Role bioplynu ve výrobě alternativní
energie v ČR bude
neustále narůstat. Je to
i v souladu s cíli iniciativy
EU 20/20/20 vyrábět do roku 2020
asi 20 % evropské energie z alternativních
zdrojů. Bioplynových stanic
u nás neustále přibývá. Ke konci roku
2010 jich bylo v ČR evidováno 174.
Do konce roku 2020 má přibýt dalších
400.
Zemědělský odpad patří k hlavním
průmyslovým zdrojům skleníkového
plynu metanu. Snahou je, aby se
do ovzduší uvolnilo nejen méně nebezpečného
plynu, ale také aby všechny
komponenty bioplynových stanic
pracovaly co nejefektivněji.
Nejčastěji se zpracovávají odpady
ze zemědělské výroby (hnojiva či
energetické plodiny), kaly z čističek
odpadních vod, jateční zbytky a komunální
odpady. Při jednom z nejčastějších
procesů – anaerobní digesci,
někdy také nazývané anaerobní fermentace,
vzniká řízeným rozkladem
biomasy hořlavý bioplyn. Je bezbarvý
obsahuje cca 70 % metanu a 30 %
oxidu uhličitého. Mikroorganismy
rozkládají organický materiál bez
přístupu vzduchu. Pokud se tak děje
řízeným způsobem, v reaktorech (tzv.
fermentorech) bioplynových stanic,
může energie uvolněná spalováním
vzniklého bioplynu topit nebo vyrábět
elektřinu.
Elektrická energie se následně využije
na provoz stanice a čistírny odpadních
vod, příp. přebytky lze prodat. Zbytkovým
produktem fermentace a výsledkem
celé technologie je odvodněný
substrát. Ten se vrací zpět do přírody
ve formě organického hnojiva anebo
poslouží k výrobě kompostu.
Biomasa zůstává ve vzduchotěsném
fermentoru, po pevně stanovenou
dobu, zahřátá na provozní teplotu.
Vznikající bioplyn se následně odvádí
do zásobníku a upravuje pro další
využití: spalování, nebo pro vstup
do distribuční sítě. Surový bioplyn
se přitom skládá převážně z metanu,
oxidu uhličitého, sulfanu a vodní páry.
Nositelem energie je především hořlavý
metan.
V OHNISKU POZORNOSTI
NEBEZPEČNÝ SULFAN
Zvlášť důležité je měření koncentrace
sulfanu (dříve sirovodíku, H2S).
Tento bezbarvý plyn je nejjednodušší
sloučeninou síry s vodíkem. Může
se tvořit rozkladem organického
materiálu (kupř. při výrobě bioplynu,
z něhož se často musí odstraňovat)
a síranů (při nedostatku kyslíku). Tento
zbytkový plyn představuje kvůli
své toxicitě zdravotní riziko pro lidi
a ve vyšších hodnotách může nepříznivě
ovlivnit vznik bioplynu i následné
procesy. Kromě toho je korozivní.
Ve vlhku a za tepla reaguje s kovovými
prvky potrubí či spojů. Po přeměně
na oxid siřičitý při spalování ohrožuje
provozní bezpečnost spalovacích
motorů a vyvolává nutnost častější
výměny oleje. Měření hladiny sulfanu
umožňuje udržet jeho koncentraci
na nejnižší možné hladině přijetím
vhodných opatření.
VÝZNAMNÁ ROLE ANALYZÁTORU
Výrobci zařízení pro bioplynové
stanice kladou velký důraz na spolehlivý
a přesný monitoring bioplynu.
Průběžný monitoring je nutný i proto,
aby všechny procesy probíhaly optimálně
a vzniklý bioplyn měl co nejvyšší
kvalitu.
Pracovníci divize Industry Automation
and Drive Technologies společnosti
Siemens vyvinuli pro tento účel Set
BGA. Jde o analyzátor bioplynu (Bio
Gas Analyzer), který se vyznačuje vysokou
přesností měření a bezpečností.
Vzorky plynu totiž není třeba ředit.
