Energoblog
Energie z biomasy: celá řada možností
Biomasa je učený termín pro hmotu organického původu, ze které je možno získat energii. Z obnovitelných zdrojů má biomasa největší potenciál. Je to pochopitelné, vždyť hlavně dříví pohánělo celou lidskou civilizaci až do poloviny 19. století.
Kvalita paliva
Energie biomasy je vlastně energie Slunce, uložená do organické hmoty. Kusové dřevo, štěpky, kůra, sláma i seno mají v suchém stavu podobnou výhřevnost – 14 až 18 MJ/kg. Kilogram slámy má však dvakrát větší objem než kilo pilin a čtyřikrát větší než kilo bukového dřeva. Pro různá paliva tedy potřebujeme nejen jiné skladovací prostory, ale hlavně jiná spalovací zařízení s dostatečně velkou spalovací komorou.
Dalším problémem je obsah vody. Syrové dřevo hoří špatně. Štěpky a dřevní odpad je však možné pálit i s vyšší vlhkostí, ovšem ve speciálních zařízeních.
Před několika lety se objevilo nové palivo - peletky, lisované z pilin. Hodí se pro kotle s automatickým přikládáním paliva. V Rakousku a Německu jsou velmi populární, Rakousko dokonce zavedlo certifikování jejich kvality.
Podobným palivem jsou brikety, lisované z dřevního odpadu. Lze narazit i na brikety ze slámy konopí, řepky, šťovíku aj. Brikety nahrazují polenové dřevo a díky vysoké hustotě se při topení chovají jako tvrdé dřevo, které hoří dlouho a pomalu.
Jeden komín pro všechny
Méně kvalitní biomasa (sláma, štěpky, dřevní odpad) vyžaduje speciální kotle, hodí se tedy pro velká zařízení. Například v obci může být centrální kotelna, z níž se potrubím rozvádí topná voda k jednotlivým objektům. Každý z nich má samostatnou výměníkovou stanici, která umožňuje individuální regulaci i měření spotřeby odebrané energie. Odběratelé napojení na CZT získají zdroj, který nevyžaduje žádnou obsluhu, žádnou práci s přípravou paliva, vynášením popela atd. Komfort je tedy stejný jako při elektrickém nebo plynovém vytápění. Tento komfort však může přinést i komplikace: spotřeba tepla v domě se téměř vždy zvýší (zejména nebude-li regulace snižovat teplotu v noci), občanům vzrostou náklady na vytápění (např. hnědé uhlí je stále jedním z nejlevnějších paliv, i když je pracné a špinavé).
Ztráty tepla v rozvodech by měla vyvážit nižší cena paliva a účinné spalování s kontrolovanými emisemi. Díky vyššímu komínu spalovny je i lepší i rozptyl emisí.
Pro obce může být systém CZT z biomasy velmi zajímavou alternativou k plynofikaci. Je atraktivní i díky možnosti získat dotace na výstavbu.
Dřevo doma
Ti, kdo chtějí topit dřevem doma sami, si mohou vybrat z mnoha a mnoha topidel – od jednoduchých „piliňáků“ třeba do dílny přes sporáky, kotle ústředního vytápění, kachlová kamna, krby až po futuristická kamna do nejluxusnějších interiérů.
Kotle na polenové dřevo
Spalování dřeva v kotlích konstruovaných pro uhlí je málo efektivní (spaluje se s nižší účinností). Kotle na kusové dřevo se vyrábí téměř výhradně jako zplyňovací, tj. spaluje se v nich dřevoplyn, který se ze dřeva uvolní v násypce kotle. Díky tomu je účinnost spalování vysoká a emise jsou nízké. Palivem je polenové dříví, které lze částečně míchat s pilinami a jiným drobným dřevním odpadem. Aby kotel dobře fungoval, musí být palivo suché (vlhkost do 20%).
