Využití popele ze spalování biomasy

Popel z biomasy a zejména ze dřeva se v minulosti vždy používal jako hnojivo, nebo byl na zemědělských usedlostech přidáván ke hnoji. Technologie získávání zemědělské půdy tzv. žďáření byla založena na vypálení části lesa a na zapravení popele do půdy.

Spalováním rostlinné biomasy dochází až k 98% úbytku organických látek a v rostlinném popeli zůstávají rostlinné živiny, zejména vápník jako uhličitan vápenatý a draslík jako uhličitan draselný. V rostlinném popeli je přítomný i fosfor a hořčík. Proto zastánci energetického využití biomasy a výrobci biopaliv doporučují využití rostlinného popele jako hnojiva, o čemž svědčí propagační a příbalové letáky na různé brikety a pelety z biomasy.
Jen v některých případech je však využití rostlinného popele jako vápenatodraselného hnojiva zcela bez problémů. Při spalování rostlinné biomasy se v popeli zakoncentrovávají nejen rostlinné živiny a užitečné mikroelementy, ale též i rizikové prvky, jejichž vstup do půdy se snažíme maximálně omezit z důvodu ochrany potravinového řetězce. V rostlinném popeli jde zejména o arzén, kadmium, chrom a olovo. V některých popelech se mohou nadlimitně vyskytovat polyaromatické uhlovodíky (PAU), které nám mohou narušit biologický život v půdě. Proto je třeba při zemědělském i lesnickém využívání popelů z biomasy být náležitě opatrní.
Energetické využití biomasy v České republice každoročně stoupá a výroba elektřiny z biomasy je podporována intervenovanou výkupní cenou. S růstem energetického využití biomasy stoupá v Evropské unii i produkce rostlinného popele a možnosti jeho zemědělského a lesnického využití jsou předmětem výzkumného řešení řady zahraničních univerzit. V České republice bylo v roce 2008 energeticky využito cca 6147 tis. tun biomasy s produkcí 123 tis. tun popele. Z tohoto množství bylo 55 % spáleno v domácnostech a popel se stal součástí směsného komunálního odpadu nebo byl využit občany do kompostu nebo jako hnojivo na záhony. Dalších cca 14 % bylo využito při spoluspalování s fosilními palivy na elektrárnách a popel z této biomasy se stal součástí elektrárenského popele se standartním nakládáním. Na biokotelny a bioelektrárny nám zbývá 1910 tis. tun biomasy s produkcí 38 tis. tun rostlinného popele, což je marginální záležitostí odpadového hospodářství v energetickém rezortu.
Chemické a fyzikální vlastnosti popelů z biomasy se odlišují podle typu spalovacího zařízení, zda jde o popel roštový (obrázek 1) nebo o popílek z filtrů (obrázek 2). Roštový popel obsahuje kusy škváry. Jemný popílek z filtrů obsahuje vyšší koncentraci PAU a kadmia a vykazuje vyšší hodnoty vyluhovatelnosti ve srovnání s roštovým popelem. Tmavě hnědá barva popelovin z biomasy svědčí o nedokonalém spalování. Obsah organických látek u takových popelů překračuje 5 % a obsah PAU může dosáhnout až 150 mg/kg. Nejnižší obsah cizorodých látek se vyskytuje v rostlinném popeli spalovacích zařízení o výkonu vyšším než 500 kW.
Obsah toxických kovů v popeli z biomasy je závislý na druhu rostliny. Některé energetické rostliny mají schopnost akumulace toxických kovů v biomase (šťovík, konopí, vrba). Rostliny rostoucí v kontaminované půdě nebo v emisních podmínkách obsahují v popelovinách vyšší obsah toxických prvků. Je statisticky dokázáno, že popel z dřevin rostoucích podél komunikací obsahuje více toxických prvků než popel z lesních dřevin. Nejvyšší obsah toxických prvků byl zjištěn v popeli ze spalování dřevěných obalů a dřevních odpadů.
Při hodnocení možnosti ukládání rostlinného popele na skládky vycházím z databáze vodních výluhů 31 vzorků popelů /1/, kde rozpětí hodnot jednotlivých parametrů jsou uvedeny v tabulce 1. Na závadu skládkování neupravených rostlinných popelů je vysoká hodnota DOC u některých popílků z filtrů a vysoká hodnota rozpustných látek u většiny vzorků. Ojediněle se může vyskytnout ve vodním výluhu i nadlimitní hodnota As. Na závadu využívání rostlinného popele na povrchu terénu je vysoké pH odpadu dosahujíci hodnot až 13,2 a překročené limitní hodnoty PAU a u některých vzorků i Cd v sušině popele.
Možnost zemědělského využití popele z biomasy nastává, když popel splní parametry, které jsou vyžadovány vyhláškou č. 271/2009 Sb., kterou se mění vyhláška č. 474/2000 Sb, o stanovení požadavků na hnojiva, pro minerální vápenatá a hořečnatovápenatá hnojiva a zároveň splní další podmínky vyžadované úplným zněním zákona č. 156/1998 Sb., o hnojivech. Hnojivo na bázi popele z biomasy musí splnit limitní hodnoty na obsah toxických prvků pro kadmium 1,5; rtuť 0,5; olovo 30; arsen 20 a chrom 50 mg/kg vysušeného vzorku.
