Biomasa predstavuje zakonzervovanú slnečnú energiu a je jedným z najstarších materiálov využívaných človekom. Rozdeliť ju môžeme na biomasu rastlín a biomasu živočíchov. Do biomasy rastlín patrí aj drevo v rôznych podobách - vo forme kusového dreva (polien), drevného odpadu (napr. pilín, drevnej štiepky, hoblín) alebo z tohto odpadu vyrobené lisované brikety a pelety. Drevo ako palivo bolo využívané už od pradávna a s nástupom moderných technológií sa zvýšila efektivita jeho využitia. Biomasa sa v súčasnosti najviac využíva decentralizovane v lokálnych vykurovacích zariadeniach a v malých kotloch rodinných domov.
Drevná štiepka: Produkcia, vlastnosti a aplikácie
Drevná štiepka, alebo tiež drevoštiepka, je jednou z foriem pevnej biomasy, ktorá je využiteľná hlavne pre energetické účely. Ide o najjednoduchší typ spracovania biomasy a vyrába sa prostredníctvom sekačky na drevo, ktorá svojimi nožmi dokáže naštiepiť na štiepku nielen kusové drevo, ale aj rôzne konáre či odpad z drevnej ťažby alebo z drevospracujúceho priemyslu. Týmto spôsobom sa využije každá časť stromu, ktoré by inak boli bezcenné, čo zvyšuje hospodárnosť a znižuje náklady na ťažbu, skladovanie a prepravu dreva. Drevná štiepka je prírodný obnoviteľný zdroj energie, ktorý pri výrobe nevyžaduje žiadnu pridanú energiu (lisovanie, sušenie).
Výrobný proces a charakteristika
Spoločnosti špecializujúce sa na túto oblasť sa zameriavajú na vytváranie, upravovanie a rozširovanie drevnej štiepky pre energetické a technické aplikácie. Ročná produkcia drevnej štiepky môže dosahovať aj 100 000 ton. Frakcia veľkosti G30 až G100 je prispôsobená podľa potrieb zákazníka, pričom obsah kôry neprekračuje 30% pre technické aplikácie.
Výrobný proces technologických štiepok sa často vykonáva s použitím stacionárnych štiepkovačov, napríklad SG 500, vybavených vibračným podávacím stolom. Pre výrobu lesnej biomasy sa používajú aj mobilné štiepkovače, ako napríklad Eschlböck Biber 84 RBZ (s hydraulickou rukou Epsilon M120L 97 a špeciálnym štiepacím mechanizmom pre nadrozmernú guľatinu) alebo model Eschlböck Biber 92 ZK (s hydraulickou rukou Epsilon-Palfinger M70f101).
Lesná biomasa určená pre energetické aplikácie obsahuje rôzne zložky, ako sú kôra, ihličie a zelené časti rastlín.
Príprava na štiepkovanie
Príprava na štiepkovanie je neoddeliteľnou súčasťou spracovania dreva, ktorá vyžaduje odborný prístup a precízne vykonanie. Táto fáza je nevyhnutná pre transformáciu drevných materiálov na štiepky, ktoré nájdu uplatnenie v energetike, záhradníctve alebo pri výrobe buničinových materiálov.
- Výber a triedenie dreva: Odborná selekcia a triedenie dreva podľa jeho druhu, kvality a vhodnosti pre štiepkovanie.
- Rezanie a krájanie: Presné rezanie dreva na požadovanú veľkosť, aby bolo vhodné pre štiepkovač.
- Odstránenie nečistôt: Odstraňovanie kôry, vetvičiek a iných nečistôt, ktoré by mohli ovplyvniť kvalitu štiepok.
- Sušenie: V prípade potreby sušenie dreva na optimálnu vlhkosť, aby bolo pripravené na efektívne štiepkovanie.
- Transport k štiepkovaču: Bezpečný a efektívny transport pripraveného dreva k štiepkovaču.
Využitie drevnej štiepky
Drevná štiepka sa využíva na tvorbu aglomerovaných materiálov a na ďalšie spracovanie v technologických procesoch. Je to ekologické, obľúbené a veľmi lacné pevné palivo, ktoré sa v suchom stave vyznačuje pomerne vysokou výhrevnosťou, porovnateľnou s hnedým uhlím. Vyššia vlhkosť drevnej štiepky však priamo pôsobí na konečnú výhrevnosť tohto paliva.
