Přík.
Průch.
Proměnná/
náraz.
čechmater.
/parametr
desky
rače
[kg2 s-2]
2
2
[Hz ]
[kW )]
Co
0.3
0.34
0.34
Co+C
1.74
1.98
2.1
Rozsah Ao (m)
54.2
65.4
70.3
Co/(Co+c) (%)
17
17
16
R2
0.88
0.97
0.97
RSS
0.42
0.1
0.12
Model
Gauss.
Gauss.
Gauss.
Prostorovou závislost mezi jednotlivými
soubory dat je možno zjistit pomocí crossvariogramů.
Pro jejich výpočet byla data z ručního měření
průchodnosti materiálu použita jako základní proměnná
a data z obou měřících přístrojů jako proměnná
přidaná. Experimentální crossvariogramy byly
nahrazeny rovněž Gaussovými modely, které se ve
všech třech případech jevily jako nejvhodnější. Z
hodnot C0/(C0+C) vyplývá, že prostorová závislost
sledovaných dat se zlepšila. To je výhodné pro
následnou konstrukci map např. metodou Krigingu
protože odhad interpolační metody je poté přesnější.
Vizuální
zobrazení
dat
je
možné
prostřednictvím mapy. Pro konstrukci všech tří map
bylo použito metody Krigingu. Na mapách je možno
sledovat rozložení nižších a vyšších naměřených
hodnot příkonu čechrače, údajů z nárazové desky a
průchodnosti materiálu zjištěné vážením na různých
místech sledovaného pozemku. Mapy jsou na Obr. 2.
Průch. mat. vs.
příkon [kW kg
s-1]
0.06
1.63
61.8
4
0.92
0.31
Gauss.
Průch. mat.
vs. deska
[Hz kg s-1]
0.001
1.73
71
1
0.96
0.174
Gauss.
Deska vs.
příkon
čechrače
[kW Hz]
0.15
1.74
60.8
9
0.94
0.22
Gauss.
Obr. 2: Mapy hodnot příkonu čechrače [kW], hodnot
údajů z nárazové desky [Hz] a údajů průchodnosti
zjištěné vážením [kg.s-1] (další strana)
97
naměřených veličin byly získány na jihozápadní části
pozemku a vyšší hodnoty na části severovýchodní.
Jestliže hodnotíme rozložení barev na
jednotlivých mapách, je zde možné najít některé
podobnosti jak mezi mapami hodnot příkonu čechrače
a průchodnosti zjištěné vážením, tak mezi mapami
hodnot údajů z nárazové desky a průchodnosti zjištěné
vážením. Nicméně nejvíce podobné jsou si mapy
příkonu čechrače a údajů z nárazové desky.
Protože všechny získané soubory byly
standardizovány, je možno vypočítat strukturální
koeficienty korelace pro prostorové závislosti
jednotlivých souborů dat. Tyto korelační koeficienty
jsou v Tab. 4. Jak je z Tab. 4 patrné, jsou strukturální
korelační koeficienty vyšší než koeficienty lineární
korelace z Tab. 2. Z uvedených strukturálních
korelačních koeficientů je možno odvodit, že existuje
relativně silná a přibližně stejná (R = 0,85) prostorová
závislost dat z měření příkonu a z měření nárazovou
deskou na datech z ručního měření průchodnosti
materiálu. Z tohoto pohledu jsou obě měřící metody
rovnocenné.
Nejvyšší hodnota strukturálního korelačního
koeficientu byla nicméně vypočítána pro příkon
čechrače a údaje z nárazové desky (0,94). Tyto
výsledky jsou v dobrém souladu s vizuální kontrolou
získaných dat na zhotovených mapách.
Tab. 4: Korelační matrice strukturálních korelačních
koeficientů mezi příkonem čechrače, údaji z nárazové
desky a průchodnosti materiálu zjištěné vážením.
Na Obr. 2 znamenají světlejší místa menší naměřenou
hodnotu sledovaných veličin a tmavší místa naopak
hodnotu vyšší. Z map je patrné, že nižší hodnoty
Proměnná
Údaje nárazové
desky [Hz]
vážením [kg s-1]
0.94
0.85
Údaje nárazové desky [Hz]
Průch. mater. zjištěná
vážením [kg s-1]
0.94
0.85
0.85
0.85
Z
hodnot
strukturálních
korelačních
koeficientů tedy rovněž plyne, že oba testované
systémy zaznamenávaly během své práce velmi
podobná data a jejich funkce během měření byla
prakticky shodná. To je rovněž v dobrém souladu s
výsledky hodnocení závislostí pomocí Pearsonova
koeficientu.
Agricultural Engineering AgEng´94, Miláno, Itálie,
paper No. 94-D-139
Demmel, M., Schwenke, T., Heuwinkel, H., Locher, F.
and Rottmeier, J. 2002. Lokale Ertragsermittlung in
einem Scheibenmähwerk mit Aufbereiten. (Local Yield
Monitoring in a Mower Conditioner with Windrowing
Device). In: Proceedings of Conference: Agricultural
Engineering, Halle, VDI Verlag GmbH, Německo, s.
139 – 143.
Diekhans, N. 2002. Ein praxisnahes Verfahren für eine
Ertragsmessung an Feldhäckslern. (A Practical
Solution for Yield Measurement on a Forage
Harvester).
In:
Proceedings
of Conference:
Agricultural Engineering, Halle, VDI Verlag GmbH,
Německo, s. 133–137.
Ehlert, D. and Schmidt, H. 1995. Ertragskartierung mit
Feldhäckslern. (Yield Mapping in Forage Harvesters).
Landtechnik 4/95, 204 – 205.
Ehlert, D., Volker, U. and Kalk, W.-D. 2002.
Sensorgestützte Stickstoffdüngung in Winterweizen.
(Sensor Based Nitrogen Fertilization in Winter Wheat).
In: Proceedings of Conference Agricultural
Engineering, Halle, VDI Verlag GmbH, Německo, s.
127–132.
Závěr
Výsledky našich měření ukázaly, že jak
měření okamžitého příkonu čechrače, tak měřící
metoda založená na principu práce nárazové desky jsou
potenciálními možnostmi pro zjišťování okamžitého
výnosu a následné tvorby výnosových map při sklizni
pícnin
rotačním
žacím
strojem
vybaveným
kondicionérem. Z měření je možno vyvodit, že oba
principy mohou být použity pro tvorbu výnosových
map v polních podmínkách.
Použitá literatura:
Auernhammer, H., Demmel, M., Muhr, T., Rottmeier,
J. and Wild, K. 1994. Site Specific Yield Measurement
in Combine and Forage Harvesting Machines. In:
Proceedings of International Conference on
98
Kumhála, F., Kroulík, M, Mašek, J. and Prošek, V.
2003. Development and testing of two methods for the
measurement of the mowing machine feed rate. Plant
Soil Environ., 49, 2003 (11), ÚZPI, Praha 2003, 519524
Kumhála, F. and Prošek, V. 2003. Laboratory
Measurement of Moving Machine Material Feed Rate.
Precision Agriculture, 4, Kluwer Academic Publishers,
Dordrecht, Holandsko, 413-419
Martel, H. and Savoie, P. 1999. Sensors to Measure
Forage Mass Flow and Moisture Continuously. ASAE
Paper No. 991050, ASAE, St. Joseph, Michigan, USA.
Missotten, B., Broos, B., Strubbe, G. and De
Baerdemaeker, J. 1997. A Yield Sensor for Forage
Harvesters.
In:
Precision
Agriculture
1997,
Proceedings of the 1st European Conference on
Precision Agriculture. Ed. J. V. Stafford. BIOS
Scientific Publishers Ltd, Oxford, UK. s. 529 – 536
Ruhland, S., Haedicke, S. and Wild, K. 2004. A
Measurement Technique for Determination of Grass.
In: Proceedings of Conference Agricultural
Engineering, Dresden, VDI Verlag GmbH, Německo,
s. 317 – 324.
Shinners, K. J., Barnett, N. G. and Schlesser, W. M.
2000. Measuring Mass-Flow-Rate on Forage Cutting
Equipment. ASAE Paper No. 001036, ASAE, St.
Joseph, Michigan, USA.
Shinners, K. J., Huenink, B. M., Behringer, C. B. 2003.
Precision Agriculture as Applied to North American
Hay and Forage Production. In: Proceedings of the
International Conference on Crop Harvesting and
Processing. ASAE Publication Number 701P1103e.
Ed. Graeme Qick, Louisville, Kentucky, USA.
Schmittmann, O., Kromer, K-H. and Weltzien, C.
2001. Yield Monitoring on Forage Harvester. In:
Proceedings of PMA 2001, ČZU Praha, Česká
Republika, s. 286 – 291.
Vansichen, R. and De Baerdemaeker, J. 1993. A
measurement technique for yield mapping of corn
silage. Journal of Agriculture Engineering Research, 55
1-10.
Wild, K., Ruhland, S. and Haedicke, S. 2003. Pulse
radar systems for yield measurements in forage
harvesters. In: Precision Agriculture, Proceedings of
the 4th European Conference on Precision Agriculture,
eds. J. Stafford and A. Werner, Wageningen Academic
Publishers, Holandsko, s. 739-744
Souhrn
Příspěvek se zabývá porovnáním různých možností vytváření výnosových map při sklizni píce v polních
podmínkách. Podrobně jsou hodnoceny především možnosti mapování výnosů u žacích strojů. Měření může být
založeno na principu snímání příkonu čechrače rotačního žacího stroje nebo na principu práce zakřivené nárazové desky
umístěné na výstupu materiálu ze stroje. Za účelem porovnání těchto systémů byl sklizen pozemek o rozloze 0,54 ha.
Metoda měření dovolovala porovnat oba principy s ručním zjišťováním okamžitého výnosu pomocí statistických i
geostatistických metod. Výsledky měření ukázaly že jak měření příkonu čechrače rotačního žacího stroje tak měření
síly vylétajícího materiálu na zakřivenou nárazovou desku mohou být použity pro tvorbu výnosových map.
Klíčová slova: precizní zemědělství, výnosové mapy, pícniny, sklizeň
Příspěvek vznikl za podpory prostředků z výzkumného záměru MŠMT číslo MSM 6046070905
Kontaktní adresa:
Doc. Dr. Ing. František Kumhála
ČZU v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů
Kamýcká 129
165 21 Praha 6 Suchdol
Tel: 224 383 135
E-mail: [email protected]
99
VLIV TVARU POZEMKU NA ENERGETICKOU NÁROČNOST PRACOVNÍCH
OPERACÍ
THE EFFECT OF THE LAND SHAPE ON THE ENERGY INTENSITY OF OPERATION
STEPS
L. JÍLEK1, V. PODPĚRA2
1
Technical Faculty, Czech Agricultural University, Prague, Czech Republic
2
Anser spol. s r.o., Prague, Czech Republic
Abstact
The goal of the work is to find and describe the effect of the shape and size of the land on the energy intensity
of an agricultural operation. This effect is expressed by means of coefficient K S that is determined by a theoretical
calculation; the correctness of the algorithm is confirmed by coefficient K SP determined by a field-laboratory
measurement. Both coefficients are determined for seven different lands and the results are compared mutually. The
results are also indicated for the calculation of fuel consumption and machine performance with respect to the land size
and shape. With the help of these relations, a graph was set up for the dependence of the performance (ha/h) and
consumption (l/ha), (l/h) on the K S coefficient during ploughing.
Keywords: energy intensity, fuel consumption, land size, land shape
provedení pracovních operací z hlediska exploatačních,
ekonomických a energetických kritérií má velikost a
tvar pozemku (PASTOREK A KOL. 2002). Tento vliv
je způsoben především počtem otočení na souvrati, kdy
není využit pracovní výkon stroje. Při zemědělských
operacích se nejčastěji využívá honový způsob pohybu
soupravy, kdy jsou pracovní jízdy vykonávány
přímočarým pohybem podle jedné strany záhonu. Mezi
honové způsoby lze zařadit následující základní pohyby
souprav na pozemku: 1. člunkový způsob pohybu, 2.
pohyb do skladu a rozkladu, 3. pohyb s překrytím.
Cílem toho článku je zjistit a popsat vliv tvaru
a velikosti pozemku na energetickou náročnost
zemědělské operace při různých způsobech pohybu
soupravy.
Úvod
V druhé
polovině
minulého
století
technologický rozvoj dramaticky změnil výkonnost
zemědělských strojů. Důsledky byly zároveň pozitivní i
negativní. Pozitivní stránka spočívá ve stabilní a hojné
produkci potravin, negativní stránkou je větší závislost
na fosilních palivech a nižší energetická účinnost
(Giampietro, Pimentel 1994). Spotřeba pohonných hmot
je hlavní součástí veškeré spotřebovávané energie nejen
při výrobě rostlinných výrobků, ale i v zemědělství
celkem. Spotřeba fosilních paliv a energie patří
v posledním období na celém světě k nejostřeji
sledovaným problémům. Je to proto, že rozvoj
hospodářství každé země je do určité míry závislý na
úrovni palivoenergetické základny,
schopnosti
plynulého zásobování, při čemž jsou energetické zdroje
omezeny a stále obtížněji získávány. Zvyšující se
disproporce mezi spotřebou energie a možnostmi jejího
zajišťování aktualizuje nutnost racionalizace využívání
všech forem energie. Řešení racionalizace úspory
motorové nafty při výrobě rostlinných produktů jsou
hlavní součástí racionalizace úspor veškeré energie
zemědělského podniku (Ondřej 1985).
V závislosti na druhu paliva a celkovému času
využití traktoru se pohybuje cena paliva a maziva
obvykle mezi 16 až 45 procenty celkových nákladů
(Siemens, Bowers 1999). Energetická náročnost
jednotlivých operací závisí nejen na technických
parametrech použité soupravy strojů, hloubce a intenzitě
práce, způsobu využití soupravy, ale ve značné míře je
dána variabilitou fyzikálně mechanických vlastností
zpracovávaného
materiálu,
velikosti
pozemků,
svažitostí, frakčními podmínkami a dalšími parametry.
Ve Výzkumném ústavu zemědělské techniky
v Praze byla provedena analýza vlivu činitelů, které
ovlivňují provedení pracovních operací posuzovaných
především z hlediska dosahovaných výkonností, měrné
spotřeby energie především nafty a jednotkových
přímých nákladů. Je zřejmé, že největší vliv na
Metodika
Vyjádření vlivu tvaru a velikosti pozemku na
energetickou náročnost koeficientem K S je provedeno
teoretickými výpočty, které jsou dále ověřeny polnělaboratorním měřením. Tyto výpočty jsou porovnány
s teoretickými výpočty koeficientu otáčení K o .
1. Výpočet koeficientů pro vyjádření vlivu tvaru a
velikosti pozemku na energetickou náročnost
a) teoretickým výpočtem:
Vliv tvaru pozemku na spotřebu vyjádříme
pomocí koeficientu K S , která udává poměr mezi
skutečně zpracovanou plochou S a teoretickou plochou
S T . Teoreticky zpracovaná plocha S T je plocha,
kterou by stroj zpracoval při ujetí stejné dráhy jako při
zpracování pozemku S bez přerušení práce otáčením
na souvratích.
Koeficient poměru ploch
vztahem:
100
KS
stanovíme
KS =
kde:
S
ST
(- )
(1)
SX =
K S - koeficient poměr ploch
(- )
(ha )
S - skutečně zpracovaná plocha
S T - teoreticky zpracovaná plocha (ha )
kde:
0,5C 2 + C ( R + 2e) + 8R 2
+ L + 2C
B
(m) (6)
L - délka jedné pracovní jízdy (m )
S T = S + l X (bmax - z × e )10 -4 (ha ) (2)
kde:
l X - ujetá dráha na souvrati při jednom otočení
(m )
z - pracovní záběr stoje (m )
bmax - největší rozměr pozemku kolmý na směr
jízdy (m )
e - součinitel využití záběru stroje (-)
b) polně-laboratorním měřením:
Data byla naměřena pomocí systému GPS35 LV-HVS
se záznamníkem dat a poté vyhodnocena v
geografickém systému Topol 6.008. Zaznamenávala se
pracovní rychlost, zeměpisné souřadnice a čas. Kromě
dat GPS byla zaznamenána spotřeba nafty měřená
průtokoměrem EDM 1404. Jako pracovní operace byla
zvolena orba provedená soupravou NEW HOLLAND
8770 s pluhem LEMKEN VARI-DIAMANT 10 7L100.
Měření
bylo
provedeno
v Zemědělském
družstvu Rosovice v termínu od 15.7.2004 do
28.7.2004. Podmínky orby: suchá, hlinitá půda,
pozemky na rovině.
Po dosazení rovnice (2) do rovnice (1) a po
úpravách rovnic získám vztah pro výpočet K S :
Velikost teoreticky zpracované plochy při
polně-laboratorním měření STP určíme ze vztahu:
S
(- ) (3)
S + l X (bmax - z × e )10 - 4
Délku nepracovní jízdy l X při jedné otáčce
S TP = v × t × z × e × 10 -4
(ha ) (7)
v - průměrná pracovní rychlost (km / h)
kde:
z - pracovní záběr stoje
(m )
t - celková doba potřebná na zpracování plochy
S (h)
STP - teoreticky zpracovaná plocha určena
polně-laboratorním měřením
(ha )
Velikost teoreticky zpracované plochy se určí
ze vztahu:
KS =
vypočítáme:
1. otevřená smyčková otáčka (Ondřej 1985):
l X = 6 R + 2e
2. uzavřená smyčková otáčka (Ondřej 1985):
l X = 8,4 R + 2e
kde:
Koeficient poměru ploch stanovený pomocí
polně-laboratorního měření K SP určíme ze vztahu:
R - poloměr otáčení soupravy (m )
e - kinematická délka soupravy (vzdálenost
K SP =
mezi kinematickým středem soupravy a
pracovními orgány hlavních strojů (m )
Pro složitější způsoby pohybu soupravy
použijeme vztah:
KS =
kde:
S
S + S X × j × z × 10 -4
(- )
(8)
K SP - koeficient poměr ploch stanovený
pomocí polně-laboratorního měření
(- )
(4)
Z databáze naměřených hodnot byla vypočítána
průměrná rychlost pohybu soupravy v a celková doba
zpracování pozemku t . V geografickém systému topol
6.008 byla změřena skutečně zpracovaná plocha S a
záběr stroje z. Plocha STP byla vypočítána dosazením
těchto hodnot do vztahu (7). Koeficient poměru ploch
K SP byl určen dosazením vztahu (7) do vztahu (8).
