Technický a skúšobný ústav pôdohospodársky SKTC 106 900 41 Rovinka Laboratórium aplikovaného výskumu, technológií a poradenskej činnosti

Z ÁV E R E Č N Á S P R Á V A

Názov úlohy : Špecifikácia a stanovenie fyzikálno-mechanických a chemických

vlastností vybraných druhov poľnohospodárskej biomasy ako zdroja na

výrobu tuhých biopalív

Dôvod riešenia úlohy : Úloha kontraktu medzi MP SR a TSÚP Rovinka

na rok 2007

Zodpovedný riešiteľ : Ing. Mariana Čeppanová

Preskúmal, schválil : Ing. František Zacharda, CSc. Riaditeľ : Ing. Richard Markovič, CSc.

Termín riešenia : rok 2007

Číslo úlohy : S7 – 50 – 6555 – 07

Počet vyhotovení : 5 Číslo výtlačku : 1 Rozdeľovník : 1. MP SR 2. MP SR 3. TSÚP SKTC- 106- zodpovedný riešiteľ 4. TSÚP SKTC- 106- LABORATÓRIUM 50

5. TSÚP SKTC- 106- VTI

Rovinka, december 2007

®

2

Anotácia Čeppanová M. a kol. TSÚP Rovinka, 2007 Špecifikácia a stanovenie fyzikálno-mechanických a chemických vlastností vybraných druhov

poľnohospodárskej biomasy ako zdroja na výrobu tuhých biopalív

Cieľom úlohy je klasifikácia pôvodu a zdroja tuhých biopalív z vybraných druhov bylinnej biomasy popis hlavných obchodných foriem a špecifikácia jeho vlastností s následným zoznamom normatívnych vlastností, ktoré musia byť špecifikované a informatívnych vlastností ktoré sú voliteľné. Str.: 46 tab.: 20 obr.:7 graf: 4 lit.: 16

3

OBSAH: 1. ÚVOD A POPIS SÚČASNÉHO STAVU RIEŠENEJ PROBLEMATIKY 2. CIEĽ RIEŠENIA 3. METODICKÝ POSTUP RIEŠENIA A ČASOVÝ HARMONOGRAM 3.1 ZDÔVODNENIE RIEŠENIA 3.2 METODICKÝ POSTUP 3.3 VECNÝ A ČASOVÝ HARMONOGRAM RIEŠENIA 4. RIEŠITEĽSKÝ KOLEKTÍV A FINANČNÉ PROSTRIEDKY 4.1 KALKULÁCIA NÁKLADOV 4.2 RIEŠITEĽSKÝ KOLEKTÍV 5. MERANIE A SPRACOVANIE NAMERANÝCH VÝSLEDKOV 5.1 ŠTANDARDIZÁCIA TUHÝCH BIOPALÍV Z BYLINNEJ BIOMASY 5.2 ŠPECIFIKÁCIA VYBRANÝCH DRUHOV BYLINNEJ BIOMASY 5.2.1 STANOVENIE FYZIKÁLNYCH PARAMETROV TEPELNÝCH 5.2.2 STANOVENIE CHEMICKÝCH PARAMETROV 6. VÝSLEDKY RIEŠENIA, ZHODNOTENIE A NÁVRH NA ĎALŠIE VYUŽITIE 7. ZÁVER, DISKUSIA, NÁVRHY NA ĎALŠIE RIEŠENIE 8. POUŽITÁ LITERATÚRA