Nevýhodou energetickej štiepky je veľký sypký objem, ktorý zvyšuje nároky na skladovanie. Pri spaľovaní drevnej štiepky v kotle sa v budove najčastejšie vymedzí miestnosť na jej uskladnenie. Možnosťou je aj tzv. silo, umiestnené v exteriéri, odkiaľ sa pomocou závitovkového alebo pásového dopravníka dopravuje do telesa kotla.
Na trhu však nájdeme aj drevnú štiepku, ktorá nie je určená na vykurovanie, ale má výhradne dekoračnú funkciu. Dekoračná drevná štiepka sa využíva na mulčovanie vysadených rastlín a zároveň slúži ako efektný dekoračný prvok. Zabraňuje tiež vysychaniu pôdy a rastu buriny. Odporúča sa aplikovať na pôdu v hrúbke 5 - 10 cm.
Cena a dostupnosť
Drevná štiepka a jej cena za tonu sú dôležitým faktorom pre všetkých, ktorí hľadajú efektívne a ekologické palivo na vykurovanie. Cena za tonu štiepky sa môže pohybovať okolo 55 €/t, no môže sa meniť v závislosti od sezóny, dostupnosti a dopytu. V porovnaní s inými druhmi paliva, ako sú lisované brikety, je štiepka lacnejšia a ľahšie dostupná. Cena štiepky za tonu je teda variabilná a je najlepšie kontaktovať dodávateľov pre aktuálnu ponuku.
Drevené brikety: Kvalita a ekologické spaľovanie
Papierové brikety výroba
Drevené brikety sa svojimi vlastnosťami najviac podobajú drevu, majú však väčšiu výhrevnosť a veľmi nízku vlhkosť (do 10 %). Horia jasným plameňom, takmer bez dymu, s vôňou dreva, z ktorého boli vyrobené. Počas horenia nevytvárajú žiadne agresívne spaliny, nedechtujú, ani nezanášajú komín, čím šetria vykurovacie zariadenie. Pre výrobu certifikovaných brikiet sa používajú výhradne prírodné suroviny.
Výrobný proces brikiet (Príklad Píly Vasilov)
Príkladom kvalitnej produkcie brikiet je rodinná píla, ktorá v roku 2015 rozšírila svoju činnosť o výrobu drevených brikiet zo smrekovej piliny. Tento krok im umožnil efektívne využívať všetky zvyšky dreva z pilovania a zároveň ponúknuť svojim zákazníkom kvalitný a ekologický zdroj energie. Firma sa pýši tým, že ich drevené brikety sú vyrábané výhradne z prírodných surovín a sú šetrné k životnému prostrediu, čo potvrdzujú aj certifikáty PEFC a FSC. Tým, že sa na píle spracováva celá guľatina, nevzniká žiadny odpad, ktorý zaťažuje životné prostredie. Dokonca aj popol, ktorý vzniká pri pálení štiepky alebo brikiet, sa dá využiť ako prírodné ekologické hnojivo.
Výroba brikiet zahŕňa niekoľko kľúčových krokov:
- Príjem a kontrola guľatiny: Guľatina je zložená z nákladných áut na skladovacie miesto. Kontroluje sa kvalita a druh dreva, ako aj jeho rozmery.
- Odkôrňovanie a rezanie: Guľatina prechádza odkôrňovacím procesom a následne je pripravená na rezanie na dosky, trámy a iné produkty. Pri tomto rezaní vzniká dôležitý drevný odpad a pilina.
- Zber a sušenie piliny: Takto vzniknutá čistá pilina sa prepraví do zásobníkov, odkiaľ sa presunie do sušiarní, ktoré dokážu znížiť vlhkosť piliny na 8-12 %. Tento krok je kľúčový pre ďalšie spracovanie.
- Lisovanie: Upravená pilina je prepravená do zásobníkov lisovne, kde je pod veľkým tlakom lisovaná do podoby valčekov. Pri lisovaní sa z piliny uvoľňuje lignín, ktorý pôsobí ako prirodzené spojivo, čím nie je potrebné pridávať žiadne chemické látky.
- Chladenie a spevnenie: Po výstupe z lisu sa brikety nechajú odpočívať. Počas chladnúceho procesu dosiahnu požadované spevnenie a tvrdosť, dôležité pre ich vykurovacie vlastnosti.
