Bioplynové elektrárny a jejich vliv na životní prostředí

 

Téma: Bioplynové elektrárny a jejich vliv na životní prostředí

Předmět: Ekologie, Člověk a prostředí, Fyzika

Přidal(a): Jeanyss

 

 

Esej o zemědělských bioplynových elektrárnách a jejich vlivu na životní prostředí

Úvodem

S rozvojem průmyslu a technologií vzrůstá také spotřeba elektrické energie. Tepelné elektrárny na fosilní paliva vypouštějí velké množství emisí a mají velké negativní dopady na životní prostředí. Zásoby fosilních paliv se také začínají tenčit. Proto lidé začali hledat způsoby, jak vyrobit elektrickou energii z obnovitelných zdrojů a ekologičtějšími způsoby. Jednou z možností jsou i bioplynové elektrárny, které z biomasy vytváří bioplyn. Ten je spalován a vzniklé teplo je využito na výrobu elektrické energie nebo jako zdroj tepla na vytápění. Nejprve bioplynové stanice zpracovávaly kal z čistíren odpadních vod. Později se na výrobu bioplynu začaly využívat odpady ze zemědělství a potravinářského průmyslu – rostlinné zbytky, hnůj, zbytky z jatek a potravinářské výroby. V dnešní době se ale rozmohlo i účelné pěstování plodin pro výrobu bioplynu. Ministerstvo životního prostředí České republiky podporuje výstavbu bioplynových stanic jako ekologický zdroj energie. Jsou ale bioplynové elektrárny skutečně tak ekologické? Jsou cestou do budoucna, nebo zabírají zemědělskou půdu a vytváří emise?

 

Technologie bioplynových elektráren

Zemědělské bioplynové elektrárny využívají rostlinný materiál a statková hnojiva. Využívají tak hlavně biomasu z účelně vypěstovaných plodin –  nejčastěji kukuřičnou siláž, občas také travní senáž. Kukuřice je pro výrobu bioplynu nejvýhodnější. Šlechtí se odrůdy kukuřice, které produkují velké množství biomasy. Takové odrůdy se pak pěstují na polích místo plodin pro potravinářství. To není dobré, protože zemědělská půda poslední dobou ubývá. Navíc se pro pěstování kukuřice používají pesticidy, které hubí hmyz a snižují tak biodiverzitu. Na kukuřičných polích dochází často ke splachu úrodné půdy. Používají se hnojiva, která způsobují eutrofizaci a narušují ekosystémy. To je ale problém celého zemědělství a týká se i pěstování jiných plodin pro potravinářské účely. Navíc i povrchová těžba uhlí často zabírá zemědělskou půdu a zcela ničí ekosystémy. A bioplyn je obnovitelný zdroj energie. Mnohem lepší je ale využívat jako materiály do bioplynových elektráren kaly z čistíren odpadních vod, odpady z potravinářského průmyslu a další odpady – například cukrovarnické řízky, zbytky masa, biologicky rozložitelný komunální odpad, zbytky potravin apod.

Vzniklá biomasa se zpracovává v procesu anaerobní fermentace, která probíhá bez přístupu vzduchu. Při ní dojde k vytvoření bioplynu díky mikroorganismům. Podle toho, kolik sušiny a kolik vody materiál obsahuje, se provádí buď mokrá, nebo suchá fermentace. Mokrá fermentace probíhá ve formě kapaliny. Bioplynové stanice mohou mít různý postup výroby. Zpravidla však se však surový materiál nejprve skladuje v přípravné nádrži. Odtud je odčerpáván do fermentoru, kde vzniká bioplyn. Ve fermentoru musí být prostředí bez kyslíku, stálá teplota (kolem 6-7 °C) a optimální pH (ideálně 7), aby se zajistila správná činnost mikroorganismů. Vzniklý bioplyn je z fermentoru odčerpáván do zásobníku a následně upraven pro další použití. Kromě bioplynu vzniká také tuhý digestát, který se používá jako hnojivo. Takové hnojivo je ekologičtější než umělá hnojiva. Vzniklo z biomasy, která vyrostla na poli, a tudíž dojde k navrácení prvků do půdy. Při mokré fermentaci vzniká také fugát – procesní voda, která je odváděna do čistírny odpadních vod.

