3MAR SYSTEMS a.s.

V současnosti společnost pracuje na různých studiích a projektech technologii energetického využití odpadů (TEVO).

Jak TEVO funguje?

• Technologická linka na vstupu shromažďuje, třídí a skladuje vstupní materiál – odpad, stupeň automatizace si určuje investor.
• Následuje pyrolytická jednotka s elektrickým ohřevem. Zde probíhá pyrolýzní proces bez přístupu kyslíku, tj. v této fázi žádný spalovací proces, žádné emise, žádný komín.
• Tepelným rozkladem vzniká energetický plyn podobný svým složením zemnímu plynu, pyrolýzní olej a pevná frakce – uhlík.
• Plyn a olej se odvádějí z jednotky přes chladič a shromažďují každý samostatně ve svých zásobnících, kde se vytváří zásoba před dalším využitím.
• Uhlík zůstává v jednotce a odebírá se vždy po dokončení jednoho termického cyklu.
• Pro zpracování energetických meziproduktů – plynu a oleje, se používají spalovací kogenerační jednotky různých světových výrobců – Caterpillar, BOSCH, MAN, které produkují elektrickou energii a teplo, nebo je možné i připojení agregátů na výrobu chladu.
• Obě energetické suroviny, plyn i olej, jsou spalovány v samostatné jednotce tak, aby bylo možné maximálně optimalizovat spalovací procesy motorů a dosáhnout co možná nejvyšší efektivity, ekologie a ekonomiky provozu.
• Pyrolýzní olej se považuje za samostatně prodejnou energetickou komoditu – palivo podobné lehkým topným olejům.
• Měření emisí výfukových plynů spalovacích motorů probíhá podle platných norem v rámci české i evropské legislativy.
• Využití uhlíkové frakce je dané použitým vstupním materiálem a následně čistotou uhlíku samotného, buď ve stávajících tepelných a elektrárenských provozech, nebo v chemickém průmyslu.
• Elektrická energie se dále dodává do rozvodné sítě a teplo dle potřeby v místě instalace.

Jaký princip TEVO využívá?

Jedná se o princip pomalého termického rozkladu, který vychází z principů pyrolýzy, ale je kvalitativně upraven navýšením účinnosti suché destilace a snížení energetické náročnosti procesu. V našem případě se jedná o nízkoteplotní pyrolýzu.

Pyrolýzou je dle definice míněn termický rozklad organických materiálů za nepřístupu médií obsahujících kyslík. Podstatou pyrolýzy je ohřev materiálu nad mez termické stability přítomných organických sloučenin, což vede k jejich štěpení až na stálé nízkomolekulární produkty a tuhý zbytek. Z technologického hlediska lze pyrolýzní procesy dále rozdělit dle dosahované teploty na:

• Nízkoteplotní (< 500 °C)
• Středněteplotní (500-800 °C)
• Vysokoteplotní (> 800 °C)

V závislosti na dosažené teplotě, lze při pyrolytickém procesu pozorovat řadu dějů, které je možné pro jednoduchost rozdělit do 3 teplotních intervalů.

• v oblasti teplot do 200 °C dochází k sušení a tvorbě vodní páry fyzikálním odštěpením vody. Tyto procesy jsou silně endotermické
• v rozmezí teplot 200 až 500 °C následuje oblast tzv. suché destilace. Zde nastává ve značné míře odštěpení bočních řetězců z vysokomolekulárních organických látek a přeměna makromolekulárních struktur na plynné a kapalné organické produkty a pevný uhlík.
• ve fázi tvorby plynu v oblasti teplot 500 až 1200 °C jsou produkty vzniklé suchou destilací dále štěpeny a transformovány. Přitom jak z pevného uhlíku, tak i z kapalných organických látek vznikají stabilní plyny, jako je H2, CO, CO2 a CH4, a dále propan, butan.

Pro zabezpečení splnění ekologických požadavků, efektivity a ekonomie TEVO, byla zvolena alternativa uzavřeného systému s  elektrickým ohřevem vstupního materiálu bez jakýchkoliv emisí do ovzduší.

Ekonomická bilance takto získávaných výstupních produktů (plyn, olej a uhlíkatá drť) vychází v současné době bez uvažování jakýchkoliv dotací při výstavbě i v rámci prodeje elektřiny a tepla (chladu) jako akceptovatelná pro spolufinancovaní našich projektů bankovními institucemi (viz. příklad v závěru textu).