Pro stanovení S X při pohybu soupravy s
překrytím použijeme vztah (Ondřej 1985):
kde:
(- )
kde:
S X - Délka nepracovních jízd (m)
j - počet záhonů (-)
SX =
S
STP
C
(1,14 R + 0,5C + 2e) - 0,5C + z
z
(m) (5)
c) teoretickým výpočtem koeficientu otáčení
K o (Pastorek 2002):
Součinitel K o vyjadřující vliv otáčení na
souvrati stanovíme podle vztahu:
C - šířka záhonu (m )
Pro stanovení S X při pohybu soupravy do
Ko =
skladu nebo rozkladu použijeme vztah (Ondřej 1985):
101
b ×l ×eB
(- ) (9)
b × l + 10 TO × v(b - z × e B )
3
kde:
souvrati
v - pracovní rychlost
e B - součinitel využití záběru (- )
l - delší strana pozemku (m )
b - kratší strana pozemku (m )
To - doba otočení soupravy na
(h)
(km / h )
Pro kontrolu správnosti teoretického výpočtu
bylo vybráno sedm pozemků různých velikostí a tvarů.
Příklad trajektorie pohybu soupravy je na obrázku 1 a
výsledky jsou uvedeny v tabulce 1.
Obr. 1. Trajektorie pohybu soupravy na pozemku č.7
2. Výpočet spotřeby nafty v závislosti na tvaru a
velikosti pozemku
Pomocí součinitele K S lze vypočítat velikost
spotřeby nafty. Pro zjištění spotřeby nafty v závislosti
na tvaru a velikosti pozemku použijeme tyto vztahy:
W = 0,1 × vO × z × K S
Použitím vztahu (10) pro hektarovou spotřebu, vztahu
(11) pro hodinovou spotřebu a vztahu (12) pro
výkonnost zjistíme skutečnou spotřebu v závislosti na
velikosti a tvaru pozemku. Hodnoty pro měrnou
spotřebu paliva při orbě Q0 , měrnou spotřebu paliva
Pro výpočet hektarové spotřeby nafty při
různých tvarech pozemku:
při otáčení na souvrati QN , průměrnou rychlost při orbě
-1
Kde:
Ql / ha = 10(Q0 + (1 - K S ) × Q N ) × z
(l / ha )
(10)
Q0 - spotřeba paliva při orbě (l / km )
Q N - spotřeba paliva při otáčení na souvrati
(l / km )
vO a průměrnou rychlost při otáčení na souvrati v N
byly zjištěny polně-laboratorním měřením v ZD
Rosovice. Podmínky měření: hloubka orby 21 cm,
hlinitá půda, rovný terén, vlhká půda, teplota 13°C.
Výsledky jsou uvedeny na obr. 2 a 3.
Výsledky a diskuze
V tabulce číslo 1 jsou uvedeny hodnoty
koeficientu K S , které byly zjištěny teoretickým
výpočtem a polně-laboratorním měřením postupem
uvedeným v metodice. U složitějších tvarů pozemku
nelze jednoznačně určit koeficient otáčení K o . Při
Pro výpočet hodinové spotřeby nafty při
různých tvarech pozemku:
Kde:
(ha / h ) (12)
Ql / h = K S × vO × QO + (1 - K S ) × v N × Q N
(l / h )
(11)
vO - průměrná rychlost při orbě (km / h )
v N - průměrná rychlost otáčení na souvrati
(km / h )
výpočtu koeficientu K o byla stanovena doba otáčení To
0,006 h. Záběr 3 m. Rychlost pohybu soupravy byla
vypočítána. Poloměr otáčení byl 5,2 m a kinematická
délka soupravy byla 12 m.
Pro výpočet výkonnosti při různých tvarech
pozemku:
102
Tab. 1 - Porovnání koeficientů hodnotících tvar pozemků
Pozemek č.
1
2
3
4
5
6
7
15.7.
21.7.
21.7.
22.7.
22.8.
23.8.
24.8.
Pracovní rychlost (km/h)
6.9
7.2
7.2
7.1
7.9
7.8
7.3
Výměra (ha)
4.75
4.25
1.12
5.00
10.00
10.00
10.38
Délka pozemku (m)
954
364
198
428
746
707
537
Šířka pozemku (m)
47
105
48
110
136
145
188
KS
0.95
0.88
0.82
0.89
0.93
0.93
0.91
KO
0.96
0.90
0.83
0.91
0.94
0.94
0.93
KP
0.92
0.87
0.81
0.89
0.93
0.93
0.92
Datum
Pozemky číslo 2 a 3 mají stejný tvar (poměr
stran). Rozdíl ve výsledku koeficientu K S u těchto
pozemků ukazuje na vliv velikosti pozemku. Pozemky
číslo 1 a 4 mají téměř stejnou velikost. V tomto případě
je rozdíl koeficientů K S zapříčiněn rozdílným tvarem
pozemku.
1.00
0.95
0.90
KS (-)
0.85
Poměr stran pozemku 0,2
0.80
0.75
Poměr stran pozemku 1
0.70
0.65
0.60
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
S (ha)
Obr. 2. Závislost velikosti koeficientu K S na celkové výměře pole při různých poměrech stran pozemku ( šířka
pozemku/délka pozemku).
Z grafu lze vyčíst postupné snižování vlivu tvaru pozemku na koeficient K S
103
s přibývající velikostí pozemku.
28.00
1.60
27.00
1.40
26.00
1.20
1.00
24.00
23.00
0.80
22.00
W (ha/h)
Ql/ha (l/ha), Ql/h (l/h)
25.00
0.60
21.00
0.40
20.00
0.20
19.00
18.00
0.76
0.00
0.81
0.86
0.91
0.96
Kp (-)
Spotřeba (l/ha)
Spotřeba (l/h)
Výkonnost (ha/h)
Obr. 3. Závislost výkonnosti W a spotřeby Ql / ha , Ql / h na koeficientu K S při orbě soupravou HOLLAND 8770
s pluhem LEMKEN VARI-DIAMANT 10 7 L100
Nárůst výkonnosti a hodinové spotřeby se zvyšujícím se
koeficientem K S je způsoben vyšším využitím
pracovního výkonu stroje. Hektarová spotřeba nafty
klesá se vzrůstajícím koeficientem K S vlivem snižující
se dráhy ujeté na souvrati. Hodinová spotřeba nafty
klesá lineárně s poklesem koeficientu K S vlivem
nárůstu dráhy ujeté při otáčení na souvrati.Je patrné, že
při výměře nad 25 hektarů je vliv tvaru pozemku na
spotřebu malý, neboť nad 25 hektarů je maximální
rozdíl koeficientů K S 0,06 což podle obrázku č.3
odpovídá rozdílu spotřeby o 0,27 l/ha.
GRISSO R. D., KOCHER M. F., D. H. VAUGHAN.,
1999. Predicting tractor fuel
consumption,
Applied Engineering in Agriculture, Vol.
20(5): 553−561. E 2004 American
Society
of
Agricultural Engineers ISSN 0883−8542 553
http://filebox.vt.edu/users/rgrisso/Grisso/Papers/p
m3122.pdf
SIEMENS C., BOWERS W. 1999. Machinery
management:How to select machiner to
fit the real
needs of farm managers. Farm Business Management
(FMB) series. John Deere Publishing.
GIAMPIETRO M., PIMENTEL D., 1994. The
Tightening conflict: population, energy use and
the
ecology of agriculture.
http://www.dieoff.com/page69.htm
ONDŘEJ L., 1985. Využití strojů v rostlinné výrobě–
teorie využití strojů. Praha, VŠZ: 81-83
PODPĚRA V., 2001. Možnosti snižování energetické
náročnosti zemědělské výroby. ÚZPI
PASTOREK A KOL., 2002. Technologické systémy
rostlinné výroby vhodné do přírodních, výrobních a
ekonomických
podmínek ČR a odpovídající
požadavkům EU. Závěrečná zpráva VÚZT.
Závěr
Výsledky teoretického výpočtu se liší pouze
zanedbatelně od výsledků provozně laboratorního
měření. Výsledky jsou téměř shodné i u složitějších
tvarů pozemků. Při porovnání grafů na obrázcích 2 a 3
je patrné postupné snižování vlivu tvaru pozemku na
koeficient K S s přibývající velikostí pozemku. Při
výměře přibližně nad 25 hektarů je vliv tvaru pozemku
na spotřebu zanedbatelný.
Souhrn
Cílem práce je zjistit a popsat vliv tvaru a velikosti pozemku na energetickou náročnost zemědělské operace. Tento vliv
je vyjádřen pomocí koeficientu K S , který je určen teoretickým výpočtem a správnost algoritmu výpočtu potvrzena
pomocí koeficientu K SP určeného polně-laboratorním měřením. Oba koeficienty jsou zjištěny pro pět různých
104
pozemků a výsledky jsou vzájemně porovnány. Dále jsou zde uvedeny vztahy pro výpočet spotřeby paliva a výkonnosti
stroje s ohledem na velikost a tvar pozemku. Pomocí těchto vztahů je sestaven graf závislosti výkonnosti (ha/h) a
spotřeby (l/ha), (l/h) na koeficientu K S při orbě.
Klíčová slova: energetická náročnost, spotřeba paliva, velikost pozemku, tvar pozemku
Tento článek vznikl v rámci řešení projektu QF 3200 „Expertní systém pro podporu rozhodování při řízení
technologických a pracovních procesů a jejich optimalizaci při platnosti legislativy EU“
Kontaktní adresa:
Ing. Ladislav Jílek
165 21 Praha 6
Tel: 233 920 254, Fax: 233 920 255
Email: [email protected]
105
VLIV RECIRKULACE SPALIN NA TVORBU EMISÍ PŘI SPALOVÁNÍ BIOMASY
THE INFLUENCE OF FLUE GAS RECIRCULATION
ON EMISSIONS FORMATION DURING BIOMASS COMBUSTION
Ondřej Vazda, Martin Polák, Eduard Janča
Česká zemědělská universita v Praze, Technická fakulta
Abstract:
This article concerns with possibility of reducing NOX formation at small scale biomass boilers by mean of flue gas
recirculation. The aim is to determine the influence of different recirculation levels r and excess air ratios λ to the levels
of NOX and CO in flue gas. Measuring was carried out on 25 kW automatic pellet boiler Verner A25, tested fuels were
wooden pellets and rye grain. The results has confirmed the expectation and a positive effect of recirculation was
proven. Best results regarding the levels of mentioned pollutants were achieved with recirculation r = 0,3 and excess air
ratio λ = 1,3 ÷ 1,4 for wood, respectively λ = 1,5 ÷1,6 for rye grain.
Keywords: boiler, biomass combustion, NOx reduction, flue gas recirculation.
potrubím pomocí tzv. horkého ventilátoru do
recirkulačního boxu, kam je současně přiváděn čistý
spalovací vzduch. Uvnitř recirkulačního boxu dochází
k promíchání spalin se spalovacím vzduchem pomocí
ventilů, klapek nebo jiných vhodných směšovacích
zařízení. Tato směs je následně pomocí ventilátoru
spalovacího vzduchu dopravována do ohniště.
V porovnání s čistým spalovacím vzduchem obsahuje
menší podíl kyslíku, díky čemuž je omezena možnost
oxidace dusíku.
Tento článek se zabývá možností snížení
produkce oxidů dusíku pomocí recirkulace spalin u
spalovacích zařízení na biomasu malých výkonů. Cílem
je určit vliv různých recirkulačních čísel r a velikostí
přebytku vzduchu λ na tvorbu CO a NOX při spalování
biopaliv. Ze získaného grafu, popisujícího závislost
mezi recirkulačním číslem, přebytkem vzduchu a
hladinou CO a NOX ve spalinách bude následně
stanoveno optimální recirkulační číslo a přebytek
vzduchu s ohledem na minimalizaci výše uvedených
škodlivin.
1.
Úvod
Antropogenní zdroje produkující oxidy dusíku
(NOX) stále představují hrozbu pro životní prostředí, a
to i přesto, že se výzkum v posledních letech velmi
intenzivně zaměřil na možnosti jejich snížení. Souhrnný
pojem oxidy dusíku obvykle zahrnuje dva plyny – oxid
dusnatý (NO) – bezbarvý plyn bez zápachu a oxid
dusičitý (NO2), což je červenohnědý plyn s pronikavým
zápachem. Ze všech zdrojů produkujících oxidy dusíku
má na jejich tvorbě největší podíl spalování. Existují tři
základní principy vzniku oxidů dusíku u spalovacího
procesu: vysokoteplotní NOX, palivové NOX a promptní
NOX. Vysokoteplotní (termické) NOX vznikají
slučováním molekulárního dusíku s kyslíkem při velmi
vysokých teplotách (>1000oC). Toto je převládající
princip u průmyslových aplikací. Palivové NOX vznikají
oxidací dusíku chemicky vázaného v palivu, jejich podíl
je tedy závislý na obsahu dusíku v palivu. Promptní
NOX vznikají radikálovými reakcemi na rozhraní
plamene z chemicky vázaného dusíku v palivu, jejich
podíl na celkové produkci NOX je v porovnání
s předchozími principy zanedbatelný.
Existuje několik metod používaných ke
snižování množství NOX vypouštěných ze spalovacích
zařízení do ovzduší. Jsou to jednak metody primární,
jejichž principem je zamezit vzniku NOX v průběhu
spalování. Sem patří například spalování s nízkým
přebytkem vzduchu, nestechiometrické spalování,
vícestupňové spalování či recirkulace spalin. Dále se
používají tzv. metody sekundární, kdy se odstraňují
vzniklé NOX ze spalin. Nejčastěji jsou to selektivní
katalytická redukce (SCR) a selektivní nekatalytická
redukce (SNCR).
Jednou z metod, která se v současné době
velmi často uplatňuje v praxi, je recirkulace spalin.
Princip této metody spočívá v tom, že se část spalin
odcházejících z kotle vrací zpět do ohniště ve směsi se
spalovacím vzduchem. Tím se dosáhne snížení
maximálních teplot v ohništi a sníží se koncentrace
kyslíku ve spalovacím vzduchu. V konvenčních
aplikacích jsou recirkulované spaliny obvykle odebírány
z potrubí odvádějícího spaliny z výměníku tepla do
komína. Spaliny jsou dále dopravovány samostatným
2.
2.1.
Materiál a metody
Spalovací zařízení
Spalovací zařízení použité pro tento experiment
je horkovodní automatický kotel na spalování pelet
Verner A25 o výkonu 25 kW od českého výrobce firmy
Verner a.s. Kotel je určený jednak pro spalování
dřevěných pelet a dále také pro spalování obilného zrna.
Palivo je uloženo v zabudovaném zásobníku a
dopravováno do ohniště pomocí šnekového dopravníku.
Pelety vstupují do ohniště otvorem v horní části zadní
stěny a padají na plochý rošt složený ze šesti
pohyblivých ocelových roštnic, kde probíhá vlastní
spalování. Pohyblivé roštnice jsou určeny pro postupné
cyklické vyhrnování tuhých zbytků a dále rozrušují
vrstvu hořícího paliva. Vzduchový ventilátor je umístěn
na vstupu do ohniště, což znamená že se jedná o
přetlakový systém. Spalovací vzduch vstupuje do
prostoru spalování několika kruhovými otvory
umístěnými po obou stranách spalovací komory.
106
V našem případě byl kotel dále vybaven
externím zařízením pro recirkulaci spalin. Toto zařízení
se skládá z recirkulačního boxu připojeného potrubím
na odtah spalin a současně opatřeného vstupem čistého
vzduchu. Na výstupu z recirkulačního boxu je umístěn
ventilátor spalovacího vzduchu připojený prostřednictví
dalšího potrubí na vstup do kotle. Poměr mezi
nasávanými spalinami a čistým spalovacím vzduchem je
nastavován pomocí dvou nezávislých klapek na vstupu
do recirkulačního boxu. Hlavní klapka umístěná na
výstupu z recirkulačního boxu slouží pro nastavování
množství směsi vzduchu a spalin vstupujícího do kotle.
2.2.
křivky je k dispozici 6 bodů. Schéma kotle vybaveného
recirkulací je uvedeno na obrázku 1.
Metodika měření
Cílem měření je získat a graficky znázornit
závislost mezi vznikem oxidu uhelnatého (CO), oxidů
dusíku (NOX) a přebytkem vzduchu λ pro jednotlivé
zvolené velikosti recirkulačního čísla r. Recirkulační
číslo je bezrozměrná veličina, jejíž hodnota je dána
vztahem:
r=
mret
[-]
mtot - mret
Obr. 1 – Schéma kotle s recirkulací
1 – kotel, 2 – odběr spalin pro analýzu, 3 – Prandtlovy
sondy, 4 – odtah spalin 5 – recirkulační box,
6 – ventilátor, 7 – vstupní klapky, 8 – hlavní klapka.
(1)
2.3.
kde
mret je množství spalin vrácené zpět do
spalovacího procesu [m3.h-1],
mtot – celkové množství spalin
odcházejících z kotle [m3.h-1].
Biopaliva
Jako testovací biopaliva byly zvoleny dřevěné
pelety o průměru 8 mm a žitné zrno. Jako první byly
použity dřevěné pelety neboť z předchozích měření
vždy vyšly jako biopalivo s nejnižší hladinou škodlivin.
Předností dřeva je dále to, že spalovací proces je velmi
stabilní a poměrně dobře regulovatelný, a tedy jakákoliv
úprava kotle či zásah do spalovacího procesu je dobře
patrný a může být nejlépe dokumentován.
Druhým palivem bylo žitné zrno, při jehož
spalování bylo cílem ověřit vliv recirkulace a získat
další soubor dat, který by mohl být porovnán
s hodnotami získanými pro dřevo. Žitné zrno bylo
spalováno bez jakýchkoli předchozích úprav.
Průtok spalin byl měřen pomocí Prandtlovy
sondy připojené na diferenční tlakové čidlo přístrojem
Testo 350XL. Byla zvolena recirkulační čísla r = 0; 0,2
a 0,3.
Postup vlastního měření je následující: první
měření probíhá při nulové recirkulaci a do spalovací
komory vstupuje pouze čistý vzduch, tzn. klapka
přívodu spalin na vstupu do recirkulačního boxu je
uzavřená. Hlavní klapkou na výstupu je nastaven
požadovaný přebytek vzduchu. Po dosažení ustáleného
stavu kotle je provedeno hodinové měření hladiny CO,
NOX a O2 ve spalinách. Další měření probíhá při
shodném množství spalovacího vzduchu vstupujícího do
ohniště (stejném přebytku vzduchu), tzn. nastavení
hlavní klapky se nemění. Recirkulace je přitom
nastavena pomocí klapky na vstupu spalin do
recirkulačného boxu, a to na hodnoty 0,2 a následně 0,3.
Případný rozdíl mezi skutečným a požadovaným
přebytkem vzduchu je upraven nastavením klapky
vstupu čistého vzduchu. Pro každé recirkulační číslo je
po dosažení ustáleného stavu provedeno hodinové
měření.
