Zkušenosti z povodní – jak moc bobtnají zatopené pelety

Dřevní peleta je moderním sofistikovaným obnovitelným palivem, které si získává stále větší oblibu zejména u rezidenčního bydlení. U nás je vyráběna z pilin a dřevního prachu pocházejícího z dřevozpracujícího průmyslu. Pelety nejvyšší kvality ENPlus musí být vyrobeny z čisté, lepidly a barvami nekontaminované dřevní hmoty, s minimálním podílem kůry. Nelze tedy na jejich výrobu používat odpad ze zpracování dřevních polotovarů typu OSB desky, překližky, dřevotřísky.

Vzdušná vlhkost peletě nevadí

V průběhu výroby pelet se při protlačování suroviny předsušené na 12 až 15 % matricí uvolňuje velké množství tepla. Přitom se sníží vlhkost budoucí pelety na 6 až 8 % a současně také „plastizuje“ lignin, který je důležitou součástí dřevní hmoty. Plastizovaný lignin je základním pojivem pelety. Po rychlém ochlazením za matricí lignin ztuhne a peleta získá charakteristický pevný lesklý povrch. Díky tomu získává nově vzniklá dřevní peleta odolnost proti absorpci vzdušné vlhkosti. To znamená, že pokud peleta nepřijde do přímého styku s vodou nebo vlhkým materiálem (vlhká podlaha či stěny skladu), lze ji skladovat i několik let bez jakýchkoliv bezpečnostních rizik, či znatelných změn kvality.

Po přímém kontaktu s vodou peleta bobtná

Ligninová ochranná vrstva na povrchu pelety není zcela homogenní. Brání sice vstřebávání vzdušné vlhkosti, ale po přímém kontaktu pelety s vodou dochází k postupnému vlhnutí dřevní hmoty v peletě, což v konečném důsledku vede k rozpadu pelety (bobtnání) na původní surovinu. S praktickými důsledky bobtnání zatopených pelet se bohužel potýkali někteří provozovatelé peletových kotlů při letošních povodních. Bylo zaznamenáno několik případů, kdy volně sypané bobtnající pelety dokonce narušily stěny skladů (obr. 1).

Obr. 1 Pokud není sklad pelet řešen s ohledem na možnost zaplavení nejen povodněmi, ale například i havárií vnitřního vodovodu nebo zpětnou vodou z kanalizace, bobtnající pelety mohou zbořit i stěnu z cihel. (Foto a copy: autor)

V obecné rovině se o problémech se zatopenými peletami píše v článku Pelety po povodni – co s nimi? Nyní se pokusím prostřednictvím jednoduchých pokusů odpovědět na otázku, jak rychle a jak moc se peleta po navlhnutí rozpadne.

Podstata experimentu

Na výrobu 1 m³ volně sypaných dřevních pelet je zapotřebí 4 až 5 m³ vstupní suroviny o zrnitosti do 3,5 mm. Teoreticky by tedy po dostatečném navlhnutí mohla zvýšit peleta svůj objem 4krát až 5krát. Odborná literatura hovoří nejčastěji o zdvojnásobení objemu skladovaných pelet po navlhnutí. V reálné situaci mohou nastat oba stavy. Provedl jsem několik pokusů, na kterých jsem chtěl demonstrovat mechanismus rozpadu navlhlých pelet. Při pokusech obsahoval základní zkušební vzorek o objemu 0,3 litru vždy dřevní pelety kvality ENPlus, a ty jsem zalil stejným objemem vody. Jako „laboratorní pomůcky“, které jsem si vypůjčil od manželky v kuchyni na chalupě, jsem použil velkou mísu, kuchyňskou odměrku, skleněnou válcovitou konvici na přípravu kávy french press, plnou půllitrovou plechovku piva a závaží od hodin.

Bobtnání ve volném prostoru

V prvém experimentu jsem odměřený objem pelet vysypal do velké mísy, ve které měly dostatečný prostor pro expanzi a následně je zalil popsaným množstvím vody. Bobtnání, expanze pelet byla velmi rychlá a patrná již po několika desítkách sekund po zalití. Po 3 minutách již bylo jasné, že navlhlé pelety změní svůj objem podstatně víc než na dvojnásobek. Po 5 minutách bobtnání prakticky skončilo (obr. 2). Následným přeměřením jsem zjistil, že pokud expanzi navlhlých pelet nic nebrání, změnily svůj objem na objem srovnatelný s objemem původní suroviny, tedy víc jak 4krát (z 0,3 l na 1,21 l).

