© IHAS 2011 Tento projekt je financovaný z prostředků ESF prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost a státního rozpočtu ČR PROJEKT:Hodnocení průmyslových rizik PRODUKT:1 - Výroba bioplynu, dopady na životní prostředí DÍLČÍ MODUL:1 - Výroba bioplynu, popisy procesů

© IHAS 2011 Prezence účastníků a organizační záležitosti Formální představení projektu, financování a MSK Představení zpracovatele IHAS, tým odborníků Představení účastníků Cíl školení, co se naučíte, co budete umět Kdo je kdo a co tady děláme? Úvodem

© IHAS Výroba bioplynu 1.2. Dopady na životní prostředí Teoretické základy a na co je to všechno dobré? 1. Blok | Výroba bioplynu, dopady na životní prostředí

© IHAS Výroba bioplynu Bioplynová stanice je technologické zařízení s pomocí kterého z materiálů organického původu vyrábíme elektrickou energii, tepelnou energii a hnojiva.

© IHAS 2011  Princip tvorby bioplynu  Bioplyn vzniká vyhníváním jako proces rozkladu a přeměny organických látek.  K vyhnívání neboli fermentaci dochází bez přístupu vzduchu a ve vlhkém prostředí vlivem působení metanových bakterií - metanogenů.  Anaerobní fermentace je biochemickým procesem, sestávajícím z celé řady posloupných fyzikálních, fyzikálně-chemických a biologických procesů. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Princip tvorby bioplynu  Vytváření bioplynu je konečnou fází biochemické konverze organických látek v anaerobních podmínkách na bioplyn a zbytkový fermentovaný materiál.  Proces probíhá při teplotách od 0 °C do 70 °C a na rozdíl od jiných procesů nevzniká při anaerobní fermentaci teplo, ale vyvíjí se hořlavý plyn - metan. Současně s ním se vytváří oxid uhličitý a voda. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Princip tvorby bioplynu Celý proces rozdělit do čtyř základních fází: 1. Hydrolýza Tato fáze začíná v době, kdy je v prostředí vzdušný kyslík a dostatečná vlhkost přesahující 50 % hmotnostního podílu. V této fázi mikroorganizmy ještě nevyžadují prostředí neobsahující kyslík, dochází k rozkladu polymerů na jednodušší organické látky – monomery. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Princip tvorby bioplynu 2. Acidogeneze V této fázi dochází k odstranění zbytků vzdušného kyslíku a vytvoření anaerobního prostředí. Tuto přeměnu provádějí fakultativní anaerobní mikroorganizmy schopné aktivace v obou prostředích. 3. Acetogeneze Během této fáze převádějí acidogenní kmeny bakterií vyšší organické kyseliny na kyselinu octovou, vodík a oxid uhličitý. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Princip tvorby bioplynu 4. Metanogeneze Nyní metanogenní acetotrofní bakterie rozkládají hlavně kyselinu octovou na metan a oxid uhličitý, hydrogenotrofní bakterie produkují metan z vodíku a oxidu uhličitého. Některé kmeny bakterií provádějí obojí. Závěrečná metanogenní fáze probíhá asi pětkrát pomaleji než předcházející tři fáze. Proto se musejí velikost a konstrukce fermentoru a dávkování surového materiálu této rychlosti přizpůsobit. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Zdroje bioplynu Produkovanou biomasu lze z hlediska jejího získávání rozdělit na dvě základní skupiny – odpadní a záměrně pěstovanou.  