Metoda LCA a energetický audit - Hodnocení těžebních technologií
Stanislav Liška, Radomír Klvač
V posledních desetiletích se podíl plně mechanizované těžby v našich lesích viditelně zvyšuje. V budoucnu lze očekávat nástup automatizace a robotizace, i když z počátku se bude týkat jen některých fází výroby. Dosažení plné robotizace potrvá patrně ještě desítky let. Každá technologie však působí na životní prostředí. Se zvyšujícím se stupněm výkonnosti strojních technologií se zprvu zvyšovaly negativní vlivy na prostředí i operátory strojů. Jedním z objektivních nástrojů hodnocení vlivu produktu či technologie na životní prostředí je LCA (Life cycle analysis), která vychází z ISO standardů 14040-2. LCA kvantifikuje veškeré vstupy i výstupy, a to především v takové formě, aby bylo možné vzájemné srovnávání technologických systémů. Velice vhodným způsobem kvantifikace je „energetická bilance“ technologie, na kterou pak navazuje kvantifikace emisních a všech dalších zatížení životního prostředí.
V posledních letech, s nástupem plně mechanizované technologie, se proces zpracování dřevní suroviny v lese výrazně zrychlil. Vývoj nových pracovních strojů, postupů a metod jejich praktického a šetrného užití je velmi rychlý. V poslední době se proto snižuje podíl motomanuální technologie a přechází se k plně mechanizované technologii těžby a dopravy dříví pomocí harvesterů a forwarderů. Tato relativně nová technologie se velmi rychle rozšířila a dále rozšiřuje po celé Evropě a v některých státech dnes zcela převládá nad motomanuální technologií (Švédsko cca 98 %, Irsko cca 95 % a Finsko cca 91 %).
Energetický audit harvesterů a forwarderů
Hodnocením těžebních technologií s použitím metody LCA a LCI se ve světě zabývá řada autorů. Například Athanassiadis (1999, 2000) identifikoval pomocí LCI (Life cycle inventory) spotřeby paliv, olejů a maziv u harvesterových technologií v podmínkách Švédska a na základě sběru dat vyčíslil zejména průměrné spotřeby všech provozních kapalin. V dalších pracích autoři pomocí LCA (Life cycle analysis) zjišťují množství různých materiálů spotřebovaných v průběhu životního cyklu harvesterů a forwarderů „od kolébky po hrob“.
Při stanovení energetického auditu pro danou technologii je samozřejmě nezbytně nutné počítat nejenom s energií potřebnou na provoz stroje, ale i s energií spotřebovanou na výrobu, kompletaci, transport, opravy, údržbu a likvidaci hodnoceného stroje/technologie. Jde o energie spotřebované během celého životního cyklu. Na základě výsledků dosud provedených energetických auditů plně mechanizovaných technologií lze konstatovat, že energeticky nejnáročnější fází životního cyklu stroje je v současné době fáze provozní (zahrnuje až 80% podíl na energetické bilanci). Právě proto v posledních dekádách dochází k postupnému nárůstu robustnosti strojů. Větší stroje zpravidla dosahují vyšší produktivity a tím nižší spotřeby provozních kapalin na jednotku výroby, které se nejvíce podílí na energetické bilanci provozní fáze. Dojde-li však k posunu podílu spotřeby energií do jiné fáze životního cyklu (výroba, opravy, likvidace), lze očekávat změnu zmíněného trendu a opětné zmenšování strojů. Někteří autoři soudí, že i v lesním hospodářství se v budoucnu uplatní nanotechnologie, a to i v oblasti těžby a přibližování dříví.
Spotřeba provozních kapalin
Jak už bylo řečeno, největší podíl na spotřebě energií mají provozní kapaliny, přesněji paliva a maziva. Nejprve je třeba vyčíslit jejich spotřebu v litrech a následně vypočítat množství v nich obsažené energie, a to nejenom paliva a hydraulických olejů, ale i motorových olejů, převodových olejů, olejů na mazání řetězů a jiných maziv. Poté je nutno zjistit množství energie spotřebované na výrobu a distribuci všech těchto kapalin.
V tabulce 1 jsou prezentována data průměrných spotřeb provozních kapalin plně mechanizované technologie. Měření bylo provedeno na majoritní části všech strojů pracujících v Irsku, průměrné hodnoty byly kalkulovány na základě váhového zastoupení jednotlivých tříd harvesterů a forwarderů. Pro účely kalkulace energetické bilance na jednotku výroby byla dále zjištěna průměrná produktivita hodnocené technologie. Energetická bilance je vypočtena v tabulce 2. Výsledky energetického auditu jsou srovnatelné s jinými evropskými státy (Švédsko 102,8 MJ/m3).
Vliv na životní prostředí
Z hlediska vlivu dané technologie na životní prostředí byly kvantifikovány úniky provozních kapalin, a to především hydraulických olejů – cca 20 l/1000 m3.