Zde narážíme na jednu z nevýhod topení dřevem: potřebu skladovacího prostoru. Syrové dřevo by mělo dva roky vysychat složené v hranici. Jestliže neizolovaný rodinný domek spotřebuje za rok 15 – 25 prostorových metrů dřeva, pak potřeba prostoru okolo domu je opravdu velká. Vytápění polenovým dřevem znamená i práci s jeho přípravou. Pro někoho může být taková práce důvodem k přechodu na jiné palivo, pro jiného může být příjemnou relaxací. Z konstrukčních důvodů jsou na trhu kotle s výkonem od 18 kW. To je pro dobře izolovaný dům zbytečně moc. Ale i neizolovaný dům potřebuje plný výkon kotle jen několik desítek hodin v roce. Aby se kotel nemusel zbytečně „škrtit“, je vhodné systém ústředního vytápění doplnit akumulační nádrží. Kotel pak pracuje určitou dobu na plný výkon a teplo se akumuluje pro pozdější spotřebu v akumulační nádrži. Po nabití se kotel přepne do tzv. teplé rezervy, kdy palivo zvolna prohořívá a kotel má přitom nepatrný výkon s minimální spotřebou paliva.
Podle velikosti akumulační nádrže a venkovní teploty pak stačí přikládat palivo do kotle jen občas, navíc v době, kdy má majitel čas – odpadá přikládání na noc, ranní roztápění atd.
Regulace ústředního vytápění si podle potřeby odebírá teplo z akumulační nádrže, což zvyšuje efektivitu systému a značně zlepšuje jeho regulovatelnost.
Další výhodou tohoto řešení je dosažení nejvyšší účinnosti spalování při nejnižších emisích. Kromě úspory paliva se tak prodlouží i životnost kotle. Akumulační nádrž lze také doplnit o ohřev solárním systémem nebo jiným (levným) zdrojem tepla.
Nevýhodou je cena akumulační nádrže a potřeba prostoru – pro rodinný domek je potřeba asi 1000 litrové nádrže.
Kotle na peletky
Problém s přípravou dřeva a částečně i se skladovacím prostorem řeší peletky. Jsou vždy suché (zvlhnou-li, rozpadají se), mají vysokou výhřevnost a dobře se skladují. Sklad paliva však musí být suchý a poblíž kotle. Do kotle se peletky dopravují automaticky, šnekovým dopravníkem. Automatika kotle řídí přísun peletek podle potřeby (spalují se přímo, bez zplyňování). Konstrukce kotle obvykle umožňuje vybírat popel i za chodu, takže může hořet nepřetržitě od podzimu do jara.
Komfort je srovnatelný s vytápěním kapalným plynem nebo lehkým topným olejem. To je patrně spolu s cenou a přínosem pro životní prostředí jeden z důvodů, proč jsou tak oblíbené v Rakousku, kde nahrazují právě topný olej. U nás se peletky také pozvolna prosazují. Jejich cena je dnes nižší než např. cena zemního plynu. Zůstává však poměrně vysoká cena vhodných kotlů, případně interiérových kamen.
Lokální topidla
Doby, kdy každý dům potřeboval několik komínů a kamna v každé větší místnosti, jsou asi nenávratně pryč. Mnoho novostaveb má ale kromě ústředního vytápění i kamna, kachláky nebo krb na vytápění „pro radost“. Zážitek ze živého ohně je zkrátka velmi příjemný. Někoho hřeje navíc i pocit nezávislosti a šetření peněz.
O krbech s otevřeným ohništěm je známo, že jsou málo účinné, málo komfortní a trochu nebezpečné. Proto přišli výrobci s krbovými vložkami, které spalují dřevo efektivně v uzavřeném prostoru a část tepla se může rozvádět do vedlejších místností (vzduchovým potrubím, radiátory).
Podobně existují i vložky do kachlových (ev. zděných) kamen, které se obezdí podle vkusu zákazníka. Každá kamna tak mohou být originálem, někdy jde doslova o umělecké dílo. Podle typu vložky lze opět využívat teplo z kamen i v jiných místnostech. V malých domech se dvěma nebo třemi vytápěnými místnostmi mohou být taková kamna i jediným zdrojem tepla.
