17.09.2007
Bioplynová stanice může být pro města a obce po energetické i ekonomické stránce zajímavým prostředkem k využití některých druhů biologicky rozložitelných odpadů.

Ty dnes končí v lepším případě v kompostárnách, v horším bez užitku na skládkách nebo v kanalizaci.

S ekonomickou výhodností a obecně prospěšností bioplynových stanic (BPS) ovšem souvisí několik "ale". Nejsou-li splněna, stanice nemusí splnit vkládaná očekávání, dokonce se může brzy dostat do existenčních potíží. Lze jim předcházet?

PROBLÉM Č. 1 – UMÍSTĚNÍ STANICE

Investoři při výběru lokality se snaží využít zejména stávající hospodářské provozy (příjezdové cesty, betonová sila, jímky), aby výše investic byla co nejnižší. Často jsou tyto areály na kraji obcí, v blízkosti obytných domů. Takové umístění BPS ale není příliš výhodné. U zařízení, jehož podstatou je řízený rozklad rozličných látek organického původu za nepřístupu vzduchu, je totiž doprovodným přirozeným jevem produkce pachů.

I přesto, že hlavní složky produkovaného bioplynu – metan a CO2 – jsou bez zápachu, bioplyn zapáchat může, a to i velmi silně. Při určitých substrátech bioplyn může obsahovat až 1 % objemového sirovodíku (H2S) a dalších, zejména sirných a dusíkatých organických sloučenin (například merkaptany, aminy), jejichž přítomnost se projeví již ve velmi nízkých koncentracích.

Hlavním původcem nežádoucích pachů u bioplynových stanic jsou však zpracovávané suroviny na vstupu i na výstupu fermentačního procesu. Samotný bioplyn totiž bývá od sirnatých sloučenin do značné míry zbavován a poté je energeticky využit v motorgenerátorech, případně je (či má být) jako hořlavý plyn s významným "skleníkovým" faktorem likvidován v havarijní fléře. Jeho únik z vlastní technologie by navíc měl být při správné obsluze minimální.

Neblahé zkušenosti s nadměrným pachem u bioplynových stanic, postavených v posledním období ve Velkých Albrechticích na Bílovsku, Kněžicích na Nymbursku a jinde, jasně ukazují, že i při sebelepší péči nelze produkci pachů zcela eliminovat. Na vině je nejen neodborné řízení procesu, ale i nekvalitní či dokonce chybějící technická zařízení, která jsou schopna produkci pachů efektivně omezit (biofiltry, fléra).

Řada nových projektů i kvůli této rychle se rozšiřující špatné pověsti na tento problém při schvalovacím procesu pro vydání územního, případně stavebního povolení narazila. Proti výstavbě BPS se zvedla silná vlna odpůrců z řad místních obyvatel.

Jak se s problémem vypořádat? Projekty dalších bioplynových stanic by měly být situovány v dostatečné vzdálenosti od obytných sídel. Případné negativní vlivy pachů na okolí je nutno posuzovat nejen formálně v rámci zjišťovacího řízení, ale když je třeba i jako součást plnohodnotné EIA. Současně by se stanice měla nacházet na takovém místě, aby přeprava surovin nevedla po komunikacích přímo v obci.

Produkci pachu lze omezit druhem zpracovávaného substrátu, dále opatřeními v logistice (přepravou vozy se zakrytým ložným prostorem) a také způsobem skladování (zakrytím vstupních jímek, skladovacích nádrží zfermentovaného zbytku – digestátu apod.).

Je rovněž v zájmu investorů, aby lidé žijící v okolí BPS považovali stavbu za prospěšnou pro svou oblast či region. To by měl být de facto hlavní vedlejší přínos využívání obnovitelných zdrojů – a nejen maximalizace finančních výnosů.

PROBLÉM Č. 2 – ZPRACOVÁVANÉ SUROVINY

S pachovými problémy úzce souvisí, jaké suroviny jsou či budou ve stanici zpracovávány. Proces anaerobní fermentace umožňuje s výjimkou látek s vyšším obsahem ligninu energeticky zhodnotit celou řadu surovin organického původu, a to fakticky bez ohledu na množství vody v dané biohmotě. Již několik desetiletí se s úspěchem využívá pro hygienizaci (a snížení zápachu) čistírenských kalů, průmyslových vod či kejdy, které obsahují 90, 95 i více procent vody. Současné nejvyspělejší fermentační technologie jsou ale schopny zpracovat i suroviny se sušinou 10, 15, ale i více než 20 procent, při velmi vysoké specifické výrobě bioplynu.