4

1. ÚVOD A POPIS SÚČASNÉHO STAVU RIEŠENIA PROBLEMATIKY Energia má 80 % podiel na všetkých emisiách skleníkových plynov v EÚ1; tie sú hlavnou príčinou klimatickej zmeny a silnejšieho znečistenia ovzdušia. EÚ sa to zaviazala riešiť na globálnej úrovni znížením hladiny emisií skleníkových plynov v EÚ a na celom svete až na úroveň, ktorá by obmedzila zvýšenie globálnej teploty na 2 °C v porovnaní s úrovňou pred priemyselnou revolúciou. Súčasné energetické a dopravné politiky však znamenajú, že emisie CO2 v EÚ by sa do roku 2030 zvýšili približne o 5 % a globálne emisie by vzrástli o 55 %. Súčasné energetické politiky v rámci EÚ nie sú udržateľné. Európa sa stáva stále viac a viac závislá od dovozu uhľovodíkov. V referenčnom scenári energetická závislosť EÚ od dovozu výrazne vzrastie, z 50 % celkovej spotreby energie v EÚ na 65 % do roku 2030. Predpokladá sa, že závislosť na dovoze zemného plynu vzrastie z 57 % na 84 % do roku 2030 a na dovoze ropy z 82 % na 93 %. Medzinárodná energetická agentúra (IEA) predpokladá, že do roku 2030 vzrastie dopyt po rope o 41 %. Súčasne v referenčnom scenári dopyt po elektrickej energii v EÚ rastie asi o 1,5 % za rok. Len investície potrebné do výroby elektrickej energie budú počas najbližších 25 rokov predstavovať približne 900 miliárd EUR, a to aj pri efektívnej politike energetickej účinnosti EÚ je stále viac a viac vystavená účinkom nestálosti cien a zvýšeniam cien na medzinárodných energetických trhoch a dopadom zvyšujúcej sa koncentrácie rezerv uhľovodíkov vo vlastníctve niekoľkých subjektov Za predpokladu, že bude zavedená správna politika a legislatívne rámce, vnútorný energetický trh by mohol stimulovať spravodlivé a konkurencieschopné ceny energie a šetrenie energiou, ako aj vyššie investície. Ešte však stále nie sú splnené všetky podmienky ako to dosiahnuť. Podpora investícií, predovšetkým do energetickej účinnosti a obnoviteľných zdrojov energie, by mala vytvoriť pracovné miesta a podporiť tak inovácie a znalostnú ekonomiku v EÚ. V obnoviteľných technológiách, ktoré predstavujú obrat 20 miliárd EUR a zamestnávajú 300 000 ľudí2, už má Európska únia vedúcu pozíciu na svete. Má potenciál viesť rýchlo narastajúci svetový trh nízko uhlíkových energetických technológií. Odhodlanie Európy viesť celosvetový boj proti klimatickej zmene nám vytvára príležitosť riadiť globálny výskumný program. Je potrebné ponechať všetky možnosti aby sa zabezpečil vývoj nových technológií. Východiskový bod európskej energetickej politiky je trojaký: boj proti klimatickej zmene, obmedzenie vonkajšej zraniteľnosti EÚ dovozom uhľovodíkov a podpora rastu a zamestnanosti, čím sa spotrebiteľom poskytne bezpečná energia za primeranú cenu. Na základe mnohých návrhov prijatých počas konzultačného obdobia v ,,Európska stratégia pre udržateľnú, konkurencieschopnú a bezpečnú energiu: ,, KOM(2006) 105, konečné znenie, 8.3.2006; Pracovný dokument Komisie, Súhrnná správa o analýze diskusie k zelenej knihe „Európska stratégia pre udržateľnú, konkurencieschopnú a bezpečnú energiu“, SEK(2006) 1500

1 Zdroj − Európska agentúra pre životné prostredie. Ostatné údaje sú údaje Európskej komisie, ak nie je

uvedené inak. 2 Európska rada pre obnoviteľnú energiu „Ciele obnoviteľných zdrojov energie pre Európu: 20 % do roku

2020“.

5

Strategickom prehľade energetiky Komisia navrhuje európsku energetickú politiku podporenú:

• cieľom EÚ pri medzinárodných rokovaniach, ktorý predstavuje 30 % zníženie emisií skleníkových plynov vo vyspelých krajinách do roku 2020 v porovnaní s rokom 1990. Okrem toho sa do roku 2050 musia svetové emisie skleníkových plynov znížiť až o 50 % v porovnaní s rokom 1990, čo by znamenalo 60 − 80 % zníženie v priemyselných krajinách do roku 2050;

• súčasným záväzkom EÚ, ktorý je treba v každom prípade dosiahnuť, a to minimálne 20 % zníženie skleníkových plynov do roku 2020 v porovnaní s rokom 1990.

