Zušlechťování paliv pomocí solární energie
Zdroj: Petr Kratochvíl/Needpix
Solární energie představuje levný a účinný způsob zušlechťování paliv, jako je dřevní biomasa, tuhá alternativní paliva nebo digestát vznikající při provozu bioplynových stanic nebo čistíren odpadních vod. S jejím využitím je možné dosáhnout snížení spotřeby paliva, prodloužení životnosti spalovací technologie a snížení množství emisí škodlivin.
Podstatou zušlechťování je v tomto případě snižování vlhkosti, resp. obsahu vody v palivu. Vysoká vlhkost, častá především u palivového dřeva, negativně ovlivňuje proces spalování. V praxi se projevuje sníženou výhřevností, což následně vede k vyšší spotřebě paliva.
Jak je patrné z níže uvedeného grafu, při poklesu relativní vlhkosti z 50 na 20 % dochází u jehličnatého dřeva ke zvýšení jeho výhřevnosti o více než 70 %. U dřeva listnatého se za stejných podmínek zvyšuje výhřevnost o téměř 80 %.
Orientační porovnání výhřevnosti jehličnatého (červená) a listnatého (modrá) dřeva v závislosti na jeho relativní vlhkosti. Vlastní zpracování.
Kromě snížené výhřevnosti přináší vysoká vlhkost paliva také problémy s vlastním provozem tepelného zdroje. Vodní pára vznikající během spalování přispívá ke zvýšené korozi kotle či kamen, čímž zkracuje jejich životnost. Vlhké palivo je rovněž jednou z příčin tvorby dehtu, který zanáší tepelný zdroj i spalinové cesty.
Vlhké palivo v neposlední řadě vede i ke zvýšeným emisím, včetně tuhých znečišťujících látek nebo benzo(a)pyrenu, které mají následně dopad na lokální kvalitu ovzduší. Například ve Velké Británii byla s ohledem na související znečištění přijata legislativa stanovující, že palivové dřevo prodávané v objemu do 2 m3 musí mít obsah vlhkosti nižší než 20 %.
V anglosaském světě jsou kromě jiných technologií často využívány i solární sušárny. V nejjednodušší podobě se jedná o tepelně izolovanou komoru, kdy jedna z jejich stěn resp. střecha je tvořena materiálem propouštějícím dopadající sluneční světlo (sklo, polykarbonátové nebo sklolaminátové panely). Ostatní stěny jsou z vnitřní strany opatřeny nátěrem, který absorbuje energii slunečního záření, čímž ohřívá vzduch v komoře. Konstrukce sušárny počítá s přirozeným prouděním vzduchu uvnitř komory, které ale může být podpořeno pomocí ventilátoru.
Popsané zařízení je nenáročné na výrobu i samotný provoz. Nevýhodou je naopak nižší účinnost v porovnání s jinými alternativami, jakými jsou konvenční teplovzdušné, odvlhčovací, vakuové nebo radiofrekvenční sušárny. I tak ale dokáže výrazně zkrátit čas potřebný k vysušení dřeva na požadovanou vlhkost ve srovnání s přirozeným sušením na venkovním vzduchu.
Sušení surového dřeva na požadovanou relativní vlhkost pod 20 % v nadkrytém větraném přístřešku zabere v našich klimatických podmínkách přibližně 2 roky. Ilustrační obrázek z rakouské obce Nüziders, kde jako přístřešek na dřevo slouží fotovoltaická elektrárna. Zdroj: Wikimedia
Solární sušárny mohou nabývat různých velikostí, od malých komor pro domácí použití až po objekty velikosti stodoly. Alternativně mohou být umístěny také na podvozku (viz například toto video), který umožňuje jejich přesun mezi lokalitami tak, aby se omezila přeprava vlhkého dřeva.
Sušit lze nejen palivové dříví, ale i jiné druhy biomasy, jako je dřevní štěpka, piliny nebo seno. Například v Písku byl už v 80. letech minulého století v provozu solární horkovzdušný kolektor o ploše 1 260 m2, určený k sušení sena.
Stejným způsobem lze zušlechťovat také odpadní a vedlejší produkty, jako jsou tuhá alternativní paliva získávaná z tuhých komunálních a průmyslových odpadů nebo digestát vznikající při provozu bioplynových stanic nebo čistíren odpadních vod (ČOV).
Solární sušení kalů původem z místní ČOV je využíváno například v Mariánských Lázních, kde se tímto způsobem zpracovává 2 000 t odvodněného kalu ročně. Sušárna má podobu skleníku tvořeného dvěma halami o půdorysu 10 × 110 m. Ty jsou vybaveny samočinným mechanismem pro kypření, obracení a posouvání kalů v průběhu sušení.
Pohled na manipulační mechanismus uvnitř solární sušárny kalů v Mariánských Lázních. Zdroj: AQUA PROCON
Podobný projekt se připravuje také v Litovli. Ten má fungovat tak, že v průběhu zimního období zde má být pomocí pásových dopravníků navážen čistírenský kal do sušárny, kde během teplejší části roku následuje jeho sušení za současného prohrabování a provzdušňování. Cílem je snížení obsahu vody z 80 na 25 % tak, aby mohl být energeticky využit při výrobě cementu. Sušárna s kapacitou 800 t odvodněného kalu ročně má být spuštěna letos na podzim.
Kromě sušení s využitím tepelné energie slunečního záření lze pro tyto účely využít také fotovoltaiku. Ta může zajišťovat:
- Pohon vzduchotechniky pro intenzifikaci sušicího procesu.
- Napájení tepelného zdroje sušárny.
- Pohon mechanizace pro manipulaci se sušeným palivem.
V praxi se může jednat o dedikované instalace v místě provozu, případně lze tímto způsobem zužitkovat část sezónní nadprodukce solárních elektráren např. ve spojení s komunitní energetikou.
Takto lze de facto uložit letní přebytky z fotovoltaiky ve formě zvýšení energetického obsahu paliva pro jeho využití v průběhu topné sezóny.
Stojí za připomenutí, že v rámci tzv. kotlíkových dotací bylo vyměněno již více než 100 tisíc nevyhovujících tepelných zdrojů, mimo jiné za nové kotle na biomasu. Dalších cca 200 tisíc kotlů nejnižší emisní třídy přitom stále zbývá vyměnit.
To představuje příležitost jak s využitím solární energie zajistit, že nové kotle budou provozovány efektivně a bez zbytečných negativních dopadů na lokální kvalitu ovzduší.