Každý provozovatel bioplynové stanice se dnes snaží produkci bioplynu maximalizovat, a to může primárně ovlivnit výběrem zpracovávaných substrátů.

Pokud to fermentační proces umožňuje, u nových i stávajících stanic se stále častěji používají energeticky bohatší substráty. Přednost před kejdou, jež bývala tradičním zdrojem pro zemědělské BPS, dostávají substráty s vyšší měrnou produkcí bioplynu na jednotku svého množství/objemu v surovém stavu. Jsou to vhodné druhy fytomasy (zvláště kukuřice a také pícniny upravené před fermentací silážováním) a rostlinné a živočišné vedlejší produkty či odpady z potravinářských výrob s vysokým obsahem tuků, sacharidů a bílkovin (lihovarské výpalky, zbytky ze zpracování řepky, cukrové řepy, obecně tuk a oleje biologického původu, masokostní moučka).

Zatímco z jedné tuny kejdy o obvyklém podílu sušiny (5 až 7 %) lze reálně získat přibližně 100 kWh energie v podobě bioplynu, z jedné tuny kukuřičné siláže desetkrát více, tj. 1 MWh, a v případě oleje či tuku biologického původu až 3,5 MWh, což je 35krát více energie na jednotku vstupu. Není proto divu, že trendem současnosti je přednostně zpracovávat látky s vyšší měrnou energetickou výtěžností a původní suroviny (včetně těch, které jsou deklarovány před uvedením zdroje do provozu jako hlavní) používat pouze pro optimalizaci procesu fermentace (zajištění správného poměru C:N, N:P, vhodného stupně pH, pufrační kapacity).

Preference substrátů s vyšším energetickým ziskem má však dopad na dimenzování reaktorového objemu a vlastní provoz stanice (substráty vyžadují delší zdržení ve fermentorech), a také na kvalitu výstupního substrátu. Čím širší je surovinová základna, tím větší hrozí riziko vnosu nežádoucích látek, které pak kontaminují výstupní digestát a mohou navíc ohrozit samotný fermentační proces.

Na tuto skutečnost je nutno dbát zejména u bioplynových stanic koncipovaných pro zpracování bioodpadů komunálního a živnostenského původu. Proto doporučuji ověřit si vhodnost předpokládané vsázky u dodavatele technologie stanice před jejím skutečným využitím v běžném provozu. A takto ověřenou skladbu surovin k fermentaci potom důsledně dodržovat a pravidelnými chemickými rozbory kontrolovat.

PROBLÉM Č. 3 – VÝKONOVÁ OPTIMALIZACE

Konečným důvodem pro příklon k substrátům s větší energetickou výtěžností je, že zlepšují ekonomickou situaci stanice. Nahrazení jedné tuny kejdy, obstarávané zpravidla zdarma, kukuřičnou siláží, kterou je nutné někde vypěstovat, sklidit, transportovat a uskladnit, přinese při současných produkčních cenách kukuřice díky existenci veřejné podpory výroby elektřiny z bioplynu dodatečný čistý výnos minimálně 300 až 400 korun (je-li bioplyn využit pro výrobu elektřiny). V případě využití masokostní moučky či tuků tento přínos může být podstatně vyšší.

Mnozí investoři však dnes počítají s tím, že provozní ekonomiku stanice si také zlepší zpracováváním biologicky rozložitelných odpadů, za jejichž zneškodnění je nutné jinak platit. Týká se to zejména povolených odpadů z jatečních výrob, za jejichž zneškodnění obvyklým způsobem (v kafilériích) se platí tisíce korun. Problémem však je, že pro tento druh odpadu je nutné vybavit BPS hygienizační jednotkou (což není levná záležitost), ale hlavně dodržovat náročnější provozní režim (mj. vozy, jež budou přivážet tento druh surovin do areálu stanice, se musí pravidelně hygienizovat parou).

Obsah rizikových látek ve výstupním fermentátu může negativně ovlivnit jeho využití jako hnojiva. V takovém případě končí fermentát na skládce. Náklady na skládkování tuny substrátu prošlého fermentací se pohybují v řádu stokorun.

S výkonovou optimalizací rovněž souvisí energetické zhodnocení bioplynu. Současné nastavení nárokové veřejné podpory bioplynovým stanicím, jež bylo zavedeno zákonem č. 185/2005 Sb., o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů (formou povinného výkupu či bonifikace za každou kilowathodinu elektřiny vyrobenou spalováním bioplynu), motivuje využít bioplyn pro co nejvyšší výrobu elektřiny. Děje se tak prakticky jednotně v kogeneračních jednotkách se spalovacím motorem, u nichž je doprovodným produktem teplo.

