Výroba „super-pelet“ metodou torrefakce
Výroba a využívání pelet se neustále rozšiřuje a zdálo by se, že již toto šetrné palivo narazilo na své technologické možnosti, jak jej více zlepšovat. Není tomu tak docela, ze zámoří do Evropy pomalu proniká nový způsob výroby vysoce výhřevných průmyslových pelet s využitím technologie torrefakce. Zda se tato technologie uchytí a bude konkurenceschopná, ukáže vývoj příštích let. Torrefikované pelety se mohou stát vhodným nástupcem současných průmyslových pelet.
Obrázek 1: Peleta vyrobená metodou torrefakce
Torrefakce je řízený proces karbonizace (jemné pyrolýzy), při kterém je biomasa zahřívána v rozmezí teplot 240 až 340 °C v bezkyslíkatém prostředí nebo za přítomnosti pouze malého množství kyslíku. Tento proces vede ke snížení vlhkosti biomasy a přeměně biomasy na produkt s podobnými vlastnostmi, jaké má uhlí. Torrefikovaný materiál je dále zpracováván do podoby pelet nebo briket určených pro průmyslové využití. Měkké dřevo, které je ideální pro světlé dřevěné pelety a tedy pro malé zdroje např. v rodinných domech, se pro torrefakci příliš nehodí.
Na zdokonalování technologie torrefakce se nepodílejí pouze experti ze zámoří, ke světové špičce v oboru jemné pyrolýzy také patří holandské sdružení ECN (Energy Research Centre of the Netherlands), které již v roce 2008 vyrábělo v Pettenu okolo 9 tis. tun torrefikovaných pelet.
Výhody a nevýhody torrefikovaných pelet
Torrefikovaná biomasa má oproti tradiční biomase tři hlavní výhody, kterými jsou: větší výhřevnost (množství energie na jednotku hmotnosti), větší hustotu energie (množství energie na jednotku objemu) a zlepšení řady fyzikálních vlastností, jako je tvarová stálost, stejnorodost a hydrofobní chování. To vše má za následek celkové snížení nákladů na výrobu a dopravu, snížení kapacity skladovacích prostor, menší nároky na vybavení výrobních závodů a zvýšení bezpečnosti při manipulaci ve skladovacích zařízeních. Další výhoda spočívá v tom, že zvláště u rostlinné biomasy odpadají problémy se spalováním ve velkých (především fluidních) zdrojích, jako např. zanášení, spékání, chlorová koroze, apod. Torrefakcí biomasa na druhou stranu ztrácí biomasa okolo 10 % energie akumulované v prchavé hořlavině, která se zahřátím na teploty nad 300 °C uvolňuje. Tato nevýhoda je však bohatě kompenzována výše popsanými přednostmi.
| výhřevnost [GJ/t] |
objemová hmotnost [kg/m3] |
obsah popela [%] |
obsah síry [%] |
odolnost proti vodě |
CO2 neutralita | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| torrefikované pelety | 22 - 26 | < 800 | < 2 | < 0,1 | ano | ano |
| dřevěné pelety | 16 - 19 | < 600 | < 2 | < 0,1 | ne | ano |
| hnědé uhlí | 17 - 19 | < 800 | 8 - 16 | 4 - 10 | ano | ne |
Laboratorní výsledky ukazují, že torrefikovaný materiál je nenávratně hydrofobní, což znamená, že jeho skladování a manipulace s ním mohou probíhat ve venkovním prostoru. Torrefikovaný materiál je také relativně odolný vůči hnilobným procesům. Dále je mnohem snadněji drtitelný, než ostatní suroviny a obsahuje vyšší koncentrace ligninu, což znamená, že je lépe stlačitelný bez jakýchkoliv přísad. Torrefikovaný materiál se chová jako uhlí a tudíž jej lze používat podobně jako uhlí ve velkých průmyslových zařízeních. Například francouzská strojírenská firma Thermya, která se specializuje na výrobu uhelných produktů z ekologických materiálů, uvádí, že v testech torrefikované palivo vzplane dříve než uhlí, pomáhá urychlit spalování, snižuje obsah popela a zlepšuje celkovou energetickou výkonnost kotle.
