Pyrolýza - princip, historie a současnost

V dnešní době je stále aktuálnější otázka, jak se vypořádat s obrovským množstvím odpadu, jehož produkce se stala jedním ze symbolů  moderní společnosti. Podle údajů Eurostatu (statistický úřad EU) země EU 28 vyprodukovaly v roce 2014 téměř  2,6 miliardy tun odpadu.

Jakmile již odpad jednou vznikne jsou prakticky k dispozici tři způsoby, jak jej zpracovat. Odpad můžeme recyklovat, uložit na skládku nebo energeticky využít. Jedním ze způsobů energetického využití je pyrolýza odpadů.

Kromě odpadu mohou být vstupem do pyrolýzy také například biomasa, plasty, pneumatiky či uhlí.

Na jakém principu pyrolýza funguje, jaká je historie a současné využití této technologie? To vše je popsáno v následujícím článku.

Princip, rozdělení a produkty pyrolýzy

Původ slova pyrolýza je z řeckého pyr (pyros) oheň a lýsis uvolňovat. Pyrolýzou se rozumí postup, při kterém je materiál (např. odpad) tepelně zpracován s vyloučením přístupu kyslíku, vzduchu či jiných zplyňovacích látek.

Jinými slovy, pyrolýza je termický rozklad látek bez bez přístupu kyslíku tedy v atmosféře, ve které nedochází ke spalování.

V technické praxi se pyrolýza dělí dle dosahovaných teplot do tří skupin:

1. nízkoteplotní – při teplotách do 500 °C
2. středněteplotní – v rozmezí 500 – 800 °C
3. vysokotepltoní pyrolýza – při teplotách nad 800 °C

Při dosažení požadované rozkladové teploty, klesá stabilita vysokomolekulárních látek, které se začnou štěpit a dojde k uvolňování nízkomolekulárních látek.

Během pyrolýzního procesu vznikají především čtyři hlavní produkty:

1. tuhý zbytek
2. pyrolýzní plyn
3. organický kapalný produkt – pyrolýzní olej
4. pyrolýzní voda – vzniklá z vlhkosti obsažené v odpadu

Jak pyrolýzní olej, tak pyrolýzní plyn je možné využívat jako palivo a oba tyto produkt je také možné rafinací zušlechťovat.

Pyrolýza se dále dělí na rychlou (nebo bleskovou) a pomalou. Rychlá nebo blesková pyrolýza je používána pro maximální produkci plynné a kapalné fáze, poskytující především tepelný užitek. Při rychlé pyrolýze je dosahováno teplot 450 – 900 °C a tlaku 0,1 MPa.

Pomalé pyrolýzy jsou známé jako karbonizace. Při pomalé pyrolýze je dosahováno teplot 400 – 600 °C a tlaků 0,001 – 0,1 MPa, této technologie se využívá především k produkci dřevěného uhlí. Dřevěné uhlí dnes nalézá využití k výrobě aktivního uhlí (aktivace vodní parou) a k výrobě peletovaného paliva. Používá se i ke grilování potravin a ohřevu kovových částí před jejich zpracováním v kovárnách.

Historie využití pyrolýzy

Průmyslově je pyrolýza využívána již od 19. století k výrobě olejů a parafinů. Zásadního rozvoje se tato technologie dočkala v první polovině 20. století. Německo během 2. světové války vyrábělo pomocí pyrolýzy pohonné hmoty z uhlí. Závod na výrobu pohonných hmot se nacházel i u nás v Záluží u Litvínova, kde bylo tímto způsobem zpracováváno hnědé uhlí.

Proces zpracování uhlí byl dvoustupňový. V prvním stupni se uhlí sušilo a předehřívalo proudem spalin na teplotu cca 200 °C v sušících komorách se sesuvným pevným ložem. Takto upravené uhlí postupovalo následně do druhého stupně, kde se zahřívalo přímým kontaktem s horkým karbonizačním plynem na teplotu až asi 600 °C. Odváděné těkavé produkty se ochlazovaly a byl z nich oddělen těžký a lehký dehet a pyrolýzní olej.

Počátkem 60. let minulého století se začala prosazovat k výrobě paliva ropa a její rafinace. Pyrolýza tak byla na několik desetiletí upozaděna. V posledních dvou dekádách zažívá tato technologie částečnou renesanci, dochází totiž k celosvětovým snahám o snižování využívání fosilních paliv k získávání energie. Jednou z alternativ k fosilním palivům je pyrolýzní zpracování odpadů a biomasy, tedy energetické využití těchto surovin.

Technologie pyrolýzy ve světě

Pyrolýzní technologie jsou používány na mnoha místech po celém světě. Jednou z příkladů praktické aplikace pyrolýzní technologie je projekt společnosti BTG (Biomass Technology Group).

Technologie BTG je založena na principu rychlé pyrolýzy, jejím účelem je získání maximálního množství bio-oleje z biomasy. Zhruba 60 – 75 % ze vstupních surovin je přeměněno na bio-olej.

Základem procesu výroby bio-oleje  pomocí této technologie je kuželový reaktor, vyvinutý Univerzitou v Twente.  Pro zahřívání biomasy v reaktoru je využíváno horkého písku jako teplosměnného média.

Pyrolytickou technologií společnosti BTG lze zpracovat různé druhy biomasy jako například dřevo, slámu, energetické plodiny, drůbeží trus apod.

Dvě pilotní jednotky tohoto typu jsou v provozu v Holandsku. Menší jednotka zpracovává 2-3 kg biomasy za hodinu a používá se na testování různých druhů vstupů. Druhá větší jednotka, která je v provozu, dokáže zpracovat až 200 kg biomasy za hodinu.

Společnost WPP Energy vyvinula technologii umožňující pyrolyticky zpracovávat až 90 tun komunálního odpadu denně s předpokládanou výhřevností zpracovávaného odpadu 8,4 MJ/kg a vlhkostí 40 %.

Další technologií je technologie S-B-V (Schwel-Brenn-Verfahren), jejíž realizace byla provedena na testovací jednotce v Ulm-Weiblingenu na základě patentu společnosti Siemens – KWU už v roce 1988.

Za dalších deset let byla uvedena do provozu jednotka v německém Fürthu. V rotačních pyrolýzních pecích je zpracováván rozdrcený směsný odpad spolu s čistírenským kalem, tato směs je zahřívána na 450 °C. Zařízení má plánovanou kapacitu 100 000 tun odpadu ročně a dokáže z jedné tuny odpadu vyrobit 1, 05 MWh energie.

Pyrolýzní technologie v ČR

Spolupráce Vysoké školy báňské, společnosti Arrowline a členů klastru Envicrack stála za vývojem pyrolýzní jednotky Pyromatic, která byla uvedena do provozu v květnu roku 2009. Jednotka Pyromatic dokáže zpracovávat 50 – 200 kg/hod odpadního materiálu. Pyromatic dokáže pomocí pyrolýzního zpracování energeticky zhodnotit pneumatiky, plasty, biomasu, směsný odpad i další odpad a tím tak snižovat množství odpadu ukládaného na skládku.

Zdroj úvodní fotografie: http://www.diytrade.com/

Reference:  Jílková L, Ciahotnýa K, Černýb R. TECHNOLOGIE PRO PYROLÝZU PALIV A ODPADŮ. VŠCHT. 2012 Dostupné také z: paliva.vscht.cz/download.php?id=76