17
Jak již bylo zmíněno, všechny heterotrofní organizmy jsou pro svou existenci odkázány na energii vázanou v biomase, kterou konzumují jako potravu. Energie v chemických vazbách, kterou sem transformovaly rostliny, se přelévá z jednoho článku pastevně-kořistnického řetězce do dalšího, až je uvolněna zpět do prostředí z těla posledního konzumenta při rozkladném řetězci, který navazuje na poslední článek řetězce pastevně-kořistnického. Neživý organizmus ( nekromasa) se stává předmětem rozkladu, při kterém dochází k huminizaci a mineralizaci organické hmoty, která se rozkladem mění na humus, což je nejúrodnější složka půdy, ze které po dodání sluneční energie vyrostou noví producenti biomasy – zelené rostliny.
Člověk využívá od pradávna biomasu jako potravu pro sebe i zvířata. Předchůdce člověka byl sběrač a živil se z velké části rostlinnou stravou, v průběhu evoluce se člověk naučil lovit, tepelně upravovat stravu, začal chovat domácí zvířata a pěstovat plodiny. S populační explozí se problematika potravin stává jedním z globálních problémů Země. V posledních letech se objevují nové trendy v možnostech, jak využít biomasu jako potravu. Kromě různých opatření v rámci principů udržitelného rozvoje se zde otevírají možnosti především při využití mořských řas a hmyzu jakožto potravního zdroje.
Zpět na začátekV minulosti lidé získávali energii z biomasy především spalováním. Topilo se dřevem, rašelinou i sušeným trusem. Původně primitivní ohniště se zdokonalovala až po nynější moderní a vysoce efektivní topné soustavy. Do 18. století byla biomasa vůbec nejvyužívanějším zdrojem energie. S nástupem průmyslové revoluce a těžbou fosilních paliv se její význam ocitl v útlumu, ale v posledních 30 letech je její využívání opět na vzestupu. Stále slouží především jako zdroj tepla pro vaření, topení a ohřev vody, ale zvyšuje se i využití pro výrobu elektrické energie či pohonných hmot. Do biomasy, jakožto i do jiných obnovitelných zdrojů energie, jsou vkládány velké naděje do budoucna. Postupně by měla být podstatnou součástí energetických zdrojů, které by měly zčásti nahradit stále ubývající zásoby vyčerpatelných zdrojů (zemní plyn, uhlí, ropa).
V současné době energie vyrobená z biomasy představuje v ČR zhruba 2 % z celkového množství vyrobené energie. Ve Švédsku a Finsku je to kolem 18 %, v Rakousku a Irsku asi 13 %. Využívání biomasy má kromě ekonomického i ekologický aspekt (neprodukuje tolik emisí jako spalování fosilních paliv, řeší recyklaci biologického odpadu), takže je součástí souboru opatření udržitelného rozvoje planety pro 21. století. Dnes člověk využívá pouze asi 5 % nově vzniklé biomasy. K výrobě potravin a krmiv 2 %, pro dřevařský průmysl 1 % a pro výrobu energie 2 %.
Zpět na začátekBiomasu jako surovinu pro výrobu využívá ke zpracování celá řada průmyslových odvětví. Jsou to například:
Již v 1. kapitole bylo zmíněno rozdělení organizmů živé přírody podle způsobu výživy na organizmy autotrofní (rostliny) a heterotrofní (živočichové). Biomasa rostlinného původu se nazývá fytomasa, biomasa živočišného původu zoomasa. K energetickému využití se až na výjimky využívá fytomasa. Dále můžeme rozlišit biomasu cíleně pěstovanou, biomasu volně se nacházející v přírodě a biomasu odpadní. Pro energetické využití dělíme biomasu dle přílohy č. 1 a vyhlášky č. 482/2005 Sb. na:
Tvoří ji biomasa cíleně pěstovaná v agroekosystémech, jejíž hlavní produkt je primárně určen k energetickým účelům. Zahrnuje biomasu obilovin, olejnin, trvalé travní porosty, rychle rostoucí dřeviny pěstované na zemědělské půdě, rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny. Patří sem také fytomasa ze zahrad, sadů, vinic, chmelnic atd. Plodiny k energetickému využití vymezuje vyhláška č. 482/2005 Sb., sk. 1 a 2 .