Jako palivo se používá kusové dřevo nebo pilinové brikety. Ten, kdo si dá lokální topidlo do obýváku, musí se smířit s trochou nečistoty při nošení dříví a popela, vymetání a zatápění. Pohoda u kamen za to ale určitě stojí.
Kombinovaný zdroj
Oblibě se těší také krbové vložky nebo interiérová kamna s teplovodní vložkou. Část jejich tepelného výkonu se odvádí do systému ústředního vytápění, resp. do akumulační nádrže. Kamna v obýváku tak mohou fungovat jako zdroj tepla pro celý dům.
To může být i nevýhoda – topení dřevem přece jen vyžaduje nosit dřevo a vynášet popel, a obytná místnost je tak zatěžována prachem.
Jinou potíží je poměr výkonu do vzduchu a do vody. Obvykle jsou 2/3 tepla předávány do místnosti a 1/3 do topení. Místnost s kamny se tak poměrně snadno přehřeje, zatímco radiátory nemají dostatečný výkon.
Ze všech těchto důvodů může být lepší používat takovýto zdroj tepla jen jako příležitostný.
Nehořlavá biomasa
Někdy je biomasa příliš mokrá, než aby sama hořela. Může jít o zemědělské odpady, hnůj, kejdu a podobně. V tom případě se hmota nechá fermentovat ve speciálních nádržích, přičemž se z ní uvolňuje bioplyn. Ten obsahuje více než 60% metanu, takže se dá spalovat podobně jako zemní plyn. Často se bioplynem pohání kogenerační jednotky, které kromě tepla vyrábějí i elektřinu.
Protože celá technologie tzv. bioplynové stanice stojí obvykle dost peněz, uvažují o ní jen producenti většího množství odpadů – zemědělské velkochovy, komunální čistírny odpadních vod a podobně. Těm bioplynová stanice pomůže řešit i problém odpadů - řízená fermentace znamená, že odpady budou zlikvidovány rychleji.
V principu lze vybudovat malou bioplynovou stanici i pro jeden rodinný dům, ale množství bioplynu pro jeho vytápění rozhodně nepostačí, nebude-li se „přikrmovat“ i další hmotou, pocházející mimo domácnost.
Biomasa jako zdroj pohybu
Po léta využívaný systém tráva-kůň-pohyb je dnes již opuštěn. Pohon automobilů dřevoplynem je pro nás dnes již také málo komfortní a pohotový. Ani nízká cena paliva (1 litr benzínu = cca 2 kg dřeva) nemůže vyvážit složitější obsluhu (před jízdou bylo nutno připravit palivo, rozehřát generátor dřevoplynu, během jízdy občas doplnit zásobu dřeva atd.).
Koneckonců, kdyby se po válce nepřestal dřevoplyn používat, byla by dnes evropská krajina asi bez lesů.
Nyní je tedy nejperspektivnější cestou bionafta, tj. metylester řepkového oleje. Celkem bez problémů ji používají náklaďáky a jiné naftové stroje. Pro zemědělce může být řepka jak zdrojem výdělku, tak zdrojem úspor. Můžeme vidět továrničku na bionaftu, do níž vjede traktor s nákladem řepného semínka, za něž vzápětí obdrží několik barelů s bionaftou.
Další možností je používat v dieselových motorech olej z běžných zemědělských plodin (experimentuje se i se stolním olejem). Výroba je jednodušší, ale palivo není komfortní a dostatečně odzkoušené. Už dnes se ale dají koupit sady, po jejichž namontování do auta může i běžný diesel jezdit na olej.
Jihoamerické země naproti tomu experimentují s použitím lihu v benzínových motorech. Líh získávají z cukrové třtiny, kukuřice a jiných plodin. V ČR se bude líh přimíchávat do běžného benzínu.