Toto tvorí hlavnú časť oznámenia Komisie „Obmedzenie klimatickej zmeny na 2° - politické možnosti pre EÚ a svet pre rok 2020 a neskôr“3 . Splnenie záväzku EÚ konať v oblasti skleníkových plynov teraz by malo byť centrom novej európskej energetickej politiky z týchto troch dôvodov: (i) emisie CO2 z energie predstavujú 80 % emisií skleníkových plynov EÚ, zníženie emisií znamená využitie menšieho množstva energie a využívanie čistejšej energie vyrobenej lokálne, (ii) obmedzenie zvyšujúceho sa vystavenia EÚ väčšej nestálosti cien ropy a zemného plynu, a (iii) potenciálny prínos pre energetický trh EÚ, ktorý by sa stal konkurencieschopnejším a stimuloval by inovačné technológie a zamestnanosť. Tento strategický cieľ spolu s konkrétnymi opatreniami na jeho realizáciu uvedenými neskôr predstavuje jadro novej európskej energetickej politiky. Existujúce opatrenia v oblastiach, ako je obnoviteľná elektrická energia, biopalivá, energetická účinnosť a vnútorný energetický trh, dosiahli dôležité výsledky, ale chýba tu vzájomná previazanosť nutná na dosiahnutie udržateľnosti, bezpečnosti dodávok a konkurencieschopnosti. Okrem toho je treba harmonizovať technické normy potrebné na efektívne fungovanie cezhraničného obchodu. Doterajší postup nebol úspešný. Väčšina príslušných technických noriem je stále vo všetkých členských štátoch rozdielna, čo spôsobuje, že cezhraničný obchod je ťažkopádny a často nemožný. V roku 1997 Európska únia začala smerovať svoje úsilie k splneniu cieľa 12 % podielu obnoviteľných zdrojov energie v celkovom energetickom mixe do roku 2010, čím sa zdvojnásobí úroveň z roku 1997. Odvtedy sa výroba z obnoviteľných zdrojov energie zvýšila o 55 %. Tento cieľ však EÚ nedosiahne. Je nepravdepodobné, že by podiel obnoviteľnej energie do roku 2010 prekročil 10 %. Hlavným dôvodom neschopnosti dosiahnuť dohodnuté ciele pre obnoviteľnú energiu − okrem dnešných vyšších nákladov na obnoviteľné zdroje energie v porovnaní s „tradičnými" energetickými zdrojmi − je chýbajúci súvislý a účinný politický rámec v EÚ a chýbajúca stabilná dlhodobá vízia. Následkom toho len obmedzený počet členských štátov dosiahol výrazný pokrok v tejto oblasti a kritický podiel potrebný na presun obnoviteľných zdrojov energie do hlavného energetického mixu sa nedosiahol. EÚ potrebuje výraznú zmenu pri poskytovaní spoľahlivej a dlhodobej vízie budúcnosti obnoviteľnej energie v EÚ, vybudovanú na existujúcich nástrojoch, a to najmä na smernici o elektrickej energii z obnoviteľných zdrojov energie. To je podstatné pre realizáciu súčasných cieľov4 a na podporu ďalších investícií, inovácií a tvorby pracovných miest. Výzvou pre politiku v oblasti obnoviteľnej energie je nájsť správnu rovnováhu medzi inštalovaním rozsiahleho výkonu obnoviteľných zdrojov energie v súčasnosti a čakaním, kým výskum nezníži náklady v blízkej budúcnosti. Nájdenie správnej rovnováhy znamená vziať do úvahy tieto faktory:

3 Oznámenie Komisie Rade a Európskemu parlamentu, KOM(2007) 2 4 Oznámenie Komisie Európskemu parlamentu a Rade: Následné opatrenia zelenej knihy: Správa o pokroku

v oblasti obnoviteľnej elektrickej energie, KOM(2006) 849

6

• V súčasnosti je využívanie obnoviteľnej energie je vo všeobecnosti drahšie než využívanie uhľovodíkov, ale medzera sa zužuje − najmä, keď sa zohľadňujú náklady na klimatickú zmenu.

• Pri úsporách veľkého rozsahu sa náklady na obnoviteľné zdroje energie môžu znížiť, ale to si dnes vyžaduje významné investície.

• Obnoviteľná energia prispieva k zlepšeniu bezpečnosti dodávok EÚ zvyšovaním podielu doma vyrobenej energie, diverzifikáciou ako palivového mixu, tak aj oblastí dovozu energie, zväčšovaním podielu energie z politicky stabilných regiónov, ako aj tvorbou nových pracovných miest v Európe.

• Obnoviteľné zdroje energie produkujú veľmi málo alebo neemitujú vôbec žiadne skleníkové plyny a väčšina z nich je prínosom pre kvalitu ovzdušia.

Na základe informácií, ktoré boli získané počas verejných konzultácií a hodnotenia dopadov, Komisia navrhuje vo svojej Cestovnej mape obnoviteľnej energie5 záväzný cieľ zvýšiť podiel obnoviteľnej energie v celkovom energetickom mixe EÚ zo súčasných menej než 7% na 20 % do roku 2020. Splnenie 20 % cieľa si vyžiada obrovský nárast vo všetkých troch oblastiach obnoviteľnej energie: elektrickej energie, biopalív a vykurovania a chladenia. V tabuľke č. 1 sú uvedené výhody a nevýhody rozličných zdrojov elektrickej energie založené na súčasných cenách ropy, zemného plynu a uhlia. V tabuľke č. 2 sú uvedené výhody rôznych zdrojov energie na vykurovanie. Zdroje údajov sa nachádzajú v pracovnom dokumente útvaru komisie: Údaje o energetickej politike EÚ.