Zpět na začátekU rychle rostoucích dřevin dochází k 1. obmýtí (sklizeň dřevin) zhruba za 3 roky. Plantáže mají životnost cca 25 let. Míra ekonomického zisku je závislá na mnoha faktorech, jako je typ pěstované dřeviny, nároky na sklizeň (dostupnost lokality), nároky na transport, klimatické faktory, geografické faktory atd.
Zpět na začátekTyto rostliny jsou pěstovány pro energetické využití jejich nadzemní části. Podle vegetačního cyklu je dělíme na jednoleté, víceleté a vytrvalé.
jednoleté: hořčice sareptská, čirok, koriandr, laskavec, světlice, konopí seté, len setý, sléz krmný, řepka olejka, žito ozimé, lnička setá...
Jednoleté rostliny mají rychlou produkci, sklízejí se každý rok, mají nižší nároky na mechanizaci, ale i menší energetické výnosy.
víceleté: křídlatka, šťovík krmný, komonice bílá, pupalka dvouletá, ozdobnice čínská, kostřava rákosovitá, psineček velký, chrastice rákosovitá, jestřabina východní...
Víceleté a vytrvalé byliny jsou energeticky bohatší, ale sklizeň nastává až druhým rokem po setbě.
Zpět na začátekCíleně pěstované tzv. energetické byliny se po sklizni a následné úpravě (drcení, sušení, termické reakce…) používají k přímému spalování, výrobě briket a pelet, bioplynu, popř. motorových paliv (řepka – bionafta).
Využívání zemědělské biomasy k energetickým účelům má samozřejmě své klady i zápory. Mezi pozitiva můžeme počítat zadržení vody v krajině, protierozní opatření, snižování emisí i nezaměstnanosti v regionu a efektivní nakládání se zemědělskými odpady. Určitými riziky je potom úbytek zemědělské půdy pro potravinářské využití, změna potravních vazeb v ekosystému, větší počáteční investice, velká spotřeba vody, komplikace s distribucí energetických přebytků.
Obr. 17.1: pupalka dvouletá
Obr. 17.2: křídlatka
Obr. 17.3: komonice bílá
Obr. 17.4: len setý
Obr. 17.5: řepka olejka
Obr. 17.6: konopí seté
Zpět na začátekZahrnuje palivové dřevo, zbytky z dřevozpracujícího průmyslu, prořezávek a probírek a lesní těžařské zbytky. Při energetickém využívání je nutno přihlédnout k nákladům na těžbu a transport, jelikož lesní ekosystémy mohou být značně nedostupné. Současně je důležité dodržet princip šetrné těžby, aby nedošlo k rozsáhlejší destrukci nižších pater lesního ekosystému. Pro udržení potravních vztahů je důležité provádět těžbu postupně a promyšleně, dbát na to, aby část odumřelých stromů a větví v lese zůstala, neboť mají ochrannou i vyživovací funkci (cca 5 vzrostlých kmenů nekromasy na 1 ha lesa).
Lesní biomasu vymezuje vyhláška č. 482/2005 Sb. sk. 3. Patří sem palivové dřevo a zbytková lesní biomasa.
Zpět na začátekJe to snad nejstarší obnovitelný zdroj využívaný člověkem k získávání energie. Je poměrně snadno dostupný, dobře skladovatelný, lehce a rychle využitelný. Dřevo rozdělujeme podle tvrdosti (schopnost dřeva odporovat vtlačení tělesa daného tvaru do jeho struktury) na tvrdé a měkké. Tvrdost dřeva se uvádí v MPa (0,1 MPa = 1kg/cm2).
