Výroba a energetické štěpky z těžebních zbytků - Hodnocení pomocí metody LCA

Nové věci probouzí v člověku zvědavost, ale také nedůvěru. Proto někdy neradi zavádíme do provozu nové postupy a technologie. Fází nedůvěry, prověřování, zkoumání či podceňování prochází každý náš nový postup, nová technologie, nový mechanizační prostředek. Na nové věci jsou kladeny vyšší nároky, ale většinou se jim při zavádění do provozu tvoří výhodnější podmínky. Touto cestou prošly motorové pily, traktory, harvestorové technologie a v poslední době i využívání těžebních zbytků k energetickým účelům.

Rostoucí poznání mění i názor člověka. S návratem dřeva mezi „zajímavá“ paliva se začínají využívat i další zdroje dendromasy, mezi které patří těžební zbytky. Nejpřístup-nější a pro možnost dalšího využití nejvýhodnější jsou zbytky z mýtních těžeb. Především u holých sečí dochází k soustředění dostatečného množství dendromasy. Vyklízení pasek všemi doposud používanými způsoby stálo vlastníka lesa nemalé finanční prostředky. Energetické využití klestu tyto prostředky nejen ušetří, ale přinese společnosti navíc zisk energie, která by například při pálení klestu unikla do prostředí. V současné době je energetické využití klestu dotováno, ale předpokládá se, že do roku 2030 by již měla být tato technologie bez dotací.

Zvolená technologie a metoda

Pro posouzení výroby energetické štěpky byla vybrána velkovýrobní technologie. Měření probíhalo v zimním období roku 2009 v porostech s 50% zastoupením smrku a 50% zastoupením borovice. Těžba byla provedena harvestorovou technologií a vyvážení klestu probíhalo v návaznosti na těžbu ještě před vyvážením vyrobených sortimentů surového dříví. Dopravu klestu na odvozní místo zajišťoval vyvážecí traktor JD 1110D a vyvážecí souprava K.T.S. Maskiner s traktorem Valtra 6850 Hi. Po měsíční pauze následovalo štěpkování štěpkovačem Bobr 7 Plus poháněným traktorem Valtra 6850 Hi. Při štěpkování byl průběžně zajišťován odvoz štěpky nákladními auty Renault Kerax a Scania R480CB. Přibližně 40 % štěpky bylo dopravováno přímo odběrateli, 60 % štěpky bylo dopravováno odběrateli přes mezisklad. Odběratel byl od odvozního místa vzdálen 70 km, cesta přes mezisklad byla o 10 km delší.

K posouzení této technologie byla použita metoda LCA (metoda životního cyklu). Základem této metody je stanovení všech energeticko-materiálových toků, které sledovaný systém spojují s jeho okolím po celou dobu jeho života od výroby strojů, přes jejich provoz včetně oprav a údržby až po jeho likvidaci. Na základě kvantity a kvality vstupů a výstupů můžeme posoudit vhodnost výrobku či technologie, vybrat nejvhodnější, popřípadě snížit energetickou náročnost nebo snížit negativní působení na životní prostředí.

Nejprve byly definovány veškeré vstupy a výstupy ve fázi výroby prostředků. Vzhle-dem k tomu, že většina strojů je sestavována z komponentů vyráběných v různých zemích různými dodavateli s komplikovanou sítí vzájemných vztahů, je těžké přesně určit energetickou náročnost výroby daného prostředku a emise vznikající při této výrobě. U většiny studií je uváděna spotřeba energie a množství emisí na funkční jednotku nebo na jeden kilogram hmotnosti stroje. V tomto příspěvku byly použity údaje podle Athanassiadise (2002), který určil spotřebu energie a množství emisí u vyvážecího traktoru. Tyto hodnoty byly přepočteny na základě hmotnosti prostředků a odhadu vyrobených/přepravených jednotek za dobu jejich životnosti na množství zatěžující jednotku výroby – funkční jednotku. Za funkční jednotku byla zvolena atrotuna (At) dodané štěpky. Pro fázi provozu byla na základě měření určena spotřeba pohonných hmot a podle údajů o údržbě strojů zjištěna spotřeba olejů ve vztahu k funkční jednotce. Dále bylo vypočítáno množství energií a emisí při výrobě a spalování paliva a při výrobě olejů zatěžující dodanou atrotunu štěpky. Energetické náklady a množství emisí ve fázi údržby a oprav byly určeny 50 % hodnot z výroby strojů. V oblasti likvidace a recyklace strojů můžeme vycházet ze skutečnosti, že převážná část strojů je složena z recyklovatelných materiálů, především oceli a litiny. Energie potřebná na rozebrání stroje a dopravu je nahrazena ušetřenou energií na výrobu surovin. Z těchto důvodů nejsou uváděny energetické náklady na likvidaci.