5 Oznámenie Komisie Európskemu parlamentu a Rade: Cestovná mapa obnoviteľnej energie: Obnoviteľné

energie v 21. storočí; budovanie udržateľnej budúcnosti, KOM(2006) 848

Tabuľka 1: Výhody a nevýhody rozličných zdrojov elektrickej energie

Náklady v roku 2005 (EUR / MWh)

Náklady projektované do roku 2030 (EUR/MWh s 20-30 EUR/tCO2)

Závislosť od dovozu EÚ-27

Účinnosť Cenová citlivosť paliva

Overené rezervy / Ročná výroba

Zdroje energie

Technológie uvažované pre odhad nákladov

Zdroj IEA

Emisie skleníkových plynov(Kg CO2eq /MWh)

2005 2030

otvorený paroplynový cyklus 45 - 70 55 - 85 440 40 % veľmi vysoká

Zemný plyn CCGT (Kombinovaný

paroplynový cyklus) 35 - 45 40 - 55 400

57 % 84 %

50 % veľmi vysoká

64 rokov

Ropa dieselový motor 70 - 80 80 - 95 550 82 % 93 % 30 % veľmi vysoká 42 rokov

PF (práškové palivo s odsírovaním spalín 30 - 40 45 - 60 800 40-45 % stredná

CFBC (fluidné kotly s cirkulujúcou fluidnou vrstvou)

35 - 45 50 - 65 800 40-45 % stredná Uhlie

IGCC (integrovaný plynofikovaný kombinovaný cyklus)

40 - 50 55 - 70 750

39% 59%

48 % stredná

155 rokov

Jadrové palivo

ľahkovodný jadrový reaktor 40 - 45 40 - 45 15

Takmer 100 % uránovej rudy

33 % malá Rozumne odhadované rezervy 85 rokov

Biomasa elektráreň na biomasu 25 - 85 25 - 75 30 30 – 60 % stredná

35 - 175 28 - 170 na pevnine

35 - 110 28 - 80 30 95-98 %

50 - 170 50 - 150 Vietor

na mori 60 - 150 40 - 120

10 95-98 %

veľké 25 - 95 25 - 90 20 95-98 % Vodné elektrárne malé (<10MW) 45 - 90 40 - 80 5 95-98 % Solárna energia

fotovoltaika 140 - 430 55 -260 100

žiadna

/

žiadna

O b n o v i t e ľ n é

Tabuľka 2 : Výhody a nevýhody rozličných zdrojov energie pre vykurovanie

Závislosť od dovozu EÚ-27 Zdroje energie

EÚ-25 – trhový podiel zdroja energie

Trhová cena (EUR/toe)

Náklady na životný cyklus (EUR/toe)

Emisie skleníkových plynov (t CO2eq/toe ) 2005 2030

- Vykurovací plynový olej

20 % 525 (0,45 EUR/l) 3,1 82 % 93 %

Zemný plyn 33 % 230 - 340 (20-30 EUR/MWh) 2,1 57 % 84 % Fosílne palivá

Uhlie 1,8 % 70 (100 EUR/tce)

300-1300

4 39 % 59 %

Drevené triesky (piliny) 280 545-1300 0,4 0 ?

Biomasa

Pelety

5,7%

540 630-1300 0,4 0 ?

Elektrina 31 % 550 - 660 (50-60 EUR/MWh) 550 - 660 0 až 12 <1 % ?

Solárna energia 0,2 % / 680-2320 veľmi malé 0 0

Geotermálna energia 0,4 % / 230-1450 veľmi malé 0 0

9

Základom normalizácie ( štandardizácie) je medzinárodná normalizácia, čo je základným predpokladom rozvíjania globálnych trhov. Medzi medzinárodnými a európskymi organizáciami jestvujú dohody, v ktorých sa európske organizácie zaväzujú odovzdávať svoje normalizačné projekty na riešenie na medzinárodnej úrovni a na druhej strane preberať medzinárodné normy do sústavy európskych noriem podľa možnosti identicky. Európske normy sú zas povinní identicky prevziať členovia európskych normalizačných organizácií na národnú úroveň. Používanie noriem (európskych či národných) je dobrovoľné. V legislatíve Slovenskej republiky to upravuje § 7 zákona NR SR č. 264/1999 Z. z. v znení neskorších predpisov. Európske normy zabraňujú vzniku obchodných bariér, zabezpečujú technickú podporu a rozširovanie konkurencieschopnosti európskeho priemyslu. Sú základňou zhody v oblasti konštrukcie, výroby, prevádzky a testovania výrobkov, služieb a prevádzky a niekedy sú aj podkladom záväznej legislatívy. Väčšina informácií potrebných pre nové normy alebo revíziu existujúcich noriem je často vedľajším výsledkom bežnej činnosti priemyselných organizácií a spoločnosti, pre vládne inštitúcie a ďalšie organizácie s aktívnymi záujmami v oblasti noriem. Proces tvorby noriem významne závisí od sústavného prísunu informácií z viacerých zdrojov v oblasti výskumu a vývoja. Aj keď je inovačný a pred normatívny prieskum významnou súčasťou pri rozvoji vnútorného európskeho trhu a posilňovaní konkurencieschopnosti európskeho priemyslu, v niektorých spoločnostiach a sektoroch je povedomie o tejto koncepcii je slabé. Jednotný prístup na identifikovanie konkrétnych potrieb pre všetky domény a sektory sa nedá zaviesť. Organizácie, ktoré vykonávajú pred normatívny prieskum, závisia od konkrétneho sektora. Priemysel, vláda a súkromné laboratóriá však takýto prieskum vykonávajú a zohľadňujú pritom potreby zákazníkov a partnerov, ich budúce aktivity, výsledky prieskumov trhu, národnú a medzinárodnú politiku a legislatívne programy. Rozširovanie a propagácia výsledkov býva často úzka a sústredená a chýba pritom širšia koordinácia alebo povedomie. Konštrukcia Európskych noriem je znázornená na ob.č.1 a na obr.č.2 sú uvedené stupne na štandardizáciu noriem