Biomasou záměrně pěstovanou v produkci bioplynu jsou:  energetické plodiny (šťovík, vrby, topoly, olše, akáty a podobně)  olejniny (nejznámější je řepka olejná)  cukrovka, obilí, brambory 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Zdroje bioplynu  Biomasou odpadní jsou:  rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny (sláma kukuřice a obilovin, řepková sláma, zbytky z lučních areálů a nedopasky, zbytky po likvidaci náletových dřevin a odpady ze sadů a vinic)  odpady z živočišné výroby (exkrementy z chovů hospodářských zvířat, zbytky krmiv, odpady z mléčnic a přidružených zpracovatelských kapacit) 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Zdroje bioplynu  Biomasou odpadní jsou:  biologicky rozložitelné komunální odpady (separovaný sběrový papír, kuchyňské odpady, organické zbytky z údržby zeleně a podobně)  organické odpady z průmyslových a potravinářských výrob (odpady z provozů na zpracování a skladování produktů rostlinné výroby, jateční a mlékárenské odpady, odpady z lihovarů a konzerváren, vinařských a dřevařských provozoven)  lesní odpady (dřevní hmota z probírek, kůra, větve, pařezy, kořeny po těžbě dřeva, palivové dřevo, klestí, odřezky atd.) 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Složení bioplynu  Složení bioplynu (uvedeno v následující tabulce) se mění a závisí na původu anaerobního trávení procesu. Bioplyn typicky obsahuje metan o koncentraci asi 50 % obj. Pokročilé odpadní léčebné technologie mohou produkovat bioplyn s obsahem metanu % obj.  Energeticky hodnotný je v bioplynu metan a vodík. Problematickými je sulfan a čpavek, které je často nutné před energetickým využitím bioplynu odstranit, aby nepůsobily agresivně na strojní zařízení. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Kvalita bioplynu Obsah metanu v bioplynu ovlivňují především následující kritéria: Průběh procesu  Velmi záleží na tom, zda fermentace probíhá v jednom fermentoru, tedy jednom stupni, nebo ve dvou fermentorech, dvou stupních.  Podíl metanu v jednotlivých stupních fermentace se potom podstatně liší, plyn z prvého stupně obsahuje velký podíl oxidu uhličitého, zatímco plyn z druhého stupně obsahuje velký podíl metanu, který může dosahovat až podílu 80 %. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Kvalita bioplynu Obsah metanu v bioplynu ovlivňují především následující kritéria: Skladba živin v substrátu  Obsahuje-li substrát látky bohaté na bílkoviny a uhlovodíky, vyrobí se méně bioplynu než z látek obsahujících tuky a proteiny. Teplota substrátu  Obsah metanu je podle zkušeností z praxe při teplé a horké fermentaci menší než při fermentaci za nižších teplot. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Požárně technické charakteristiky  Pro účely stanovení požárně bezpečnostních opatření se používají hodnoty požárně technických charakteristik včetně technicko bezpečnostních parametrů, které jsou uvedeny v průvodní dokumentaci výrobce nebo distributora.  Neexistuje-li tato dokumentace, lze vycházet z jiného uznávaného zdroje (např. normativní požadavky – viz ČSN EN ). 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Význam a důležitost některých proměnných  Koncentrace CH 4 v bioplynu Koncentrace CH 4 v bioplynu také není pravým indikátorem stability procesu, je spíše bilančním prvkem. Množství produkovaného metanu musí být v relaci s přiváděným zatížením. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Význam a důležitost některých proměnných  Koncentrace CO 2 v bioplynu Vypovídací hodnota tohoto indikátoru stability procesu nemá vždy stejnou váhu. Zvyšování koncentrace CO 2 v bioplynu souvisí se zvýšeným zatížením a vyčerpáním neutralizační kapacity. Nejnižší poměr CH 4 / CO 2 v bioplynu mají sacharidické substráty a je blízký jedné, jeho náhlé snížení indikuje nestabilitu procesu. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Význam a důležitost některých proměnných  Koncentrace vodíku v bioplynu Koncentrace vodíku v bioplynu patří mezi nejcitlivější indikátory stability procesu. Obecně lze konstatovat, že objevení se vodíku v bioplynu v koncentracích nad 0,1 % obj. prakticky vždy signalizuje nestabilitu procesu. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Význam a důležitost některých proměnných  Síra v bioplynu Síra v bioplynu je přítomna buď jako síra organicky vázaná v podobě merkaptanů, organických sulfidů či disulfidů anebo jako síra anorganická v nejjednodušší sirné sloučenině v sulfanu. Síra v organických sloučeninách typu sulfidů anebo merkaptanů (thiolů) tvoří vždy nejvýše minoritní složku, která je sice nositelem zápachu, ale v provozně běžných koncentracích nepřináší žádné významné technické problémy. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Význam a důležitost některých proměnných  Síra v bioplynu Síra anorganická je tvořena téměř výlučně přítomností sulfanu H 2 S a jeho koncentrace v bioplynu mohou narůstat i do velmi vysokých úrovní. Díky obsahu sulfanu se tak síra v bioplynu může přesunout z příměsí minoritních do složek majoritních, které mohou někdy i překročit hladinu 1% obj. (1% obj. sulfanu odpovídá mg H 2 S / m 3 N ). Pro praxi jsou nepříjemné a nebezpečné i koncentrace o více než jeden řád nižší. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Skladování bioplynu  Velkou výhodou bioplynu oproti jiným nosičům energie je ta skutečnost, že ho lze skladovat a podle potřeby využívat v době, kdy je potřeba zapojit špičkové zdroje pro výrobu elektrické energie nebo tepla.  Při jeho skladování nedochází na rozdíl od "skladování" solární elektrické a tepelné energie nebo tepla a energie z větru ke ztrátám (tepelné ztráty, vybíjení akumulátorů). Nevýhodou bioplynu je poměrně malá hustota energie v poměru k objemu, kdy 1 m 3 bioplynu obsahuje takové množství energie, jako 0,6 až 0,7 l topného oleje. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Skladování bioplynu  Pro beztlakové skladování jsou proto potřeba větší objemy zásobníkových plynojemů.  Velikosti plynojemů je potřeba dimenzovat s patřičnou rezervou podle projektované předpokládané produkce bioplynu a podle způsobu využívání vyprodukovaného bioplynu. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Úprava bioplynu  Plyn produkovaný ve fermentoru obsahuje při svém výstupu do plynojemu asi 100 % vodní páry a velké množství sirovodíku.  Aby se zabránilo korozi potrubí, případně plynojemu, plynového motoru a jiných spotřebičů, musí být v celé soustavě řešeno odstraňování kondenzátu po kondenzaci vodní páry a odsiřování bioplynu.  V některých případech se provádí i čistění bioplynu. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011  Využití bioplynu Bioplyn z bioplynových stanic je používán:  Výroba tepla v teplovodních (horkovodních) resp. parních kotlích,  kombinovaná výroba elektřiny a tepla v kogeneračních jednotkách (různé principy),  čištění bioplynu a jeho prodej do plynárenské sítě resp. provozovatelům jiných energetických systémů,  čištění a jeho využití pro pohon dopravní techniky a automobilů, apod. 1.1 Výroba bioplynu

