ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA ABIOMASA2005

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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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 MZLU Brno – ZF Lednice ŘEŠENÍ NÁVRHU NA UMÍSTĚNI KOMPOSTÁRNY VE VZTAHU K BILANCI PRODUKCE ZBYTKOVÉ BIOMASY…………………………………………….……………………...48 J. Nováková, P. Burg, MZLU Brno – ZF Lednice 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha MOŽNOSTI VÝROBY BIOPLYNU Z JATEČNÍCH ODPADŮ……………………………………………………….82 J. Kára, J. Mazancová, I. Hanzlíková Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha, 2) OSEVA PRO s.r.o., výzkumná stanice travinářská, Rožnov 3) VŠB-TU Ostrava, katedra energetiky, Ostrava 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2 Česká zemědělská univerzita Praha 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 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.

Použitá literatura [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, e-mail: [email protected]

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 Koncentrácia sušiny Sušina

34 t.d-1 25 % 8,5 t.d-1

166 t.d-1 Hnojovia spolu 9,1 % Koncentrácia sušiny 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.

Použitá literatura 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 hmotnost zpracované suroviny (t) 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 hmotnost zpracované suroviny (t) 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

V tabulce T03 jsou naměřené a vypočtené parametry 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. Použitá literatura 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

V tabulce T04 jsou naměřené a vypočtené parametry 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky, 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. Použitá literatura 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

Objemová hmotnost materiálu ve vrstvě r1 = 260 kg . m-3 Vypočtené hodnoty: celkový objem hromad V1 = 63 m3 průměrná rychlost soupravy v1 = 35 m . h-1 výkonnost soupravy W07 = 28 m3 . h-1 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

Objemová hmotnost materiálu ve vrstvě r1 = 354 kg . m-3 Vypočtené hodnoty: celkový objem hromad V1 = 44 m3 průměrná rychlost soupravy v1 = 33 m . h-1 výkonnost soupravy W07 = 18 m3 . h-1 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˝. Použitá literatura 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

Použitá literatura 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) OSEVA PRO s.r.o., výzkumná stanice travinářská, Rožnov 2) Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha, 3) VŠB-TU Ostrava, katedra energetiky, Ostrava 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., Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 00 Praha 6, Tel.: 233022225, Fax.:233312507, e-mail: [email protected] 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, email: [email protected]

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

Použitá literatura 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, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 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 200 kW – štěpka, pelety Do 350 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 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 - ve variantě 2 - 5201 Kč/ha - 1445 Kč/t - ve variantě 3 - 6753 Kč/ha - 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: - ve variantě 1 - 665 Kč/ha - 222 Kč/t - ve variantě 2 - 1881 Kč/ha - 523 Kč/t - ve variantě 3 - 3433 Kč/ha - 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 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 399 fax: 233 312 507 e-mail: [email protected]

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 účast´ou „ Udržatel´ne pol´nohospodárstvo 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, e-mail: [email protected]

75

POROVNÁNÍ EMISNÍCH PARAMETRŮ PALIV NA BÁZI ROSTLINNÝCH MATERIÁLŮ P. Hutla, P. Jevič Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 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. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 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

20 hm.% kostní drti

30 hm.% kostní drti

40 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

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 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

Produkce bioplynu l.kg sušiny

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. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 334 fax: 233 312 507 e-mail::[email protected] Ing. Irena Hanzlíková Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 214 fax: 233 312 507 e-mail: [email protected] 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 VÚZT Praha: Výzkumná zpráva Z-2337 Praha 1998 VÚZT Praha: Výzkumná zpráva Z-2376 Praha 2000 Agroenviromentální programy České republiky,vydalo MŽP ve spolupráci s MZe ČR, Praha, 2004

Použitá literatura 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. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 Tel: 233 022 335, Fax: 233 312 507 e-mail: [email protected] 94

MOŽNOSTI MAPOVÁNÍ VÝNOSŮ PŘI SKLIZNI PÍCNIN YIELD MAPPING POSSIBILITIES AT THE FORAGE HARVESTING František Kumhála, Milan Kroulík, Jiří Mašek, Václav Prošek Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta 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 Průchodnost materiálu zjištěná 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

Příkon čechrače [kW]

Údaje nárazové desky [Hz]

Průchodnost materiálu zjištěná vážením [kg s-1]

0.94

0.85

Příkon čechrače [kW] 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

Poměr stran pozemku 0,4

0.75 Poměr stran pozemku 0,6 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.

Použitá literatura 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 Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta 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)

Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha, OSEVA PRO s.r.o., výzkumná stanice travinářská, Rožnov 3) VŠB-TU Ostrava, katedra energetiky, Ostrava 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., Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 00 Praha 6, Tel.: 233022225, Fax.:233312507, e-mail: [email protected] 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] 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, email: [email protected]

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 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2 Česká zemědělská univerzita Praha 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. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 302, fax: 233 312 507 e-mail::[email protected]

119

TŘÍDĚNÍ KVALITY A SPECIFIKACE TUHÝCH BIOPALIV P. Jevič 1,2, P. Hutla 1, Z. Šedivá 1, M. Přikryl 1,2 1 Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 2 Česká zemědělská univerzita Praha

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 2.1.2.5 Směsi a příměsi 2.1.3.1 Celá rostlina 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 2.1.3.5 Směsi a příměsi 2.1.4.1 Celá rostlina 2.1.4 Kořenoviny 2.1.4.2 Stonky a listy 2.1.4.3 Kořen 2.1.4.4 Směsi a příměsi 2.1.5.1 Celá rostlina 2.1.5 Luskoviny 2.1.5.2 Stonky a listy 2.1.5.3 Plody 2.1.5.4 Lusky 2.1.5.5 Směsi a příměsi 2.1.6.1 Celá rostlina 2.1.6 Květiny 2.1.6.2 Stonky a listy 2.1.6.3 Semena 2.1.6.4 Směsi a příměsi 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 2.2.1.4 Směsi a příměsi 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 2.2.2.5 Směsi a příměsi

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 ostrými nástroji Řezáním tupými nástroji Řezáním ostrými nástroji Řezáním ostrými 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+ Žádná část nad 30 % ≤ 23 % M23 Jedna nebo více částí na 30 % ≤ 23 % M23+ Žádná část nad 35 % ≤ 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. Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6 tel: 233 022 302, fax: 233 312 507 e-mail::[email protected]

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): а — вариант 04; б — вариант 05 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: а — вариант 04; б — вариант 05 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), Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 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

ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

DATABÁZE VLASTNOSTÍ BRO ƒ 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.

ƒ

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: ƒ expertní systém pro kompostárenství, ƒ expertní systém pro oddělený sběr bioodpadu, ƒ expertní systém pro bioplyn, ƒ expertní systém pro pěstování biomasy, ƒ výpočtový program pro ekonomiku využívání biomasy, ƒ 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 e-mail: [email protected] 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