Obrovský potenciál bioplynu je ukrytý v bioodpadech. Může změnit městskou dopravu

Široké možnosti využití bioplynu vytváří z tohoto zeleného zdroje energie univerzální nástroj pro výrobu elektřiny, tepla i paliva do CNG autobusů. Pokud by například Brno využilo kaly z čistírny odpadních vod pro produkci biometanu, mohly by na něj jezdit téměř všechny městské autobusy na CNG po celý rok. Energetický specialista Petr Novotný ve svém článku představuje další cesty rozvoje bioplynového hospodářství v Česku.

Bioplyn – plyn, se kterým nám pomohou bakterie

Bioplyn je plyn přírodního původu, který vzniká při rozkladu biologicky rozložitelného materiálu – rostlinného a živočišného původu. Jako surovina pro výrobu bioplynu tak mohou například sloužit odpady z kuchyní, zahrad, zemědělských a potravinářských provozů, kaly čistíren odpadních vod nebo pro tento účel cíleně pěstované plodiny. Bioplyn produkují bakterie, které biologický materiál rozkládají. Pro tyto bakterie je kyslík toxický, proto se tak děje pouze v uzavřených prostorách bez přístupu vzduchu.

Bioplyn tvoří směs především dvou plynů – metanu (CH4), který je hořlavý, a oxidu uhličitého (CO2), který po energetické stránce není v bioplynu nijak užitečný, jen v něm „zabírá místo“. Poměr těchto dvou plynů v bioplynu se může výrazně lišit v závislosti na jeho původu, nicméně bioplyn obsahuje přibližně 60 % metanu a 40 % CO2. Pro srovnání, zemní plyn je tvořen až z 90 a více procent metanem a CO2 neobsahuje.

Způsoby využití bioplynu

Bioplyn se v podmínkách České republiky nejčastěji používá jako palivo pro kogenerační jednotky, které bioplyn přemění na elektrickou energii a teplo. V motoru kogenerační jednotky je bioplyn spálen stejným způsobem jako benzín v motoru automobilu. Energii motoru však předá pouze metan, oxid uhličitý motorem jen projde a výfukem vyjde ohřátý ven. Účinnost přeměny energie v bioplynu na elektrickou energii se pohybuje lehce nad 40 %, zbytek tvoří především teplo, které se v podmínkách České republiky často nevyužívá.

Technologie, která je nyní nově podporovaná, dokáže od sebe oddělit dva hlavní plyny obsažené v bioplynu – metan a CO2. Produktem technologie je téměř čistý metan, tedy plyn identický se zemním plynem. Metan pocházející z bioplynu je označovaný jako biometan, což odkazuje na jeho biologický původ. Protože je biometan svým chemickým složením totožný se zemním plynem, je ho možné buď vtláčet do plynové rozvodné sítě, kde se smíchá s klasickým zemním plynem, nebo ho stlačený použít k pohonu vozidel na stlačený zemní plyn – CNG. V takovém případě o biometanu hovoříme jako o bioCNG.

Díky této úpravě bioplynu už není nutné bioplyn pouze pálit v kogenerační jednotce – velké množství tepla, které při výrobě elektrické energie v kogenerační jednotce vzniká, často nemá v místě výroby využití a je bez užitku mařeno. Úpravou bioplynu na biometan jsme schopni pomocí plynové rozvodné sítě dopravit energii obsaženou v bioplynu až do místa jejího efektivního využití. Biometan je také možné přímo v místě výroby tankovat do vozidel s pohonem na CNG.

Obrovský potenciál bioplynu je ukrytý v bioodpadech

V současné době se nejvíce bioplynu v České republice vyrobí v zemědělských bioplynových stanicích, které byly v minulých letech vystavěny především díky provozní podpoře obnovitelných zdrojů energie. Bioplyn je také produkován na větších čistírnách odpadních vod, kde jako surovina pro jeho výrobu slouží čistírenský kal.

Velkým potenciálním zdrojem výroby bioplynu, který je v podmínkách České republiky zatím využit jen z velmi malé části, jsou biologicky rozložitelné odpady. Ty většinou končí spolu s ostatním odpadem ve spalovnách nebo na skládkách. V obou případech dochází ke znehodnocení jejich materiálového i energetického potenciálu.

