Komunální odpad - nevyužitý zdroj energie

Průměrná roční produkce komunálního odpadu v ČR mírně přesahující 300 kg na občana patří v Evropě k nejnižším. Průměr se pohybuje kolem půl tuny odpadu a v nejvyspělejších zemích přesáhl hranici 800 kg (například Dánsko). S rostoucí životní úrovní se i u nás dá předpokládat nárůst množství komunálního odpadu. Odpadu sice odložíme do popelnice nejméně, ale zatím ho, bohužel, drtivá většina končí na skládkách.

To je v přímém rozporu s trendy odpadové politiky Evropské unie. Vyspělá Evropa dnes přibližně polovinu odpadu recykluje a polovinu energeticky využívá.  Na skládky se pak ukládá jen minimum odpadu, pokud není skládkování zakázané úplně. Příkladem může být odpadové hospodářství ve Švýcarsku, Švédsku ale i v sousedním Rakousku. Jen ve Švýcarsku funguje 30 zařízení. V ČR je zatím v Evropě zcela běžné energetické využití komunálního odpadu démonizováno.

Současné spalovny odpadu přitom patří díky přísnějším ekologickým limitům pro vypouštěné spaliny k nejekologičtějším energetickým zařízením. Limity škodlivin mají nižší a počet sledovaných škodlivin je u nich vyšší než v jiných energetických zařízeních o lokálních topeništích, kde také část domovního odpadu končí, ani nemluvě. Spálením 1 kg odpadu doma v kamnech se uvolní do ovzduší tolik dioxinů jako při spálení 10 000 kg odpadu ve spalovně, která využívá podstatně vyšší spalovací teplotu a sofistikované zařízení pro čištění spalin.

V ČR v současné době fungují pouze tři zařízení pro energetické využívání odpadu (ZEVO Praha Malešice, SAKO Brno a TERMIZO Liberec), která mohou ročně zpracovat 630 000 tun komunálního odpadu. Pokud se ve vyspělých státech EU polovina odpadu energeticky využije, pak máme aktuálně k dispozici minimálně 1,7 milionu tun odpadu pro výrobu elektřiny a tepla. Zatím využíváme pouze třetinu.

Česká republika má přitom obrovskou komparativní výhodu v podobě rozvinutého teplárenství, kde není problém uplatnit teplo vyrobené z odpadu i v letních měsících. V kombinované výrobě elektřiny a tepla by mohl být energetický obsah komunálního odpadu zužitkován s maximální účinností na rozdíl od samostatné výroby elektřiny, kde je využití energie paliva velmi nízké. Komunální odpad by současně mohl nahradit část ubývajícího hnědého uhlí.

Aktuálním příkladem je výstavba zařízení na energetické využití odpadu v Chotíkově u Plzně nebo příprava Krajského integrovaného centra nakládání s odpady v Karviné. Využití tepla ze spaloven odpadu či spalování paliva vyrobeného z odpadu je prakticky možné ve většině krajských měst a velkých městských aglomeracích.

Samostatnou kapitolou je skládkování biologicky rozložitelné složky, která tvoří zhruba polovinu komunálního odpadu. ČR se jako člen EU zavázala, že do roku 2020 sníží množství biologicky rozložitelného odpadu ukládaného na skládky o 65 % v porovnání s tím, kolik ho bylo uloženo na skládky v roce 1995. Zatím však meziročně množství skládkovaného odpadu včetně jeho biologicky rozložitelné složky utěšeně roste.

V případě nesplnění tohoto závazku hrozí státu ze strany EU sankce. Je paradoxní, že na jedné straně má být zabírána orná půda pro pěstování energetické biomasy a na druhé straně odpadní biomasa končí na skládkách. Zahraniční zkušenosti ukazují, že řešením je na jedné straně zavedení citelných poplatků za skládkování a na druhé straně podpora výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů. Vydá se touto cestou i Česká republika?

Statistika odpadů v ČR:

Tříčlenná domácnost ročně vysype do popelnice 1 tunu odpadků.

Energetické využití 100 000 tun odpadu (300 000 obyvatel) pro výrobu elektřiny a tepla ročně nahradí 25 milionů m3 zemního plynu nebo 65 000 tun hnědého uhlí.

Získá se teplo pro 20 000 domácností a elektřina pro provoz spalovny a běžnou spotřebu několika tisíc domácností. 

Ze 100 000 tun komunálního odpadu se vytřídí 2000 tun železa.

100 tun toxických kovů - arzén, kadmium, rtuť a další - se v technologii spalovny převede na stabilní a nerozpustné formy.

Ty se uloží na zabezpečenou skládku a nemohou kontaminovat podzemní vody.

Vzniklý popel má desetinu objemu původního odpadu a čtvrtinu jeho váhy.

Z toho je 20 000 tun popelovin, tedy škváry, která má vlastnosti jako maltovina.

Popeloviny lze využívat jako stavební výrobek s mírou materiálového využití až 97 %.