Obr.1: Konštrukcia európskych noriem

2 0 0 5 C E N – a ll r ig h ts re s e r v e d

2 0 0 6 C E N – a ll r i gh ts r es e r v e d 0 8 .0 8 .2 0 0 7

1 9

S ú h rn n á ro d n ý c h

š ta n d á rdT e c h n ic k á

k o m is ia

T e c h n ic k á

k o m is ia

N á v rh p ro je k tu

P ra c o v n á

s k u p in aP o u ž ív a te ľ

N á v rh š ta n d a rd y

E u ró p s k aš ta n d a rd a

C irk u lá c ia p r ip om ie n o k

H la so v a n ie v š e tk ý c h n á ro d n ý ch o rg á n o v p re n o rm y N S B s

10

Obr. 2 : Stupne európskeho systému pre normalizáciu

Definovanie podrobných technických špecifikácii na výrobky prostredníctvom noriem, splnenie ktorých dáva predpoklad, že boli splnené aj smernicou stanovené základné požiadavky, sa ponecháva za dohľadu Komisie na Európsky výbor pre normalizáciu (CEN), Európsky výbor pre normalizáciu v elektrotechnike (CENELEC) a Európsky inštitút pre telekomunikačné normy (ETSI). Používanie noriem je však úplne dobrovoľné a je na výrobcovi, či ich použije alebo splní základné požiadavky príslušných smerníc iným spôsobom. Na druhej strane, ani splnenie požiadaviek normy ho nijako nechráni pred právnymi dôsledkami nesplnenia základných požiadaviek smernice.

Normy a spôsob ich vypracúvania teda pomáhajú zvyšovať kvalitu legislatívy a sú výrazom modernej formy predpisov založenej na otvorenosti, dohode a sebadisciplíne. CEN ( The European Committee for Standardization)- Európska komisia pre štandardizáciu je hlavný vydavateľ európskych noriem a technických špecifikácií vo všetkých oblastiach, okrem elektrotechniky a telekomunikácie. Je to medzinárodné združenie riadené podľa belgického práva a skladá sa z:

- národných členov CEN ( v SR je to SÚTN) - asociovaných orgánov CEN - asociovaných organizácií CEN, ktoré reprezentujú záujmy skupín rôzneho rozsahu

na európskej úrovni - korešpondujúcich členov - riadiaceho strediska CEN, ktorého povinnosťou z oblasti technickej normalizácie

je zabezpečenie dodržania určených postupov pre normalizačnú prácu, riadenie prerokovania a formálneho hlasovania k návrhom európskych noriem, spolupráca

O b c h o d n é š t a n d a rd y

P re š t a n d a rd y

O f ic iá ln e š t a n d a rd y

Z á k o n

11

s národnými technickými komisiami pri procese tvorby noriem a iných normalizačných dokumentov a spolupráca s technickou radou

Európska komisia pre tvorbu noriem pre tuhé biopalivá- CEN TC/335 pripravuje celý rad technických špecifikácií pre tuhé biopalivá. Základným a hlavným cieľom je pripraviť obchod a trh s tuhými biopalivami tak aby výrobca alebo predajca a zákazník- spotrebiteľ mohli stanoviť vyrobenú alebo požadovanú kvalitu tuhých biopalív. Celý tento proces je zameraný na špecifikáciu a kvalitatívne triedy tuhých biopalív z biomasy pochádzajúcej z nasledovných zdrojov:

- Produkty poľnohospodárstva a lesníctva - Rastlinné odpady z poľnohospodárskej a lesníckej výroby, potravinárskeho

a spracovateľského priemyslu - Rastlinný odpad z potravinárskeho priemyslu - Vláknitý rastlinný odpad z výroby čistej ( nepoužitej ) celulózy a z výroby papiera

z celulózy, pokiaľ je spaľovaný v mieste výroby a vznikajúce teplo je využívané - Odpadový korok - Drevné odpady s výnimkou: o drevných odpadov, ktoré môžu obsahovať halogénové organické zložky alebo ťažké kovy

ako výsledok ošetrenia dreva o ošetreného dreva pochádzajúceho zo stavieb a demolačného odpadu.

