plastic-bottles-115071_640

Výzkumný projekt „Komplexní přístup k energetickému využití odpadů a čištění spalin“, jeho přínos a význam

Text: prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. | Ing. Jiří Gregor, Ph.D.

Co řešíme, jak a proč?

Problematiku řešenou v rámci projektu „Komplexní přístup k energetickému využití odpadů a čištění spalin“ lze považovat za vysoce aktuální a klíčovou pro trvale udržitelný rozvoj. Aby se nejednalo o pouhou prázdnou frázi, je nutné disponovat dlouholetými zkušenostmi, mít „know-how“ získané z aplikací v průmyslu i komunální sféře a využívat vlastní unikátní výpočtové nástroje. Veškeré tyto aktivity jsou dlouhodobě rozvíjeny výzkumnými týmy v rámci Ústavu procesního inženýrství Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně (dále „ÚPI“). Koncepční a komplexní přístup, který řadí ÚPI v předmětné oblasti mezi světovou špičku, je podrobně popsán v monografii vydané renomovaným světovým nakladatelstvím „Stehlik, P.: Up-to-Date Waste to Energy Approach. From Idea to Industrial Application, Springer International Publishing, Switzerland, Cham, 2016”. Výzkumný projekt se zaměřuje na energetické využití zejména komunálních odpadů, které nebude možné materiálově využít nebo recyklovat a v souladu s legislativou nebude možné ani skládkovat. Vývoj legislativy v odpadovém hospodářství vede k rostoucímu tlaku na zvyšující se podíl energetického využívání odpadů, přičemž stávající zpracovatelské kapacity nejsou postačující.

Energetické využívání odpadu je bezprostředně spjato s řešením problémů s vlastním procesem spalování, využitím uvolněné tepelné energie, čištěním spalin a úpravou vznikajících zbytků, přičemž je nutné respektovat stále se zpřísňující legislativní požadavky na provozní a emisní parametry zpracovatelských celků. Technologické jednotky pro energetické využití odpadů je třeba řešit komplexně. Vlastní subsystém pro termické zpracování je významně ovlivněn charakterem spalovaného materiálu a je nutné věnovat pozornost i režimu spoluspalování, který umožňuje dosažení úspor nahrazením části uhlí (tj. fosilního paliva) kaloricky hodnotným odpadem. Toho lze využít zejména v případech rekonstrukce stávajících energetických bloků. Konkrétní aplikace výsledků výzkumu je realizována na provozních jednotkách společnosti VEOLIA Energie, která je aplikačním garantem projektu.

Strategii a postup řešení, výsledky a přínos lze nejlépe popsat s využitím následujícího obrázku:

schémaKomplexní přístup spočívá v investičním plánování na základě potřeb konkrétního podniku, mikroregionu či regionu. Uvažuje se energetické využití komunálních odpadů (zejména plasty jsou v dnešní době velkým problémem), biomasy i kalů z čistíren odpadních vod (na obrázku úplně vlevo). Využitím unikátních vlastních softwarových systémů je řešena logistika včetně železniční dopravy a je sestaven zjednodušený infrastrukturní model železniční sítě. Cílem je rovněž redukce nákladů
na dopravu. Na základě respektování legislativy pro ochranu životního prostředí (binární kritérium) potom probíhá výběr optimální technologie pro konkrétní řešený případ. S výhodou se využívají nové technologie na bázi integrace menších jednotek pro energetické využití odpadů do existujících tepláren či průmyslových provozů (na obrázku uprostřed). Naprosto zásadní je přitom ochrana ovzduší a tedy řešení moderních bloků čištění spalin s využitím alternativních metod. Kombinované využití tepelné a elektrické energie je založeno na primárním využití tepelné energie pro centrální zásobování teplem, technologické či jiné účely. Systémy jsou navrhovány tak, aby se maximálně redukovala koncentrace CO2. Dále je třeba zdůraznit, že značná pozornost je věnována klíčovým zařízením a aparátům, které technologické celky s energetickými systémy tvoří, včetně řešení jejich konstrukce i prevence provozních problémů (např. originální řešení redukce zanášení teplosměnných ploch výměníků).

Závěrem lze konstatovat, že popsaný přístup umožňuje poskytovat řešení šitá na míru, což přispívá ke spokojenosti investorů, provozovatelů i celé společnosti (a to zvláště z hlediska ochrany životního prostředí – viz na obrázku úplně vpravo ).

Jak lze konkrétně využít výsledky řešení?

Na výzkumné projekty v předmětné oblasti je třeba pohlížet zejména z hlediska konkrétního přínosu v aplikační sféře. Tzn. je třeba začít s výzkumem a vývojem nových postupů ve spojení s někým, kdo to potřebuje, začít řešením konkrétních případů a „nerozjíždět“ se do šířky. Přitom je však nutné počítat s budoucím potenciálním využitím výsledků v různých oblastech. Z těchto důvodů vznikla úzká spolupráce s aplikačním garantem VEOLIA Energie ČR, a.s.

V prvé řadě bylo nutné se věnovat možnostem potenciálu spoluspalování alternativních paliv (odpadů) s návrhem moderního vysoce účinného systému čištění spalin. Hlavní motivací, proč se vůbec tímto tématem zabývat, je stále rostoucí cena emisních povolenek se zaměřením na spalování uhlí, a proto řada provozů přechází na spoluspalování různých „ekologičtějších“ palivových mixů. A na tomto místě je třeba zdůraznit nutnost komplexního přístupu. Jako příměr můžeme snad použít analogii s celostní medicínou ;-). Pojďme se tedy ve stručnosti podívat na aplikaci unikátních výsledků výzkumu. Ty lze charakterizovat následovně:

  • Návrh vhodných palivových mixů (peletizovaný čistírenský kal, tuhé alternativní palivo (dále jen „TAP“), biomasa se zaměřením na dřevěné zbytky, pocházející zejména z údržby lesů, popř. i kontaminovaná biomasa).
  • Vytipování potenciálních producentů vybraných druhů paliv.
  • Logistika výše uvedených paliv, její optimální řešení s využitím unikátních vlastních softwarových systémů, které nejsou jinde ve světě.
  • Experimentální spalování v plně provozním měřítku v  rotační peci za účelem zjištění schůdnosti procesu, koncentrace škodlivých emisí, potenciálních problémů a rizik. Zkušební zařízení je vybaveno zcela novým a původním systémem pro maximální redukci zanášení teplosměnných ploch, které výrazně snižuje účinnost procesu v reálných provozech.
  • Nové velmi účinné systémy pro čištění spalin za účelem dodržení emisních limitů (daných přísnou legislativou pro ochranu životního prostředí) se značnou rezervou.
  • Optimální distribuce tepelné a elektrické energie se zaměřením zejména na systémy centrálního zásobování teplem (CZT) a možnost integrace nových tepelných zdrojů do sítí CZT.

Lze konstatovat, že uvedené výsledky jsou založeny na kombinaci dlouhodobých zkušeností z praxe, „know-how“ a sofistikovaného přístupu. Jedná se o nejlepší možný postup, kdy výsledky teoretického a experimentálního výzkumu jsou ověřovány na zkušebním zařízení a následně probíhá praktická implementace v součinnosti s aplikačním garantem. Jedná se o velký přínos jak pro průmyslovou tak pro komunální sféru.

Projekt Národního centra pro energetiku (TN01000007) je řešen s finanční podporou Technologické agentury České republiky.

TA ČR_NCK