Recyklace tepla nabízí ekologické řešení

Ztráty energie při kondenzační výrobě elektřiny v České republice převážně ve formě tepla výrazně převyšují roční spotřebu tepelné energie ve všech vytápěných budovách. Pochopitelně z technického ani ekonomického hlediska nejde veškerou tuto energii recyklovat a využít pro dodávky teplé vody a vytápění. Investice do dalšího rozvoje kombinované výroby elektřiny a tepla, která výrazně zvyšuje efektivnost výroby energie, však přináší srovnatelný užitek s daleko více propagovanými úsporami energie u konečných spotřebitelů. Díky recyklaci tepla totiž kombinovaná výroba elektřiny a tepla snižuje spotřebu primárního paliva a tedy i zátěž životního prostředí až o třetinu.

Pro využití nízkopotenciálního tepla z výroby elektřiny byly v ČR vybudovány unikátní tepelné napáječe dlouhé až desítky kilometrů. Například z Mělníka do Prahy, ze Sokolovské uhelné do Karlových Varů či Nejdku, z Elektrárny Poříčí u Trutnova do Úpice či Janských Lázní. V posledních letech se podařilo dokončit tepelné napáječe ze závodní elektrárny Lovochemie do Lovosic nebo z elektrárny Dětmarovice, která už teplem zásobuje Orlovou, také do Bohumína. Potenciál dalšího rozvoje kombinované výroby elektřiny a tepla však zatím není zdaleka plně využit.

Byly už učiněny první kroky k dopravě tepla z jaderných elektráren Temelín a Dukovany pro zásobování Českých Budějovic a Brna. Horkovod, který by mohl zásobovat dvě třetiny brněnských domácností teplem z Dukovan, dostal zelenou od Ministerstva životního prostředí vloni v létě. Letos v únoru stejné ministerstvo schválilo výstavbu 25 kilometrového teplovodu z Temelína, který pokryje až třetinu spotřeby tepla Českých Budějovic.

Doprava tepla na větší vzdálenosti nemusí být spojena s velkými ztrátami tepla, například napáječ Mělník-Praha v délce 30 kilometrů vykazuje ztráty do 2 % a na jeho dobře zaizolovaném potrubí se v zimě drží sníh, přestože uvnitř teplota přesahuje 130 °C. Kromě úspory paliva je nezanedbatelnou výhodou dálkového zásobování teplem také zlepšení ovzduší v imisně zpravidla nejzatíženějších městských aglomeracích při použití nejmodernějších technologií pro čištění spalin.

Dřevní štěpka rychle mizí

Biomasa je jediným obnovitelným palivem, které průběžně dorůstá. V její současné skladbě pro využití v teplárnách a výtopnách dominuje dřevní hmota (štěpka) a kůra, dále sláma obilovin a olejnin. Pěstování rychlerostoucích dřevin a energetických plodin příliš nepokročilo. Podle místních možností se využívají i bioodpady (plevy, lněné pazdeří, mláto a jiné). Statistiky uvádějí podíl pevné biomasy na výrobě dálkového tepla zhruba 3,5 %.

Celkové množství ekonomicky dopravitelné dřevní štěpky pro výrobu energie se pohybuje na úrovni 1,6 miliónu tun ročně. Stávající projekty na její energetické využití a projekty dokončené do roku 2013 toto množství štěpky vyčerpají. V různé fázi rozpracovanosti jsou však projekty se spotřebou dalších 1,9 miliónu tun dřevní štěpky ročně.

Nejvýznamnější dodavatelé dřevní štěpky, například Lesy ČR odmítají garantovat dodávky delší než jeden rok. Důvodem je rušení víceletých a zavádění jednoletých tendrů. Dále není jasné, zda těžební zbytky budou patřit Lesům ČR, nebo nasmlouvaným těžebním společnostem. Lesní a těžební společnosti navíc cítí růst poptávky po dřevní biomase a snaží se o maximalizaci zisků, včetně neochoty k uzavírání dlouhodobých kontraktů, či jejich snadné vypověditelnosti. Často se jedná o společnosti s ručením omezeným, jejichž právní kontinuita nemusí být dlouhodobá a platnost kontraktů na dodávky štěpky může kdykoli skončit bez faktické náhrady. To si řada tepláren již velmi dobře uvědomuje.

Podobně jako u fotovoltaických elektráren či bioplynových stanic dostávají politici opět včasné varování. Již dnes s nárůstem ceny dřevní štěpky hrozí některým zdrojům odstavení. Zejména obecním výtopnám postaveným v 90. letech s vysokými dotacemi státu. S každým dalším novým zdrojem bude v podstatě poptávka převyšovat nabídku, což se dále projeví ve zvyšování ceny a snižování dostupnosti dřevní štěpky pro výrobu tepla.

Trh s dřevní štěpkou brzy narazí na svůj strop. Lze tedy očekávat, že řada projektů bude přehodnocena na základě nové legislativy a místního potenciálu biomasy. Dojde-li však k rozkolísání situace, zejména vlivem dalších podpor zelené energie či zelených investic, může to mít vážné důsledky. Cílené pěstování energetické biomasy je stále v začátcích a nezřídka na úkor pěstování potravin či chovu zvířat, takže z této strany navýšení nabídky biomasy v brzké době přijít nemůže.