Měkká dřeva pocházejí většinou z jehličnatých stromů, rychle hoří a při hoření z nich odlétávají jiskry (praskají). Patří sem dřevo ze smrku, borovice, modřínu, jedle, topolu, lípy. Tvrdá dřeva pocházejí většinou z listnatých stromů, hoří pomaleji a stabilní intenzitou, vytvářejí žhavé uhlíky o vysokém žáru. Tato dřeva pocházejí např. z buku, dubu, akátu, habru, tisu, jasanu, ořešáku aj.
Pro dobré spalování dřeva je důležité jeho řádné vyschnutí. Palivové dřevo by se mělo spalovat při 25% vlhkosti a menší. V praxi to znamená, že by mělo na suchém, větraném místě vysychat minimálně 2 roky po obmýtí.
Palivové dřevo se prodává v různých měrných jednotkách. Mohou to být:
Důležitou vlastností palivového dřeva je jeho výhřevnost (množství uvolněné tepelné energie při hoření). Udává se v MJ/kg., popř. v MJ/pm. Obecně platí, že energeticky vydatnější je dřevo tvrdé, tedy akát, habr, dub, buk, jasan, bříza.
Dle měrných jednotek, úpravy polen a míry výhřevnosti dřeva, se určuje i jeho cena. Přestože každým rokem cena palivového dřeva narůstá, stále patří při volbě optimálního topeniště topení dřevem v porovnání s elektřinou či plynem k nejlevnějším.
Zpět na začátekLesní zbytky z probírek
Probírka se provádí na příliš hustých, mladých lesních porostech a vede ke zvýšené kvalitě dřeva ponechaných stromů. Může se provádět ručně, nebo pomocí různých technických zařízení, například štípací hlavice.
Lesní zbytky z mýtní těžby, tzv. lesní klest
Jedná se o zbytky ponechané na zemi po těžbě. Tvoří ji větve, asimilační orgány, stromové vršky. Efektivní využití je pomocí techniky svazkování.
Pařezy a kořeny
Tvoří více než pětinu suché biomasy stromu. Nejsou příliš využívány z důvodu vysokých nákladů při těžbě, manipulaci a přepravě. Jinak jsou ovšem energeticky velmi vydatné. Lesní těžební zbytky jsou kromě skandinávských zemí a Kanady stále málo využívaným obnovitelným zdrojem energie. Jejich využívání je ovlivněno řadou faktorů (ochrana přírody, nedostupnost terénu, ochrana ovzduší, ekonomické a sociální faktory regionu). Využití těžebních zbytků se v ČR omezuje hlavně na lesy hospodářské, ale při dodržení všech bezpečnostních předpisů a zachování hlavní funkce lesa lze k těžbě využít i lesy zvláštního významu i lesy ochranné.
Spalování dřeva pro zisk tepla a světla, je snad nejstarší způsob energetického využívání biomasy. Postupem času se jednoduchá topeniště modernizovala až po dnešní plně automatizované topné systémy, které kromě produkovaného tepla a světla dokáží vyrábět i elektřinu. O tomto způsobu využití je pojednáno v kapitole 18. Výroba elektřiny z biomasy.
Zpět na začátekJe vymezena vyhláškou č.482/2005 Sb., sk. 4 a 5.
Obsahuje vedlejší produkty a zbytky z papírenského, dřevozpracujícího, kožedělného, potravinářského, farmaceutického průmyslu. Dále sem patří odpady z jatek, lihovarů, cukrovarů, moštáren. Jedná se o biomasu, která vzniká sekundárně při zpracování primárních zdrojů. V posledních letech se sem výraznou měrou zařadily čistírenské kaly – odpadní složka z čističek odpadních vod. Důležitou položkou odpadového hospodářství jsou exkrementy z živočišné zemědělské výroby, které jinak tvoří nebezpečný toxický odpad. Právě zemědělská výroba je velkým producentem odpadní biomasy, proto je žádoucí, aby jednotlivé zemědělské stanice a farmy byly vybaveny vlastním zařízením na její zpracování. Ušetří se tak náklady na přepravu, skladování, popř. bezpečnou likvidaci tohoto odpadu.