Zpracováním biologicky rozložitelných odpadů jejich rozkladem za nepřístupu vzduchu získáme nejen energeticky hodnotný bioplyn, ale zůstává zachována i materiálová hodnota bioodpadu v podobě biologického hnojiva a humusu. Tyto látky je možné vrátit znovu do přírody, kde poslouží k přírodnímu obohacení půd o živiny a především organickou složku, která z našich půd neustále ubývá. Tyto hodnoty bioodpadu jsou spálením ve spalovně nebo uložením na skládku znehodnocené.

Například ve městě Brně je ročně vyprodukováno něco přes 30 tisíc tun biologicky rozložitelného odpadu, který je svými vlastnostmi vhodný pro výrobu bioplynu. Tento odpad však končí ve velké většině ve spalovně odpadů nebo na některé ze skládek odpadu v okolí Brna. Ve městě Brně také funguje kompostárna, na té však končí bioodpady, které jsou pro výrobu bioplynu z velké části nevhodné.

Studie vztahující se konkrétně k městu Brnu ukazují, že využitím energetického potenciálu bioodpadu k výrobě bioplynu by při jeho úpravě bylo možné vyrobit 1 850 000 m3 biometanu, který by stačil k celoročnímu pohonu 57 autobusů MHD využívajících ke svému pohonu stlačený zemní plyn CNG. Tímto by došlo jen využitím energie z bioodpadu k roční úspoře 3 700 tun oxidu uhličitého.

Dalším zdrojem bioplynu jsou čistírenské kaly, které jsou produktem čištění odpadních vod. Ne každá čistírna odpadních vod (ČOV) používá ke stabilizování kalů technologii anaerobní fermentace, při které vzniká bioplyn – tato technologie se vyplatí jen u větších ČOV.

Když zůstaneme u příkladu města Brna, jeho ČOV v Modřicích ročně zpracuje 275 tisíc m3 čistírenských kalů, ze kterých je možné vyrobit 3 360 000 m3 biometanu. Tento biometan by bylo možné buď vtláčet do plynové rozvodné sítě nebo jím pohánět městské autobusy na CNG, kterých v Brně již jezdí více než sto. Množství biometanu z ČOV by bylo schopné pohánět 98 autobusů MHD celý rok. V současnosti je bioplyn na ČOV v Modřicích využíván v kogeneračních jednotkách k výrobě elektrické energie a tepla, přičemž teplo je z velké části mařeno.

Zahraniční zkušenosti

Využití biologicky rozložitelných odpadů k produkci bioplynu a jeho použití k pohonu autobusů MHD je poměrně časté především ve vyspělých zemích na severu Evropy. Například fermentační stanice Romerike v Norsku se dokáže vypořádat s 50 tisíci tunami organického odpadu ročně. Díky procesu anaerobní digesce se ve fermentační stanici odpad mění na cenné komodity v podobě bioplynu a organického hnojiva. Ročně tak stanice vyprodukuje 4,5 milionu m3 bioplynu, který je upraven na biometan pro celoroční pohon 135 autobusů MHD, a 90 tisíc m3 organického hnojiva, což uspokojuje spotřebu organických hnojiv zhruba sta středně velkých farem. Tím, že autobusy jezdí na biometan, se v Oslu podařilo výrazně snížit hladinu hluku i emise oxidu uhličitého (10 tisíc tun ročně).

Fermentační stanice v anglickém Bristolu ročně zpracuje 35 tisíc tun potravinového odpadu a kal ze 75 milionů m3 odpadních vod z přilehlé čistírny odpadních vod. Fermentační stanice tím generuje 17 milionů m3 bioplynu. V Anglii spočítali, že roční objem splašek a potravinového odpadu vyprodukovaného jedním pasažérem dokáže pohánět autobus MHD s pohonem na CNG na vzdálenost 55 km. Množství odpadu vyprodukovaného pasažéry plného autobusu za jeden rok by mu umožnilo ujet přibližně 1350 km.