Dále musí splnit zrnitost požadovanou pro bezproblémovou aplikaci a výrobce musí trvale zabezpečit deklarovanou kvalitu. Hnojivo lze šířit do oběhu až po provedené registraci na ÚKZÚZ Praha. V NSR a v Rakousku musí hnojivo na bázi popele z biomasy splnit limitní hodnotu pro PAU 10 mg/kg suš. /2/.
Výroba hnojiva zahrnuje mechanickou úpravu roštového popele spočívající v rozdrcení nebo odstranění škváry a nedopalů. Dále je třeba zhomogenizovat popílek z filtrů s mechanicky upraveným roštovým popelem a vyřešit skladování této směsi v suchém stavu až do doby aplikace. Při nadlimitním obsahu cizorodých látek v popílku z filtrů se pro přípravu hnojiva používá pouze roštový popel. Případné ovlhčení směsi z důvodu snížení prašnosti je možno provést krátce před aplikací, aby nedošlo ke ztvrdnutí směsi. Dále je možno hnojivo z popele biomasy aplikovat peletizované.
Minerální vícesložkové hnojivo vyrobené na bázi rostlinného popele se používá jako základní hnojivo pro polní plodiny. Nejvhodnější termín pro hnojení na orné půdě je po sklizni předplodiny před podmítkou. Doporučenou dávku 0,5 – 1 t/ha je vhodné zapravit orbou nebo kypřičem. Dávka se řídí podle potřeby rostlin a podle agrochemických vlastností půdy.
Hnojivo vyrobené na bázi rostlinného popele je prašný materiál, při přepravě na prostředcích s otevřenou ložnou plochou je nutné zakrytí plachtou. Doporučuje se aplikovat návěsnými traktorovými nebo samojízdnými rozmetadly. Z důvodu vysoké prašnosti je jeho použití omezeno při rychlosti větru vyšší 5 m.s-1. Hnojivo je nutné zapravit do půdy ihned po aplikaci. Na základě zkušeností z Rakouska mohu doporučit způsob skladování mechanicky upraveného popele jako vodní suspenzi a jeho aplikaci rozstřikem na pozemek.
V České republice je zatím registrováno pouze jedno hnojivo na bázi popele z biomasy a to ze spalování slámy na bioelektrárně. Důvodem pro nevyužívání rostlinných živin v popeli jsou nadlimitní koncentrace toxických kovů, které mohou dosahovat i řádově tisíce mg v 1 kg sušiny popele z biomasy. Obsah toxických kovů v popeli z biomasy je uveden v tabulce 2.
Dalším způsobem zemědělského využití popele ze spalování biomasy je společná aplikace se statkovými hnojivy zejména s hnojem nebo kejdou. V případě, že je na biokotelně trvale spalována vhodná biomasa, např. sláma nebo bílá dřevní štěpka a obsah těžkých kovů je podlimitní, je možno přistoupit ke společnému využívání kejdy a popele z biomasy /4/.
Praktické provedení společného využití kejdy a rostlinného popela nastává smísením 10 - 20 % hmotnosti rostlinného popele a 80 – 90 % kejdy skotu, prasat nebo drůbeže, které je nutné realizovat v jímce na kejdu opatřené míchadlem. Maximální zrnitost popele je třeba posuzovat s ohledem na aplikační techniku a neměla by být větší než 5 mm. Kejda může být pro účel společné aplikace nahrazena digestátem z bioplynové stanice o maximální sušině 8 % nebo fugátem z odvodnění digestátu, část kejdy může být též nahrazena lihovarskými výpalky nebo škrobárenskou odpadní vodou.
Kompostování popele z biomasy lze doporučit pro zahrádkáře, kteří tak využijí rostlinné živiny a fytosanitární účinek popele a sníží riziko kontaminace svých záhonů toxickými kovy. Pro popel z biotepláren a bioelektráren doporučuji využít výrobu rekultivačních substrátů, kdy popel je homogenizován s čistírenským kalem a se zeminou. Tento substrát slouží k překryvu technické výplně rekultivačních staveb a k úpravě a zazelenění okolí liniových staveb.
Dalším způsob využití popele je v některých stavebních výrobcích podobně jako se používá popel z uhelných elektráren nebo ze spaloven odpadů. Přídavek popele ze dřeva do cementu v SRN představuje v některých výrobcích až 20 %. Bylo zjištěno, že takto vnesené toxické kovy jsou z vyrobeného betonu prakticky nevyluhovatelné.

Tabulka 1: Vyluhovatelnost popelů z biomasy

Tabulka 2: Obsah toxických kovů v popeli z biomasy v mg/kg sušiny

¹⁾ Databáze 273 vzorků /3/

LITERATURA
/1/ Bayerische Landesanstalt für Umwelt: Verwertung und Beseitigung von Holzaschen. München 2009
/2/ Amt der Tiroler Landesregierung: Aschen aus Biomassefeuerungsanlagen. Febr. 2004
/3/ Esther Stahl: Qualität und Verwertungsmöglichkeiten von Holzaschen in NRW. Diplomarbeit. Technische Hochschule Aachen 2006
/4/ Váňa J., Usťak S.: Nutriční obohacení statkových hnojiv vhodnými druhy odpadů. Metodika pro praxi. VÚRV Praha 2008

Ing. Jaroslav Váňa, CSc.
VÚRV Praha-Ruzyně
E-mail: vana@vurv.cz
 

Zdroj: OF 4/2010