Biomasa – budoucnost ve vytápění

Lidstvo je v dnešní době závislé na využívání primárních energetických zdrojů. Aby se tento stav v budoucnosti změnil, musí se hledat vhodné náhrady za fosilní paliva, jejichž zásoby se odhadují už jen na několik desítek let. Částečným řešením problému může být energetické zhodnocování biomasy, jejíž energetický potenciál několikrát převyšuje roční celosvětovou spotřebu energie.

Důležité je zhodnocování dřevního odpadu, který je na rozdíl od jiných druhů odpadů vzácný hlavně pro svůj vysoký energetický obsah. Velké množství dřevního odpadu, které každodenně vyprodukuje zvláště dřevozpracující a stavební průmysl, je výbornou surovinou pro výrobu alternativních biopaliv, jako jsou brikety a pelety.

Biomasa a výhody biopaliv
Biomasou rozumíme materiály rostlinného i živočišného původu, které jsou průmyslově a energeticky využitelné. To jsou nejen pěstované rostliny, ale i druhotné suroviny vznikající při pěstování či odpadky. Protože jde o domácí zdroj energie, výhodou je, že ho není třeba dovážet a jeho cena nezávisí na monopolním dodavateli nebo na vývoji na mezinárodním trhu. Peníze zůstávají na regionální úrovni, to znamená povzbuzení místní ekonomiky, vytváření nových pracovních příležitostí a v konečném důsledku impuls k rozvoji venkova.

Biomasa je CO₂ neutrální, což znamená, že při růstu spotřebuje tolik CO₂, kolik ho při spalování unikne do ovzduší. Jednoznačnou výhodou biomasy je její využitelnost na výrobu energií. Používá se na výrobu tepla pro technologické účely, na výrobu technologické páry, teplovodní vytápění objektů i na ohřev vzduchu na sušení v zemědělství. V případě, že bude biomasa účelově a cíleně pěstována, půjde o nevyčerpatelný zdroj energie. V současnosti je nejvíce využívána decentralizovaně, v lokálních otopných zařízeních a malých kotlích domů, v menší míře i ve větších zdrojích – v blokových kotelnách a podobně. Biopaliva (biomasa) jsou nejčastěji zpracovávána ve formě brikety, pelety, dřevního odpadu nebo se používají na výrobu bionafty.

Chvojí	Kal z čistírny odpadních vod
Rašelina	Sláma

Brikety
Briketování je nejrozšířenější a nejstarší technologií zhutňování. Produktem jsou brikety válcového, n-úhelníkového nebo kvádrového tvaru. Tvar a kvalita brikety úzce souvisí s použitou technologií výroby. Vzhledem ke své velikosti nejsou brikety vhodné pro automatizované spalování, avšak lehko vzplanou, hoří stabilním plamenem a bez kouře až 90 minut. Jejich hustota je až 1,4 kg/dm³ a výhřevnost 18 MJ/kg, takže převyšují výhřevnost hnědého uhlí. Jsou vhodné téměř do všech typů kotlů, krbů a kamen na tuhé palivo. Navíc se dají použít i na opékání a grilování.

Pelety
Pelety se vyrábějí ve speciálních lisech. Vznikají za vysokého tlaku protlačováním dřevních pilin válcovou nebo kruhovou matricí s množstvím otvorů a vzápětí jsou odřezávány na požadovanou délku. Mají válcový tvar s průměrem 4 až 20 mm a délku 5 až 30 mm, sypnou hustotu 600 až 800 kg/m³. Vyrábějí se výhradně z organického materiálu – biomasy (z čistých pilin a hoblin, bez přídavku chemických látek). Jako pojivo tu působí lignin obsažený v samotném dřevu, který se při vysokých teplotách způsobených vlivem tření dostává do plastického stavu. Pelety mají některé vlastnosti volně sypaných materiálů, dají se transportovat pneumaticky a vzhledem k jejich velikosti  a tvaru je možné je dopravovat šnekovými dopravníky (jde o mechanická zařízení na dopravu sypkého či zrnitého materiálu).

Díky své homogenitě hoří stabilním a plynulým plamenem asi 10 až 20 minut. Popel se dá vzhledem k obsahu dusíku, vápníku, hořčíku, hydroxidu draselného a jiných stopových prvků využít jako minerální hnojivo. Spalování tohoto paliva probíhá s minimálními negativními ekologickými dopady. Výhodou je i nízký obsah vody, nízké nároky na skladovací prostory, vysoká výhřevnost, perspektivnost. Nevýhodou jsou vysoké investiční náklady na spalovací zařízení a vysoké požadavky na dodržení technologické disciplíny.

Automatizace procesu spalování
Jestliže chceme, aby biomasa úspěšně konkurovala klasickým palivům, musí kromě ceny nabízet i vysoký komfort. Jedním z požadavků je plně automatizovat proces spalování. Velikost a tvar výlisku musí umožňovat jeho bezproblémový transport do spalovacího prostoru. Používaný dopravní systém nejvíc ovlivňuje podobu výlisku. Dnešní spalovací kotle využívají převážně šnekové, pístové dopravníky a rošty.

V současnosti probíhá v této oblasti výzkum, který je rozdělen do tří směrů: jednak jsou optimalizovány tvarové, rozměrové a termické vlastnosti výlisků, probíhá vývoj nových konstrukcí zhutňovacích strojů a hledají se nové druhy materiálů. Cílem první části výzkumu je hledání optimálního tvaru, rozměru, vlhkosti a hustoty budoucího výlisku. Kombinací parametrů je možno dosáhnout požadované pevnosti výlisku, dobrých tvarových vlastností z hlediska dopravy a kvality spalování, vhodného poměru povrchu k objemu a současně ostrých hran, které jsou důležité pro počáteční zapálení výlisku. Vývoj nových konstrukcí se zaměřuje na výhody využití součástek v dvoukomorovém briketovacím lisu, které jsou téměř identické s jednokomorovým lisem. Tímto řešením se výkon zdvojnásobuje, ale příkon je jen o 75 % vyšší. Multifunkční koncepce briketovacího lisu umožňuje výměnou skupiny součástek zabezpečit výrobu briket i pelet na jednom stroji.

Nová, progresivní konstrukce peletovacího stroje je založena na optimálních tvarových poměrech mezi koulí a válcem. I v oblasti materiálů se výzkum zaměřuje na využití nových zdrojů. K novým materiálům patří řepka, slunečnice, kaučuk, sláma, rašelina, kal z čistíren odpadních vod a chvojí.

Nabídka pro budoucnost
Biopaliva by v blízké budoucnosti měla napomáhat omezovat dovoz fosilních paliv a zároveň by měla zvyšovat palivovou soběstačnost. Důležité jsou hlavně pozitivní ekologické aspekty spalování biopaliv. Při jejich využití se odstraňují škodlivé emise oxidu siřičitého a těžké kovy vznikající při spalování hnědého uhlí. Biopaliva řeší i problém s popelnatými odpady z uhelných elektráren. Biomasa se dostává stále více do popředí a se zvyšováním stupně využití pro energetické cíle se může stát perspektivním řešením vytápění pro budoucnost.

Ing. Peter Krížik
Foto: J. Árvay, Herz