Tento postup se opakuje pro každý zvolený
přebytek vzduchu. V našem případě byly zvoleny
hodnoty λ = 1,3; 1,6 a 1,9, tedy obsah kyslíku ve
spalinách 4 až 11 %. Tímto způsobem byly tudíž
získány 3 body pro oba sledované polutanty (CO a
NOX) a každé zvolené recirkulační číslo. Z nich jsou
sestrojeny 3 křivky pro CO a 3 křivky pro NOX.
Za účelem ověření získaných dat bylo celé
měření provedeno dvakrát, tzn. pro konstrukci každé
3.
Výsledky a diskuse
Získané výsledky zpracované ve formě grafu
pro každé palivo jsou uvedeny na obrázcích 2 a 3.
Průběh získaných závislostí velmi dobře odpovídá
závislostem předpokládaným.
Jak je patrné z uvedených grafů, zejména pak
v případě dřevěných pelet, průběh tvorby CO a NOX má
opačný smysl, přičemž maximum tvorby NOX odpovídá
o něco vyššímu přebytku vzduchu než minimum tvorby
CO.
V případě žitného zrna není maximum
produkce NOX patrné, jelikož nebylo v měřeném
rozsahu dosaženo. Produkce NOX má rostoucí tendenci
se zvyšujícím-se přebytkem vzduchu. Obilniny mají
obecně vyšší obsah dusíku, což je patrné i z naměřených
hodnot. Hladina NOX se pohybuje v poměrně širokém
rozmezí, od 350 mg·m-3 do 800 mg·m-3 (všechny
uváděné hodnoty jsou přepočítány na referenční stav 11
% O2 ve spalinách). Pozitivní vliv recirkulace je dobře
patrný, při recirkulaci r = 0,3 byla v porovnání
s nulovou recirkulací r = 0 omezena tvorba NOX o 50 až
100 mg·m-3 v závislosti na velikosti přebytku vzduchu.
107
vzduchu obdobný, což je zřejmé z průběhu této křivky.
V případě nejvyšší hodnoty recirkulace r = 0,3 je vliv λ
na tvorbu NOX nižší.
Vliv přebytku vzduchu na tvorbu NOX je značný,
v případě r = 0 byla minimální hladina NOX = 450
mg·m-3 odpovídající přebytku vzduchu λ = 1,45 a
maximální hladina 790 mg·m-3 odpovídající přebytku
vzduchu λ = 2. Při recirkulaci r = 0,2 byl vliv přebytku
Wood pellets
180
160
140
CO (r = 0)
-3
CO, NOx [mg.m ]
NOx (r = 0)
120
NOx (r = 0,2)
100
CO (r = 0,2)
80
NOx (r = 0,3)
CO (r = 0,3)
60
40
20
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
excess air ratio
Obr. 2 – DŘEVĚNÉ PELETY – závislost produkce CO a NOX na přebytku vzduchu pro jednotlivé hodnoty recirkulace r
Rye grain
900
800
700
NOx (r = 0)
CO (r = 0)
-3
CO, NOx [mg.m ]
600
500
NOx (r = 0,2)
CO (r = 0,2)
400
NOx (r = 0,3)
300
CO (r = 0,3)
200
100
0
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
excess air ratio
Obr. 3 – ŽITNÉ ZRNO – závislost produkce CO a NOX na přebytku vzduchu pro jednotlivé hodnoty recirkulace r
Co se týká oxidu uhelnatého, jeho tvorba je
opět výrazně ovlivněna velikostí přebytku vzduchu.
Minimální hodnoty při recirkulaci r = 0 a r = 0,2 jsou
shodné, zhruba 100 mg·m-3 odpovídající přebytku
vzduchu λ = 1,7 ÷ 1,8. S recirkulací r = 0,3 byla
naměřena nejnižší hodnota při λ = 1,5 ÷ 1,6, a to zhruba
170 mg·m-3.
Je nutné ale zmínit jeden zásadní problém. Při
provozu kolte s velmi malým přebytkem vzduchu λ <
1,4 a zejména v případě nejvyšší recirkulace docházelo
u žita k nestabilitě spaloavícho procesu. Obsah O2 ve
108
spalinách poklesl pod 1 %, což mělo za následek velmi
výrazný nárůst tvorby oxidu uhelnatého. Jednou
z možných příčin může být mechanické porušení vrstvy
paliva kdy dojde k odkrytí nevyhořelého paliva a velké
množství uvolněné prchavé hořlaviny nemá dostatek
kyslíku pro dokonalé spálení. Abychom těmto výkyvům
zabránili, je potřeba udržovat obsah kyslíku ve
spalinách na hodnotě 5 % nebo více.
Optimálního provozního stavu s ohledem na
minimalizaci emisí obou polutantů bylo při spalování
žitného zrna dosaženo s recirkulací r = 0,3 a přebytkem
vzduchu λ = 1,5. Dalším snižováním přebytku vzduchu
může být produkce NOX omezena, ovšem za cenu
neúměrně vysokého nárůstu tvorby CO.
V případě dřevěných pelet byla při nulové
recirkulaci naměřena maximální koncentrace NOX =
160 mg·m-3 odpovídající přebytku vzduchu λ = 1,5 ÷
1,6. S nejvyšší recirkulací r = 0,3 bylo dosaženo snížení
na maximální hladinu NOX = 120 mg·m-3 odpovídající
nepatrně nižšímu přebytku vzduchu. Jak je vidět,
koncentrace NOX jsou i bez recirkulace velmi nízké a
nelze tedy očekávat jejich výraznější pokles. Větší část
bude totiž způsobena tzv. palivovými NOX, jejichž
tvorba není recirkulací ovlivněna.
Jelikož má dřevo v porovnání s obilninami
výrazně lepší tepelně-technické parametry, nedocházelo
při jeho spalování k výše zmíněným nestabilním stavům
jako v případě žitného zrna, a to ani při velmi nízkých
přebytcích vzduchu. Spalovací proces tedy může být
veden s menším přebytkem vzduchu, kdy je dosahováno
lepších emisních parametrů. Optimálního provozního
stavu s ohledem na minimalizaci emisí bylo při
spalování dřeva dosaženo opět s nejvyšší recirkulací r =
0,3 a přebytkem λ = 1,3.
4. Závěr
Z uvedených výsledků je zcela zřejmé, že
využití recirkulace snižuje tvorbu NOX i u takovýchto
malých spalovacích zařízení na biomasu. Získané
závislosti potvrdili předpoklady a pozitivní vliv
recirkulace byl jasně prokázán. Nejlepších výsledků
bylo dosaženo pro obě paliva s nejvyšší recirkulací r =
0,3 a přebytkem vzduchu λ = 1,3 ÷ 1,4 v případě
dřevěných pelet, respektive λ = 1,5 ÷1,6 v případě
žitného zrna.
Pokračující výzkumy jsou zaměřeny na
možnost automatizovat regulaci recirkulace. Cílem je
dosažení zjištěných optimálních stavů prostřednictvím
elektronické regulace hlavní klapky recirkulačního
boxu. Řídící veličinou je obsah kyslíku ve spalinách,
měřený pomocí lambda sondy. Prozatímní výsledky
jsou příznivé v případě dřeva, v případě žitného zrna je
však naprogramování řídící jednotky obtížnější a je tedy
nebytný další vývoj.
Literatura:
1. BALTAZAR, J., CARVALHO, M.G., COELHO, P.
et al. Flue gas recirculation in a gas-fired laboratory
furnace: Measurements and modelling. FUEL 76 (10):
919-929, Aug 1997. ISSN: 0016-2361.
2. VARGA, A., KIZEK, J., LAZIC, L. Influence of
flue gas recirculation of NOX and CO formation.
STROJARSTVO 46 (1-3): 51-55, Jan-Jun 2004.
ISSN: 0562-1887.
Souhrn: Tento článek se zbývá možností snižování produkce NOX u malých spalovacích zařízení na biomsu pomocí
recirkulace spalin. Cílem je stanovit vliv různých recirkulačních čísel r a přebytků vzduchu λ na koncentraci CO a NOX
ve spalinách. Měření probíhalo na automatickém kotli na pelety Verner A25 o výkonu 25 kW, testovaným palivem byly
dřevěné palety a žitné zrno. Výsledky potvrdili očekávání a pozitivní vliv recirkulace byl jasně prokázán. Nejlepších
emisních parametrů bylo dosaženo pro obě paliva s nejvyšší recirkulací r = 0,3 a přebytkem vzduchu λ = 1,3 ÷ 1,4
v případě dřevěných pelet, respektive λ = 1,5 ÷1,6 v případě žitného zrna.
Klíčová slova: kotel, spalování biomasy, snižování NOx, recirkulace spalin.
Kontaktní adresa:
Ing. Ondřej Vazda
TF, ČZU v Praze
Katedra mechaniky a strojnictví
Kamýcká 129, 165 21, Praha 6 – Suchdol
[email protected]
+420 224 383 174
109
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ TRAV
GRASS ENERGY UTILIZATION
David Andert1), Jan Frydrych2), Dagmar Juchelková3),
1)
2)
3)
záznamy se vyznačují až extrémní komplikovaností za
současně evidentní nízké krystalinity přítomných fází,
resp. přítomnosti velkého množství amorfních složek.
Nízkou krystalinitu, resp. amorfní charakter vykazují
především silikátové fáze, které také bývají častěji
přítomné v popelech ze spalování v pokusném kotli než
v laboratorně připravených popelech. V popelech po
spalování pravděpodobně nedochází k ustavení
fázového rovnovážného stavu, což výrazně komplikuje
vyhodnocování.
Rozdíly ve fázovém složení popelů
z laboratorního spalování a z pokusného kotle byly
zjištěny při spalování sena psinečku velikého. Zatímco
v laboratorně připraveném popelu je možno sice
s obtížemi, ale přesto identifikovat řadu fází, popel ze
spalování v pokusném kotli je prakticky amorfní
(obsahuje 92.8 ± 3.6 % amorfní složky, tj. skla +
nedopalu), při laboratorním spalování dominuje arcanit.
Dále byl zjištěn cristobalit, hedenbergit, kalsilit, patrně
také magnesit, dolomit a několik neidentifikovaných
fází v malém množství. Makro i mikroskopický
charakter vzorků z kotle ukazuje na vysoký stupeň
přetavení. Vzorek má charakter zpěněné, černé až šedé
taveniny s poměrně vysokým podílem zachycených
karbonizovaných úlomků sena. S ohledem na vysoké
obsahy alkálií, především K2O (vz.12a – 16.6%, vz. 12b
– 14.7%, vz. z kotle – 20.7 % K2O, viz. tabulka) není
vysoký rozsah tavení v kotli nijak překvapivý.
Jednoznačně ale fázové analýzy popelů
biomasy ukazují velmi častou přítomnost značného
množství sulfátů nebo i chloridů alkalických prvků
(arcanit – K2SO4, aftitalit - K3Na(SO4)2, halit, sylvín aj.
Na skutečnost, že obsahy těchto solí mohou být vysoké
ukazuje semikvantitativní difrakční analýza laboratorně
připraveného popelu ze šťovíku – arcanit – 49% hm.,
CaO – 35.4% hm., MgO – 13.9% hm., anhydrit – 1.7%
hm.. Tento vzorek je ale výjimečný svým poměrně
jednoduchým složením. Ve většině případů není možno
semikvantitativní analýzu provést.
Chemické složení popelů bylo sledováno
pomocí RTG fluorescenčních analýz. Analýzy byly
prováděny ze spálených vzorků. Vzorky popelů
biomasy se vyznačují silnou adsorpcí vody a CO2
(hydratace, karbonatizace), což způsobuje určitou
analytickou chybu, poněvadž lehké prvky není možno
metodou RTG fluorescence analyzovat. Pro docílení
srovnatelnosti analýz byl eliminován obsah spalitelných
látek, resp. nestanovitelný podíl přepočtem na 100%.
Výsledky přepočtených silikátových analýz čistého
popele ze studovaných vzorků biomasy jsou v tabulce 1.
ÚVOD
Využívání různých druhů biomasy pro energetické
účely se stalo již téměř standardem. V podmínkách ČR
patří mezi nejoblíbenější druhy dřevo a dřevní odpady.
V rozvinuté společnosti je však nutno zajistit rozvoj
využívání všech druhů biomasy. Mezi často opomíjené
druhy patří travní porosty, zejména z údržby krajiny,
včetně městské zeleně. Tento problém má jednoznačně
multidisciplinární charakter a tomu odpovídá i zaměření
autorů příspěvku. Využití trav pro energetické účely
bylo řešeno v souvislosti s ladem ležící půdou
v marginální oblasti např. Beskyd. Spontánní úhory
vzniklé na ladem ležící půdě jsou negativním jevem
z hlediska krajinářského a zemědělského. Byly
ověřovány výnosy sušiny navržených druhů trav a
proveden rozbor na hodnotu spalného tepla a
výhřevnosti s možností využití trav jako energetických
plodin. Z hlediska výsledků výzkumu se jeví
nejvhodnější pro energetické účely psineček veliký,
kostřava rákosovitá a ovsík vyvýšený. Výzkum
energetických trav je v současnosti zaměřen na ověření
sklizně trav v různých sklizňových fázích a vliv těchto
fází na obsah sušiny u trav, výhřevnost a spalné teplo.
Ve spolupráci s Výzkumným ústavem zemědělské
techniky Praha a Vysokou školou báňskou –
Technickou univerzitou Ostrava probíhá výzkum
možnosti spalování trav v energetických zařízeních.
Spalování trav
Pomocí práškové RTG difrakční analýzy bylo
sledováno fázové složení u více než 30 vzorků popelů,
vzniklých spalováním biopaliva, uvažovaného jako
alternativního paliva. Difrakční analýzy byly prováděny
na přístroji URD-6/ID 3003 (Seifert Roentgen, SRN)
s použitím Co záření. Bylo zjištěno, že fázové složení
popelů biopaliv je extrémně silně ovlivňováno jak
druhem paliva, tak především podmínkami spalování.
Laboratorně připravené popely, vzniklé spalováním za
teploty 815 nebo 650 oC velmi často vykazují značně
rozdílné fázové složení než popely vzniklé při spalování
v pokusném kotli. Na fázové složení má evidentně vliv
nejen maximální teplota spalování, ale i doba, po kterou
je popel vystaven vysoké teplotě. Dále na fázové složení
produktů spalování hraje podstatnou roli i atmosféra při
spalování (parciální tlak CO2), resp. tento tlak při
ochlazování, doba ochlazování a stupeň hydratace
popelů.
Jak vyhodnocování difrakčních záznamů, tak
interpretace fázového složení produktů spalování
biopaliv je proto značně problematické. Difrakční
110
Tab. 1: Silikátová analýza popele (metoda RTG-difrakce)
SiO2
TiO2 Al2O3
Fe2 O3
MnO MgO
CaO
Na2O
K2O
S03
P2 O5
Cl-
TK
0.29
[% hm.]
1a
Kostřava rákos. Kora - odrůda skl. 2003
39.05
0.03
<0.07
0.28
0.03
3.41
6.86
0.84
36.41
6.51
5.98
0.32
1b
Kostřava rákos. Kora - odrůda skl. 2003
38.37
0.03
<0.07
0.22
0.23
3.21
7.45
0.74
36.06
6.90
5.92
0.37
0.51
2
Ovsík odrůda Rožnovský vyvýšený Zubří
28.11
0.01
<0.07
0.14
0.11
2.69
5.86
6.84
43.33
3.73
7.64
1.23
0.32
3
Seno luční skl. Vst. Zubří
31.40
0.03
<0.07
0.24
0.25
4.72
11.46
5.26
27.64
7.37
9.97
1.07
0.59
4
Obilní sláma - pšenice ozimná Zubří
53.69
0.04
<0.07
0.24
0.24
3.56
10.48
0.77
18.27
6.90
5.02
0.16
0.63
5
Mláto - hrubší
18.62
0.02
<0.07
0.39
0.09
3.18
1.61
6.78
26.73
1.33
36.52
4.10
0.64
6
Mláto jemné
20.47
0.02
<0.07
0.47
0.11
3.64
1.91
7.14
32.24
1.12
27.71
4.49
0.67
7
Mláto mokré
46.32
0.02
<0.07
0.70
0.15
7.32
6.27
1.21
6.39
0.76
29.74
0.06
1.06
8
Štovík Uteuša
25.90
0.10
1.22
0.79
0.08
3.85
14.73
5.85
33.95
3.60
8.07
1.06
0.81
9
Křídlatka Bohemica
8.96
0.18
0.32
1.50
0.47
4.23
66.77
1.27
9.08
2.69
2.58
0.16
1.78
10
Seno luční - drcené
28.67
0.19
1.96
1.33
0.21
4.68
13.44
5.00
28.73
4.42
7.33
2.61
1.41
11
Štovík - plesnivý
29.14
0.27
2.48
1.46
0.15
5.81
11.42
5.25
30.37
1.89
7.30
3.14
1.32
12a Psineček velký
53.16
0.02
<0.07
0.17
0.11
1.98
7.09
1.21
26.08
4.29
4.82
0.70
0.36
12b Psineček velký
43.63
0.03
0.17
0.31
0.13
3.16
9.00
4.28
28.19
3.20
5.30
2.07
0.52
0.22
A
Šťovík-listy
24.76
0.32
2.76
2.03
0.11
7.74
7.64
6.68
25.54
2.07
17.13
3.00
B
Slunečnice-slupky
7.60
0.09
1.50
1.02
0.07
11.60
9.81
<2.05
26.74
1.61
39.47
0.15
0.33
C
Šťovík-stonky
25.01
0.69
9.89
5.84
0.12
3.29
16.42
<2.05
27.55
6.90
3.60
0.34
0.35
D
Piliny
48.42
0.82
13.63
12.28
1.06
3.15
14.09
<2.05
3.49
1.00
0.97
0.07
1.02
1J
Kostřava rákosovitá (1 dekáda září)
57.59
0.08
0.62
0.68
0.28
0.99
29.50
<2.05
4.61
2.62
2.38
0.33
0.32
2J
Psineček velký (1 polovina srpna), Zubří
56.42
0.07
<0.07
0.37
0.55
3.56
8.06
4.29
16.61
1.99
6.19
1.52
0.36
3J
60.90
0.05
<0.07
0.31
0.93
2.92
7.82
<2.05
14.70
3.15
7.87
0.53
0.81
4J
Psineček velký (1 dekáda září)
Sláma pšeničná (1 polovina srpna) Vel.