- Balenie a skladovanie: Následne sú brikety balené do igelitových balíčkov a skladané na palety. Dôležité je ich dobre zabaliť a uchovávať tak, aby nedochádzalo ku kontaktu s nadmernou vlhkosťou a mechanickému poškodeniu.
EKOBRIKETY z dreva vyrábané na Slovensku a v zahraničí môžu byť rôzneho tvaru, veľkosti a hmotnosti, všetko v závislosti od použitého lisovacieho zariadenia a jeho kvality.
Drevené pelety: "Tekuté drevo" pre moderné vykurovanie
Proces peletovania sypkých materiálov je známy od konca 19. storočia, no peletovanie drevnej hmoty začalo v 70. rokoch v USA a v 80. rokoch sa technológia dostala do Európy. Pelety si získali veľkú obľubu pre relatívne ustálenú cenu a dynamický vývoj zariadení na ich spaľovanie. V súčasnosti si peleta nachádza svoje miesto aj v krajinách strednej Európy, pričom mnoho zákazníkov si kúrenie peletami zvolilo pre ich postoj k životnému prostrediu.
Výroba a vlastnosti
Drevené pelety sa vyrábajú z čistých pilín a hoblín bez pridávania chemických látok. Ako spojivo je použitý lignín obsiahnutý v surovine. Najkvalitnejšie sú biele pelety. Menej kvalitné pelety sú s prímesou kôry. Majú obdobnú výhrevnosť, ale viac popola, čo môže spôsobovať komplikácie pri automatickom režime kúrenia. Drevné pelety sa pre použitie na kúrenie vyrábajú v priemere 6 alebo 8 milimetrov a pre svoje vlastnosti ich môžeme nazvať „tekuté drevo“.
Spoločnosti ponúkajúce drevené pelety garantujú, že sú v plnom súlade s normatívom EN plus A1. Tieto pelety majú v priemere 6 mm a ich dĺžka neprekračuje 40 mm, pričom ich vlhkosť je maximálne 6,6 % a obsah popola nie viac ako 0,4 %.
Proces výroby peliet začína triedením materiálu, cez vlhčenie prípadne sušenie, nasleduje lisovanie materiálu pri vysokom tlaku a teplote, tzv. peletizovaním, až po chladenie a balenie. Okrem drevnej biomasy sa môže na výrobu peliet použiť aj iný materiál (napr. agropellety), avšak takéto pelety sa vo všeobecnosti neodporúčajú pre malé kotly, keďže ich spaľovanie môže viesť k nežiaducim javom.
Distribúcia a efektivita
Distribúcia peliet ku konečnému zákazníkovi je možná vo viacerých variantách: balenie v 15 kg vreciach, veľkoobjemových vakoch alebo v cisterne, kde sú pelety nafúkané do pripraveného zásobníka. Cena za pelety je úmerná náročnosti ich balenia. Najekonomickejšie je použitie sezónneho zásobníka v spojení s kotlom vybaveným distribúciou peliet.
Pelety majú výhrevnosť okolo 17,5 MJ/kg a priemerný obsah vody do 10 %. Cena sa spravidla udáva za tonu. Zjednodušene možno použiť na výpočet spotreby paliva vzorec, kde ekvivalent 1 m3 zemného plynu sú 2 kg peliet. Na 1 GJ tepla potrebujeme cca 60 kg peliet. Najvýhodnejšie je predzásobenie peletami v letnom období, kedy je ich cena na trhu najnižšia.
Účinnosť moderných kotlov na pelety prevyšuje 90 %. Moderný kotol dokáže sám automaticky zapáliť a regulovať svoj výkon, čo má zásadný vplyv na spotrebu paliva.
Palivové drevo: Všeobecné princípy a energetické aspekty
Špecifickým a dôležitým druhom dreva je „palivové drevo“, ktoré zahŕňa všetku drevnú biomasu slúžiacu ako zdroj energie. Dôležitejšie pre použitie dreva na kúrenie je údaj o jeho vlhkosti, respektíve obsahu vody. Čerstvé drevo obsahuje cca 50 % vody a minimálna doba sušenia dreva je jeden rok, keď obsah vody klesne pod 30 %. Odporúča sa však sušiť drevo aspoň dva až tri roky, keď obsah vody klesne pod prijateľných 20 %.
