Bioplyn a bioplynové stanice v ČR

Bioplyn je možné využívat jak k výrobě elektřiny, tak k výrobě tepla, může být také využíván jako palivo v dopravě. Jak bioplyn vzniká a na jakém principu pracují bioplynové stanice, kterých je v ČR už přes 500?

Vznik bioplynu

Bioplyn je plyn produkovaný během anaerobní digesce přírodních materiálů (proces, při kterém mikroorganismy rozkládají organický materiál bez přístupu vzduchu). Skládá se především z metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2).

Literatura uvádí poměrné zastoupení obou hlavních složek v širokých mezích. Obsah metanu od 50 % do 80 %, obsah oxidu uhličitého od 20 % do 42 %. Nelze určit přesné hranice obsahů těchto dvou majoritních složek, protože výsledek záleží na mnoha parametrech: použitý substrát a jeho kvalita, typ reaktoru, doba kontaktu, skladba a přizpůsobení bakteriálních kultur, obsah sušiny, teplota, pH, zatížení vyhnívacího prostoru, promíchávání nebo odplyňování substrátu.

Kompletní přehled složek zastoupených v bioplynu:

Při anaerobní digesci vzniká kromě bioplynu ještě tzv. digestát (tuhý zbytek po vyhnití) a fugát (tekutý zbytek po vyhnití). Výhřevnost bioplynu s obsahem 55-70 % metanu leží v rozsahu 18-26 MJ/m³ čili 5-7,2 kWh/m³ . Využívat lze i digestát a to jako kvalitní hnojivo, fugát má charakter odpadní vody a je většinou odváděn do čističky odpadní vody. Pro optimální průběh procesu anaerobní digesce je nutné zajistit vhodné podmínky pro mikroorganismy, které způsobují rozklad biomasy. Nutné je zajištění anaerobního prostředí, tedy zamezení přístupu vzduchu. Dále je nutné zajistit vlhkost alespoň 50 % a optimální hodnotu pH v rozmezí 6,5 – 7,5. Nezvládnutí technologie může mít za následek například výrazné zvýšení zápachu v okolí stanice. Rychlost procesu vyhnívání je závislá na teplotě. Bakterie, které produkují metan, pracují v rozmezí od 0 °C do 70 °C. Podle požadavků na teplotu můžeme metanogeny rozdělit do 3 hlavních skupin:

• Psychofilní kmeny – teploty pod 20 °C
• Mezofilní kmeny – teploty od 25 °C do 35 °C
• Termofilní kmeny – teploty nad 45 °C

Základní rozdělení bioplynových stanic je podle typu biomasy, kterou bioplynová stanice (BPS) zpracovává. Zemědělské bioplynové stanice vyrábějí bioplyn ze vstupů zemědělské prvovýroby, což jsou především statková hnojiva a energetické plodiny (např. kukuřice). Průmyslové BPS využívají jako zdroj bioplynu rizikové vstupy, jako jsou kaly z čističek odpadních vod, krev z jatek apod. Komunální BPS zpracovávají komunální bioodpady a také odpady z domácností.

Princip bioplynové stanice

Prvotním vstupem BPS je tedy biomasa, která se umístí do reaktoru (fermentoru), tam se biomasa zahřívá bez přístupu vzduchu. Teplota v reaktoru záleží na kmenu bakterii, které biologický materiál rozkládají. Z fermentoru je bioplyn odváděn do zásobníků a je zde upravován na požadované vlastnosti (např. je z něj odstraňován sirovodík a čpavek). Upravený plyn je spalován buď v kogeneračních agregátech, případně se využívá jen na výrobu tepla.

V České republice je v současnosti dle údajů na stránkách České bioplynové asociace 554 bioplynových stanic. Bioplynové stanice v loňském roce v ČR vyrobily 2 372 GWh elektřiny a 1 547 TJ tepla. Podíl elektřiny vyrobené v BPS na celkové výrobě brutto elektřiny v ČR je 2,98 %, jak uvádí zpráva ERÚ o provozování elektrizační soustavy v ČR za rok 2014.

Bioplynka v Třeboni aneb lázně na bioplyn

V Třeboni se nachází nejstarší nepřetržitě provozovaná bioplynová stanice v ČR. V provozu je od roku 1974. Od té doby zpracovává 120 metrů krychlových kejdy denně a má instalovaný výkon 175 kWe a 226 kWtep. V roce 2009 bylo provedeno rozšíření, které zahrnovalo výstavbu prvního bioplynovodu v ČR a stavbu nové kogenerační jednotky s instalovaným výkonem 844 kWe a 840 kWtep.

Princip fungování po rozšíření je následující: V areálu původní bioplynky 2 km za městem byly postaveny další 3 fermentační nádrže. Vyrobený bioplyn se následně transportuje pomocí bioplynovodu do areálu městských lázní Aurora, kde se nachází nová kogenerační jednotka. Délka plynovodu je 4 300 m.

Pokrytí vlastní spotřeby a energetické nároky na vedení bioplynu potrubím zajišťuje menší z kogeneračních jednotek. V areálu lázní dochází k energetickému využití bioplynu.

Vyráběná elektřina je dodávána přes transformační stanici na úrovni VN přímo do místní distribuční sítě a teplo nachází ve velké míře využití v lázeňském areálu, kde napomáhá krýt tepelné potřeby bazénu i otopného systému budov lázní a blízko ležících obytných staveb.

Kogenerační jednotka v areálu lázní je velice dobře odhlučněna, když zatěžuje okolí úrovní hluku pouhých 35 db. Pro vyrovnávání rozdílů mezi výrobou a potřebou tepla je teplárna vybavena dvěma akumulačními zásobníky tepla (o celkovém objemu 200 m³ ).

Primárním palivem pro tuto bioplynovou stanici je kukuřičná senáž (15 500 t/rok), travní senáž (4 300 t/rok) a prasečí kejda (3 000 tun/rok). Bioplynka v Třeboni ročně vyrobí 3 760 000 m³ bioplynu. Výroba elektřiny dosahuje hodnoty 6 620 MWh netto za rok, množství vyrobeného tepla je potom 16 000 až 19 000 GJ.

Výjimečný energetický a ekologický projekt stál 125 milionů korun a podpořil ho Evropský fond pro regionální rozvoj. Oddělení místa výroby a spotřeb bioplynu znamená omezení kontaktu obyvatel se zápachem z bioplynové stanice. Další výhodou tohoto řešení je, že se nezvýšila hustota dopravy přímo ve městě, která je spojena s nutností zásobovat bioplynovou stanic surovinami pro její provoz. Toto řešení také výrazně omezilo ztráty v porovnání s vybudováním teplovodu, který by vedl do Lázní Aurora, z původní bioplynové stanice za městem.

Zdroje:

DLABAJA, Tomáš. FERMENTACE KUCHYŇSKÝCH ODPADŮ . Brno, 2009 [cit. 2015-08-30]. Diplomová práce VUT FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Energetická efektivnost bioplynových stanic, materiál společnosti SEVEn, dostupný zde