Bioplyn v potravinářském průmyslu Ing. Tomáš Rosenberg, PhD.

Produkce bioodpadů v potravinářském průmyslu V potravinářském průmyslu je produkováno velké množství vedlejších materiálů, ne vždy se jedná o bioodpady které se dostávají do evidence: OONO Produkce podnikových odpadů celkem Waste generated by enterprises, total z toho: A Zemědělství, lesnictví a rybářství A Agriculture, forestry and fishing C Zpracovatelský průmysl C Manufacturing 10 Výroba potravinářských výrobků Manufacture of food products 11 Výroba nápojů Manufacture of beverages

Rozdělení potravinářských bioodpadů Potravinářské odpady jsou tvořeny org. hmotou, rostlinného či živočišného původu. Rostlinného původuŽivočišného původu Odpady z výroby lihu Jateční odpady (krev, maso, vnitřnosti, kosti) Opdady z výroby pivaOpdadní tuky Odpady z výroby rostl. tuků a biopaliv Odpady ze zpracování zeleniny Odpady z výroby škrobu Opdady ze zpracování ovoce (pektin, šťávy apod.) Odpady z výroby vína Odpady z výroby cukru Odpadní vody z potravinářských výrob

Vlastnosti potravinářských bioodpadů Jedná se o širokou skupinu materiálů: Vysoká vlhkost, 70 – 80% Vysoký obsah organické sušiny, 80 – 95% Často nerovnoměrná produkce Obtížné skladování Silně rozdílný obsah bílkovin a dusíku Možný obsah dalších nežádoucích příměsí Potravinářské odpadní vody Vysoká koncentrace CHSK

Technologie zpracování potravinářských bioodpadů Jak energii bioodpadů využít? -Přímým spalováním (teplo, výroba el. energie) -Zplynovací technologií (výroba syntézního plynu a jeho následné využití) -Pyrolýzní technologií (výroba pyrolýzního plynu a oleje a jejich následné využití) -Biologickými procesy (výroba bioplynu, výroba alkoholu a jejich následné zpracování)

Nějaký zbytek bioodpad Biologické procesy v energetickém využití biomasy -Anaerobní fermentace – výroba bioplynu, bioplyn lze dále energeticky využít, výhodu je vysoká konverze energie do bioplynu -Anaerobní čištění odpadních vod -Biologická výroba alternativních kapalných paliv – biolíh, zatím nízká účinnost, problematické vedlejší produkty

Technologie výroby bioplynu – bioplynové stanice

Výroba bioplynu - bioplynové stanice Podle substrátů: zemědělské, komunální, anaerobní stabilizace na ČOV Podle typu procesu: mokrá fermentace, suchá fermentace Podle počtu stupňů: jednostupňové, vícestupňové V současnosti v ČR cca 460 projektů BPS, z toho cca 10 ks komunálních, 350 MWel

Výroba bioplynu - bioplynové stanice Specializované zařízení pro výrobu bioplynu z organické hmoty Vždy tvořeno technologií příjmu materiálu, reaktorem, výstupním objektem digestátu a jednotkou využití bioplynu Doba zdržení biomasy a zpracovávaného materiálu je vždy prakticky stejná Reaktorová technologie

Začlenění technologie do potravinářského provozu Produkce bioplynu je velmi atraktivní - produkty elektrická energie, teplo (nízkopotenciálové, vysokopotenciálové, pára) lze relativně bez problémů uplatnit - V průmyslu je velmi problematické nakládání s ostatními produkty anaerobní fermentace – zejména s digestátem

Výroba bioplynu – reaktorová technologie Směšovací reaktory (ideálně míchané): nejčastěji používané typy v provozu, do reaktoru je kontinuálně přiváděn substrát a je reaktor je míchán v celém objemu. Produkce bioplynu je stálá a neměnná. Výhody: snadná realizace, stabilní provoz, nízké provozní náklady Nevýhody: část hmoty uniká nezpracována, není možné pracovat při vyšší sušině (max. cca 15 %), neefektivní využití objemu Kruhové nádrže Válcové věže Horizontální hranaté nádrže

Výroba bioplynu – reaktorová technologie Parametry směšovacích reaktorů: -Hydraulická doba zdržení (HRT) = Vr/Vs -Objemové zatížení reaktoru B = (m. c)/Vr -Pracovní sušina reaktoru: Vs – objem substrátu Vr – objem reaktoru m – množství substrátu za den c – koncentrace org. látek Výpočet provádíme pomocí základní hmotové bilance sušiny: xR = xS - xBiopl xR – sušina v reaktoru (kg) xS – sušina vstupních (kg) materiálů xBiopl – sušina (hmota) v bioplynu (kg)