Na životní prostředí mají dále významný vliv odpady, ať toxické (použité provozní kapaliny, aerosoly, akumulátory, obaly od provozních kapalin), tak netoxické (pneumatiky, kovový odpad, použité ochranné pomůcky). Z literárních pramenů lze kvantifikovat produkce odpadů u plně mechanizovaných technologií takto: toxických 858 kg/rok, netoxických 173 kg/rok u harvesterů a toxických 559 kg/rok a netoxických 251 kg/rok u forwarderů.
Dále lze kvantifikovat množství emisí, z nichž nejvýznamnější jsou výfukové plyny, z nich především tzv. skleníkové, tedy CO2, CO a NOx (viz tab. 3). I zde jsou emise kalkulovány „od kolébky po hrob“, tedy zahrnují emise vznikající nejen při spalování paliv, ale i emise vznikající při jejich výrobě, dopravě a distribuci. Jako palivo však lze alternativně použít metylestery olejů (nejčastěji metylester řepkového či sojového oleje) nebo směsi nafty a metylesteru. V takovém případě je dále kalkulován podíl emisí z obnovitelných zdrojů a podíl emisí z fosilních zdrojů (v tabulce uvedeno MEŘO*).
Eco-efficience
Z hlediska možností optimálního provozního nasazení technologie od sebe nelze odtrhnout její environmentální vlivy (eco) a nákladovost (efficience). Obě tato kritéria je nutné posuzovat současně, a proto musí být ekonomické kalkulace zpracovávány tak, aby bylo možno zvolit technologii jak hospodárnou, tak i v maximální míře šetrnou k prostředí (Eco-efficience). V rámci nákladových kalkulací však není snadné zahrnout do celkového výpočtu např. ekonomické vyčíslení vlivu stroje na životní prostředí, předvýrobní či povýrobní náklady, náklady (výdaje a ztráty) minulé a budoucí, jako je např. snížení očekávané produkce dřeva v důsledku poškození porostu, půdy atp. Tato metodika se teprve vyvíjí.
Energetický audit lanovkových systémů
Shodnou metodikou jako při energetickém auditu harvesterů a forwaderů bylo provedeno šetření při soustřeďování dříví lanovkou. Zkoumanými typy lanovek byly Larix 550 a Larix 3T. Hodnoty byly zjišťovány v průběhu jednoho roku práce tří lanovek, v různých stanovištních podmínkách. Pohonnou jednotkou byl UKT. Spotřeba nafty se pohybovala v rozmezí 1,2–1,4 l/m3 v závislosti na produktivitě. Energetický audit při použití lanovkové technologie dosáhl hodnoty 48,8 MJ/m3 při spotřebě nafty 1,2 l/m3 a 56,9 MJ/m3 při spotřebě nafty 1,4 l/m3. Vychází tedy, že při použití lanovky je energetická spotřeba na jednotku výroby vyšší o 3,07 MJ/m3, resp. 11,17 MJ/m3 než u forwarderů, což je naprosto zanedbatelné. U lanovek však lze předpokládat podstatně nižší míru poškození půdního povrchu. Naproti tomu produkuje pohonná jednotka lanovek více výfukových plynů než forwarder. To je způsobeno vyššími emisními faktory u traktorů. V přepočtu na jednotku výroby produkuje UKT více oxidu uhelnatého (CO), u prachových částic (PM) je to dokonce 2,5x více a u oxidů dusíku (NOx) 2x více ve srovnání s vyvážecí soupravou. To však není nevýhoda lanovek z principu jejich činnosti, ale jde o výrazně horší účinnost UKT.
Strategie redukující spotřebu energie
Tato měření jsou příspěvkem k dosažení hlavního cíle, k němuž naše a jí podobné studie směřují, a to navržení strategie redukující spotřebu energie (Energy reduction strategy – ERS), jejímž účelem je snížení negativního vlivu techniky na životní prostředí, při zachování nebo dokonce zlepšení její ekonomické efektivity.
V rámci volby optimální technologie, která by co nejlépe vyhovovala přírodním a výrobním podmínkám konkrétního stanoviště, je shora uvedený postup jen částí, byť podstatnou, celého rozhodovacího procesu. V úvahu je nutno brát mnohé další faktory (kritéria), kterým je pak třeba přiřadit váhy. Největší váhu budou mít ty faktory, které jsou pro dané stanoviště rozhodující. Například může jít o zájmy ochrany přírody, o zlepšení tzv. mimoprodukčních funkcí lesů apod. Multikriteriální metody volby optimálních technologií jsou předmětem výzkumu na našem pracovišti.
Pozn.: Práce byla podpořena projektem VZ MSM 4501251 a projektem NAZV QH 71159.
Použitá literatura je k dispozici u autorů.
Autoři:
Ing. Stanislav Liška
Ing. Radomír Klvač, Ph.D.
Lesnická a dřevařská fakulta MZLU v Brně
E-maily: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.