Zpět na začátekŘasy představují velkou a nesourodou skupinu jednoduchých vodních organizmů, které využívají energii slunečního záření. Žijí v mořích, sladkých vodách i na vlhkých místech souše. V symbióze s houbami tvoří lišejníky. Jednobuněčné řasy se volně vznášejí ve vodě jako součást planktonu, vícebuněčné se podobají vyšším rostlinám a žijí přisedle.
Pro výrobu biopaliv jsou nejvhodnější řasy zelené, které obsahují chlorofyl. Některé druhy jsou velmi bohaté na tuk (60 % hmotnosti), takže se z nich dá snadno vyrobit bionafta. Další jejich výhodou je skutečnost, že rostou rychleji než polní energetické plodiny a nesklízejí se sezónně, nýbrž průběžně. Tím je zabezpečeno jejich plynulé využití.
Pěstování řas nevyžaduje náročné metody, efektivní je jejich pěstování v bioreaktorech, které mohou být umístěny na jinak nevyužitelné zemědělské půdě, v nichž reakce není ovlivňována klimatickými podmínkami. Problémem se jeví pouze skutečnost, že druhy, které se množí rychle, jsou méně energeticky vydatné a naopak. Touto problematikou se zabývá genetické inženýrství, v tuzemsku zejména Mikrobiologický ústav Akademie věd.
Výhody při pěstování řas:
Řasy se zatím využívají k produkci metanu, bioetanolu, bionafty. Představou do budoucna je využití řas k průmyslové výrobě vodíku a v potravinářství.
Obr. 17.7: mořská řasa
Obr. 17.8: sladkovodní řasa
Obr. 17.9: bioreaktor
Zpět na začátekJe nejvíce využívanou formou biomasy, především v domácnostech. Pořídit se dá v různých cenových kategoriích v závislosti na typu dřeva a jeho úpravě při dodávce. V současnosti se ceny pohybují v rozmezí 200–1 400 Kč/ PRMr. Většinou se jedná o kusy dlouhé 30–50 cm, o tloušťce 10–20 cm. Spaluje se po ztrátě vlhkosti, musí se skladovat na suchém a větraném místě. Při spalování nedostatečně vyschlého dřeva se snižuje výhřevnost a zvyšuje se produkce emisí. Pevné emise také častěji zanášejí kouřovody a komíny. Ke spalování dochází v otevřených i uzavřených systémech, nejvyšší efektivita je při spalování ve zplyňovacích kotlích.
Pod pojmem štěpka rozumíme malé kousky rozdrceného dřeva o velikosti cca 1–10 cm. K její výrobě se používají štěpkovače, obsluha je poměrně jednoduchá. Výhodou štěpky je snadná a rychlá příprava, nevýhodou vysoká vlhkost a nutnost řádného skladování.
Druhy štěpky:
Zpět na začátekČerstvý klest z lesní těžby s jehličím a listím. Má velký obsah vody, spaluje se ve větších topeništích (např. elektrárnách), v domácích topeništích je po vyschnutí vhodná na podpal.
Zpět na začátekStarý klest z lesních těžeb s větším podílem kůry bez jehličí a listí. Má nižší podíl vlhkosti, větší výhřevnost. Vhodná do automatických kotlů.
Zpět na začátekOdpad na pilách a v dřevozpracujících provozech, vhodný na výrobu dřevotřísky, má vyšší podíl vody – až 60 %, vyžaduje sušení. V porovnání s předchozími má vyšší pořizovací cenu.
Zpět na začátekPodobný drobný odpad jako bílá štěpka. Pocházejí většinou z pil a stolařských dílen, na rozdíl od štěpky mívají ale nízký obsah vlhkosti. Používají se na spalování ve speciálních kotlích nebo k výrobě pelet a briket.