Výroba bioplynu – reaktorová technologie Reaktory s pístovým tokem: Každá částice prochází stejnou dobou zdržení, technologicky náročné provedení, lze pracovat s nižším objemem nádrží, v různých částech reaktoru různé složení reakční směsi, lze využít pouze pro materiály s dostatečnou sušinou

Výroba bioplynu – suchá fermentace

Dávkování pouze pevné strukturní biomasy Pracuje se sušinou nad cca 20 % Většinou diskokontinuální průběh s nerovnoměrnou produkcí bioplynu Garážové fermentory Doba zdržení cca dní Výstupem je pevný digestát se sušinou cca 20% Vhodné pro zpracování BRKO s podílem nečistot

Výroba bioplynu – anaerobní čištění odpadních vod V potravinářství jsou často produkovány relativně vysoce koncentrované odpadní vody jejichž běžné čištění je drahé, je možno aplikovat anaerobní čištění odpadních vod. -Specializované technologie -Doba zdržení biomasy je delší než zpracovávané vody, je nutné zpracovat velké množství „méně“ koncentrovaného substrátu, problém oddělení anaerobní biomasy od vyčištěné vody -Reaktory s granulovanou anaerobní biomasou (UASB, EGSB, IC), nutné aerobní dočištění -Rozšířená technologie (pivovary, cukrovary, farmacie)

Zpracování bioodpadů v bioplynové technologii Nežádoucí látky pro produkci bioplynu: Substráty s vysokým podílem dusíku (masokostní moučka, jateční odpady, bílkovinné materiály) – transformace na amoniakální dusík, účinek závisí na pH Substráty s vysokým podílem síry (bílkovinné materiály, odpady, odpadní vody z farmaceutického průmyslu) – transformace na H2S, účinek závisí na pH Těžké kovy (odpady, odpadní vody) – přímá inhibice methanogenů Antibiotika (zemědělské velkochovy) – přímá inhibice methanogenů Detegrenty - pěnění

Legislativa výroby bioplynu Využití ve stávajících zařízeních – bioplynových stanicích Většina BPS – zemědělská zařízení, nejsou zařízení pro zpracování odpadů Kategorizace BPS do r na AF1 a AF2 (2013 bez omezení), některé vedlejší potravinářské produkty nelze využít Pro zpracování živ. odpadů specifické podmínky, technologie příjmu a hygienizace Realizace nového zařízení Ukončení podpory výroby el. energie s OZE Smysluplná pouze vlastní spotřeba tepla a el. energie v plném rozsahu výroby, využití bonusu KVET (není ovšem dlouhodobě garantován) Dostatečné množství disponibilního materiálu pro technologii Nutné řešit digestátovou koncovku, bez zemědělské půdy problematické

Ekonomika výroby bioplynu Využití ve stávajících zařízeních – bioplynových stanicích Vedlejší produkty potravinářského průmyslu nejsou využívány masově, problém legislativní a ekonomický – zpracování na bioplyn nepřináší dostatečnou přidanou hodnotu Alternativní využití – krmiva, druhotné suroviny, biomasa ke spalování či spoluspalování Problém s dopravou na větší vzdálenosti

Substráty vhodné pro výrobu bioplynu Sušina (%) výtěžnost bioplynu (m3/t) výtěžnost methanu (m3/t) cena substrátu (Kč/t) (Kč/m3) bioplynu Kukuřice30,0213,8113,3900,04,2 Travní senáž30,0177,588,7650,03,7 Kukučičná siláž + mrva27,6167,492,1645,03,9 Pivovarské mláto22,0105,660,2450,04,3 Obilníé výpalky4,014,48,650,03,5 Jateční odpad20,0122,467,3-- Gastroodpad18,0115,963,8-- Cukrovarské řízky20,0136,871,1350,02,6 Glycerinový koncentrát CHSK ,0189,01500,05,6 Obilné zrno82,0467,4280,43700,07,9

Ekonomika využití bioplynu Výhřevnost bioplynu MJ/m3 Cena nahrazovaného paliva Zhodnocení plynu (Kč/m3) Bioplyn - výroba tepla (ekvivalent ceny ZP)18, Kč/t3,76 Bioplyn - výroba tepla (ekvivalent ceny uhlí)18,8211 Kč/m35,83 Bioplyn - výroba tepla (ekvivalent ceny EE)18,822,3 Kč/kWh12,02 Bioplyn - výroba tepla (ekvivalent ceny propanu)18,8230 Kč/kg12,80 Bioplyn, výroba elektřiny AF1 4,12 Kč/kWh18,82-8,61 Bioplyn výroba elektřiny (podpora OZE AF2, 2013 cca 3,50 Kč/kWh)18,82-7,32 Bioplyn (podpora OZE AF1 + využití tepla 60%)18,82-10,07 Bioplyn (podpora OZE AF2, využití tepla 60%)18,82-8,88 Bioplyn - pohon vozidel18,8233 Kč/l17,15 Bioplyn - pohon vozidel18,8223 Kč/l11,95