Účelom triedenia kvality a špecifikácie je teda stanovenie akosti tuhého biopaliva z biomasy v komplexnom dodávateľskom reťazci od pôvodu až k dodávke certifikovaného tuhého biopaliva a zaistenie zodpovedajúcej dôvery ku kvalitatívnym požiadavkám. To je základom pre prípravu a rozvoj trhu s tuhými biopalivami. Požiadavky na výrobu budú splnené zaistením kvality a jej kontrolou. Princíp zaistenia kvality tuhého biopaliva je teda založený na jeho presnom určení a limitovaných požiadavkách na produkt. Tuhé palivá sa klasifikujú podľa pôvodu a zdroja, hlavných obchodných foriem a vlastností. V klasifikačnom systéme sú podľa pôvodu tieto hlavné skupiny:

• Drevná biomasa: biomasa zo stromov, krov a krovín • Bylinná biomasa: z rastlín, ktoré nemajú drevitú stopku a ktoré odumierajú na

konci vegetačnej doby • Ovocná biomasa: biomasa z častí rastlín ktoré nesú semená • Zmesi a prímesi: zmesi sú zámerne zmiešané biopalivá, a prímesi sú nezámerne

zmiešané biopalivá. . 2. CIEĽ RIEŠENIA. Cieľom úlohy je špecifikácia a stanovenie vybraných fyzikálno-mechanických a chemických vlastností vybraných druhov poľnohospodárskej biomasy podľa spracovaných technických špecifikácií Technickej komisie Európskeho výboru pre štandardizáciu CEN/TC 335 pre tuhé biopalivá alebo validovaných TS povýšených na plnohodnotné európske normy EN ako i podľa noriem spracovávaných na národných úrovniach. Cieľom je jasne definovať základné kritéria akosti pevných biopalív a opísať skúšky vybraných vlastností tak, aby v praxi mohli byť spoľahlivo zistené všetky základné kritériá akosti v normách jasne definované.

12

3. METODICKÝ POSTUP RIEŠENIA A ČASOVÝ HARMONOGRAM. 3.1 Zdôvodnenie riešenia Tuhé palivá z biomasy v najbližších rokoch budú dôležitým obchodným artiklom na trhu s biomasou. Tejto myšlienke nahráva aj vládou schválená koncepcia využívania poľnohospodárskej a lesnej biomasy, ktorá predpokladá jej využitie vo vlastných podmienkach poľnohospodárstva alebo využitie na trhu s biomasou ako štandardného tuhého biopaliva. Zabezpečenie vysokej účinnosti prevádzky energetických zariadení na spaľovanie biomasy si vyžaduje aj využívanie štandardného paliva s vysokými úžitkovými, fyzikálnymi, mechanickými a chemickými vlastnosťami. Od zloženia tuhých biopalív a spaľovacieho procesu závisí i tvorba škodlivín pri ich spaľovaní. Z vyššie uvedeného vyplýva, že je potrebné veľmi dôkladne navrhnúť limitné hodnoty pre diskutované prvky v biomase a biopalivách, a je dôležité hľadať a definovať rôzne vlastnosti, používať správne metódy a nástroje na zisťovanie a meranie týchto vlastností. Z týchto dôvodov i z dôvodu vytvárania kvalitného trhu s biopalivami a jeho regulácie je potrebné zabezpečenie takých parametrov rôznych druhov tuhých biopalív z biomasy ktoré svojou kvalitou a vlastnosťami umožnia i ich optimálne použitie i s ohľadom na životné prostredie.

3.2 Metodický postup Bude spracované druhové zloženia pevných palív z poľnohospodárskej biomasy, ktoré budú podliehať štandardizácii a bude vypracovaný zoznam vybraných technických , chemických a fyzikálnych vlastností. Pri štandardizácii budú tieto vlastnosti analyzované a bude vypracovaný návrh spôsobu ich sledovania a vyhodnocovania. Vychádzajúc z analýzy noriem pre tuhé biopalivá by sa pre biopalivá z vybraných druhov poľnohospodárskej biomasy mali stanoviť nasledujúce parametre:

• Terminológia, definícia a popis: kategorizácia termínov a definícií rôznych druhov tuhých biopalív z biomasy

• Špecifikácia vlastností a triedenie tuhého biopaliva na základe zdroja a pôvodu: napr. drevné palivá, bylinná biomasa , spôsobu úpravy napr.: peletky, brikety, balíky, štiepky, polená, kmene

• Vzorkovanie, príprava vzorky a jej delenie: odber vzorky, množstvo vzorky, celková vzorka, obecná vzorka, miešaná vzorka, laboratórna vzorka

• Skúšobné metódy na stanovenie: - fyzikálno- mechanických vlastností: rozmery, objemová hmotnosť, sypná hmotnosť, oder,

mechanická odolnosť , veľkosť a distribúcia častíc, hustota častíc, zrnitostné rozdelenia - chemických parametrov: obsahu vody, obsahu popola, spaľovacieho tepla, výhrevnosti,

obsahu síry, dusíka, chlóru, stopových prvkov a hlavných prvkov

13

- zaručenie akosti tuhých biopalív: stanovenie postupov pre splnenie požiadaviek na akosť a popis opatrení, ktoré dostatočným spôsobom zaručujú, že sú dodržané špecifické vlastnosti biopalív

3.3 Vecný a časový harmonogram riešenia

etapa problém č.

popis činnosti termín mesiac/rok

1. Spracovanie metodiky III./2007

2.