Zubří
78.46
0.05
<0.07
0.20
0.06
<1.08
5.08
<2.05
10.66
1.24
3.34
0.11
0.80
5J
Srha laločnatá (1. dekáda září)
64.47
0.12
1.55
1.05
0.46
1.13
22.90
<2.05
3.67
1.48
2.73
0.16
0.26
24
Sladový prach 21.09.04, Pivovar Nošovice
50.97
0.02
<0.07
0.29
0.06
3.42
2.39
4.30
18.85
0.95
18.13
0.51
0.11
25
Ječný prach 21.9.04, Pivovar Nošovice
78.91
0.03
<0.07
0.46
0.03
<1.08
2.11
3.24
11.62
0.71
2.01
0.80
0.07
26
Popel ze spalování, psineček, 15.11.04
Vysvětlivky: TK – suma těžkých kovů
64.23
0.03
<0.07
0.21
0.21
2.06
6.49
<2.05
20.70
1.17
4.58
0.22
0.09
Mezi reálná zařízení byla vybrána zařízení pro lokální vytápění o výkonu 25 kW a pro centrálního vytápění o
výkonu 190 kW a 1,6 MW. Jako zkušební palivo byl použit psineček v různých stupních zralosti a luční seno. Zkoušky
s velkým kotlem proběhli v VŠB-TU Ostrava. Jedna se o kotel Mephisto, výrobce VOP Nový Jičín o tepelném výkonu
190 kW.
Tab. 2: Vlastnosti a složení zkoušených paliv
Voda
HořlaviNázev vzorku
Popel
celkem
na
%
%
%
Kostřava a rákos
0,25
6,43
93,32
Kora – 3a
Kostřava a rákos
0,25
6,26
93,49
Kora - 3b
Kostřava 2004
7,44
2,95
89,61
Sláma pšeničná
7,26
3,63
89,11
Ovsík vyvýšený 2004
4,45
3,38
92,17
Pšeničná sláma 3,89
3,21
92,9
ozimá
Seno luční skl. 2003
3,24
6,69
90,07
Seno luční – drcené
3,24
7,93
88,83
Šťovík
6,27
12,78
80,95
Šťovík Uteuša drcený
2,79
4,7
92,51
Křídlatka Boh.–drcená
2,14
2,65
95,21
Srha laločnatá
7,58
2,44
89,98
Psineček veliký
1,76
4,75
93,49
Psineček – srpen
6,91
1,92
91,17
Psineček - září
7,12
2,43
90,45
Psineček oseva 2003
1,84
4,83
93,33
Spalné
teplo
kJ/kg
Výhřevnost
kJ/kg
16535
Vodík
Uhlík
Dusík
Kyslík
Síra
%
%
%
%
%
15376
5,6
41,24
1,22
45,12
0,13
16832
15652
5,7
42,85
1,45
43,35
0,13
18369
15910
16478
17013
14562
15260
5,75
5,74
5,41
39,9
39,78
41,31
0,79
0,7
0,47
42,95
42,9
44,97
0,22
< 0,001
< 0,001
16438
15237
5,4
41,63
0,49
45,39
< 0,001
15866
15838
14719
16364
16672
16323
16849
18281
17893
16624
14655
14642
13681
15178
15529
14916
15662
16869
16507
15433
5,51
5,44
4,34
5,45
5,31
5,99
5,57
6,08
5,93
5,58
39,89
39,03
33,45
42,22
43,76
40,59
42,29
41,64
40,68
42,44
2,16
1,6
3,09
0,59
0,5
0,69
0,95
0,36
0,55
0,62
42,35
42,76
39,95
44,24
45,63
42,71
44,67
43,08
43,27
44,69
0,17
< 0,001
0,11
< 0,001
< 0,001
< 0,001
< 0,001
< 0,001
0
< 0,001
111
Obr. 1: Pohled na kotel Mephisto
Obr.2: Pohled do zásobníku paliva
Obr. 3: Odběr popele pro analýzu při měření
koncentrace tuhých částic
Obr.4: Nanášení zbytků paliva na stěny kotle
Obr. 5: Kotel VERNER V25 při zkouškách
Obr. 6: Brikety vyrobené z psinečku velikého
112
20
1 500
16
14
Úprava systému
dávkování
1 000
CO
NOx
SO2
O2
12
CO
10
[% O2]
přepočtena na ref. obsah O2 11% při tlaku 101 325 Pa
a teplotě 273,15 K
koncentrace plynných složek spalin CO, NOX , SO2 [mg·m N -3 ]
18
8
500
6
4
2
2:50
2:40
2:30
2:20
2:10
2:00
1:50
1:40
1:30
1:20
1:10
1:00
0:50
0:40
0:30
0:20
0:10
0
0:00
0
Obr. 7: Graf průběhu emisí ve spalinách kotle Mephisto při spalování psinečku velikého I
Minutové průměry
20
1 500
16
14
1 000
12
Otevření
dvířek
CO
NOx
SO2
O2
CO
10
[% O2]
přepočtena na ref. obsah O2 11% při tlaku 101 325 Pa
a teplotě 273,15 K
koncentrace plynných složek spalin CO, NOX, SO2 [mg·mN-3]
18
8
500
6
4
2
3:00
2:50
2:40
2:30
2:20
2:10
2:00
1:50
1:40
1:30
1:20
1:10
1:00
0:50
0:40
0:30
0:20
0:10
0
0:00
0
Obr. 8: Graf průběhu emisí ve spalinách kotle Mephisto při spalování psinečku velikého II
Vliv obsahu dusíku v rostlinách na koncentraci
emisí NOx se při malých rozdílech v koncentraci dusíku
ve spalovaném materiálu neprokázal. Podstatně větší je
vliv spalovacího procesu, hlavně spalovací teploty na
tvorbu NOx ze vzdušného dusíku.
Dle obr. 8 je jednoznačně vidět, že v průběhu
zkoušky se neobjevily žádné problémy s emisemi oxidů
dusíku a síry. Je nutno pokusit se stabilizovat proces
hoření s ohledem na emise CO. Po „naučení“ se
systému topení s novým palivem (cca 3 hodiny) je již
proces mnohem stabilizovanější. Pro běžný provoz by to
představovalo úpravu podávacích cest do kotle.
Pro zkoušky na malém kotli byl vybrán kotel
VERNER V 25. Tento kotel je určen pro spalování
kusového dřeva. Zkoušky v těžkých laboratořích FSI
ČVUT Praha proběhly s briketami o průměru 60 mm
z psinečku ze dvou šarží s různým obsahem N. Brikety
byly vyrobeny ve VÚZT na hydraulickém lisu Briklis.
Závěr
Problematika využívání trav pro energetické
účely je perspektivní, velmi široká a nabízí uplatnění
znalostí velkého okruhu specialistů. Z doposud
provedených prací několik důležitých poznatků.
- při spalování trav v energetických blocích
s nedostatečným přívodem kyslíku se dostavují
nepříjemné nálepy na stěnách kotle
- nutné je zajištění vhodné granulometrie trav
před jejich energetickým využitím
- pro zajištění optimální míry využívání
energetických trav je nutno namíchat vhodné
„směsy“, jedná se o stanovení podílů
jednotlivých druhů, s ohledem na minimalizaci
dopadů produkovaných vedlejších produktů
(pevných i plynných)
- zdá se, že pro traviny bude vhodná výkonová
řada začínající někde na 20 kW pro tvarovaná
paliva na 200 kW pro rozdružené traviny
(řezanku)
113
-
-
těkavých látek může být využit pro výrobu bioplynu. U
nás zatím v oblasti zemědělství jednoznačné převažuje
výroba bioplynu z exkrementů hospodářských zvířat.
Proto je potřeba znát vlastnosti technologického procesu
anaerobního zpracování každého materiálu a v jejich
vzájemné kombinaci. Vzájemné promíchání může mít
inhibiční účinek. Je nutné experimentální ověření
chování jednotlivých vzorků materiálu při anaerobním
vyhnívání. Metanová fermentace musí být chápána vždy
jako soubor na sebe navazujících procesů, v nichž
vlastní metanogeny představují pouze poslední článek
v řetězci biochemické konverze.
Směsi odzkoušené s dobrými výsledky v malých
fermentorech jsou pak dále ověřovány ve větších
laboratorních fermentorech o objemu 100 l. Dvojice
reaktorů pak umožní optimalizovat složení fermentační
směsi, lépe kontrolovat průběh procesu a sledovat vliv
provozní teploty.
Pro inokulaci procesu metanogeneze jsme používali
směs vyhnilého fugátu z bioplynové stanice RAB
Třeboň a čerstvé vepřevé kejdy z rovněž z Třeboně. U
každého vstupního materiálu byly stanoveny obsahy
veškeré sušiny a pro výpočet výtěžnosti též organické
sušiny. Používaný fugát měl obsah sušiny v rozmezí 25%, kejda měla obsah sušiny v rozmezí 4-8%. Použitý
psineček měl obsah sušiny 32 %.
ukazuje se, že koncentrace některých prvků
v travách je závislá na místě „sklizně“ trav,
následně je třeba tuto skutečnost zohlednit při
přípravě trav pro jejich energetické využití
při dodržení několika základní kritérií
(zajištění
granulometrie,
kontinuálního
dávkování, vhodného poměru jednotlivých
druhů alternativních a dalších paliv), lze
dosáhnout splnění emisních limitů při
energetickém využívání
Využití trav pomocí bioplynu
S ohledem hlavně na vlhkost lučního materiálu
se jeví jako perspektivní využití trav pomocí bioplynu.
Historie výroby bioplynu je dlouhá a jeho výroba je
zvládnuta již desítky let a přesto zůstává mnoho
nevyřešených věcí. Jedním z problémů je složení v
současnosti zpracovávaných substrátů a možnosti
likvidace stávajících odpadů do budoucna. Zatím
většina uvedených odpadů je mulčována či končí na
skládkách, které ve většině případů nesplňují parametry
ekologického nakládání s odpady. Výhody zpracování
těchto organických materiálů anaerobní fermentací s
následným energetickým využitím bioplynu jsou více
než zřejmé. Druh a množství surového materiálu – v
podstatě každý organický materiál s vysokým obsahem
600
Poměr
kejda/tráva/fugát
litry na 1kg sušiny
500
74/0/26 %
400
20/68/11 %
300
15/78/7 %
200
25/65/10 %
20/75/5 %
100
30/60/10 %
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
den
Obr. 9: Graf kumulativní produkce bioplynu z 1 kg organické sušiny
114
600
Poměr
kejda/tráva/fugát
litry na 1kg sušiny
500
74/0/26 %
400
20/68/11 %
300
15/78/7 %
200
25/65/10 %
100
20/75/5 %
30/60/10 %
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
den
Obr. 10: Graf kumulativní produkce čistého NH4 z 1 kg organické sušiny
Závěr:
Již první měření prokázala možnost použít do vsázky vysoký podíl psinečku. Podíl sušiny se pohyboval kolem
70% ve směsy. Produkce bioplynu ze směsy s psinečkem je plně srovnatelná s produkcí bioplynu pouze z kejdy. Další
pokusy budou zaměřeny na vliv struktury travin a dobu sklizně.
Kontaktní adresa:
Ing. David Andert,CSc.,
Tel.: 233022225, Fax.:233312507,
Ing. Jan Frydrych OSEVA PRO s.r.o.
Výzkumná stanice travinářská Rožnov – Zubří,
Hamerská 698 756 54 Zubří
Tel: 571 658195 Fax: 571 658197
Doc. Ing. Dagmar Juchelková, Ph.D.,
VŠB-TU Ostrava, katedra energetiky,
17. listopadu 15, 708 33 Ostrava,
Tel: 597 325 175, Fax: 597 325 177,
115
TUHÉ ALTERNATIVNÍ PALIVO Z POHLEDU ROZDÍLU MEZI JEHO BIOLOGICKY
ROZLOŽITELNÝMI A BIOGENNÍMI SLOŽKAMI
P. Jevič 1,2, J. Malaťák 2, Z. Šedivá 1
1
2
TAP jsou paliva vyrobená přímo nebo nepřímo
z biomasy. TAP mohou být na bázi biomasy, proto se
zpracovala tato norma ČSN CEN/TR 14980 „Tuhá
alternativní paliva – Zpráva o vzájemném rozdílu mezi
biologicky rozložitelnými a biogenními složkami
tuhých alternativních paliv“ [1].
TAP se tak rovněž v normotvorné činnosti
zařazují k „tuhým palivům“ (např. ČSN ISO 1213-2
Tuhá paliva „Terminologie“) a „tuhým biopalivům“
(např. ČSN P CEN/TS 14588 „Tuhá biopaliva –
Terminologie, definice a popis“.
1. Úvod
Zvolený český ekvivalent „tuhá alternativní
paliva“ z anglického „Solid recovered fuels“ a
německého „Feste Sekundärbrennstoffe“ ve zpracované
normě ČSN CEN/TR 14980 „Tuhá alternativní paliva –
Zpráva o vzájemném rozdílu mezi biologicky
rozložitelnými a biogenními složkami tuhých
alternativních paliv“ [1] zohledňuje z hlediska současné
právní úpravy využití (recovery) odpadů jako paliva,
které je řízeno několika zákony (dotčenými zákony jsou
zejména zákon o odpadech, obalech a ovzduší).
V těchto platných zákonech přijatých ČR se
vyskytuje termín alternativní palivo. V právních
předpisech se také delší dobu používá tuhé alternativní
palivo ve zkratce TAP. Tuhá biopaliva jsou paliva
vyrobená z nikoliv nebezpečného odpadu. Jejich
využitím jde na jedné straně o maximálně možné
zhodnocení odpadních materiálů, zejména využití jejich
energetického obsahu, na druhé straně pak o
minimalizaci vznikajících emisí.
2. Bezpečné odpady jako zdroj energie
TAP jsou paliva připravena z bezpečného
odpadu, který se využívá pro znovuzískání energie
z odpadu spálením nebo společným spálením
regulovaným legislativou společného životního
prostředí (Community environmental legislation) [2].
Na obr. 1 jsou znázorněny základní vazby mezi
bezpečným odpadem jako výchozí surovinou, výrobou,
obchodem a využitím TAP.
kritéria
projednané
přijatelnosti
bezpečný
odpad
specifické
požadavky
zákazníka
použití tříděného paliva
výroba a obchod s TAP
bod příjmu
bod dodání
Obr. 1: Spojení mezi vybranými termíny v oblasti odpadů, TAP
a jejich energetického využití [1]
V souladu s terminologií je TAP tuhé palivo
připravené z bezpečného odpadu za účelem jeho
energetického využití ve spalovnách nebo společných
spalovnách (kospalovnách) Alternativní palivo lze
spalovat jen v zařízení zvláště velkého, velkého nebo
středního zdroje znečišťování, na kterém byla
provedena spalovací zkouška včetně měření emisí a
podmínky využití jeho spalování jsou uvedeny
v souboru technicko-provozních parametrů a technickoorganizačních opatření daného zdroje. Na tato zařízení
zdroje znečišťování se vztahují vybrané obecné emisní
limity podle zvláštního právního předpisu.
Příklad vstupních surovin pro výrobu TAP
uvádí obr. 2, řešení strojní linky obr. 3 a sypký stav
vyrobeného TAP je patrný z obr. 4.
116
Obr. 2: Příklady vstupních surovin pro výrobu TAP
Obr. 3: Řešení strojní linky pro výrobu TAP
Obr. 4: Sypký stav vyrobeného TAP
Obecně řečeno, materiály na bázi biomasy, za
předpokladu, že nebyly upraveny tak, že se pozměnila
jejich biologická rozložitelnost, jsou mnohem více
snadno biologicky rozložitelné než materiály na bázi
fosilních surovin, které nebývají označovány jako
snadno
biologicky
rozložitelné.
Biologická
rozložitelnost běžně používaných plastických hmot je
velmi nízká. Pro účely TAP může být biologicky
rozložitelný materiál považován za přibližně stejný jako
biomasa, tak jak je definována výše. Mohla by tedy být
použita metoda zkoušení pro stanovení biomasy, je však
nutno brát v úvahu, že dává pouze hrubý odhad.
Metody zkoušení opírající se o měření
biologického rozkladu jsou časově velmi náročné a
velmi nákladné. Takové stanovení trvá i několik měsíců,
než jsou dostupné výsledky. Pro praktické použití
v případě TAP je nutná rychlejší a ne tak nákladná
metoda. Pro tento účel byla vyvinuta takzvaná „Metoda
selektivního rozkladu“. Tato metoda modeluje reaktivitu
uhlíku, kterou se měří biologická rozložitelnost a obsah
biomasy. Problémy s touto metodou vzhledem
k biologické rozložitelnosti plastických hmot jsou stejné
jako pro více časově náročné biologické metody. Tyto
problémy jsou však méně důležité pro TAP, protože
biologicky rozložitelné plastické hmoty reprezentují
pouze velmi malou část. (Biologicky rozložitelné
plastické hmoty na bázi biomasy a ropy reprezentují
okolo 0,1 % ze všech plastických hmot, tj. mnohem
méně než 0,002 % komunálního odpadu).
Malé procento TAP nesleduje obecné pravidlo
biologické rozložitelností. Příklady výjimek:
- na lignin velmi bohaté dřevo, které se biologicky
rozkládá velmi pomalu, ale je to biomasa;
- biologicky rozkládané plastické hmoty (většinou)
odvozené z fosilního materiálu, se biologicky
rozkládají rychle, ale není to biomasa.
Třídy TAP jsou definovány hraničními
hodnotami pro výběr palivové charakteristiky, která se
využije pro obchodování, jakož i pro informaci
schvalovacích orgánů a ostatních zainteresovaných
stran.
Aby bylo možno udělat jakákoliv rozhodnutí o
metodách zkoušení potřebných pro stanovení biologicky
rozložitelné složky a biogenní složky TAP, je nutné mít
jasné definice těchto termínů. Termíny biologicky
rozložitelný a biogenní nemají stejný význam. Termín
biologicky rozložitelný se vztahuje k rozkladu
materiálu, zatímco termín biogenní se vztahuje k jeho
vzniku a původu:
- Biomasou je označován nefosilizovaný a biologicky
rozložitelný organický materiál pocházející z rostlin,
živočichů a mikroorganismů, tento materiál zahrnuje
produkty, vedlejší produkty, zbytky, zemědělský a
lesní odpad a odpad souvisejících průmyslových
odvětví, zahrnuje také nefosilizované a biologicky
rozložitelné organické složky z průmyslových a
komunálních odpadů, druhotné plyny a kapaliny
z rozkladu
nefosilizovaného
a
biologicky
rozložitelného organického materiálu.
- Biologicky rozložitelným je materiál schopný
podstoupit biologicky anaerobní nebo aerobní
rozklad za podmínek přirozeně se vyskytujících
v biosféře.
- Biogenní je materiál produkovaný přirozeným
procesem živých organismů, který však není
fosilizován nebo nepochází z fosilních zdrojů.
3. Biologicky rozložitelná složka
Biologicky rozložitelný materiál se může
rozložit živými organizmy, obvykle mikroorganizmy,
v závislosti na vhodných organizmech, fyzikálněchemickém prostředí a na čase.