Obr. 2 Bobtnání pelet ve volném prostoru. Po zalití 0,3 litru pelet 0,3 litry vody se objem zvětšil 4krát. (Foto a copy: autor)

Bobtnání v omezeném prostoru

Obr. 3 Bobtnání pelet v omezeném prostoru bez zatížení v axiálním směru. Při částečném omezení směru pro bobtnání se objem zvětšil z 0,3 l na 0,73 l, tedy cca 2,43krát. U dna válce je hmota viditelně hustší. (Foto a copy: autor)

V pokračování experimentu jsem pelety vysypal do skleněného válce o průměru 90 mm a zalil opět 0,3 l vody. V míse se mohly pelety po navlhnutí volně „roztahovat“ více méně do všech směrů, zatímco zde ve válci byl volný prostor k expanzi v axiální ose válce, tedy směrem vzhůru. Vzhledem k omezeným možnostem se částí expanze samozřejmě vyplnil volný prostor mezi peletami, který zaujímá až 40 % objemu sypaných pelet.

Nejdříve jsem pelety nechal ve válci expandovat po zalití vodou volně, bez zatížení. Bobtnání opět vyvrcholilo do 5 minut s tím, že pelety zvětšily svůj objem o 143 % z 0,3 l na 0,73 l (obr. 3).

Poté jsem experiment zopakoval s tím rozdílem, že jsem pelety ve válci zatížil něčím, co jsem měl na chatě po ruce. Jako první jsem zvolil půllitrovou plechovkou s pivem (zatížení 83 kg na m² průřezu válce). Průběh bobtnání byl opět podobný v tom, že hlavní část expanze proběhla do 3 minut od zalití vodou. Po 5 minutách se prakticky zastavila, tentokrát na objemu 0,54 litrů, tedy se objem zvětšil 1,8krát, o 80 % (obr. 4). Čekal jsem ještě hodinu, zda nedojde k dalšímu zvětšení objemu. K tomu sice již nedošlo, zato stlačené piliny začaly pomalu osychat. a nastal velký problém s tím, dostat je z válce ven. Zvláště ve spodní části se vytvořila jakási směs dřevní hmoty, která připomínala spíše beton a bylo velice složité ji z válce „vydolovat“ (doslova).

Obr. 4 Bobtnání pelet v omezeném prostoru s relativně malým zatížením v axiálním směru. Zatížením povrchu pelet se více omezila jejich možnost expandovat a objem se zvětšil méně. (Foto a copy: autor)

Obr. 5 Pokud je některý směr pro expanzi bobtnajících pelet omezen, tlak na okolní stěny může být tak velký, že dojde k jejich destrukci. (Foto a copy: autor)

Pro závěrečný pokus jsem po zalití vodou pelety zatížil závažím z hodin o hmotnosti 2,14 kg (337 kg na m² průřezu). Zpočátku probíhala expanze podle již známého scénáře. Do jedné minuty prudký nárůst objemu. Ovšem po 2 minutách, kdy objem narostl o 60 %, došlo k prasknutí skleněného válce, viz obr. 5. „Touha“ bobtnajících pelet expandovat překonala pevnost skla ve spodní části u dna válce, v podstatě se dno odtrhlo, viz obr. 6.

Obr. 6 Detail prasknutí „zkušebního“ válce u jeho dna. (Foto a copy: autor)

Co z mého „domácího“ experimentu plyne?

1. Pokud se stane, že vaše volně ložené pelety zalije voda, není potřeba extrémně spěchat s jejich vyklizením, protože k jejich nekontrolované expanzi bobtnáním dojde do 5 minut. Na druhou stranu je dobré s vyklízením dlouho neotálet, protože pokud vzniklá dřevní hmota neměla dostatek prostoru expandovat na cca 4násobek původního objemu pelet, v průběhu vysušování se z ní stává velice kompaktní „betonová“ směs, kterou pouhou lopatou nenarušíte.
2. Pokud se chceme vyhnout tomu, aby nám navlhlé pelety rozbořily sklad, máme dvě možnosti. Buď zajistíme, že se v žádném případě nemohou dostat do přímého styku s vodou, nebo zajistíme, že v případě mimořádné události mají dostatek prostoru, aby mohly expandovat alespoň na dvojnásobek skladovaného objemu.

Varování autora

Experiment je velmi jednoduchý, a tak může být vhodný i pro potřeby vzdělávání. Se skleněnými nádobami je však nutné velmi opatrně zacházet vzhledem k riziku pořezání, oddělení ostrých malých částí skla. Především doporučuji ochranné brýle na oči a dodržení i všech dalších předepsaných bezpečnostních opatření.