Špecifikácia a vypracovanie zoznamu sledovaných parametrov jednotlivých druhov pevných palív z biomasy a spôsob ich stanovenia podľa príslušných existujúcich noriem

VII./2007

3 Merania jednotlivých vybraných parametrov

IX./2007

4.

Vypracovanie zoznamu nameraných parametrov a spracovanie časového harmonogramu na stanovenie ďalších vybraných vlastností špecifikovaných druhov biopalív z biomasy

XI./2007

5. Predloženie záverečnej správy na oponentúru

1.polovica XII./2007

4. Riešiteľský kolektív a kalkulácia nákladov na účelové činnosti 4.1 Riešiteľský kolektív 1. Ing. Mariana Čeppanová zodpovedný riešiteľ 2. Ing. Štefan Pepich. 3. Terézia Egyedová 4. Ing. Eva Sidoova 5. Ing. Petra Ascherová

14

4.2 Kalkulácia nákladov Cena účelovej činnosti celkom: 1 500 tis. SK V tom : Materiálové náklady: 15 tis. SK Kooperácia: 22,5 tis. Sk Osobné náklady: 600 tis. Sk Ostatné priame náklady: 7,5 tis. Sk Režijné náklady: 855 tis. Sk Náklady celkom: 1 500 tis. Sk . 5. MERANIE A SPRACOVANIE NAMERANÝCH VÝSLEDKOV Tuhé biopalivá sú charakterizované širokým rozsahom kvality paliva líšiacim sa fyzikálnym a chemickým zložením ako napríklad veľkosťou častíc, obsahom vlhkosti, výhrevnosťou alebo obsahom síry, chlóru, dusíka a draslíka. Naviac ale spaľovacie vlastnosti môžu byť ovládané efektívne a environmentálne len pri presne definovanom úzkom rozsahu kvality paliva. Vzťahuje sa to na požiadavky týkajúce sa kontroly emisií alebo koróznych javov. Preto vyhovieť kvalitatívnym požiadavkám na splnenie emisných štandárd pri spaľovaní výrobca biopalív a zákazník sa potrebujú úplne zhodnúť na vlastnostiach biopalív. Okrem toho je na trhu s biopalivami ponúkané množstvo rôznych druhov biopalív charakterizovaných rozličnými vlastnosťami. Nedostatok národných a medzinárodných dohôd s ohľadom na špecifikácie štandárd pre tuhé biopalivá vedie k nedostatočnej a neuspokojivej transparentnosti trhu s biopalivami a obmedzuje obchod s tuhými biopalivami. Štandardizácia tuhých biopalív je preto veľmi nutným predpokladom pre rozvinutie obchodu s tuhými biopalivami na národnej a európskej úrovni. Tu potom stav štandárd pre tuhé biopalivá môže významne prispieť k zjednodušeniu komunikácie medzi ponukou biopalív a ich premenou na energiu, uviesť biopalivá na trh a dosiahnuť dohodu o cenách dodávaných biopalív. Štandardizácia navyše môže zaručiť že rôzne palivo vyhovuje požiadavkám technológie spaľovania a tak teda garantuje environmentálny priebeh spaľovania minimalizáciou emisií nebezpečných látok do okolitého prostredia. Štandardizácia takisto definuje spojenie medzi výrobou tuhých biopalív na jednej strane a budovaním a prevádzkou zariadení na konverziu ako napr. spaľovacie zariadenia na druhej strane. Preto z tohto dôvodu štandardy pomáhajú pri znižovaní rôznych potenciálnych nákladov v systéme a s tým súvisiacej minimalizácii celkových nákladov v celom systéme výroby čo približuje pevnú biomasu trhu. . Smernice, manuály a normy sprehľadňujú obchod s tuhými biopalivami a definujú požiadavky týkajúce sa výroby, energetického využitia a trhu s tuhými biopalivami. Sú potrebné pre obchod, vyjasňujú pravidlá a zjednodušujú navrhnutie požiadaviek na kvalitu biopalív na trhu, pretože sú objektívne. Pomáhajú vytvoreniu a chodu trhu objasnením palivových charakteristík. Riadenie a interpretácia je založená na požiadavkách na kvalitu ktoré tiež zlepšujú konkurencieschopnosť paliva a riadia hodnotenie kvality vo výrobe biopalív, zásobovania a dodania. Závažnosť prijatia noriem ako i praktická skúsenosť a netechnické bariéry

15

(administratívne, legislatívne, organizačné a technické aspekty ) v poľnohospodárstve, obchode a energetickom priemysle, špeciálne s ohľadom na výrobu tuhých biopalív, ich využití a premene potvrdzuje i požiadavka kontinuálneho snímania a analýzy vlastností biopalív na zabezpečenie systému kvality pri ich výrobe, kontrolu emisií vo vzduchu ,vode a pôde ako i odpadov. Na obr. 3 je znázornený obchod s tuhými biopalivami v Európe.