Popis řešení

Projekt navrhuje využití procesu termického rozkladu anorganických materiálů nebo biomasy v uzavřených palivových článcích jednotky s využitím všech složek získaných tímto procesem. (Doposud bylo testováno v největším měřítku zpracování vyřazených pneumatik, plastů, ale také dřevních zbytků, prázdných kukuřičných klasů a kokosových slupek). Složky získané z procesu termického rozkladu jsou tyto:

• Plyn s podílem CH4 o měrné výhřevnosti 40MJ/kg
• Pyrolýzní olej (směs tekutých uhlovodíků)
• Pevná frakce (obsah uhlíku až 97%)

Složení a množstevní poměr jednotlivých složek se výrazně liší podle použitého vstupního materiálu. Tomu je třeba individuálně upravit technické zařízení na zpracování a efektivní zhodnocení těchto produktů.

• Plyn je upravován (vysušen a vyčištěn) a střádán do provozní zásoby v plynojemu. Odtud je odebírán nejčastěji jako pohon kogenerační jednotky. Ta vyrábí elektrickou energii a teplo, které lze alternativně přeměnit na chlad.
• Pyrolýzní olej je z oddělovací jímky (gravitační oddělení vody) přečerpáván do sběrné nádrže. Pokud je konfigurace linky TEVO uzpůsobená k přímému spalování oleje v druhé, samostatné kogenerační jednotce, děje se tak v motoru uzpůsobenému na toto palivo. Olej může být také odvážen k dalšímu zpracování v jiných technologických celcích.
• Pevná frakce (uhlík) je shromažďována v krytých kontejnerech a posléze odvážena k dalšímu zpracování. V případě použití biomasy jako vstupního materiálu často vzniká velmi kvalitní a čistý uhlík, u kterého je pak výhodné provést jeho aktivaci v navazující technologické lince.

Úprava vstupních surovin (drcení a oddělení inertních materiálů) bude probíhat pomocí konkrétně navržené linky. Součástí této linky budou dopravníkové cesty, drtiče a třídící prvky.

Jednotlivé technologické prvky linky TEVO jsou z ekonomických důvodů navrhovány v kontejnerovém uspořádání – vlastní jednotka PTR, chladiče plynu a oleje, kogenerační jednotky, elektrorozvodné celky, atd. Ostatní části jsou řešeny jako lehké konstrukce, popř. semimobilní zařízení.

Důležité parametry pro návrh a ekonomický výpočet rentability projektu

• Cena a množství vstupní suroviny (suroviny se nakupují, za likvidaci surovin se platí, množství zpracované suroviny)
• Výkupní tarif elektrické energie z ekologického zdroje. Zdroje energie, které vyrábějí elektrickou energii z výše uvedených surovin, jsou většinou započítávány do kategorie obnovitelné zdroje,
• Výkupní cena za dodávky tepla / chladu. V některých zemích nelze příjmy z prodeje tepelné energie nebo energie pro chlazení uvažovat do výnosů z provozu zařízení. Teplo je využitelné pouze pro vlastní potřebu zařízení, např. pro sušení vstupní suroviny.
• Výkupní cena za dodávky pyrolýzního oleje. Podle výše výkupního tarifu elektrické energie má možnost se investor rozhodnout, jestli je výhodnější olej přímo prodávat, nebo jeho spálením v motoru kogenerační jednotky vyrobit elektrickou energii.
• Výkupní cena za dodávky uhlíku / aktivního uhlí. V případě, že je zpracovávaná surovina natolik čistá, například při zpracování biomasy, vyprodukovaný uhlík je výhodné zpracovat navazujícím technologickým procesem na aktivní uhlí a obchodovat jej v této formě. Záleží to na konkrétním trhu a možnostech investora.

Podle takto určených parametrů je možné provést přibližný návrh velikosti a skladby technologického zařízení, a následně i propočet ekonomického modelu, který je nezbytný pro rozhodování budoucího investora.

Kapacita zařízení je volně konfigurovatelná, avšak při návrhu je třeba brát v úvahu hledisko potřebné efektivní kontinuity procesu zpracování materiálu. Z toho vychází základní velikost jednotky PTR 1000, která se skládá ze 6 modulů, resp. 3 dvojic modulů pro termického zpracování materiálu. Takže jednotka PTR 1000 má kapacitu cca 6000 tun materiálu za rok s tím, že minimální kapacita je cca 1000 tun za rok. Při dalších výpočtech je uvažována doba chodu 320 dní v roce a 23 hodin denně bez zohlednění faktoru kontinuity. Při požadavku zvětšení kapacity lze jednotky volně skládat prakticky bez omezení.

Tab.: Srovnání výstupní bilance surovin a energií při použití jednotky PTR pro různý vstupní materiál.

Tato bilance je provedena na základě reálných zkoušek a měření. Elektrická energie je vyrobena spálením plynu i oleje v  kogeneračních jednotkách. Při zpracování biomasy získáme menší množství energie, avšak více čistého uhlíku, který je vhodný pro další zpracování.