Jeden kilogram suchého dreva v sebe skrýva asi 4,5 kWh energie. Je podstatný rozdiel v spotrebe paliva, ak moderný kotol dokáže atakovať 90 % účinnosť v porovnaní s klasickým kotlom, ktorý pracuje s účinnosťou okolo 50-60 %.
Palivové drevo je násobne lacnejšie ako drevo určené na ďalšie zhodnotenie. Pri horení dreva, štiepky alebo peliet sa uvoľní len toľko uhlíka, koľko sa ho v ňom akumulovalo počas jeho rastu. Jednoducho povedané, kúrenie drevom nemá negatívny vplyv na zvyšovanie obsahu uhlíka vo vzduchu a z pohľadu emisií CO2 je neutrálne, nakoľko sa pri jeho spaľovaní uvoľní iba toľko CO2, koľko rastlina počas svojho rastu prijala.
Preprava a logistika drevných materiálov
Efektívna preprava drevných materiálov je kľúčová pre celý proces. Spoločnosti realizujú prepravu materiálov pomocou moderných ťahačov, napríklad značiek SCANIA a VOLVO, ktoré sú v súlade s medzinárodnými ekologickými normami (napr. EURO 5, EURO 6, EEV). Tieto vozidlá sú vybavené veľkokapacitnými návesmi typu Walking-floor s objemom 85 - 90 kubických metrov (resp. prm). Okrem prepravy vlastných materiálov je často poskytovaná aj preprava pre externých zákazníkov. Pravidelná obnova vozového parku (napr. každé 4 roky) zabezpečuje spoľahlivosť a efektivitu.
Firmy disponujú certifikátmi pre prepravu, ako je napríklad Certifikát GMP+ FSA pre prepravcov poľnohospodárskych a potravinárskych komodít, a tiež certifikát pre certifikovaných prepravcov odpadov, vydávaný na základe oprávnenia pre prepravu tovaru podľa osobitného predpisu, a povolenie pre medzinárodnú prepravu tovaru. Manipulácia s drevným materiálom je kľúčovou súčasťou moderného lesníctva.
Pre zložitejšie terény sa zabezpečuje zvoz lesnej biomasy pomocou kontajnerových súprav a špecializovaných vozidiel (napr. TATRA 815). Kontajnerové súpravy slúžia aj na zvoz bočného a krátkeho odpadového reziva a iných drevných materiálov. Príkladom je kontajnerová súprava SCANIA G450 s pohonom 6×6, ktorá disponuje hydraulickou rukou JONSE RED (typ J1140TZ80A) a naťahovacím hákom KURTA (typ KHN). Táto SCANIA má vymeniteľnú nadstavbu pre veľkoobjemové kontajnery a klanicovú nadstavbu pre prepravu dreva a drevnej hmoty. Ďalšou možnosťou je kontajnerová súprava IVECO 260 E s pohonom 6×4, vybavená naťahovacím kontajnerovým hákom.
Alternatívne zdroje biomasy: Miscanthus
Hoci sa článok zameriava na drevnú štiepku a brikety, je dôležité spomenúť aj iné zdroje biomasy. Miscanthus je vysoká trváca tráva, ktorej domovom je Afrika a južná Ázia. Napriek svojmu pôvodu je táto plodina schopná rásť aj v chladnejších štátoch Európy. Miscanthus je okrem kukurice jediná plodina typu C4, ktorá je schopná prežiť v chladnejšom podnebí. Rastliny s cyklom C4 dokážu optimálne využívať vodu, živiny a svetlo na asimiláciu. Miscanthus je možné pestovať na menej kvalitných pôdach.
Zber miscanthusu na energetické účely sa vykonáva pred začiatkom jari, najlepšie v období február - marec. Stonka miscanthusu po troch rokoch života dorastá asi do výšky troch až štyroch metrov. Práve v tejto dobe sa oplatí rastlinu žať. Výhrevnosť biomasy je ovplyvňovaná obsahom vody. Pri 5 % podiele vlhkosti má miscanthus výhrevnosť asi 17 MJ na kilogram. Pri pestovaní biomasy na energetické účely je dôležité porovnanie vstupných energetických nákladov a získanej energie.