Ta nejlepší soustrojí – motorgenerátory jsou dnes schopná do podoby elektřiny transformovat více než 40 % původní energie v bioplynu. Marginální cena kWh primární energie v bioplynu je přibližně 1,2 Kč (tj. více než 330 Kč/GJ). To je mnohem více, než lze získat při upřednostnění výroby tepla (k jeho následnému prodeji mimo stanici), kde je nutné počítat s cenami substitučních zdrojů, jež jsou významně nižší, a to zatím i včetně zemního plynu či topného oleje.

Výroba tepla je však nutným doprovodným jevem a z každé jedné MWh bioplynu lze po odpočtu vlastní potřeby stanice dodat jiným odběratelům minimálně 300 kWh energie ve formě teplé vody. Využití tohoto potenciálu může ekonomice bioplynové stanice pomoci. Zvláště, pokud by vyráběné teplo mohlo nahradit jeho výrobu z dražších paliv (zemní plyn, lehké topné oleje).

Návratnost dodatečných investic do vyvedení přebytečného tepla z místa BPS do místa jeho účelného využití (ať už přesunutím kogenerační výrobny, či jeho dopravou teplovodem) je několik let. Investoři by se proto měli snažit bioplynové stanice situovat tam, kde lze perspektivně teplo efektivně využít.

Zdrojem dodatečných příjmů se může stát digestát – dodržuje-li se požadovaná kvalita vsázky, lze jej zhodnotit jako cenné hnojivo (prodávané za úplatu).

Za pět až deset let se může navíc podobně jako v jiných zemích objevit trend nevyužívat bioplyn k výrobě elektřiny a tepla, ale jako motorové palivo v dopravě (místo stlačeného zemního plynu – CNG) či k dodávce do plynovodní distribuční sítě.

Již nyní se výrobní cena bioplynu (pokud se do ní nezahrnuje investice a provozní náklady na kogenerační výrobnu elektřiny a tepla), pohybuje o 15 až 20 % pod současnými cenami zemního plynu pro konečné zákazníky (ty dosahují v průměru více než 1 Kč/kWhvýhř.).

To platí jak pro ceny odběru plynu jako plynu z distribuční sítě, tak i jako pohonné hmoty pro motorová vozidla jezdící na CNG. Brzy se také u nás mohou začít podobně jako v Německu či Rakousku objevovat první BPS vybavené zařízením pro úpravu bioplynu na kvalitu blízkou zemnímu plynu, tedy CNG.

VÝHODY A NEVÝHODY

Bioplynové stanice patří k těm dražším obnovitelným zdrojům. Důkazem je cena elektrické energie z bioplynu, kterou mohou její provozovatelé při dodávce do distribuční sítě obdržet (pro tento rok 3040 Kč/MWh). Tento fakt ovlivňuje zejména poměrně vysoká investiční náročnost těchto energetických zdrojů (současný průměr se pohybuje mezi 110 až 120 tisíci Kč/kW instalovaného elektrického výkonu), která je po fotovoltaických aplikacích druhá nejvyšší.

Jejich výhodou je však schopnost trvalého provozu s vysokým ročním využitím instalovaného výkonu (7 až 8 tisíc hodin/rok) a také zmiňovaná možnost jejich příhodné integrace do systému odpadového hospodářství měst a obcí.

V různém stupni projektové přípravy je už několik desítek těchto zařízení. Podle zkušeností z jiných zemí, kde byly vytvořeny vhodné podmínky k jejich rozvoji (Německo, Rakousko), jich může být v následujících letech u nás postaveno bez nadsázky několik stovek, s instalovaným výkonem blížícím se jednomu bloku tepelné elektrárny spalující uhlí střední velikosti (250-300 MW).

Většina projektů přitom spoléhá nebo bude spoléhat na získání dodatečné nevratné dotace na část investic z operačních programů spolufinancovaných z podpůrných fondů EU (v rámci politiky soudržnosti a společné zemědělské politiky).

Poskytnutí dotace ve výši jedné třetiny investice modelové bioplynové stanice posunuje návratnost vložených prostředků k podnikatelsky již zajímavé hranici (asi deset let, tj. dvě třetiny předpokládané životnosti zařízení). Důslednou výkonovou optimalizací ovšem lze ekonomiku těchto stanic ještě dále zlepšit.

Čas ukáže, zda rozbíhající se systém veřejné podpory stavbám bioplynových stanic u nás přispěje ke skutečně dobrým projektům, které budou přinášet prospěch nejen investorům, ale i celé společnosti.

AUTOR: TOMÁŠ VOŘÍŠEK
SEVEn, Středisko pro efektivní využívání energie, o. p. s.