Není to tak snadné
Přes všechny svoje výhody je torrefikace dalším krokem v přípravě paliv, který spotřebovává energii a tudíž stojí peníze. Kromě toho různé výrobní postupy torrefakce s sebou přinášejí různou kvalitu konečného produktu. Technologií torrefakce je známo i využíváno několik, většina je poměrně přísně střeženým obchodním tajemstvím.
Nesoulad ve velikosti částic vstupní suroviny a obsahu vody je problematický z hlediska změn v důsledku přenosu tepla, které ve výsledku přinášejí nerovnoměrnou karbonizaci. Nejmenší kousky se přemění v dřevěné uhlí, zatímco větší části nejsou plně torrefikovány. Malé částice představují omezení pro některé technologie torrefakce, neboť mohou způsobit zanesení a ucpání průtoku plynu.
Obsluha spalovacího zařízení je také problematická, pokud jde o nalezení té správné doby setrvání paliva v kotli a nastavení teplot v souvislosti s vlhkostí, velikostí částic a těkavým obsahem. Při zhutňování torrefikovaných materiálů může kombinace surovin o vysoké teplotě a vysoce reaktivního prachu představovat nebezpečí výbuchů a požárů.
Obrázek 2: Závod na výrobu torrefikovaných pelet společnosti Quitman, USA
Proces torrefakce
Typický proces výroby torrefikovaných pelet či briket zahrnuje přípravu surového dřeva nebo jiné biomasy, torrefakci a následnou peletizaci nebo výrobu briket. Je také důležité si uvědomit, že torrefikace je pouze jednou složkou celého procesu. Ostatní procesy, jako je příprava suroviny, kontrola a řízení vstupu plynu jsou stejně důležité.
Typy technologií
Technologie torrefakce lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: nepřímo a přímo vyhřívané. Torrefakce s nepřímým ohřevem je realizována pomocí šnekového dopravníku nebo bubnu. Metody torrefakce s přímým ohřevem mohou zahrnovat nekyslíkovou smyčku s výměníkem za použití pohyblivého lože, bubnu, vibračního pásu nebo více pecí, nebo mohou zahrnovat kyslíkovou plynovou smyčku spojenou s hořákem pomocí tunelu nebo pohyblivého lůžka. Jen několik málo z těchto typů technologií produkuje více než pět tun materiálu za hodinu.
Tento druh paliva přitahuje značný zájem podniků využívajících uhlí zejména v Evropě. Vzhledem k tomu, že spoluspalování pelet a uhlí je v Evropě velmi rozšířené, je zde velký zájem o torrefikovaný materiál. Dalším z důvodů zájmu je podobnost vlastností torrefikovaného materiálu se skladovacími a manipulačními vlastnostmi uhlí. Torrefikovaná biomasa (nebo také někdy užívaný název biouhlí) s neutrálním obsahem uhlíku, má, prostřednictvím nahrazení uhlí v kogeneračních zařízeních, potenciál výrazně snížit emise skleníkových plynů, což může pomoci splnit Evropský cíl snížení emisí uhlíku do roku 2020.
Tržní potenciál torrefikovaných pelet
V posledních letech vyvolala torrefikace značný zájem po celém světě. Ve středu dění jsou především vývojáři technologií torrefakce, ale také výrobci průmyslových pelet a jejich koncových uživatelů z průmyslu, jako jsou dodavatelé tepelné a elektrické energie, výrobci cementu a ocelářský průmysl. Tržní potenciál torrefikonavého materiálu je velmi významný. Pokud se podaří významně snížit výrobní náklady a navýšit výkon, což jsou dvě hlavní problematické složky při torrefakci, má torrefakce a torrefikované pelety nebo brikety potenciál proniknout na trh s biomasou v mnohem větších objemech než dosud.
Autor děkuje Ing. Zdeňku Lyčkovi za cenné rady při tvoření tohoto textu.
Národní asociace Klastr Česká peleta zastupuje na českém a slovenském trhu stovku firem. Jsou jimi výrobci a prodejci kotlů a kamen na dřevo a dřevní pelety, výrobci a distributoři pelet, briket, dřeva a štěpky. Je poskytovatelem mezinárodní certifikace ...