Kogenerace nebo výroba tepla jsou nejefektivnější

Řada studií vyhodnocovala využití biomasy pro výrobu energie. Jednu z posledních „Využití obnovitelných zdrojů energie pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla“ řešil ORTEP, s.r.o., metodicky řízen a koordinován MŽP ČR. K multikriteriálnímu hodnocení této studie sloužila tři kritéria: hledisko dosahovaných úspor primární energie, faktory primární energie a ekonomické hodnocení (doba návratnosti investic a vnitřní výnosové procento).

Podle uvedené studie, což ověřila i praxe, je nejefektivnější spoluspalování biomasy ve velkých teplárnách s protitlakovými parními. Je vysoce účelné a přínosné, bez nároků na výraznější investice, s vysokou efektivitou zhodnocení – vhodné pro využití dřevní štěpky a dřevoodpadu. Podobně bylo vyhodnoceno i samostatné spalování biomasy ve středních zdrojích bez výroby elektřiny, zejména při spalování suché slámy. Pozitivně bylo vyhodnoceno i samostatné spalování biomasy ve středních zdrojích s ORC technologií (Organický Rankinův cyklus). Vzhledem k nižšímu podílu výroby elektřiny je však třeba zvážit tuto investičně náročné technologii.

Spoluspalování dřevní hmoty v elektrárnách bez dodávek tepla je z ekologického hlediska neutrální, ale ani nízká investiční náročnost nedokáže vyrovnat negativa plynoucí ze značného podílu odpadního nevyužitého tepla při kondenzační výrobě elektřiny. Stejné je to i u samostatného spalování biomasy ve velkých teplárnách s parními odběrovými turbínami. Z energetického a ekonomického hlediska je tedy nejvýhodnější uplatnit biomasu ve zdrojích s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla, popřípadě ve zdrojích pouze s výrobou tepla. Využívání biomasy pouze pro výrobu elektřiny je neefektivní vinou vyšší investiční náročnosti a nižší účinnosti.

Lesní biomasu – dendromasu je výhodné spoluspalovat ve zdrojích velkých, nebo samostatně spalovat ve zdrojích středních s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla. Zemědělskou biomasu – fytomasu v suché podobě (sláma a seno) je vhodné spalovat především ve zdrojích středních pouze s výrobou tepla - výtopny. Biomasu zpracovanou do formy peletek nebo briket je pak vhodné využít k distribuci do lokálních zdrojů, tedy pro individuální výrobu tepla v místě.

Zdroje využívající biomasu pro výrobu tepla může rozdělit v podstatě do 3 kategorií.

Obecní biokotelny bez výroby elektřiny jejichž tepelný výkon se pohybuje do 4 MW. Ročně tyto zdroje spálí do 4000 tun paliva a vyrobí teplo až pro 300 domácností a základní občanskou vybavenost, v řadě zásobují teplem v zimě pro celou obec. V létě jsou některé mimo provoz a ohřev vody je zajišťován odběrateli individuálně, většinou elektřinou.

Příklad biokotelen: Třebívlice-Staré, Moravany, Hartmanice, Hostětín, Bouzov, Dešná, Rybniště, Roštín, Dříteň, Staré Město pod Landštejnem.

Městské výtopny a teplárny s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny, jejichž celkový tepelný výkon využívající biomasu se pohybuje od 4 do 30 MW (maximální výkon 1 kotle 8 MW). Zdroje jsou obvykle vybaveny tepelnými akumulátory pro efektivní výrobu elektřiny, lepší využití zdroje a řízení soustavy. Spotřeba paliva se pohybuje od 5000 do 40 000 tun z okruhu až 100 km. Podíl na trhu s teplem v lokalitě se blíží až 90 % a počet zásobovaných domácností odpovídá charakteru zástavby a velikosti obce od několika set po 10 000 bytů.

Příklad tepláren: Třebíč, Pelhřimov, Žatec, Bystřice nad Pernštejnem, Žlutice, Trhové Sviny, Vimperk, Jindřichův Hradec, Kardašova Řečice, Planá u Mariánských lázní.

Teplárny a elektrárny se směsným spalováním biomasy s uhlím nebo kotli pro spalování čisté biomasy. Pro spalování čisté biomasy bývá tepelný výkon kotlů od 10 do 35 MW, u kotlů pro směsné spalování není omezen. Podíl tepla vyrobeného z biomasy se v těchto lokalitách pohybuje do 40 % s dodávkou až pro 15 000 domácností. Roční spotřeba paliva je v řádu desítek až stovek tisíc tun, což vyžaduje velké skládky jak u zdrojů, tak deponie u dodavatelů a sofistikovaný průběžný systém zásobování biomasou velkoobjemovými kontejnery, ale nově i po železnici.

Příklad tepláren: Plzeň, Krnov, Olomouc, Písek, Dvůr Králové, Jindřichův Hradec, Kopřivnice

Příklad elektráren: Hodonín, Trutnov - Poříčí, Tisová, energetiky papíren - Štětí a Větřní.

Zdroj: Článek vyšel v příloze Ekonumu - Energetika říjen 2011

Autor: Teplárenského sdružení České republiky