Vzniklý bioplyn se pak využívá pro výrobu elektrické energie, případně tepla. Bioplyn je využíván buď ve spalovacích turbínách, nebo ve spalovacích motorech. Ve spalovacích turbínách se nejprve nasátý vzduch stlačí kompresorem a poté se vžene do spalovací komory, kde umožní spálení paliva (bioplynu). Vzniklé spaliny s vysokou teplotu a tlakem pak pohání plynovou turbínu, která pohání generátor vyrábějící elektrickou energii. Teplo není nijak využito a uniká do atmosféry. To je značně nevýhodné. Bioplyn není plně využit. Přesto ale spalovací turbíny vypouštějí méně emisí, než spalovací elektrárny.

Výhodnější jsou spalovací motory, které fungují na stejném principu jako motory aut, ale je v nich spalován bioplyn. Motor pak pohání generátor vyrábějící elektrickou energii. Tyto motory umožňují tzv. kogenereci – produkci elektrické energie i tepla zároveň. Teplo ze spalin je využito k ohřátí vody. Je využita také ohřátá voda, která sloužila k chlazení. Taková elektrárna pak produkuje vodu o teplotě kolem 90 °C, která je využita pro vytápění budov. Energie z biomasy je tak efektivně využita.

 

Výhody a nevýhody bioplynových elektráren a jejich vliv na životní prostředí

Ačkoli se bioplynové elektrárny řadí mezi ekologický zdroj, i ony jsou zdrojem emisí. Do atmosféry vypouští skleníkový plyn oxid uhličitý, oxidy síry a dusíku. Tyto emise ale nejsou zdaleka tak velké jako z tepelných elektráren na fosilní paliva. Navíc je vypuštěno přibližně stejné množství oxidu uhličitého, který předtím rostliny v době růstu zabudovaly do svých těl. Dopady těchto emisí na životní prostředí jsou tedy minimální. Nebezpečí představuje únik pachových látek z bioplynových elektráren. V dnešní době jsou ale technologie značně vyspělé a všechny procesy probíhají v uzavřených prostorách, takže úniky pachů se značně minimalizovaly. Mezi další nevýhodu bioplynových elektráren oproti ostatním obnovitelným zdrojům patří to, že zvyšují dopravní ruch v dané oblasti, protože je nutné dopravit materiál do elektrárny. Tato doprava také vypouští emise do ovzduší a zvyšuje hluk. Tento problém lze vyřešit tak, že se elektrárna postaví co nejblíže u zdroje surovin.

Výhodou bioplynových elektráren je, že v podstatě neprodukují žádný nebezpečný odpad. Většinou se jedná o nízké stavby, které výrazně nezasahují do krajinného rázu. Při jejich výstavbě ale samozřejmě dochází k narušování ekosystému. To není ale zdaleka tak velké jako u jiných druhů elektráren. Mezi další přínosy patří, že elektrickou energii vyrábí stabilně po celý rok. Středně velká bioplynová elektrárna vyrobí elektrickou energii pro 1100 domácností s průměrnou spotřebou a je zdrojem tepla až pro 300 domácností. Způsobí tak snížení emisí CO₂ do ovzduší až o 3 500 t za každý rok oproti výrobě energie z fosilních zdrojů.

 

Závěr

Bioplynové elektrárny jsou rozhodně mnohem ekologičtější než elektrárny na fosilní paliva. Navíc využívají obnovitelný zdroj energie a mají jen malé dopady na životní prostředí. Jako zdroj materiálu by se ale měly používat odpady a zbytky ze zemědělství a potravinářství a kaly z čistíren odpadních vod, ne účelně pěstované plodiny, které zabírají zemědělskou půdu. Takovéto elektrárny by tak navíc využívaly nepotřebné odpady. Myslím, že v budoucnu se budou rozvíjet hlavně spalovací motory, které produkují elektrickou energii a teplo zároveň. Takové elektrárny by měly být mnohem častější a nahradit alespoň část elektráren na fosilní paliva.