© IHAS 2011 Bioplynové stanice = Strašák obyvatelstva Zatížení (ohrožení) sousedících nemovitostí: - zápachem - výbuchem - močůvkou (únik) - hlukem - dopravou Vliv na cenu nemovitostí? Rizika při výrobě bioplynu

© IHAS Dopady na životní prostředí Zápach  Nejčastějším problémem je zápach, který může mít různé příčiny.  Zřídka je zdrojem zápachu vlastní unikající bioplyn.  Častěji jde o zápach z nedostatečně rozložené biomasy.  Pokud je biomasa ve fermentoru kratší dobu, výsledný digestát silně zapáchá.

© IHAS Příklady havárií - zápach Rozlitím močůvky po havárii vyvolává nepříjemný zápach a tím i znehodnocení pozemků, obranu veřejnosti proti instalacím BPS

© IHAS Dopady na životní prostředí Zápach  Další podmínkou je dodržení provozní kázně. Mezi to patří doba zdržení fermentovaného obsahu v procesu anaerobní digesce po dobu alespoň 30 dnů za patřičných teplotních podmínek.

© IHAS Dopady na životní prostředí Zápach  Jako ochrana před zápachem z provozu mají být zásobníky vstupních surovin a sterilizační jednotky uzavřené a opatřené odtahem na tzv. biofiltr. To je prostor vyplněný porézním materiálem (dřevní štěpka, hobliny, kompost aj.) s bakteriemi, které odbourávají pachové látky.

© IHAS Dopady na životní prostředí Toxické látky  Rizika spojená s toxickými látkami  Toxicita látek  Zákonné limity pro práci s toxickými látkami  Opatření pro snížení nežádoucích účinků toxických látek

© IHAS 2011  Povinnosti zaměstnavatele  Pro prostory bioplynových stanic musí zaměstnavatel mít:  Protokol o určení vnějších vlivů  Dokumentaci o ochraně před výbuchem dle Nařízení vlády č. 406/2004 Sb. 1.2 Dopady na životní prostředí

© IHAS 2011  Protokol o určení vnějších vlivů  O určení vnějších vlivů musí být písemný doklad – protokol o určení vnějších vlivů.  Protokol je součástí dokladové části dokumentace, která musí být po dobu životnosti zařízení, provozu či objektu archivována.  Vzor protokolu o určení vnějších vlivů je v příloze NB normy ČSN ed Dopady na životní prostředí

© IHAS 2011  Protokol o určení vnějších vlivů Vnější vlivy se stanovují podle základních norem:  ČSN ed.2 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 1: Základní hlediska, Stanovení základních charakteristik, definice  ČSN ed.2 + změna Z1 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-41: Ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti – Ochrana před úrazem elektrickým proudem  ČSN ed. 3 Elektrické instalace nízkého napětí - Část 5-51: Výběr a stavba elektrických zařízení - Všeobecné předpisy 1.2 Dopady na životní prostředí

© IHAS 2011  ČSN EN Výbušné atmosféry – Část 10-1: Určování nebezpečných prostorů – Výbušné plynné atmosféry  Zóna 0 – prostor, ve kterém je výbušná plynná atmosféra přítomna trvale nebo po dlouhá časová období nebo často  Zóna 1 – prostor, ve kterém je příležitostný vznik výbušné plynné atmosféry pravděpodobný za normálního provozu  Zóna 2 – prostor, ve kterém není vznik výbušné plynné atmosféry, pravděpodobný za normálního provozu, avšak pokud tato atmosféra vznikne, bude přetrvávat pouze po krátké časové období 1.2 Dopady na životní prostředí

© IHAS 2011  Dokumentace o ochraně před výbuchem dle Nařízení vlády č. 406/2004 Sb. § 4 Zaměstnavatel po provedení technických nebo organizačních opatření podle § 2 a posouzení rizika výbuchu podle § 3 a)klasifikuje prostory s prostředím nebezpečí výbuchu na prostory s nebezpečím výbuchu a prostory bez nebezpečí výbuchu podle přílohy č. 1 k tomuto nařízení, b)zabezpečí v prostorech klasifikovaných podle písmene a) plnění dalších požadavků podle přílohy č. 2 k tomuto nařízení, c)označí místa vstupu do prostorů s nebezpečím výbuchu bezpečnostními značkami výstrahy s černými písmeny EX označujícími „nebezpečí - výbušné prostředí“, d)zabezpečí vypracování písemné dokumentace o ochraně před výbuchem podle § 6 a její vedení tak, aby odpovídala skutečnosti. 1.2 Dopady na životní prostředí

© IHAS 2011  Aktivní zdroje iniciace Elektrická jiskra Mechanická jiskra Statická elektřina Samovznícení 1.2 Dopady na životní prostředí

© IHAS 2011 Diskuse Otázky a odpovědi