Zpracování potravinářských odpadů jako kofermentů v praxi Jako kofermenty jsou na zemědělských bioplynových stanicích zpracovávány nejčastěji: pivovarské mláto, cukrovarské řízky, odpadní škrob, výlisky z výroby pektinu, řepkové výlisky a expelery, odpady ze sušek a posklizňových linek, odpady ze zpracování brambor a další materiály. (materiály jsou zároveň využívány jako krmiva či jiné druhotné suroviny) Na odpadových BPS jsou zpracovávány jako kofermenty: jateční odpady, gastroodpady, kaly z průmyslového čištění, kaly z ČOV, lihovarské výpalky a další materiály Zpracování jako kofermentů je obvykle relativně bezproblémové, nežádoucí vlastnosti některých materiálů jsou kompenzovány jejich „rozředěním“ čistými surovinami.

Využití odpadů z potravinářského průmyslu jako hlavního substrátu V ČR bylo připravováno relativně velké množství projektů bioplynových stanic v průmyslu, do fáze realizace se ovšem dostalo minimum. Hlavním problémy: nakládání s digestátem, zajištění dostatečného množství substrátu v průběhu roku, případně kvalita zpracovávaných materiálů Významným problémem je vliv na životní prostředí Úspěšné realizace – výhradně anaerobní čištění odpadních vod (pivovary Nošovice, Krušovice, Popovice, ICN roztoky, Hamé a.s. a další)

Nakládání s digestátem Digestát je hodnotný materiál využitelný jako organominerální hnojivo (kategorizován je jako typové organické hnojivo v případě zemědělských BPS) Bez vazby na zemědělský sektor je jeho využití a likvidace problematická -Velké množství -Nevhodný poměr C:N -Obsah špatně rozložitelné CHSK Technologická řešení: Biologické čištění Stripování NH3 + biologické čištění Zahušťování, odsušení Reverzní osmóza Vysoké provozní náklady, vliv na ŽP, provozní rizika

Úspěšné projekty – BPS Jaroměř Zpracování cukrovarských řízků a výlisků z výroby pektinu v BPS Jaroměř -Výkon BPS 1,7 Mwel -Reaktory 4 x 2250 m 3 -Zpracováno cca t materiálu za rok -Teplo využito do CZT Jaroměř -Řešení nakládání s digestátem (osmóza, ČOV, stripování) Spolupráce Cukrovary TTD Danisco Smiřice

Úspěšné projekty - zpracování odpadů z činění kůží Tanex Vladislav -Menší BPS, plně integrovaná do provozu podniku, využití tepla i elektrické energie -Velmi problematické substráty, vysoká koncentrace N-NH3 a H2S -Špatná úroveň realizace -Dlouhodobá optimalizace provozu

Příprava projektu BPS pro zpracování pivovarského mláta Cíl: realizace BPS v areálu pivovaru, zlepšení využití energie -Zpracování pivovarského mláta jako monosubstrátu -Nalezení technologie alternativní využití digestátu bez vlivu na dopravní situaci Realizován dlouhodobý poloprovozní model Provoz modelu 4 měsíce Dosažena dobrá substrátová produkce bioplynu cca 500 m3/tOS Alternativní zpracování digestátu min. 450 Kč/m3 Nutnost kofermentace s rostlinnou biomasou (kukuřičnou siláží) Riziko zápachu

Příprava projektu BPS pro zpracování gastroodpadu Cíl: Průmyslové zpracování gastroodpadů v BPS s běžnou hygienizací 70°C -Byl splněn požadavek na dostatečné množství gastroodpadu a kofermentačního materiálu pro provoz 330 kWel zařízení -Zpracování gastroodpadu jako monosubstrátu bylo ověřeno dlouhodobým experimentem -Byla dosažena velmi dobrá produkce bioplynu m 3 z 1 tuny přidaného materiálu. Materiál CHSK g/kg materiálu bioplyn dle CHSK (60% methanu) m 3 /t materiálu Gastroodpad - červen240120,0 Gastroodpad - červenec270135,3 Projekt nerealizován, nebylo možno zajistit nakládání s digestátem v městském prostředí, vypouštění kalové vody do kanalizace byl odmítnuto provozovatelem

Výhled do budoucna -Využití a rozvoj bioplynové technologie bude dále záviset na ekonomickém vývoji zejména v oblasti cen energií a zemědělských komodit -Budou nutné specifické podmínky pro realizaci s maximálně efektivním využitím výstupů technologie -V současné době jsou možnosti rozvoje a aplikace bioplynu velmi omezené -Perspektivní rozvoj je možno očekávat v oblasti úpravy bioplynu na kvalitu zemního plynu a jeho využití v dopravě

Děkuji za pozornost s krásným pohledem na svět