 

Použité zdroje:

• Vlivy BPS na životní prostředí. Bioprofit [online]. Lišov: BIOPROFIT, c2007 [cit. 2020-03-25]. Dostupné z: http://www.bioplyn.cz/bps_zp.htm
• Bioplynová stanice. Biologické metody zpracování odpadů [online]. Ostrava: Technická univerzita Ostrava, c2020 [cit. 2020-03-25]. Dostupné z: http://hgf10.vsb.cz/546/bmzo/pages/Bioplynova_stanice.html
• VASYLCHENKO, Alona. Měření emisí stacionárního spalovacího zdroje na bioplynové stanici [online]. Brno, 2013 [cit. 2020-03-25]. Dostupné z: https://is.mendelu.cz/zp/index.pl?podrobnosti_zp=37069;zpet=;prehled=vyhledavani;vzorek_zp=M%C4%9B%C5%99en%C3%AD%20emis%C3%AD%20stacion%C3%A1rn%C3%ADho%20spalovac%C3%ADho%20zdroje%20na%20bioplynov%C3%A9%20stanici%20;dohledat=Dohledat;kde=nazev;stav_filtr=bez;typ=2;fakulta=14;obdobi=2014;obdobi=2013;jazyk=1;lang=cz. Diplomová práce. Mendelova univerzita v Brně, Agronomická fakulta. Vedoucí práce Ing. Petr Trávníček, Ph.D.
• Historie a perspektivy OZE – bioplyn. Tzbinfo [online]. Praha: Topinfo, c2001-2020 [cit. 2020-03-25]. Dostupné z: https://oze.tzb-info.cz/biomasa/5610-historie-a-perspektivy-oze-bioplyn
• BERÁNEK, Daniel. Bioplynové stanice [online]. Nová Paka: ISŠ Nová Paka, 2012 [cit. 2020-03-25]. Dostupné z: http://stretech.fs.cvut.cz/2012/sbornik_2012/68.pdf
• Zemědělská bioplynová stanice Bořetice. AgriKomp [online]. Střelice: agrikomp Bohemia, c2020 [cit. 2020-03-25]. Dostupné z: https://agrikomp.com/images/cs-CZ/pdf/Nauna_stezka_Boetice_II.pdf
• AUTERSKÁ, Petra. Problematika zápachu na bioplynových stanicích. Biom [online]. Praha: Biom, 2018 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: https://biom.cz/cz/odborne-clanky/problematika-zapachu-na-bioplynovych-stanicich
• Bioplynové stanice si zaslouží podporu. Musí ale řádně fungovat. Ministerstvo životního prostředí [online]. Praha: Ministerstvo životního prostředí, 2020 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: https://www.mzp.cz/cz/news_tz080821bioplyn
• Jak fungují bioplynové stanice. Enviweb [online]. Brno: Enviweb, c1999-2020 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: http://www.enviweb.cz/103210
• Princip bioplynových stanic. Sunfin [online]. Praha: SUNFIN, c2018 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: https://www.sunfin.cz/princip-bioplynovych-stanic
• Bioplynové stanice. Gascontrol [online]. Havířov-Prostřední Suchá: GASCONTROL, c2019 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: https://www.gascontrol.cz/environmentalni-technologie/bioplynove-stanice/
• Bioplynová stanice. EnviWiki [online]. Praha: EnviWiki, 2019 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: https://www.enviwiki.cz/wiki/Bioplynov%C3%A1_stanice#Substr.C3.A1ty
• Kogenerace. EnviWiki [online]. Praha: EnviWiki, 2019 [cit. 2020-03-26]. Dostupné z: https://www.enviwiki.cz/wiki/Kogenerace