117
4. Biogenní složka
Biogenní složka je materiál produkovaný
živými
mikroorganizmy,
vyjma
fosilizovaného
materiálu a materiálu odvozeného z fosilních zdrojů. To
je také ideální pro biomasu a kromě toho obě složky
jsou také biologicky rozložitelné. Metoda pro stanovení
obsahu biomasy by měla tedy být uvedena jako
předběžný výpočet obsahu biogenního materiálu.
6. Současný stav způsobu stanovení požadovaných
parametrů a metodiky zkoušek
U TAP (podobně jako u tuhých paliv a
biopaliv) splnění základních požadavků musí být
výrobcem nebo dovozcem prokázáno:
- písemným prohlášením o shodě výrobku
s technickými předpisy a o dodržení stanoveného
postupu posouzení shody podle příslušných §
zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích
na výrobky a o z měně a doplnění některých zákonů,
ve znění pozdějších předpisů,
- vyjádřením příslušného orgánu státní správy (Česká
inspekce životního prostředí oblastní inspektorát).
Splnění specifických požadavků musí být
výrobcem nebo dovozcem prokázáno platným
osvědčením vydaným v ČR autorizovanou osobou pro
daný obor výrobků.
Co se týká metodiky zkoušek, jako zkušební
metody se používají buď postupy podle ČSN nebo
specifikované chemické analýzy:
- ČSN 01 51 10 Vzorkování materiálů. Základní
ustanovení
- ČSN 01 51 11 Vzorkování sypkých a zrnitých
materiálů
- ČSN 44 13 04 Metody odběru a úpravy vzorků pro
laboratorní zkoušení
- ČSN 44 13 07 Tuhá paliva – postupy přípravy
sesypových vzorků
- ČSN 44 13 77 Tuhá paliva. Stanovení obsahu vody
- ČSN 44 13 78 Tuhá paliva. Stanovení popela
- ČSN 44 13 52 Tuhá paliva. Stanovení spalného tepla
a výpočet výhřevnosti, nebo
- ČSN ISO 1928 Tuhá paliva – stanovení spalného
tepla kalorimetrickou metodou v tlakové nádobě a
výpočet výhřevnosti
- ČSN 44 13 56 Zkoušky tuhých paliv. Stanovení
dusíku v tuhých palivech
- ČSN 44 13 53 Zkoušky tuhých paliv. Zrychlené
stanovení veškeré síry v tuhých palivech
- ČSN 44 13 61 Tuhá paliva. Stanovení chloru
- ČSN 44 13 82 Tuhá paliva. Stanovení fluoru
- ostatní prvky se stanovují metodou atomové
absorpční
spektrofotometrie
nebo
ICP
spektrofotometrie, příp. v kombinaci s hmotnostní
spektrometrií.
5. Vhodné metody zkoušení
Přesné stanovení složky biomasy v TAP se má
opírat o metody zkoušení měřící poměr mezi izotopy
14
C a 12C v analytickém vzorku nebo o podobné metody.
Takové metody jsou přesto časově náročné a velmi
drahé. Tato metoda může sloužit jako referenční
metoda, avšak neslouží pro praktické použití.
Pro praktické použití v oblasti TAP je potřebná
jednodušší a lacinější metoda. Existují metody vyvinuté
v CEN/TC 343/WG 3 (metoda rozkladu a ručního
třídění) dávající dobrou přibližnou hodnotu složky
biomasy, pokud je ve zdroji oddělených TAP malý
výskyt biologicky rozložitelných plastických hmot na
fosilní bázi.
Metody, které se používají ke stanovení
biomasy
v CEN/TC 343/WG 3,
byly
vyvinuty
v Nizozemsku Ministerstvem územního plánování, bytů
a životního prostředí (viz Průzkumná studie tří metod
pro stanovení složky biomasy v alternativních palivech
[3 - 10]). Tato studie prokázala, že se metody provádějí
dobře, co se týče zdroje odděleného TAP. Dosud se tyto
metody úspěšně používají v Nizozemsku, Německu a
Finsku na mnoha různých druzích TAP jak na
odděleném zdroji, tak na zbytku produktu. Ale kromě
biologicky rozložitelných plastických hmot byly
problémy s metodou selektivního rozkladu i s některými
materiály menší důležitosti pro TAP (např. kuřecí
odpadky, lignit a připravené zvířecí zbytky).
V Nizozemsku bylo věnováno hodně úsilí
vyvíjení metod zkoušení pro stanovení „složky
biomasy“. Ačkoliv tato(tyto) metoda(y) nebyla(y)
založena(y) na biologické aktivitě, mohla(y) by být
použita(y) jako metoda(y) pro stanovení biologicky
rozložitelné/biogenní složky TAP. Metoda je uvedena
v nizozemském NTA 8204: Tuhé alternativní palivo
a biomasa – Stanovení obsahu biomasy [10].
Navržené metody zahrnují:
a) Přímou metodu rozkladu, ve které mohou být také
rozloženy určité fosilní části. Podle nizozemské
studie je tento zdroj chyb zvládnutelný.
b) Ruční třídící metodu tam, kde např. nemohou být
odděleny složené materiály.
c) Výpočtovou metodu založenou na určitých
parametrech (jako spalné teplo). Tato metoda,
ačkoliv je levná a praktická, se považuje za hlavní
zdroj nejistoty.
Pro stanovení obsahu energie složky biomasy
jsou výše zmíněné metody kombinovány se stanovením
spalného tepla složky biomasy a spalného tepla
materiálu, který není biomasou. Kombinací stanovení
obsahu uhlíku s obsahem obnovitelné energie na bázi
biomasy se mohou vypočítat emise skleníkových plynů.
7. Závěr
V dlouhodobé perspektivě udržitelného vývoje
je velmi důležité využít zdroje co nejefektivněji.
Přirozeně by mělo být optimalizováno také využití
finančních „zdrojů“ tak, aby se omezily, pokud je to
možné, vlivy na lidské zdraví a na životní prostředí,
zatímco se snadněji zpřístupní vytváření nadbytku pro
všechny části světové populace. Ve střednědobé
perspektivě způsobují emise skleníkových plynů
z lidských činností ovlivnění klimatických změn a tyto
změny by měly být vhodným způsobem určeny. Rovněž
stále zůstává dopad krátkodobých efektů např. na
ochranu energetického zásobování.
TAP jsou paliva připravená z bezpečných
odpadů, který se využívá pro znovuzískání energie
z odpadu spálením nebo společným spálením
118
(Mandate M/325, Mandate to CEN on Solid
Recovered Fuels)
3. CEN/TR 14745, Tuhá alternativní paliva
(CEN/TR 14745, Solid Recovered Fuels)
4. 1999/31/EC z 26. dubna 1999 o skládkách odpadů
(1999/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of
waste)
5. Směrnice 2001/77/ES o podpoře elektřiny
z obnovitelných zdrojů energie na vnitřním trhu
s elektrickou energií (RES-E)
(Directive 2001/77/EC Promotion of electricity
produced from renewable energy sources in the
internal electricity market (RES-E)
6. CEN/TS 14588, Tuhá biopaliva – Terminologie,
definice a popisy
(CEN/TS 14588, Solid biofuels – Terminology,
definitions and descriptions)
7. Směrnice 2001/80/ES 2001/80/ES o omezení emisí
znečišťujících látek do ovzduší z velkých
spalovacích zařízení
(Directive 2001/80/EC On the limitation of
emissions of certain pollutants into the air from large
combustion plants)
8. Rozhodnutí Komise 29/01/2004 „Ustanovením
směrnic pro monitorování a zaznamenávání emisí
skleníkových plynů podle směrnice 2003/87/ES
Evropského parlamentu a Rady“
(Commission Decision “Establishing guidelines for
the monitoring and reporting of greenhouse gas
emissions pursuant to Directive 2003/87/EC of the
European Parliament and of the Council”)
9. R002-3959813EAD-DO1-D, Tauw bv, 2002
Průzkumná studie tří metod pro stanovení složky
biomasy v alternativních palivech
(R002-3959813EAD-DO1-D, Tauw bv, 2002
Feasibillity study of three methods for determining
the biomass fraction in secondary fuels)
10. NTA 8204 Tuhá alternativní paliva – Stanovení
obsahu biomasy, NEN 2003
(NTA 8204 Solid recovered fuels – Determination of
biomass content, NEN 2003)
regulovaným legislativou společného životního
prostředí.
TAP začínají hrát důležitou roli ve společné
energetické politice EU. Analýza nákladů a přínosů
ukázala, že použití tuhých alternativních paliv (TAP)
přispívá ke snížení produkce skleníkových plynů.
Použití tuhých alternativních paliv může být zvlášť
důležité v řídce zalidněných oblastech. Slouží také jako
prostředek ke splnění cílů směrnice o skládkách odpadů
snížením množství na skládky ukládaných biologicky
rozložitelných odpadů.
TAP mohou nahradit např. fosilní paliva a tím
omezit objemy odpadů posílaných na skládky odpadů a
tak přispívat ke zvýšení efektivity zdrojů. Jsou-li na bázi
biomasy, jejich použití bude omezovat emise z fosilního
uhlíku do atmosféry a obdobně snižovat emise
skleníkových plynů z antropogenních činností; TAP na
bázi biomasy je zdrojem skladovatelné sluneční energie.
Aby bylo možno udělat jakákoliv rozhodnutí
o metodách zkoušení potřebných pro stanovení
biologicky rozložitelné složky a biogenní složky TAP,
je nutné mít jasné definice těchto termínů. Termíny
biologicky rozložitelný a biogenní nemají stejný
význam. Termín biologicky rozložitelný se vztahuje
k rozkladu materiálu, zatímco termín biogenní se
vztahuje k jeho vzniku a původu.
Práce obsahuje dílčí výsledky řešení výzkumného
záměru MZe ČR 0002703101 – etapy 6 „Výzkum
nových možností efektivního využití zemědělských
produktů k nepotravinářským účelům“.
Literatura
1. ČSN CEN/TR 14980: Tuhá alternativní paliva –
Zpráva o vzájemném rozdílu mezi biologicky
rozložitelnými a biogenními složkami tuhých
alternativních paliv, 2005, s. 13
(Solid recovered fuels – Report on relative
difference between biodegradable and biogenic
fractions of SRF)
2. Mandát M/325, Mandát CEN na tuhá alternativní
paliva
Souhrn: Tuhé alternativní palivo z pohledu rozdílu mezi jeho biologicky rozložitelnými a biogenními složkami
V souladu s platnou terminologií se popisují základní rozdíly mezi biologicky rozložitelnou a biogenní složkou tuhých
alternativních paliv připravených z bezpečných odpadů za účelem využití jejich energetického obsahu. Záměrem je
definovat obsah biomasy ve standardizovaných tuhých alternativních palivech.
Abstract: Solid recovery fuel from view of difference among its biologically degradable and biogenous fractions
In compliance with valid terminology are described basic differences among biologically degradable and biogenous
fraction of solid recovery fuels prepared from safety waste to utilize their energy content. The objective is to define
biomass content in standardized solid recovery fuels.
Kontaktní adresa:
Ing. Petr Jevič, CSc.
tel: 233 022 302, fax: 233 312 507
119
TŘÍDĚNÍ KVALITY A SPECIFIKACE TUHÝCH BIOPALIV
P. Jevič 1,2, P. Hutla 1, Z. Šedivá 1, M. Přikryl 1,2
1
2
2. Klasifikace podle původu a zdroje tuhých biopaliv
TP se popisují podle původu a zdroje, hlavních
obchodních forem a vlastností. V hierarchickém
klasifikačním systému jsou podle původu tyto hlavní
skupiny:
dřevní biomasa: biomasa ze stromů, keřů a
křovin.
- bylinná biomasa: z rostlin, které nemají dřevitý
stonek a které odumírají na konci vegetační
doby.
ovocná biomasa: biomasa z částí rostlin,
které nesou semena.
- směsi a příměsi: směsi jsou záměrně smíchaná
biopaliva, zatímco příměsi jsou nezáměrně
smíchaná biopaliva. Původ směsi nebo příměsi je
popsán v tabulce 1. Jestliže směs nebo příměs TP
může obsahovat chemicky ošetřený materiál,
musí to být určeno. Směsi nebo příměsi, např.
chemicky ošetřené dřevo a chemicky neošetřené
dřevo, musí být klasifikováno jako chemicky
ošetřené dřevo.
Příklad klasifikace původu a zdrojů TP uvádí
pro bylinnou biomasu tab. 1.
1. Úvod
Evropská komise pro tvorbu norem CEN
připravuje v současné době řadu technických specifikací
pro tuhá biopaliva (TP). Základním cílem je připravit
obchod a trh s TP tak, aby výrobce, resp. prodejce a
zákazník – spotřebitel mohli jednomyslně stanovit
vyrobenou nebo požadovanou kvalitu pevných biopaliv
[1, 2]. Tato práce je zaměřena na specifikaci a
kvalitativní
třídy TP
z biomasy,
pocházející
z následujících zdrojů:
- produkty zemědělství a lesnictví;
- odpady rostlinného původu ze zemědělství
a lesnictví;
- odpady rostlinného původu z potravinářského
průmyslu;
- odpadní dřevo s výjimkou dřevního odpadu,
který může obsahovat halogenované organické
sloučeniny nebo těžké kovy pocházející z nátěrů či
konzervačního ošetření dřeva, a které zahrnují
zejména odpadní dřevo pocházející ze staveb a z
demoličního odpadu;
- vláknité odpady rostlinného původu z výroby
nové buničiny a z výroby papíru z celulózy, pokud
jsou spalovány v místě výroby a získané teplo je
regenerováno.
Obr. 2: Rozdíly mezi dřevními štěpkami (vlevo) a
rozdrceným dřevním palivem (vpravo) [4]
Obr. 1: Příklady různých forem tuhých biopaliv
3. Specifikace tuhých biopaliv na základě obchodních forem a vlastností
Obchoduje se s různými velikostmi a tvary TP. Velikost a tvar ovlivňují manipulaci s palivem i jeho vlastnosti
hoření. Biopaliva se mohou dodávat například ve formách uvedených v tab. 2.
120
Tabulka 1: Klasifikace původu a zdrojů tuhých biopaliv a bylinné biomasy [4]
2. Bylinná 2.1 Zemědělské a
biomasa zahradní
byliny
2.2 Průmysl
zpracovávající
byliny, vedlejší
produkty a zbytky
2.1.1.1 Celá rostlina
2.1.1.2 Části slámy
2.1.1.3 Zrna nebo semena
2.1.1.4 Lusky nebo slupky
2.1.1.5 Směsi a příměsi
2.1.2.1
Celá rostlina
2.1.2 Traviny
2.1.2.2 Části slámy
2.1.2.3 Semena
2.1.2.4 Slupky
2.1.3 Olejniny na
2.1.3.2 Stonky a listy
semeno
2.1.3.3 Semena
2.1.3.4 Lusky nebo slupky
2.1.4 Kořenoviny
2.1.4.3 Kořen
2.1.5 Luskoviny
2.1.5.3 Plody
2.1.5.4 Lusky
2.1.6 Květiny
2.1.6.3 Semena
2.1.7 Krajinářská bylinná biomasa
2.1.1 Obilniny
2.2.1 Chemicky
neošetřené
bylinné zbytky
2.2.2 Chemicky
ošetřené bylinné
zbytky
2.3 Směsi a příměsi
121
2.2.1.1 Obilniny a traviny
2.2.1.2 Olejniny na semeno
2.2.1.3 Kořenoviny
2.2.1.3 Luskoviny a květiny
2.2.2.1 Obilniny a traviny
2.2.2.2 Olejniny na semeno
2.2.2.3 Kořenoviny
2.2.2.4 Luskoviny a květiny
Tabulka 2: Hlavní obchodní formy pevných biopaliv [4]
Název paliva
Brikety
Pelety
Palivový jemný prach
Piliny
Dřevní štěpky
Rozdrcené dřevní palivo
Kmeny
Celé dřevo
Typická velikost částic
Æ > 25 mm
Æ < 25 mm
< 1 mm
1 mm až 5 mm
5 mm až 100 mm
různé
100 mm až 1 000 mm
> 500 mm
Malé balíky slámy
0,1 m3
Velké balíky slámy
3,7 m3
Kulaté balíky slámy
2,1 m3
Svazek
různé
Kůra
různé
Řezanka ze slámy
Zrno nebo semeno
Slupky a ovocné pecky
10 mm až 200 mm
různé
5 mm až 15 mm
Vláknitý koláč
různé
Běžná metoda přípravy
Mechanickým stlačením
Mechanickým stlačením
Mletím
Řezáním ostrými nástroji
Řezáním tupými nástroji
Stlačením a svázáním do
čtvercového průřezu
Stlačením a svázáním do
čtvercového průřezu
Stlačením a svázáním do válcového
průřezu
Podélným orientováním a svázáním
Odkorněním zbytků stromů
Může být rozřezána nebo nerozřezána
Rozřezáním během sklízení
Bez přípravy nebo sušením
Bez přípravy
Přípravou z vláknitého odpadu
odvodněním
POZNÁMKA: Mohou se také použít i jiné formy.
Třídění kvality je připraveno pro nejdůležitější
komerční TP jako jsou brikety, pelety, výlisky, resp.
pokrutiny, dřevní štěpky, rozdrcené dřevní palivo,
kmeny, piliny, kůra, balíky slámy [3, 4, 5].
V tab. 3 se uvádí příklad specifikace vlastností
balíků slámy a v tab. 4. pelet.
Příklad typických fyzikálních a chemických
vlastností pro slámu obilnin a olejnin uvádí tab. 5.
Bezpopelná sušina, resp. hořlavina (daf) vyjadřuje
hořlavé části TP bez nehořlavé vody a popela.
Z vlastností, které se hlavně vztahují k hořlavé části
paliva (jako např. výhřevnost), se získají určité
charakteristické hodnoty paliv na bezpopelnou sušinu,
když tyto hodnoty nejsou ovlivňovány měnícím se
množstvím vody a popela v TP. Hodnoty určené na
bezvodý stav (d) jsou ovlivněny aktuálními obsahy
popela.
Původní stav TP (ar) se přepočte na bezvodý
podle rovnice:
100 - Wt ar
(d ) =
100
(-)
/1/
kde:
Wtar – voda veškerá v původním stavu TP v % m/m.
Původní stav TP (ar) se přepočte na hořlavinu
podle rovnice:
(daf ) = 100 - (Wt
kde:
Aar -
100
100
122
+ Aar
)
(-)
/2/
popel v původním stavu TP v % m/m.
(daf ) = 100 - A
kde:
Ad -
ar
d
(-)
popel v bezvodém stavu TP v % m/m.
/3/
Tabulka 3: Specifikace vlastností balíků slámy [4]
Původ:
Podle tabulky 1.