Zpět na začátekDřevěné částice slisované do válečků či různých mnohostěnů o průměru cca 40–100 mm a délce do 300 mm. Mají minimální podíl vody, jsou velmi výhřevné. V domácích topeništích můžou nahradit polenové dřevo. Nevýhodou je poměrně vysoká cena. Vedle dřevěných briket se vyrábějí i agrobrikety, které vznikají slisováním částic bylinného původu (stébelniny, sláma z řepky, výlisky z olejnin).
Zpět na začátekPelety jsou slisované kostky rostlinné biomasy do vysoce výhřevných granul. Podle charakteru materiálu, který byl slisován, rozlišujeme pelety dřevěné (piliny, hoblovačky), a agropelety (otruby, řepková sláma, obilná sláma, slupky slunečnicových semen, rašelina a jiné rostlinné zbytky). Granule mají v průměru 6–12 mm a délku do 50 mm. Používají se do automatických kotlů, je s nimi snadná manipulace a jsou vydatným zdrojem tepla.
Zpět na začátekSlámové balíky se spalují ve speciálních kotlích (např. v elektrárnách), pro domácí kotelny nejsou vhodné. Nevýhodou je jejich velký objem a vysoký obsah popelovin po hoření.
Zpět na začátekviz kapitola 20. Výroba motorových paliv z biomasy
Obr. 17.10: štěpka
Obr. 17.11: dřevěné brikety
Obr. 17.12: polenové dřevo
Obr. 17.13: piliny a hobliny
Obr. 17.14: slámové brikety
Obr. 17.15: slámové balíky
Zpět na začátekKotlů spalujících biomasu či produkty z ní je dnes velké množství. Liší se cenou, výkonem, náročností na údržbu i druhem paliva. Některé umožňují kombinaci paliv, jsou ovladatelné manuálně či automaticky. Moderní samozážehové kotle jsou vybaveny automatickým dávkovačem a termostatem, jejich obsluha se omezuje pouze na čištění od sazí a popele, což stačí přibližně 1x za 2 týdny. Novinkou na trhu jsou zplyňovací kotle, které nechají dřevo pouze zuhelnatět a následně sublimovat. Při pomalém spalování za vysoké teploty (800–900 °C), tak nevznikají žádné škodliviny. Nevýhodou těchto kotlů jsou ale vyšší pořizovací náklady.
Rozvoji moderních kotlů, šetrných k životnímu prostředí přispívá novela Zákona o ochraně ovzduší, která nařizuje nahradit do roku 2022 staré kotle 1. a 2. kategorie novějšími, s přísnějšími emisními limity. Na pořízení těchto kotlů lze čerpat dotace ze Státního fondu životního prostředí.
Na spalování biomasy a jejích produktů je dnes v nabídce řada různých kotlů, které se od sebe vzájemně odlišují podle těchto parametrů.
Patří sem prostředky pro přípravu půdy – mulčovače, brány na orbu, kultivátory a prostředky pro setbu a obdělávání rostoucí biomasy – sázecí stroje, postřikovače, traktory.
Typy kotlů na spalování biomasy Na spalování biomasy a jejích produktů je dnes v nabídce řada různých kotlů, které se od sebe vzájemně odlišují podle těchto parametrů.
Zpět na začátekSklizeň rychle rostoucích dřevin provádějí specializované stroje, harvestory, kombajny se zesíleným žacím a sekacím ústrojím. Většinou mají i fukar k přenosu biomasy na vlečku.
Obr. 17.16: Mechanizace na sklizeň rychlerostoucích dřevin
Zpět na začátekSlouží ke konečné úpravě biomasy. K úpravě velikosti a formy se používají různé štěpkovače, drtiče, štípače, třídiče, balíkovače, briketovací či peletovací lisy. K úpravě vlhkosti se používají sušárny či sklady, přepravu zajišťují dopravníky vzduchové, šnekové, pásové, vlečkové. S biomasou manipulují také různé jeřáby a nakladače.
Obr. 17.17: Mobilní štěpkovač
Zpět na začátekPři využívání biomasy jakožto zdroje energie musíme brát v úvahu aspekty ekonomické, ekologické a bezpečnostní.
Zpět na začátek