Počet bioplynových stanic v České republice roste, dá se říci, přímo geometrickou řadou. Není snad žádný zemědělský podnik, který by o této investici alespoň neuvažoval. Bioplynové stanice se totiž stávají významným zdrojem příjmů pro podniky, které se rozhodly jít právě touto cestou výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů. V záplavě informací o jednotlivých konceptech a technologiích bioplynových stanic se však zapomíná na jednu zásadní věc, a tou je biologie fermentačního procesu, jež zásadní mírou ovlivňuje ekonomiku celého zařízení.
Většina podniků, které se rozhodují pro stavbu bioplynové stanice, se ve svých požadavcích zaměřuje především na skutečnosti, jež jsou pro investora bezesporu důležité, ale již se, bohužel, tolik nevěnují řešením vlastního provozu a biologie bioplynových stanic (BPS).
Co je základem úspěchu
Samotná výstavba bioplynové stanice trvá několik málo měsíců, avšak provoz tohoto „živého organismu“ bude při dodržování provozních zásad probíhat několik desítek let. Právě z tohoto důvodu je již při výběru koncepce a technologie BPS pro daný zemědělský podnik nutno vycházet především z biologických požadavků a potřeb provozu samotné BPS. Protože jedině potom lze oprávněně očekávat, že celý provoz bude přinášet to, co od něj zemědělský podnik žádá – a tím je finanční zisk. Naopak špatně připravená koncepce a nezvládnutý provoz fermentace mohou způsobit vážné finanční ztráty vedoucí ke krachu provozovatele.
O budoucím úspěchu z hlediska biologických zákonitostí se tedy rozhoduje ve dvou rovinách:
- ve fázi volby konceptu v návaznosti na dostupné a uvažované vstupní suroviny,
- během provozu v rámci sledování celého procesu a volby vhodných opatření na základě odborných doporučení.
Lze tedy říci, že již během přípravy celého záměru výstavby je třeba se obrátit na odborníky, kteří mají s danou problematikou praktické zkušenosti. Bohužel, mnohdy je těžké je odlišit od zdatných prodejců, kteří spíše přizpůsobuji biologické zákonitosti možnostem nabízené technologie či přípravků.
Celkový koncept stanice
Dá se říci, že každá bioplynová stanice je svým způsobem originál, protože má specifickou skladbu surovin vyplývající z podmínek investora. Dalším hlediskem jsou prostorové a jiné místní podmínky, které ovlivňují stavební uspořádání zařízení. Setkáváme se tak se stanicemi, které zpracovávají převážně hnůj, nebo naopak různé druhy rostlinných vstupů či různé odpady. Již z toho je zřejmé, že je vážnou chybou používat typizované projekty a technologie. Vždyť jsou koncepty jednostupňové či vícestupňové fermentace, kruhových, válcových či takzvaných hranatých fermentorů, popřípadě prstencové uspořádání. Je tedy důležitá správná volba počtu, typu a velikostí fermentorů, optimální dimenze celého zařízení a další.
Nejdůležitější technologické vlivy
Při výběru technologie, případně celého konceptu BPS, je nutné brát v úvahu jak hledisko biologického provozu, tak i schopnosti zajistit optimální podmínky pro tvorbu bioplynu. Jedním z nejdůležitějších komponentů celé technologie jsou míchadla substrátu. Míchadlo musí být schopno zajistit několik požadavků zároveň. Jednak je to optimalizace promísení vstupujících surovin při respektování průběhu anaerobní fermentace. Anaerobní fermentace totiž probíhá, jak známo, ve čtyřech fázích, přičemž každá z nich vyžaduje odlišné podmínky prostředí. Proto je nutné, aby míchadla byla schopna míchat substrát ve fermentorech po vrstvách a nikoli v celém profilu substrátu, kdy by docházelok mísení různých vrstev, ve kterých probíhají odlišné fáze fermentace. Dále pak musí být míchadla schopna zajistit zamíchání i problematických surovin, kterými jsou například chlévská slamnatá mrva, senáže a podobně. Důvod, proč vyžadovat míchadla s touto schopností, je nasnadě. Tyto suroviny jsou poměrně levné a není hlavním účelem vyrábět bioplyn z drahých surovin, jelikož to má pak zásadní vliv na ekonomiku celého provozu. Míchadla by měla být schopna si poradit i se vznikající nebo již vzniklou plovoucí vrstvou, která hrozí zvláště u senáží či slamnaté chlévské mrvy, pokud jsou používány jako vstupní suroviny. Málo výkonná či pomaloběžná pádlová míchadla velmi obtížně zaručí optimální homogenizaci a často může plovoucí vrstva narůst do obrovských rozměrů. Řešením je pak většinou odstavení celé stanice a náročné odstranění až několikametrové pevné plovoucí vrstvy. Dá se tedy říci, že míchadlo by mělo mít výkon regulovatelný v určitém rozsahu a maximální alespoň 22 kW.
Voda: ano, či ne?