Informativní
Normativní
Obchodní forma
Rozměry (mm), výška (L1), šířka
(L2) a délka (L3)
2.1.1.2 Sláma obilovin
2.1.2.2 Sláma travin
2.1.3.2 Stonky a listy olejnin na semeno
Velký balík
Výška (L1)
Šířka (L2)
Délka (L3)
2 200
1 200
1 300
P1
2 400
1 200
1 300
P2
2 400
1 200
600 až 900
P3
1 100 až 2 750
1 200
1 300
P4
3
Hustota balíku (kg/m )
BD130
≤ 135
BD150
≤ 150
BD165
≤ 165
BD165+ > 165
Voda (% (m/m), původní)
Žádná část nad 23 %
≤ 16 %
M16
Části nad 23 % jsou přijatelné
≤ 16 %
M16+
≤ 23 %
M23
Jedna nebo více částí na 30 %
≤ 23 %
M23+
≤ 30 %
M30
Jedna nebo více částí na 35 %
≤ 30 %
M30+
Popel (% (m/m) v bezvodém stavu)
≤5%
A05
≤ 10 %
A10
> 10 %
A10+
Druhy biomasy
Byly určeny
Výhřevnost, qp,net,ar (MJ/kg, původní) Doporučuje se, aby byla specifikována.
nebo hustota energie, Ear (kWh/m3
volně ložená)
Rozdělení podle velikosti částic nebo Doporučuje se, aby se deklarovaly metody
struktury
výroby, které ovlivňují velikost částic slámy.
To je pro případ úrody, kterou zničí počasí
rotací nebo vibracemi nebo počasím, při
kterém dochází k nasekání slámy.
123
Tabulka 4: Specifikace vlastností pelet [4]
Původ:
Podle tab. 1.
Obchodní forma (viz tab. 2)
Rozměry (mm)
Dřevní biomasa (1),
Bylinná biomasa (2),
Ovocná biomasa (3),
Směsi a příměsi (4)
Pelety
Informativní
Normativní
Normativní
Průměr (D) a délka (L)a
≤ 6 mm ± 0,5 mm a L ≤ 5 x průměr
D06
≤ 8 mm ± 0,5 mm a L ≤ 4 x průměr
D08
≤ 10 mm ± 0,5 mm a L ≤ 4 x průměr
D10
≤ 12 mm ± 1,0 mm a L ≤ 4 x průměr
D12
≤ 25 mm ± 1,0 mm a L ≤ 4 x průměr
D25
Voda (% (m/m), původní)
M10
≤ 10 %
M15
≤ 15 %
M20
≤ 20 %
Popel (% (m/m) v bezvodém stavu)
≤ 0,7 %
A0.7
≤ 1,5 %
A1.5
≤ 3,0 %
A3.0
≤ 6,0 %
A6.0
> 6,0 % (aktuální hodnota,
A6.0+
která byla určena)
Síra (% (m/m) v bezvodém stavu)
Obsah síry je normativní pouze pro chemicky
≤ 0,05 %
S0.05
ošetřenou biomasu nebo jsou-li použita síru
≤ 0,08 %
S0.08
obsahující aditiva.
≤ 0,10 %
S0.10
> 0,20 % (aktuální hodnota, která
S0.20+
byla určena)
Mechanická odolnosta (% (m/m) pelet po zkoušení)
DU97.5
≥ 97,5 %
DU95.0
≥ 95,0 %
DU90.0
≥ 90,0 %
Množství jemných částic (% (m/m), < 3,15 mm) po výrobě při výstupu ze závodu
a
Na posledním možném místě ve výrobním místě.
F1.0
≤ 1,0 %
F2.0
≤ 2,0 %
F2.0+
> 2,0 %
Aditiva (% (m/m) lisované hmoty)
Má se určit druh a obsah pomocných lisovacích prostředků, inhibitorů struskování nebo jakýchkoliv
dalších aditiv.
Obsah dusíku je normativní pouze pro chemicky
N0.3
≤ 0,3 %
ošetřenou biomasu.
N0.5
≤ 0,5 %
N1.0
≤ 1,0 %
N3.0
≤ 3,0 %
N3.0+
> 3,0 % (aktuální hodnota, která
byla určena)
Výhřevnost, qp,net,ar (MJ/kg, původní) nebo hustota Doporučuje se informovat maloobchod.
energie, Ear (kWh/m3 volně ložená)
Sypná hmotnost, původní (kg/m3 volně ložená)
Doporučuje se, aby byla určena, prodává-li se
v objemových jednotkách.
Chlór, Cl (% (m/m), hmotnost v bezvodém stavu)
Doporučené kategorie
Cl 0.03, Cl 0.07, Cl 0.10 a Cl 0.10+ (je-li Cl > 0.10
% aktuální hodnota, která byla určena)
a
Maximálně 20 % (m/m) pelet může mít délku 7,5 x d (průměr).
124
Tabulka 5: Typické fyzikálně-chemické hodnoty pro slámu obilovin a olejnin [4]
Sláma z pšenice, žita, ječmene
Sláma z řepky olejky
(2.1.1.2)
(2.1.3.2)
Parametr
Jednotka
Typická
Typické rozmezí
Typická
Typické rozmezí
hodnota
hodnota
Popel
% m/m daf
5
2 až 10
5
2 až 10
Spalné teplo
19,8
18,5 až 20,5
19,8
18,5 až 20,5
MJ/kg daf
qV,gr,daf
Výhřevnost
18,5
17,5 až 19,5
18,5
17,5 až 19,5
MJ/kg daf
qp,net,daf
Uhlík, C
% m/m daf
49
46 až 51
50
47 až 53
Vodík, H
% m/m daf
6,3
6,0 až 6,6
6,3
6,0 až 6,6
Kyslík, O
% m/m daf
43
40 až 46
43
40 až 46
Dusík, N
% m/m daf
0,5
0,2 až 1,6
0,8
0,3 až 1,6
Síra, S
% m/m daf
0,1
< 0,05 až 0,2
0,3
< 0,05 až 0,8
Chlór, Cl
% m/m daf
0,4
< 0,1 až 1,2
0,5
< 0,1 až 1,2
Fluor, F
% m/m daf
0,0005
Al
mg/kg d
50
do 700
50
do 700
Ca
mg/kg d
4 000
2 000 až 7 000
15 000
8 000 až 20 000
Fe
mg/kg d
100
do 500
100
do 500
K
mg/kg d
10 000
2 000 až 26 000
10 000
2 000 až 26 000
Mg
mg/kg d
700
400 až 1 300
700
300 až 2 200
Mn
Na
mg/kg d
500
do 3 000
500
do 3 000
P
mg/kg d
1 000
300 až 2 900
1 000
300 až 2 700
Si
mg/kg d
10 000
1 000 až 20 000
1 000
100 až 3 000
Ti
mg/kg d
As
mg/kg d
< 0,1
< 0,1 až 2,0
< 0,1
< 0,1 až 0,5
Cd
mg/kg d
0,10
<0,05 až 0,30
0,10
< 0,05 až 0,30
Cr
mg/kg d
10
1 až 60
10
1 až 60
Cu
mg/kg d
2
1 až 10
2
1 až 10
Hg
mg/kg d
0,02
< 0,02 až 0,05
0,02
< 0,02 až 0,05
Ni
mg/kg d
1,0
0,2 až 4,0
1,0
0,2 až 4,0
Pb
mg/kg d
0,5
0,1 až 3,0
2,0
1,0 až 13,0
V
mg/kg d
3
Zn
mg/kg d
10
3 až 60
10
5 až 20
Následujícími příklady jsou specifikace pro třídy vysoké jakosti tuhých biopaliv doporučované pro použití
v domácnosti [1, 4]. Použití v domácnosti vyžaduje speciální ohledy z následujících důvodů:
- malý rozsah zařízení obvykle nemá spolehlivé řízení a čištění plynu (spalin)
- neprofesionální obsluhu
- časté umístění v zalidněných oblastech.
A.1 Dřevní brikety
Původ:
1.2.1.1 Chemicky neošetřené dřevo bez kůry
Obsah vody:
M10 - ≤ 10 %
Základní hustota:
DE1.0 – v rozmezí 1,00 – 1,09 kg/dm3
Rozměry:
D40 – průměr (d) nebo ekvivalent v rozsahu 25 ≤ d ≤ 40
Obsah popela:
A0.7 - ≤ 0,7 % m/m v bezvodém stavu
Aditiva:
< 2 % (m/m) v bezvodém stavu. Pouze výrobky z primární zemědělské a lesní biomasy,
které nejsou chemicky modifikovány, jsou odsouhlaseny, aby byly přidávány jako pomocné lisovací prostředky. Musí
být určen druh a množství aditiva.
Hustota energie:
E4.7 [kWh/kg] (q p,net,ar ≥ 4,7 kWh/kg = 16,9 MJ/kg)
A.2 Dřevní pelety (viz tab. 4)
Původ:
Obsah vlhkosti:
Mechanická odolnost:
Množství jemných částic:
Rozměry:
1.2.1.1 Chemicky neošetřené dřevo bez kůry
M10
DU97.5
F1.0 nebo F2.0
D06 nebo D08
125
Obsah popela:
A0.7
Obsah síry:
S0.05
Aditiva:
< 2 % (m/m) v bezvodém stavu.. Pouze výrobky z primární zemědělské a lesní biomasy,
které nejsou chemicky modifikovány, jsou odsouhlaseny, aby byly přidávány jako pomocné lisovací prostředky. Musí
být určen druh a množství aditiva.
Hustota energie:
E4.7 [kWh/kg] (q p,net,ar ≥ 4,7 kWh/kg = 16,9 MJ/kg)
A.3 Dřevní štěpky
Původ:
Obsah vody:
Rozměry:
Hustota energie:
1.1.2 Kmenové dříví
M20 nebo M30 ≤ 20 % m/m nebo ≤ 30 % m/m
P16 více než 80 % m/m 3,15 mm ≤ P ≤ 16 mm, méně než 5 % m/m
E0.9 [kWh/volně ložených m3] (Ear ≥ 900 kWh/volně ložených m3)
Literatura
1. Alakangas, E.: The European pellets standardization.
In. European pellets Conference 2004, O. Ö.
Energiesparverband 2004, s. 47 – 54
2. Jevič, P.: Importance of biofuels standardisation and
present state in the Czech Republic. In. Situation and
Trends in Agricultural Engineering – Renewable
Energy in Agriculture. Institut für Agrartechnik
Potsdam – Bornim, 1999, s. 119 – 124
3. ČSN P CEN/TS 14588: Solid biofuels –
Terminology, definitions and descriptions, 2005, s.
63
4. ČSN CEN/TS 14961: Solid biofuels – Fuel
specifications and classes, 2005, s. 48
5. Jevič, P., Porev, I.A., Dubrovin, V.O., Šedivá, Z.:
Basic data-fuel properties of crops for energetical
purposes. In. Agricultural Engineering Research in
the New Conditions of the 21st Century, VÚZT
Prague, 2001, s. 58 – 62
4. Závěr
Účelem třídění kvality a specifikace je
stanovení jakosti tuhého paliva z biomasy v
komplexním dodavatelském řetězci od původu až
k dodávce certifikovaného tuhého biopaliva a zajistit
odpovídající důvěru ke kvalitativním požadavkům. To
je základem pro přípravu a rozvoj trhu s tuhými
biopalivy. Požadavky na výrobu budou splněny
zajištěním kvality a její kontrolou. Princip zajištění
kvality tuhého paliva je založen na jejím jasně
definovaném určení a limitovaných požadavcích na
produkt.
Práce obsahuje dílčí výsledky řešení výzkumného
záměru MZe ČR 0002703101 – etapy 6 „Výzkum
nových možností efektivního využití zemědělských
produktů k nepotravinářským účelům“.
Souhrn: Třídění kvality a specifikace tuhých biopaliv
Jak malí odběratelé, tak i velkoodběratelé se zajímají o třídění kvality. Třídění kvality je zaměřeno na
nejdůležitější komerční biopaliva jako jsou brikety, pelety, dřevní štěpka, drcené dřevní palivo, dřevní kulatina, piliny,
kůra, balíky slámy. Tato klasifikace je pružná a tudíž si může výrobce nebo zákazník vybrat jakoukoliv třídu vlastností,
která odpovídá vyrobené nebo požadované kvalitě paliva. Tato volná klasifikace neváže navzájem různé vlastnosti
jednotlivých paliv. Její výhoda spočívá v tom, že výrobce a zákazník mohou s určitou charakteristikou souhlasit případ
od případu. Uvádí se příklady typických fyzikálně-chemických hodnot pro slámu obilovin, olejnin, specifikace
vlastností pelet, obilní slámy a specifikace pro třídy vysoké jakosti tuhých biopaliv doporučované pro domácnosti.
Summary: Quality classification and specification of solid biofuels
The quality classification is interesting for both small and big consumers. The quality classification is focused to the
most important commercial biofuels as briquettes, pellets, wood chips, crushed wooden fuel, wooden logs, sawdust,
bark, straw bales. That classification is flexible and thus manufacturer or customer can choose any properties class
corresponding with produced or required fuel quality. That free classification does not bind mutually different
properties of individual fuels. Its advantage is in fact that manufacturer and customer can agree with a certain
characteristics for each simple case. In the paper are presented examples of typical physical-chemical values for cereals
straw, oil crops, pellets properties specification, cereals straw and specification for classes of high-quality solid biofuels
recommended for household.
Kontaktní adresa:
Ing. Petr Jevič, CSc.
tel: 233 022 302, fax: 233 312 507
126
MATEMATICKÉ MODELOVÁNÍ HYDRODYNAMIKY PROUDĚNÍ PRO KŘIVOČARÉ
POTRUBÍ ZEMĚDĚLSKÉ PNEUMATICKÉ DOPRAVY
S. I. Pastušenko
Mykolaiv State Agrarian University, Faculty of Farm Mechanization, Ukraine
Anotace:
Uvádí se metodika a výsledky numerického řešení systému rovnic, popisujících hydrodynamiku proudění v potrubí
pneumatického zařízení, kombajnu ,,Borex – KZK – 4,2“ Byly získány hodnoty rychlostních a tlakových polí, pro
několik variant potrubí a určena s ohledem hydrodynamiku optimální konstrukce.
Аннотация: Математическое моделирование гидродинамики потока для криволинейных каналов
сельскохозяйственного пневмотранспорта
Приводится методика и результаты численного решения системы уравнений, описывающих
гидродинамику потока в канале пневмотранспортной установки комбайна “Борекс-КЗК-4,2”. Получены
значения полей скорости и давления для нескольких вариантов канала и определена оптимальная конструкция
в гидродинамическом отношении.
Summary: Mathematical design of hydrodynamics of stream for the curvilinear channels of agricultural pneumatic
transport
The methodology and results of quantitative solving of equation system that describes line hydrodynamics in the
channel of the pneumatic transport device of the harvester “Boreks-КZК-4,2” are stated. The levels of velocity and
pressure fields for some channel versions are evaluated and the optimum construction from the stand of hydrodynamics
is determined.
Постановка проблемы и анализ её состояния
В каналах пневмотранспортных установок происходят сложные процессы, от степени совершенства
которых зависит эффективность работы всей установки.
В пневмотранспортных установках поток представляет собой многокомпонентную систему, которую
подразделяют на гомогенную и гетерогенную.
Гетерогенная система, состоящая из двух фаз, одна из которых — это твердые частицы, капли или
пузырьки, является дисперсной смесью. Наибольший интерес для нас представляют суспензии, т. е. смеси
сплошной среды (сжимаемой или несжимаемой жидкости) с твердыми частицами. Интересующие нас системы не
имеют межфазовых переходов, поэтому их составные части принято называть компонентами.
Системы с размерами частиц более 1 мкм – это грубодисперсные системы, которые чаще всего
встречаются в сельскохозяйственной технике.
Наиболее обоснованной из математических моделей гидродинамики гетерогенных сред является модель
предложенная Р.И. Нигматулиным [1]. Уравнения движения многокомпонентных сред были проанализированы
Х.А. Рахматулиным [2] и Б.Х. Драгановым [3].
Гидродинамика и теплообмен потоков в криволинейных каналах исследовались рядом авторов [4–6],
однако эта проблема не нашла отображения в сельскохозяйственной технической литературе.
Изложение основного материала исследований
Основное влияние на закономерность течения жидкой или газообразной среды в криволинейном канале
оказывают его геометрическая форма, размеры поперечного сечения и радиус изгиба канала.
Поворот движущейся среды в криволинейном канале является причиной появления инерционной
центробежной силы, направленной поперек потока, которая вызывает изменение условий движения среды и ее
теплообмена со стенкой. Криволинейная форма канала влияет как на макроструктуру потока, т. е. на
распределение давлений, скоростей, температур, так и на его микроструктуру — на распределение
турбулентных характеристик [7].
Центробежные силы, возникающие при движении жидкости в криволинейном канале, изменяют поля
статических давлений в поперечном сечении канала. Наибольшее статическое давление наблюдается около
внешней стенки, т. е. там, где радиус кривизны больше, наименьшее статическое давление — на внутренней
стенке. Экспериментальные исследования показывают, что степень изменения статического давления в
поперечном сечении канала зависит от его кривизны, скорости движения жидкости, ее плотности.
Другой особенностью течения жидкости или газа в криволинейном канале в поле массовых сил является
возникновение вторичных течений. Механизм образования вторичных течений зависит от взаимного
направления вектора массовых сил F и grad |F|.
Центробежные силы стабилизируют поток около выпуклой стенки. При движении жидкости около
вогнутой стенки после потери устойчивости в пограничном слое появляются вихри, названные вихрями
127
Тейлора—Гетлера, которые имеют чередующиеся левое и правое вращения. При этом их ось совпадает
с общим направлением потока.
Стабилизация осевых скоростей в криволинейном канале из-за массовых центробежных сил происходит
на меньшей длине, чем перестройка профиля скоростей в прямом канале, вызванная влиянием сил вязкости.
Это обусловлено, во-первых, вторичными течениями, вследствие чего происходит интенсивная генерация
радиальной составляющей пульсационной скорости около вогнутой стенки. Во-вторых, криволинейность
канала порождает появление возмущений, которые передаются вверх по потоку. Вследствие этого
формирование структуры потока начинается еще до его поступления в криволинейный канал. Длина участка,
на котором профиль скорости трансформируется до устойчивой формы, в значительной степени зависит от
кривизны канала прямоугольного сечения и может достигать расстояния, равного более 10 эквивалентных
диаметров до начала изгиба [6].
Одним из путей повышения показателей пневмотранспортной установки является обеспечение
равномерности потока на всей протяженности канала. Достигается это математическим моделированием, методом
последовательных приближений, с целью получения таких расчетных состояний полей скоростей и давлений в
различных вариантах конструкции исходного канала, которые позволяют установить оптимальное решение его
проточной части.
Математический аппарат, позволяющий адекватно описать движение неоднородной вязкой несжимаемой
жидкости базируется на уравнении Навье-Стокса [8]
m
dv
1
= F - grad p + Ñ 2 v,
r
dt
r
(1)
где v – скорость; t – время; F – плотность массовой силы; r – плотность; p – давление; m – коэффициент
динамической вязкости; Ñ – оператор Лапласа.