Výsledky

Každá dodaná atrotuna lesní štěpky byla při výrobě strojů zatížena 160 MJ primární energie. Za předpokladu, že oblast oprav a údržby odpovídá 50 % nákladů na výrobu strojů, tvoří energetické náklady v této oblasti 80 MJ.At-1. Nejvíce energie bylo spotřebováno v provozní části při výrobě štěpky a veškeré dopravě dendromasy. Tyto náklady ve výši 1,37 GJ.At-1 tvořily 85 % celkových energetických nákladů. Množství spotřebované energie při provozu prostředků ovlivňuje především spalování pohonných hmot, energie spotřebovaných olejů tvoří z tohoto množství necelých 5 %. Největší spotřeba energie byla při vyvážení klestu, kde je ještě znatelný rozdíl mezi vyvážecím traktorem JD 1110D se spotřebou 567 MJ.At-1 a vyvážecí soupravou K.T.S. Maski-ner s traktorem Valtra 6850 Hi se spotřebou 720 MJ.At-1. Nejmenší spotřeba energie je u vlastního štěpkování a činí 289 MJ.At-1. U odvozu vychází výhodněji odvoz přímo odběrateli s energetickou spotřebou 380 MJ. At-1 oproti dopravě přes sklad se spotřebou 476 MJ. At-1. Z odvozních prostředků byla výhodnější Scania vzhledem k vyššímu objemu dopravované dendromasy a využití pro dopravu na delší vzdálenosti.

Celkové množství spotřebované primární energie při použité technologii představuje za celý životní cyklus 1,61 GJ na jednu atrotunu dodané štěpky. Pokud předpokládáme u dodané atrotuny štěpky průměrnou výhřevnost 16 GJ.At-1 (většinou můžeme počítat s vyšší výhřevností), tvoří čistý zisk dodané energie odběrateli 14,39 GJ.At-1. Další zhodnocení energie dendromasy záleží na účinnosti zařízení odběratele. Například při dodávkách do elektrárny Poříčí u Trutnova může tato energie představovat v konečném efektu za každou dodanou atrotunu štěpky 1,24 MWh dodaných navíc do energetické sítě.

Množství emisí je přímo úměrné energetické spotřebě, a proto je závislé především na spotřebě paliva. Při spalování paliva, výrobě paliva a výrobě olejů bylo vyprodukováno 91 % emisí CO2 z celého životního cyklu technologie. Největší množství emisí (84,9 %) je produkováno spalováním paliva (123 kg CO2.At-1), výroba paliva se podílí 5,9 %, výroba olejů pouze 0,2 %, výroba strojů 6 % a údržba a opravy 3 %. Celkové množství CO2 vyprodukované v životním cyklu technologie na atrotunu dodané štěpky činí 145 kg. Koloničný (2010) uvádí, že při spalování hnědého uhlí se uvolní do ovzduší 81,3 kg CO2 na 1 GJ energie v palivu. Pokud uvažujeme výhřevnost 1 At štěpky 16 GJ, pak při spálení hnědého uhlí při stejném množství energie v palivu bude uvolněno do ovzduší 1 300 kg CO2. Při nulové bilanci CO2 (uvolněné množství CO2 při pálení dendromasy se rovná množství CO2 spotřebovaného rostlinou během jejího života) je produkce CO2 u hnědého uhlí vyšší o 1 155 kg oproti energetickému využití štěpky.

Závěr

Využití lesních těžebních zbytků k energe-tickým účelům má nesporný význam v ener-getické koncepci využívání obnovitelných zdrojů energie. Díky dotacím dochází k neustálému růstu využívání tohoto zdroje. Podle uvedených výsledků vychází podíl vynaložené energie ve výši 1/10 z energie dodané odběrateli. Uvedené údaje se mohou na různých pracovištích lišit především podle soustřeďovací a odvozní vzdálenosti a v neposlední řadě i podle výhřevnosti dodávané štěpky. Tato technologie má kladný význam i z hlediska snižování produkce skleníkových plynů při respektování dendromasy jako obnovitelného zdroje. Na závěr můžeme konstatovat, že při zajištění odběru těžebních zbytků z vhodných stanovišť (většina hospodářských lesů), je výroba energetické štěpky perspektivní a zaslouží si naši pozornost.

Seznam použité literatury je k dispozici u autora.

Autor: Ing. Miloslav Kotas

Česká lesnická akademie Trutnov - střední škola a vyšší odborná škola

E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.