Často se setkávám s názorem, že pro zdárný průběh anaerobní fermentace je nezbytně nutné přidávat vodu. Samozřejmě, že pro optimální průběh anaerobní fermentace je důležitým ukazatelem obsah sušiny. Avšak za použití nejčastěji aplikovaných surovin (chlévská mrva, kejda, siláž, senáž, obiloviny) a určité úrovně recirkulace je další přídavek vody neopodstatněný. Při zapracování čisté (ať již pitné či dešťové) vody musíte počítat s větším objemem jímek, dodáváte v denní dávce surovinu s nulovým výnosem bioplynu, ochlazujete substrát ve fermentoru a v neposlední řadě musíte tuto vodu vyvézt na pole. To vše jsou faktory, které prodražují použití vody jako suroviny do BPS. Nejčastějším důvodem přidávání vody do fermentorů je skutečnost, že firmy, které toto navrhují, nedisponují ve své nabídce dostatečně výkonnými míchadly, a tedy potřebují substrát naředit. Takže odpověď na otázku v mezititulku zní: vodu není nutné a opodstatněné u kvalitní a důmyslné technologie v drtivé většině případů přidávat.
Krmná dávka a doba zdržení
Stejně jako u výživy zvířat není vhodné příliš často a prudce měnit „krmnou dávku“ bioplynové stanice. Je nutné mikroorganismy anaerobní fermentace postupně na novou nebo změněnou dávku zvykat. Při změně dávky je o to více nutné sledovat průběh fermentace, aby bylo možné co nejrychleji provést opatření, které by vedlo ke zvrácení případného nepříznivého vývoji ve fermentoru. Důležité je i zatížení fermentoru organickou sušinou. Při překročení mezní hranice dochází k inhibici celého procesu anaerobní fermentace. Dobou zdržení se rozumí čas, po který se substrát od navezení do fermentoru po přečerpání do uskladňovací jímky zdrží v bioplynové stanici. Tato doba je důležitým faktorem, ovlivňujícím rozklad organické hmoty. Obecně se dá říci, že čím je vstupující surovina hůře rozložitelná, tím delší musí být doba zdržení. Například doba zdržení je u kukuřičné siláže asi 40 dní, u chlévské mrvy minimálně 60 dnů. Pro zkrácení doby zdržení zejména u složitějších surovin je vhodné použít úpravu vstupních surovin. Touto úpravou se však nerozumí pouhé zamíchání jednotlivých surovin v dávkovači, ale proces, při kterém dochází ke změnám ve struktuře vstupujících materiálů. Jednou z metod úpravy je bioextruze, kdy za vysokého tlaku a teploty dochází k uvolňování jinak složitě přístupné celulózy a hemicelulózy z rostlinných pletiv. Další velkou výhodou této úpravy je zvýšení aktivního povrchu částic vstupujících
surovin pro mikroorganismy anaerobní fermentace.
Teplota substrátu
Nejčastěji používaný způsob anaerobní fermentace v bioplynových stanicích je v rozmezí optimálních teplot 39 – 40 °C (mezofilní fermentace). Výjimečně se setkáváme s teplotami v termofilní oblasti 52 – 55 °C. Při těchto teplotách sice dochází k větší tvorbě bioplynu, avšak bakterie jsou již více citlivé na kolísání teplot, a proto se tento typ fermentace tolik nevyužívá. Teplota substrátu je důležitým stabilizačním prvkem celého procesu anaerobní fermentace. Jakékoli výkyvy teploty mohou, a většinou i způsobí destabilizaci celého systému, kdy dojde ke snížení až úplnému zastavení procesu tvorby bioplynu.
Organické kyseliny, amoniak a pH
Potřebný rozsah pH ve fermentoru je dost úzký a nachází se v neutrálním rozmezí 6,5 až 7,6. Mimo tyto hodnoty je činnost mikroorganismů anaerobní fermentace poměrně silně inhibována. Nejčastější výkyvy pH jsou při provozu BPS způsobeny nadměrným zatížením fermentoru organickou sušinou, kdy produkce organických kyselin v prvních fázích anaerobní fermentace není v dostatečné míře přepracovávána metanogenními bakteriemi a dochází k jejich hromadění v substrátu. Z tohoto důvodu je nezbytně nutné sledovat v substrátu celkový obsah organických mastných kyselin, ale i strukturu jednotlivých mastných kyselin. Tak jako mohou inhibičně působit na proces anaerobní fermentace zvýšené obsahy organických kyselin, může tak působit (při vyšším pH) i amoniak. Je třeba podotknout, že pozvolným navykáním mikroorganismů ve fermentoru na suroviny, jako jsou například drůbeží podestýlka či drůbeží trus, lze docílit jejich jisté tolerance k obsahu amoniaku.
BPS není jen technologie
Při výběru dodavatele technologie bioplynové stanice není vhodné se zaměřit pouze na výši investičních nákladů, ale je nutné mít i na paměti, že je to do jisté míry právě technologie, která dokáže ať již pozitivně, či negativně ovlivnit biologii celé stanice. Avšak při provozu BPS je nutné mít stále na zřeteli, že jde o zařízení, kde bioplyn produkují živé mikroorganismy, které mají jisté nároky a potřeby. A těmto nárokům a potřebám je bezesporu nutné přizpůsobit celý provoz BPS, protože jedině tak je možné dosáhnout ekonomického přínosu pro daný zemědělský podnik.
Mgr. Ing. Lubomír Juránek
Světlá nad Sázavou