Это уравнение (1) вместе с уравнением неразрывности div v = 0 составляют полную систему уравнений
движения однородной вязкой жидкости, подчиняющейся закону Навье–Стокса с постоянным коэффициентом
вязкости m.
Для декартовой ортогональной системы координат полная система уравнений движения неоднородной
вязкой несжимаемой жидкости записывается:
¶r
¶r
¶r
¶r
+u
+v
+w
= 0,
¶t
¶x
¶y
¶z
¶u ¶v ¶w
+
+
= 0,
¶x ¶y ¶z
æ ¶ 2u ¶ 2u ¶ 2 u ö
¶u
¶u
¶u
¶u
1 ¶p
+u
+v +w
= Fx + n çç 2 + 2 + 2 ÷÷ ,
¶t
¶x
¶y
¶z
r ¶x
¶z ø
¶y
è ¶x
(2)
æ ¶ 2u ¶ 2u ¶ 2u ö
¶v
¶v
¶v
¶v
1 ¶p
+ u + v + w = Fy + n çç 2 + 2 + 2 ÷÷ ,
¶t
¶x
¶y
¶z
r ¶y
¶z ø
¶y
è ¶x
æ ¶ 2w ¶2w ¶ 2w ö
¶w
¶w
¶w
¶w
1 ¶p
+u
+v
+w
= Fz + n çç 2 + 2 + 2 ÷÷ .
¶t
¶x
¶y
¶z
r ¶z
¶z ø
¶y
è ¶x
Исследования расчетным путем полей скоростей и давлений в канале, с целью определения его
гидродинамически оптимального решения были выполнены для пневмотранспортирующего канала одного из
кормоуборочных комбайнов выпускаемых промышленностью Украины.
Система уравнений (2) была положена в основу расчетов проведенных с помощью лицензионного
прикладного программного пакета Phoenics (версия 3.3) фирмы СНАМ (Великобритания), которые базируются
на использовании метода конечных элементов.
В качестве объекта исследований принимались два варианта конструкции канала кормоуборочного
комбайна «Борекс-КЗК-4,2»: серийный (рис.1) и экспериментальный.
128
Рис. 1. Вид пневмотранспортирующего канала комбайна «Борекс-К3К-4,2»
Исходными данными для расчета принимались:
Канал 04
Основная конфигурация, на которой также проводились и эксперименты.
Размеры:
а) вход: высота (координата x) – 0,264 м,
ширина (координата y) – 0,237 м,
б) выход: высота (координата x) – 0,174 м,
ширина (координата y) – 0.237 м,
в) общие габаритные размеры:
z = 1,552 м, x = 2,303 м, y = 0.237 м.
Сетка разбивки сечения:
170 ячеек вдоль канала (координата z) с равномерной разбивкой,
120 ячеек по высоте канала (координата x), из них:
по 60 ячеек от центральной линии канала со сгущением по направлению к стенкам (показатель сгущения
1,3),
2 ячейки по ширине канала (координата y) для моделирования псевдотрёхмерного течения.
Обозначения составляющих скорости: u — по координате x,
v — по координате y,
w — по координате z.
Скорость на входе: w = 24 м/с.
Канал 05
Размеры:
а) вход и выход – см. канал 04,
б) общие габаритные размеры
z = 1,677 м, x = 2,303 м, y = 0,237 м.
Сетка разбивки сечения– см. канал 04.
Скорость на входе: w = 24 м/с.
На рис.2 и 3 приведены результаты расчета для канала 04, а на рис. 4 и 5 – для канала 05.
129
Рис. 2. Поля давления в канале
(вариант 04)
Рис. 3. Поля скорости в канале
(вариант 04)
Рис. 4. Поля давления в канале
(вариант 05)
Рис. 5. Поля скорости в канале
(вариант 05)
По данным расчета построены зависимости:
— суммарной скорости потока по длине канала в непосредственной близости у вогнутой и выпуклой
стенок, а также в середине канала (рис. 6);
— закономерности изменения избыточного статического давления в потоке по длине канала у вогнутой и
выпуклой стенок (рис. 7);
— изменения суммарной скорости потока по высоте канала в различных его сечениях (рис. 8).
40
40
x=1
x=60
x=120
35
W
30
W
30
25
25
20
20
15
15
10
10
0
20
40
60
x=1
x=120
x=60
35
80
100 120 140 160
0
20
40
60
80
100 120
140 160
z
а)
б)
Рис. 6. Изменение суммарной скорости потока (м/с) по длине канала (координата z) в непосредственной
близости у вогнутой (x = 1) и выпуклой стенки (x = 120), а также на центральной линии канала (x = 60):
z
130
а — вариант 04; б — вариант 05
Величина координат x и z соответствуют номерам ячеек.
8000
P
4000
7000
P
3000
6000
5000
4000
2000
x=1
x=120
3000
x=1
x=120
1000
2000
1000
0
0
20
40
60
80
0
100 120 140 160
0
20
40
60
80
100 120 140 160
z
а)
б)
Рис. 7. Изменение избыточного статического давления в потоке (Па) по длине канала в непосредственной
близости у вогнутой (x = 1) и выпуклой стенок (x = 120):
z
30
30
W
W
25
25
20
15
10
20
z=10
z=60
z=110
0
20
40
60
z=10
z=50
z=110
15
80
100
120
10
0
20
40
60
80
100
120
x
x
а)
б)
Рис. 8. Изменение суммарной скорости потока (м/с) по высоте канала (координата х) в различных
сечениях по длине канала:
Экспериментальные исследования, проведенные для изучения аэродинамики пневмотранспортирующих
каналов двух серийных кормоуборочных комбайнов [9], подтвердили достаточное совпадение с величинами
основных параметров полученных методом математического моделирования.
Выводы
·
Результаты проведенных исследований указывают на возможность эффективного применения
методов математического моделирования гидродинамики потока для криволинейных каналов
сельскохозяйственного пневмотранспорта, базирующихся на уравнении Навье–Стокса, и позволяющих
описать движение потока в виде, наиболее приближенном к действительному.
·
Сравнительный анализ результатов полученных математическим моделированием криволинейных
пневмотранспортирующих каналов кормоуборочных комбайнов позволил предложить модернизированную
проточную часть канала с более удовлетворительными гидродинамическими показателями в сравнении с
серийной. При одинаковых скоростях на входе в канал, его гидродинамические потери значительно
снижены, т.к. рекомендуемый канал имеет более обтекаемую форму проточной части. Это позволяет
уменьшить отрывные явления и потери связанные с ударом потока о стенку канала.
·
Модернизированный канал характеризуется более высокими скоростями транспортируемого потока
у его выпуклой стенки, что является следствием снижения потерь энергии.
131
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Литература
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч.1. –М.: Наука, 1987. –464 с.
Рахматулин Х.А. Основы газовой динамики взаимопроникающих движений сплошных сред // ПММ. –
1956, Т. 20, –№ 2. –С. 184–195.
Драганов Б.Х. К вопросу о движении многокомпонентной сжимаемой среды // Гидроаэромеханика. –
1965. –Вып. 2. –С. 2–6.
Dakos T., Verriopoulos C.A., Gibson M.M. turbulent Flow with Heat Transfer in Plane and Curved Wall Jets
// Journal of Fluid Mechanics. – 1984. – 145. – P. 339–360.
Сабуров Э.Н., Леухин Ю.Л. Аэродинамика и теплообмен закрученного потока в цилиндрической камере //
Инженерно-физический журнал. – 1985. – № 3. –С. 369–375.
Щукин В.К. Области активного и консервативного воздействия массовых сил на закрученный поток //
Труды КАИ. – Вып. 93, –1967, –С. 69–73.
Пастушенко С.И. К вопросу о течении потока в криволинейном канале// Збірник наукових праць НАУ
“Механізація с.г. виробництва”. – Київ: Видавництво НАУ. –2003. –Т.IV. –С.267–272.
Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. 6-е изд. – М.: Наука, 1984. – 715 с.
Мищенко А.В., Пастушенко С.И. Экспериментальное исследование аэродинамики силосопровода
комбайна “Борекс-КЗК-4,2”// Техника АПК. –2001. –№10–12. –С.27-29.
Kontaktní adresa:
S. I. Pastušenko
Mykolaiv State Agrarian University,
Faculty of Farm Mechanization, Ukraine
Tel./fax.: (0512) 34-10-82
132
TVORBA A VYUŽITÍ DATABÁZE
BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝCH ODPADŮ (BRO)
FORMATION AND USE OF DATABASE OF BIODEGRADABLE WASTES
Oldřich Mužík1), Petr Plíva2), Maria Kollárová3),
Abstract:
Facilities for biodegradable waste processing have to comply with the whole range of requirements. There are
requirements for technology of production, product quality and environmental impacts. To choose the proper
technology it is necessary to take physical and chemical properties of biodegradable wastes into consideration.
Therefore there has been made database of biodegradable wastes properties. It is the third database, besides the database
of entrepreneurial subjects and database of facilities of biodegradable waste processing.
Keywords: database, biodegrada waste, information system, physical and chemical properties
Ve vyhlášce č. 383/2001 „o podrobnostech
nakládání s odpady“ § 11, odst. 13 a v příloze č. 8 této
vyhlášky je uveden konkrétní přehled odpadů, které je
zakázáno ukládat na skládky všech skupin. V bodu 16
této přílohy jsou
vyjmenovány kompostovatelné
odpady.
ÚVOD
Vlivem současných přístupů k řešení otázek
ekologie, měnících se podmínek hospodaření se
zbytkovou biomasou při provozování zemědělské
činnosti, zvyšování produkce odpadů v průmyslu,
nových způsobů nakládání s biologicky rozložitelným
komunálním odpadem (BRKO) bylo nezbytné vytvořit
podmínky k budování zařízení na zpracovávání stále
rostoucího množství BRO.
Tato zařízení, ať již stávající či teprve
budovaná musí splňovat celou řadou požadavků na
výrobní technologie, kvalitu výsledného produktu a
vlivu na životní prostředí. O volbě vhodného zařízení,
resp. zpracovatelské technologie, na smysluplnou
přeměnu BRO, je nutné rozhodnout mimo jiné i na
základě znalostí jejich fyzikálně-chemických vlastností.
Proto jsou z výše uvedených důvodů kladeny
vyšší nároky na vhodná zařízení pro zpracovávání BRO
(vyhovující kompostárny, fungující bioplynové stanice a
další zařízení včetně jejich technického vybavení) a na
znalosti vstupních vlastností BRO, které je nutné znát
z důvodu jejich vhodné skladby pro optimální průběh
procesu.
Proto byla vedle již fungujících databází
podnikatelských subjektů, zpracovávajících BRO a
provozovaných zařízení pro zpracovávání BRO
(používaných technologií) navržena a částečně již
naplněna i třetí databáze, která má blíže specifikovat
BRO s ohledem na jejich fyzikálně-chemické vlastnosti.
Pro potřeby zpracovávání BRO jakoukoliv
technologií byl
zpracován následující přehled
fyzikálních a chemických vlastností, které je možné do
vytvořené databáze vložit.
Jde o následující vlastnosti:
¾ fyzikální vlastnosti
- mechanické
• měrná hmotnost (kg.m-3),
• objemová hmotnost (kg.m-3),
• sypná hmotnost (kg.m-3),
• pórovitost (%),
• rozměry
částic
(granulometrické
rozdělení) (mm),
• sypný úhel (rad),
• drobivost
(rozdíl
granulometrického
složení před manipulací a po ní) (%),
• tvrdost (Jank)
• přilnavost (N.m-2),
• dynamická viskozita (N.m-2.s),
- tepelné
• měrné teplo (J.kg-1.deg-1),
• spalné teplo (MJ.kg-1),
• důležité teplotní body (°C),
• bod tuhnutí (počáteční a konečný)
• bod vzplanutí (počáteční a konečný)
• tavitelnost popela
• teplota měknutí
• teplota tání
• teplota tečení
• tepelná vodivost (W.m-1.deg-1),
- difúzní
• rovnovážná vlhkost systému,
• měrná vlhkost (%),
• sušící konstanta (s-1),
DRUHY
A
VLASTNOSTI
BIOLOGICKY
ROZLOŽITELNÝCH ODPADŮ (BRO)
Biologicky rozložitelné odpady jsou odpady,
které podléhají aerobnímu nebo anaerobnímu rozkladu.
Mezi biologicky rozložitelné odpady patří zejména
zemědělské, zahradnické a lesnické BRO, BRO
z potravinářského
průmyslu,
papírensko
–
celulózařského průmyslu, ze zpracování dřeva,
z kožedělného a textilního průmyslu, papírové a dřevěné
obaly, čistírenské a vodárenské kaly a v neposlední řadě
i komunální BRO.
Jde o kvantitativně významnou skupinu odpadů
s dopadem na životní prostředí (tvorba skleníkových
plynů, zejména metanu, nebezpečí ohrožení půdy, vody,
zdraví lidí a zvířat).
¾ chemické
- pH
133
práce s běžným internetovým prohlížečem, který musí
mít nainstalovaný každý uživatel sítě Internet.
Základní údaje o databázi BRO shrnuje následující
přehled:
- obsah látek
• obsah spalitelných látek (% suš.),
• obsah popelovin (% suš.),
• prchavá hořlavina v hořlavině (% suš.),
• obsah S (% suš.),
• obsah organických látek (% suš.),
• poměr C:N (-),
• obsah živin (% suš.)
N,P2O5, K2O, CaO, MgO
• obsah toxických látek (rizikových prvků)
(mg.kg-1)
As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Zn

DATABÁZE VLASTNOSTÍ BRO

Vytvoření databáze biologicky rozložitelných
odpadů (BRO) ze zemědělské a potravinářské produkce
a jejich fyzikálních a chemických vlastností (dále jen
databáze) navazuje na vypracování Realizačních
programů ČR pro BRO a odpady ze zemědělství,
zahradnictví a zpracování dřeva.

databáze
je
provozována
na
http://df.biom.cz/materialy.stm,
databáze je vytvořena v systému APC Action
Aplication,
informační systém umožňuje propojení
libovolného počtu databází,
databázi je možné integrovat do jiných webů
nebo i přenést na jiný server,
databáze je přístupná libovolnému počtu
administrátorů, editorů a autorů,
systém databází je možné on-line editovat z
libovolného místa přes Internet,
jde o otevřený systém.
Obsah a struktura databáze
Databáze obsahuje základní informace o
fyzikálních a chemických vlastnostech vybraných druhů
BRO a vedlejší zemědělské a potravinářské produkce
(dále jen zbytková biomasa). Pro vytvoření databáze
byly vybrány ty druhy zbytkové biomasy, které jsou
vhodné pro využití jednou z následujících technologií:
- kompostování,
- anaerobní fermentace,
- výroba pevných biopaliv (pelety, brikety).
Základní údaje o programovém řešení databáze
Databáze BRO je přístupná na serveru
Biom.cz, ale je možné ji integrovat i do jiných webů
(např. do připravovaného Informačního bodu o
bioodpadech) nebo i přenést na jiný server. Biom.cz je
postaven na operačním systému GNU Linux, databázi
MySQL, programovacím jazyku PHP a publikačním
systému APC Action applications. Práce s databázemi
MySQL je v jazyce PHP podporována a spojení obou
systémů je na Internetu velmi časté a
dobře
odzkoušené.
Celý systém je záměrně řešen tak, aby nekladl
zbytečně vysoké nároky na uživatelské znalosti,
potřebný software ani vybavení výpočetní technikou.
K vyhledávání, vkládání i editaci dat není nutná
instalace žádného speciálního softwaru, ale pouze
některého ze standardních internetových prohlížečů
(Internet Explorer, Firefox, Netscape Navigator, Mozila,
Opera, Konqueror, Safari, apod.). Systém také
nepotřebuje ukládat data na pevný disk uživatele. Pro
snadnou práci s databázemi je zapotřebí pouze znalost
Podobně jednotlivé fyzikální a chemické
vlastnosti vybraných surovin byly zvoleny s ohledem na
technologii jejich následného využití.
Každý druh zbytkové biomasy tvoří v databázi
samostatnou položku, které jsou přiřazeny jednotlivé
fyzikální a chemické vlastnosti. Vlastnosti jsou pro
každý materiál (druh zbytkové biomasy) stejné. Každá
vlastnost biomasy má svou veličinu, rozměr, rozsah a
jednotku, jak je uvedeno v následujícím obrázku.
Rozdělení hodnoty každé vlastnosti do dvou částí
(rozměr a rozsah) umožňuje zobrazení hodnot pro
uživatele v určitém rozmezí (např. měrná vlhkost kejdy
skotu 93,5 - 98,5%), což je u těchto materiálů nezbytné,
protože se jejich vlastnosti liší a zároveň nám poskytuje
střední hodnotu nezbytnou pro navazující výpočtové
programy.
Materiál
(druh biomasy)
Vlastnosti biomasy
(veličina)
Rozměr
Rozsah
±
Kejda skotu
Objemová hmotnost
1004
16
kg.m
Kejda prasat
Měrná vlhkost
96
2,5
%
Obsah
organických látek
75,5
5,5
% suš.
Kejda drůbeže
Obr. 1: Struktura databáze BRO
134
Jednotka
-3
přes Internet 24 hodin denně. V případě výskytu
jakýchkoli potíží se každý uživatel bude moci obrátit
přímo na editora či administrátora, který na požádání
poskytne nezbytné informace, popřípadě odstraní
vzniklé chyby.
Práce s databází je rozdělena do tří základních
úrovní:
uživatelské,
editorské,
administrátorské.
Administrátoři mohou měnit strukturu celé databáze,
přidávat či odstraňovat jednotlivé položky (suroviny a
jejich vlastnosti) a upravovat formuláře pro editaci a
zobrazování dat pro uživatele.
Suroviny lze v databázi řadit (zobrazovat)
podle názvu, data vložení, ale také podle hodnoty každé
ze sledovaných vlastností, což umožňuje velmi snadnou
orientaci uživatelům i vyhledávání materiálů podle
jejich vlastností.
Plnění, editace a aktualizace databáze
Databáze BRO byla vytvořena na základě
údajů
z Realizačních
programů
BRO,
dříve
vypracovaných výzkumných projektů, odborných
publikací, praktických poznatků a měření v provozech a
na základě vlastních laboratorních rozborů.
Jak již bylo uvedeno výše, informační systém
umožňuje on-line vkládání a průběžnou aktualizaci dat
Obr. 2: Formulář pro editaci položek databáze BRO (administrátorská úroveň)
Editoři plní databázi zjištěnými údaji a
odstraňují dříve vzniklé chyby, do úprav formulářů
zasahují jen nepřímo (komunikací s administrátorem a
uživateli) a měli by zajišťovat základní servis
pro uživatele.