Základem tohoto setu je analyzátor
plynů Siemens Ultramat 23 se čtyřmi
kanály pro současné měření různých
složek plynu. Přístroj měří koncentrace
metanu (v rozsahu 0–100 %),
oxidu uhličitého (0–50/100 %), sulfanu
(0–500 ppm nebo 0–5000 ppm)
a kyslíku (0–5 %). U prvních dvou
jmenovaných k tomu využívá NDIR
(infračervené) spektroskopie, u zbývajících
pak elektrochemické články,
vyznačující se značnou citlivostí
a dlouhou životností.
Lze ho doplnit kompaktním chromatografem
MicroSAM nebo Sitrans
CV pro vyhodnocení výhřevnosti plynu
a dalších veličin.
Sadu BGA lze konfigurovat a má jen
minimální požadavky na plánování,
techniku, instalaci, školení a údržbu.
Jednotka obsahuje vybavení pro odběr,
úpravu i analýzu vzorků. Všechny
její části lze navrhnout individuálně,
podle potřeb uživatele.
Díky funkci přepínače měřicích bodů
lze s její pomocí sledovat několik
fermentorů. Sada je proto vhodná
i k měření hořlavých plynů ve vysoké
koncentraci, které vznikají právě
v bioplynových stanicích.
PRO VYŠŠÍ ÚČINNOST
BIOPLYNOVÝCH STANIC
Koncentrace metanu se měří pro
kontrolu přidávání substrátu. Kolísání
hladiny tohoto plynu by totiž mohlo
výrazně narušit fermentační proces.
Pro zajištění optimálního fermentačního
procesu jsou důležité také informace
o obsahu kyslíku, protože tak
lze s předstihem detekovat případný
vznik výbušných plynných směsí.
Funkce automatické kalibrace
okolním vzduchem snižuje náklady
na údržbu analyzátoru. Otevřená struktura
rozhraní s protokoly na bázi linky
RS-485, Profibus-PA/DP a ELAN zase
umožňuje jeho snadnou integraci do řídicího
systému. Při použití nástrojů
Siprom GA a Simatic PDM (Process
Device Manager) lze navíc přístroj sledovat
a ovládat na dálku.
CO NEJJEDNODUŠŠÍ OBSLUHA
A ÚDRŽBA
V mnoha případech jsou tyto technologie
prakticky bezobslužné a obvykle
se obsluhují pouze v době příjmu
odpadů, tedy maximálně 8 hodin
denně. Provozovatelé bioplynových
stanic navíc (na rozdíl od průmyslových
podniků) často nemají k dispozici
dostatek kvalifikovaných osob pro
obsluhu a údržbu těchto zařízení. Tyto
úkony proto musí být co nejjednodušší,
z čehož projektanti vycházejí i při
návrhu elektrotechnické části.
Jako ideální se v těchto případech
jeví využití koncepce TIA - Totally
Integrated Automation (plně integrovaná
automatizace). Řídicí systém
zajišťuje veškeré funkce zařízení a je
„prorostlý“ i do části měření a regulace
a především do silnoproudé elektrotechnické
části.
Plně integrovaná automatizace
uplatňovaná v prostředí bioplynových
stanic nabízí řešení s jednotnou
hardwarovou i softwarovou základnou
pro různé automatizační úlohy.
Zahrnuje řídicí systémy, techniku
pohonů, spínací techniku, procesní
instrumentaci a v neposlední řadě
integrované IT technologie. Systém
podstatně zkracuje dobu projektování
a uvádění do provozu, zvyšuje
efektivitu procesů a snižuje celkové
náklady na údržbu zařízení po dobu
jeho životnosti.
Uživatelskou plochu má přizpůsobenou
intuitivní obsluze, přičemž
integrované funkce a programové editory
zahrnují všechny požadavky automatizace
– i pro funkční bezpečnost
strojů a zařízení (Safety technika).
Pracovník údržby jedním pohledem
na obrazovku zjistí, kde je jeho zásah
potřebný. ????Milan Bauman