Teplo nebo elektřina
Většina energie, kterou člověk potřebuje, má formu tepla (pomineme-li ovšem jídlo). Teplo pro vytápění domů, pro ohřev vody, pro vaření. K tomu je spalování dříví výborné. Chceme-li elektřinu, je situace složitější. Nejčastějším způsobem je již zmíněná kombinovaná výroba elektřiny a tepla z bioplynu. Dnes je tato technologie komerčně dostupná, technické problémy (jako například přítomnost síry v bioplynu, která snižuje životnost některých součástek motoru) jsou již uspokojivě vyřešeny.
Další možností je pohánět motor elektrogenerátoru dřevoplynem. Bohužel, tato technologie u nás zatím teprve přechází ze stádia prototypů do komerčního využití. Kromě technických problémů je velkou překážkou i cena zařízení. V současnosti však existují poměrně výhodné výkupní ceny elektřiny ze dřeva, což stimuluje výrobce i investory. Na trhu jsou jednotky větších výkonů, poháněné dřevoplynem.
Jinou cestou je použití Stirlingova motoru, který může pohánět teplo z libovolného zdroje. Palivo se totiž spaluje mimo motor. Ke komerčnímu použití budou již brzy jednotky s výkonem několika kW, vhodné svou velikostí i pro rodinné domky.
Pro patrioty
Energie z biomasy má ještě další výhodu: peníze, které by jinak odplynuly do kapes energetických gigantů, zůstanou v regionu. Palivové dříví (natož sláma nebo dokonce kejda) se až na výjimky nevyplatí převážet moc daleko. Zpracování paliva znamená i pracovní příležitosti na venkově.
Dobře to pochopili třeba rakouští sedláci, kteří mají kromě polí i kus lesa. Několik takových dohromady postaví ve své obci výtopnu, do které vozí štěpku ze svých lesů. Nejen že se tak zbaví nekvalitního dřeva, ale ještě navíc ho prodají ve formě tepla, a tedy s vyšším ziskem. Rakouští politikové to podporují legislativou i dotacemi, protože kromě ekologických přínosů v tom vidí cestu ke zvýšení energetické nezávislosti své země i k rozvoji venkova.
V ČR existuje již několik pilotních projektů, které ukázaly praktické možnosti biomasy. Díky různým dotačním titulům je místní využití biomasy stále zajímavější.
Biomasa a životní prostředí
Dnes si na biomase ceníme i toho, že nepřispívá ke zhoršování skleníkového efektu. Rostliny při svém růstu pohlcují ze vzduchu CO2, který se pak při spalování opět uvolní. Jde tedy o uzavřený cyklus. Spalování bioplynu dokonce skleníkový efekt zpomaluje, neboť metan (který by při neřízeném vyhnívání unikl do ovzduší) se spálením přeměňuje na vodu a CO2, které z hlediska skleníkového efektu nejsou tak nebezpečné.
Dá se čekat, že význam biomasy stále poroste. To ovšem může přinést i komplikace. Jedeme-li začátkem léta českou krajinou, vidíme „bionaftová pole“ plná řepky. Bohužel jde většinou o typickou ukázku konvenčního zemědělství, kde je potřeba velkých strojů na velká pole bez mezí a remízků. Tento způsob není k životnímu prostředí příliš přátelský.
Zájem o vytápění dřívím vede i k pokusům o pěstování topolů nebo jiných rychlerostoucích dřevin na plantážích. Ačkoli to může zdálky připomínat les či břehové porosty, jde ve skutečnosti o monokultury, ve kterých může žít jen málo živočichů (na rozdíl od skutečného lesa). Těžba palivového dříví z lesů se pod rukama špatných hospodářů může zvrhnout v plundrování; zásady správného hospodaření však jsou léta dobře známy a záleží jen na zodpovědnosti majitelů lesů.
Masivnější energetické využívání biomasy může tedy při nevhodném hospodaření vést ke snižování biodiverzity. Doufejme, že zde nepřevládnou technokratická řešení, ale že se producenti i spotřebitelé budou snažit, aby jejich energie zatěžovala přírodu jen minimálně.
Článek byl napsán pro časopis Stavebí informace.
Přidat názor
Diskuse