Obr. 3: Formulář pro vkládání dat do databáze BRO
135
Obr. 4: Formulář pro zobrazování údajů databáze BRO
Formulář pro zobrazování dat byl vytvořen
především tak, aby nekladl zbytečné nároky na
uživatele, ale zároveň jim poskytl pohodlný přístup ke
všem potřebným údajům. Uživatelům se na úvodní
stránce zobrazí abecední seznam vybraných BRO, který
si mohou sami seřadit podle jimi preferovaného
ukazatele (např. datum poslední aktualizace, hodnoty
jednotlivých vlastností apod.). Celá databáze je
samozřejmě vybavena fulltextovým vyhledáváním.
Uživatelé mohou v systému vkládat své připomínky
(komentáře)
k fungování
databáze
přímo
prostřednictvím Internetu, popřípadě se obrátit e-mailem
či telefonicky na editora.
Po základním naplnění databáze na základě
údajů z odborné literatury a vlastních měření se
předpokládá zapojení širší odborné veřejnosti, která
bude s informačním systémem pracovat, do procesu
plnění a aktualizace databáze.
poskytnout vstupní údaje pro analýzu nakládání se
zbytkovou
biomasou
z
hlediska
zmapování
materiálových
toků,
podnikatelských
subjektů
působících na trhu, provozovaných zařízení a
používaných technologií. Informační systém tvoří
několik vzájemně propojených databází (zejména
surovin, subjektů, zařízení a strojů), které umožňují
moderní
formou
předávání
informací
mezi
zúčastněnými subjekty, odborníky i běžnými uživateli.
Již nyní mohou subjekty zaregistrované v
databázi subjektů vkládat v publikačním systému
Biom.cz i jiné druhy informací, z čehož jsou zejména
zajímavé rubriky burza, akce, novinky a encyklopedie.
Encyklopedie vedle definic důležitých pojmů z oblasti
fytoenergetiky a kompostárenství automaticky vytváří v
textech na Biom.cz (včetně databází) odkazy na hesla
v ní obsažená. Díky propojení s obecnou encyklopedií
Wikipedia.org, jsou hesla dále dopracovávána a
vytvářena nová. Vytvořená funkce byla využita rovněž
k automatickému vytváření odkazů na legislativu a
zaregistrované subjekty. Začlenění databáze BRO do
informačního systému je přehledně znázorněno na
obrázku č. 5.
4.4 Funkční propojení systému s dalšími programy
Databáze BRO (surovin) je součástí informační
systém pro využívání biomasy se zaměřením na
biologicky rozložitelné odpady. Tento systém by měl
136
Obr. 5: Začlenění databáze BRO do informačního systému na webu CZ Biom
informační systém, což usnadní jejich vzájemné
propojení. V budoucnosti by tento katalog mohl
nahradit nebo doplnit současnou databázi strojů.
Expertní systém pro ekonomiku využití
zbytkové biomasy by měl propojit všechny ostatní
systémy a vytvořit komplexní poradenský systém pro
podporu rozhodování podnikatelských subjektů. Tento
program, který by pracoval s informacemi obsaženými v
databázích (vlastnosti zpracovávaného materiálu,
technické vybavení linky na základě doporučené
technologie) a se vstupními informacemi od uživatele
(množství a druh zpracovávaného materiálu, uplatnění
výstupů, jejich současná cena aj.), by uživatelům
výrazně usnadnil rozhodování o způsobu využití
biomasy. Snadno a rychle získané technickoekonomické
informace
by
mohly
posloužit
producentům a zpracovatelům zbytkové biomasy jako
podklad pro zamýšlený podnikatelský záměr.
Databáze surovin společně s databázemi
subjektů, zařízení a strojů tvoří základ komplexního
informačního systému pro využívání biomasy, ke
kterému budou postupně přidávány i jednotlivé expertní
systémy. V současné době jsou na webu Biom.cz ve
spolupráci s odborníky z VÚZT vytvářeny další části
tohoto informačního systému:

expertní
systém
pro
kompostárenství,

expertní systém pro oddělený sběr
bioodpadu,

expertní systém pro bioplyn,

expertní systém pro pěstování
biomasy,

výpočtový program pro ekonomiku
využívání biomasy,

propojení s katalogem strojů pro
využívání biomasy.
V pokročilém stádiu rozpracovanosti je již nyní
expertní systém pro kompostárenství, který by měl
fungovat jako praktická pomůcka pro zpracovatele
biologicky rozložitelných odpadů kompostováním. Jeho
cílem je poskytnout uživatelům komplexní informace od
stavby kompostárny až po registraci hotového
kompostu. Bude obsahovat informace o požadavcích
jednotlivých právních předpisů, které je potřebné splnit
při získání povolení k stavbě kompostárny, návod na
výpočet objemu jímky a plochy pro kompostárnu,
program pro výpočet optimální surovinové skladby
kompostu a postup, který musí výrobce kompostu
dodržet, při registraci svého produktu.
V současné době se rovněž pracuje na
vytvoření klonu on-line katalogu zemědělské techniky
VÚZT pro stoje na využívání biomasy. Katalog je na
rozdíl od výše zmiňované databáze strojů určen
výhradně pro účely poskytování údajů o strojích a
poskytuje tedy možnosti vkládání výrazně většího
množství detailů. Katalog strojů VÚZT je postaven na
stejném programovém základě jako popisovaný
ZÍSKÁVÁNÍ PODKLADŮ PRO NAPLŇOVÁNÍ
DATABÁZE FYZIKÁLNÍCH A
CHEMICKÝCH
VLASTNOSTÍ BRO
Hodnoty
jednotlivých
fyzikálních
a
chemických vlastností BRO je možné v podstatě
zjišťovat dvojím způsobem:
¾ z odborné literatury
¾ experimentálním měřením.
Zjišťování hodnot z odborné literatury
Vzhledem k tomu, že v současné době existuje
velké množství zdrojů, kde lze najít fyzikální a
chemické vlastnosti některých BRO a které nebývají
vždy shodné, je nutné při jejich výběru postupovat
rozvážně. Nelze převzít každou zjištěnou hodnotu, ale je
nutné hodnoty, které byly zjištěny v jednom prameni
ověřit v několika dalších. Pak lze dosáhnout výsledků,
které lze použít pro naplňování databáze.
Pro zjišťování hodnot vlastností BRO
z odborné literatury bylo využito zejména literárních
zdrojů uvedených v tabulce č. 2.
Tab. 2: Literární zdroje pro získávání hodnot fyzikálních a chemických vlastností BRO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
BANOUT, J.: Optimalizace surovinové skladby, výrobní plochy a kalkulace provozních nákladů při
výrobě kompostu v zakládkách. Doktorská disertační práce, ČZU, Praha 2005
MUŽÍK, O.: Produkce vybraných druhů odpadů v roce 2001 dle ISOH a ČSÚ,
nepublikováno, listopad, 2003.
SLEJŠKA, A.: Sběr a komunitní kompostování domovních bioodpadů v ČR. Biom.cz, 25.2.2002,
http://biom.cz/index.shtml?x-110711
VÁŇA, J.: Sdělení odboru odpadů MŽP ke specifikaci skupin kompostovatelných odpadů s výjimkou
kompostovatelných odpadů v komunálním odpadu podle přílohy č. 8 vyhlášky č.383/2001 Sb., o
podrobnostech nakládání s odpady. Sdělení 29, Věstník MŽP, 2003
VÁŇA, J.: Zemědělské odpady. Biom.cz, 24.1.2002, http://biom.cz/index.shtml?x=62131
VÁŇA, J.: Příručka „Výroba a využití kompostů v zemědělství“. Institut výchovy a
vzdělávání ministerstva zemědělství ČR v Praze, 1994
VELEBIL, M.: Vybrané problémy soustavy zemědělské techniky v oblasti statkových hnojiv. Doktorská
disertační práce, VÚZT, Praha 1975
Informační systém odpadového hospodářství, http://www.vuv.cz/iso/
Registr hnojiv, http://database.zeus.cz/apvr/No_Auth/
137
¾ vlhkost suroviny (%),
¾ pH (-),
¾ obsah C (%) v sušině,
¾ obsah N (%) v sušině,
¾ objemová hmotnost (kg.m-3),
¾ pórovitost (%),
¾ spalné teplo (MJ.kg-1)
Při jejich zjišťování byly používány metodiky,
které se v laboratořích běžně pro zjišťování uvedených
vlastností používají, popř. byly zpracovány metodiky
vlastní, podle kterých bylo postupováno (např.
objemová hmotnost, pórovitost surovin).
Zjišťování hodnot experimentálním měřením
Pro správnost výsledků zjišťování fyzikálních a
chemických hodnot experimentálním způsobem, je
nutné dodržet několik následujících kroků správného
postupu:
¾ měření
provádět
v experimentální
laboratoři
¾ vlastnosti ověřovat na reprezentativním
vzorku dané suroviny
¾ přesně
postupovat
podle
předem
zpracované metodiky
¾ uskutečnit co možná největší počet
měření pro jednu vlastnost a
jeden vzorek.
Ze všech vlastností, které je nutné pro
jednotlivé
suroviny
v databázi
doplnit,
byly
experimentálně zjišťovány následující:
Všechny hodnoty jednotlivých fyzikálních a
chemických vlastností BRO, které byly zjištěny v r.
2005 z odborné literatury a pomocí experimentálních
měření jsou uvedeny v následující tabulce č. 3.
[5]:
JELÍNEK, A., a kolektiv: Zpracování
„Realizačního programu ČR pro biodegradabilní
odpady se zaměřením na odpady ze zemědělství,
zahradnictví, rybářství, myslivosti, zpracování dřeva,
atd.- 2. etapa“ ; Zpráva pro MŽP, Výzkumný ústav
zemědělské techniky, listopad 2004.
[5]: MUŽÍK, O.: Produkce vybraných druhů odpadů v
roce 2001 dle ISOH a ČSÚ,
nepublikováno, listopad, 2003.
[6]: VÁŇA, J.: Sdělení odboru odpadů MŽP ke
specifikaci skupin kompostovatelných odpadů s
výjimkou kompostovatelných odpadů v komunálním
odpadu podle přílohy č.8 vyhlášky č. 383/2001 Sb., o
podrobnostech nakládání s odpady. Sdělení 29, Věstník
MŽP, 2003.
[7]: VÁŇA J.: „Kompostování bioodpadu“, In: Váňa
J., Balík J., Tlustoš P.: Pevné odpady (učebnice), ČZU
Praha 6, 2004.
POUŽITÁ LITERATURA
[1]: BANOUT, J.: Optimalizace surovinové skladby,
výrobní plochy a kalkulace provozních nákladů při
výrobě kompostu v zakládkách. Doktorská disertační
práce, ČZU, Praha 2005
[2]: BIOLOGICKÉ ZPRACOVÁNÍ BIOODPADU,
Pracovní dokument II. Návrh,
http://europa.eu.int/comm/environment/waste/facts_en.h
tm.
[3]: CZ BIOM – České sdružení pro biomasu:
Realizační program pro biologicky rozložitelné odpady.
2003.
[4]: JELÍNEK, A., kolektiv autorů: „Faremní kompost
vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem“,
Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy,
Praha 2002, ISBN: 80-238-8539-1.
SOUHRN
Problematika BRO je v současné době velmi aktuální. BRO jsou zdrojem energie, hnojiva, zásypové zeminy
apod. Pro jejich smysluplnou přeměnu je nutné znát maximum základních fyzikálně, chemicko-biologických vlastností,
aby bylo možné kvalifikovaně rozhodnout o způsobu jejich přeměny.
Proto byl zpracován a odzkoušen software pro shromažďování fyzikálně-chemických údajů a experimentální i
bibliografickou činností byly určeny některé základní vlastnosti a vloženy do databáze.
Vytvořením, základním naplněním a on-line zprovozněním databází hodnocený projekt však zdaleka nekončí.
Celý informační systém bude nutné neustále aktualizovat, udržovat a doplňovat o nové položky a funkce, aby dokázal
pružně reagovat na nové trendy v informační technice a požadavky uživatelů, a tím byl i nadále konkurenceschopný.
Po vytvoření expertních systémů a jejich začlenění do informačního systému pro využití zbytkové biomasy by
měl vzniknout komplexní poradenský systém pro podporu rozhodování podnikatelských subjektů. Tento systém, který
by pracoval s informacemi obsaženými v databázích (vlastnosti zpracovávaného materiálu, technické vybavení linky na
základě doporučené technologie) a se vstupními informacemi od uživatele (množství a druh zpracovávaného materiálu,
uplatnění výstupů, jejich současná cena aj.), by uživatelům výrazně usnadnil rozhodování o způsobu využití biomasy.
Snadno a rychle získané technicko-ekonomické informace by mohly posloužit producentům a zpracovatelům zbytkové
biomasy jako podklad pro zamýšlený podnikatelský záměr.
Klíčová slova: databáze, BRO, fyzikální a chemické vlastnosti, informační systém
Kontaktní adresa
Ing. Oldřich Mužík, Ing. Petr Plíva, CSc., Ing. Mária Kollárová
VÚZT, Drnovská 507, 161 01 Praha 6-Ruzyně, P.O. Box 54
Tel.: +420 233022386, fax:+420 33312507
138
Tab. 3: Zjištěné hodnoty fyzikálních a chemických vlastností BRO
BRO
0201
020101
020102
020103
020106
Vlhkost
(%)
z literatury
Objemová
hmotnost
(kg.m-3)
Obsah živin
(%)
určena z
C
N
P2O5
K2O
CaO
MgO
laboratoře
ODPADY ZE ZEMĚDĚLSTVÍ, ZAHRADNICTVÍ, LESNICTVÍ, MYSLIVOSTI, RYBÁŘSTVÍ
Kaly z praní a z čištění
Odpad živočišných tkání
Odpad rostlinných pletiv
Sláma obilovin
9-12
17
52,2
0,5
0,11,0
0,3-0,4 0,1-0,2
135
0,3
Sláma řepky
10-17
53,3
0,6
0,21,1-1,4
1,2-1,5 0,2-0,3
56
0,3
Nať brambory
48
49,4
0,75
0,21,5
0,3
0,15
(vlhká)
0,3
Nať brambory
32
49,4
0,75
0,21,5
0,3
0,15
(suchá)
0,3
Listí (vlhké)
55
50,6
1,2
0,15
0,5
1,7-0,3 0,15
267
Listí (suché)
20
50,6
1,2
0,15
0,3
1,7-0,3 0,15
119
Odpad zeleniny
85
48,9
2
0,81,5
0,8-2,0 0,3
940
1,3
Stařina z luk
20
50,6
0,9
0,5
1,0-1,8
0,9-1,7 0,15
95
Tráva sečená strojně
70-75
Tráva sečená ručně
70-65
Odpad z údržby
50-80
65
57,8
3,4
326
trávníku
Seno
9 -12
52,2
2,1
66
Kukuřičná siláž
60-70
66
53,3
1,3
Zvířecí trus, moč a hnůj (včetně znečištěné slámy),kapalné odpady, soustřeďované odděleně a zpracovávané mimo místo vzniku
Chlévská mrva skot
78
45
2,1
1,3
2,7
2,3
0,5
977
Chlévská mrva koně
70
49,5
2,2
1,02,0
1,2
0,2-0,5
961
1,3
Chlévská mrva ovce
67
51,1
2,75
0,72,0-2,3
0,8-1,1 0,3
1073
1,0
Kejda prasat
94
41,7
5,4
3,52,8-3,4
3,5
0,7-1,3
961
4,2
Kejda skotu
97
42,2
4
1,63,2-3,9
2,0-5,0 0,5-0,8
993
2,0
Kejda drůbeže
80-95
90
38,9
6,55
2,82,9-4,8
8,00,6-0,9
961
5,1
11,0
139
Pórovitost
(%)
Spalné
teplo
(MJ.kg-1)
C:N
(-)
pH
(-)
55,7
18,0
105:1
6,9
18,20
89:1
7,3
-
66:1
-
66:1
-
42:1
42:1
25:1
7,8
7,8
16,6
16,6
16,6
56:1
22-30:1
35:1
17:1
7,8
6,2
6,2
6,8
14,5
16,1
25:1
41:1
8,4
71,53
48,73
65,1
21:1
23:1
7,5
19:1
38,9
8:1
11:1
7,3
020107
0202
020201
020202
020203
020204
0301
030101
030102
030103
1905
190503
1906
190604
190605
190606
Drůbeží trus
45-55
54
s podestýlkou
Králičí trus s
50-70
66
podestýlkou
Odpady z lesnictví
ODPADY Z VÝROBY A ZPRACOVÁNÍ MASA, RYB A JINÝCH POTRAVIN ŽIVOČIŠNÉHO PŮVODU
Kaly z praní a z čištění
Odpad živočišných tkání
Suroviny nevhodné ke spotřebě nebo zpracování
Kaly z čištění odpadních vod v místě jejich vzniku
Odpady ze zpracování dřeva a výroby desek a nábytku
Odpadní kůra a korek
Stromová kůra
43-46
53,3
0,3
0,00,0-0,3
0,1-0,3 0,0
(vlhká)
0,2
Stromová kůra
35-37
53,3
0,3
0,00,0-0,3
0,1-0,3 0,0
(suchá)
0,2
Piliny
Piliny (vlhké)
40-70
40
54,5
0,1
0,00,0-0,1
0,1-0,2 0,0
0,1
Piliny (suché)
30-50
31
54,5
0,1
0,00,0-0,1
0,1-0,2 0,0
0,1
Hobliny, odřezky, dřevo, dřevotřískové desky a dýhy, neuvedené pod číslem 030104
ODPADY Z AEROBNÍHO ZPRACOVÁNÍ PEVNÝCH ODPADŮ
Kompost nevyhovující jakosti
ODPADY Z ANAEROBNÍHO ZPRACOVÁNÍ ODPADU
Produkty vyhnívání z anaerobního zpracování komunálního odpadu
Extrakty z anaerobního zpracování odpadů živočišného a rostlinného původu
Produkty vyhnívání z anaerobního zpracování živočišného a rostlinného odpadu
NEZAŘAZENO
Faremní kompost
Dřevní štěpka
Rybniční bahno
Rašelina
40-60
25-80
41
48
50
33,3
54
8,9
1,7
0,1
0,45
60-80
72
40,6
2,3
0,20,3
0,10,2
475
6,6
15:1
8,7
809
43,2
333
57,8
18,5-19,3
100:1
328
63,3
18,5-19,3
120:1
267
19,2
125:1
237
19,2
200:1
8,15
19,6:1
540:1
19,8:1
7,5
17,6:1
5,2
0,4-0,6
1,5-2,5
0,2-0,5
410
314
841
0,1-0,3
0,5-1,0
0,1-0,3
423
140
11,3:1
8,51