Obr. 3 : Import a export tuhých biopalív v Európe

Lesné zvyšky Vedľajšie priemyselné produkty ( piliny, kôra, stružliny) Drevo na kúrenie do domácností Odpadové drevo Drevené pelety a brikety Rašelina Iné ( slama)

16

5. 1 Štandardizácia tuhých biopalív z bylinnej biomasy Európska komisia pre štandardizáciu CEN pripravila doteraz prostredníctvom Technickej komisie pre tuhé biopalivá: CEN-TC 335 27 technických špecifikácií CEN/TS. Technická špecifikácia je špecifikácia obsiahnutá v dokumente upravujúcom charakteristiky, ktoré sa od výrobku vyžadujú, ako stupeň kvality, funkčnosť, bezpečnosť, rozmery, ako i požiadavky vzťahujúce sa na výrobok z hľadiska názvu pod ktorým sa výrobok predáva a tiež terminológie, symbolov, skúšania a skúšobných metód, balenia, označovania alebo štítkovania a postupov posudzovania zhody. Technická komisia CEN môže používať technické špecifikácie TS ako alternatívu k európskym normám v prípade, že nemôže byť príslušná norma schválená dostatočne rýchlo alebo ak určitá technológia nie je dostatočne rozpracovaná. Technické špecifikácie sú schválené na prechodné obdobie troch rokov a nemajú štatút EN preto pre národné normalizačné orgány nevzniká povinnosť zaviesť ich ako národné normy. CEN-TC 335 pre tuhé biopalivá pracuje v piatich pracovných skupinách : CEN/TC 335/WG 1 Terminológia, Definícia a popis CEN/TC 335/WG 2 Špecifikácia a triedy palív, zaistenie kvality paliva CEN/TC 335/WG 3 Vzorkovanie, plán odberu vzorky, príprava vzorky a jeho delenie CEN/TC 335/WG 4 Fyzikálne a mechanické testovacie metódy : spalné teplo, výhrevnosť, celkový obsah vody, obsah popola, teplota deformácie popola, sypná hmotnosť... CEN/TC 335/WG 5 Chemické testovacie metódy:C,H,O,N,S,Cl,F, hlavné prvky, stopové prvky Sú to nasledujúce Technické špecifikácie pre tuhé biopalivá CEN/TS : CEN/TS 14588:2003 Tuhé biopalivá- Terminológia, definícia a popis. CEN/TS 14774-1,2,3 :2004 Tuhé biopalivá- Metódy stanovenie obsahu vlhkosti CEN/TS 14775:2004 Tuhé biopalivá- Metóda na stanovenie obsahu popola CEN/TS 14778-1, 2: 2005 Tuhé biopalivá- Odber vzoriek CEN/TS 14779:2005 Tuhé biopalivá – Odber vzoriek Metódy prípravy plánov na odber vzoriek a certifikátov na odber vzoriek CEN/TS 14780:2005 Tuhé biopalivá- Metódy prípravy vzorky CEN/TS 14918:2005 Tuhé biopalivá - Metódy stanovenia výhrevnosti CEN/TS 14961:2005 Tuhé biopalivá- Špecifikácie a triedy palív CEN/TS 15103:2005 Tuhé biopalivá- Metódy stanovenie sypnej hmotnosti CEN/TS 15104:2005 Tuhé biopalivá- Stanovenie obsahu uhlíka, vodíka a dusíka-

Inštrumentálne metódy CEN/TS 15105:2005 Tuhé biopalivá- Metóda stanovenia obsahu vo vode rozpustných

chloridov, sodíka a draslíka CEN/TS 15148:2005 Tuhé biopalivá- Metóda stanovenie obsahu prchavých látok CEN/TS 15149-1, 2, 3 :2006 Tuhé biopalivá- Metódy stanovenia rozdelenia veľkosti častíc - CEN/TS 15150:2005 Tuhé biopalivá- Metódy stanovenia hustoty častíc CEN/TS 15210-1, 2 :2005 Tuhé biopalivá- Metódy stanovenia mechanickej odolnosti peliet a

brikiet CEN/TS 15234:2006 Tuhé biopalivá –Zabezpečenie kvality paliva CEN/TS 15289:2006 Tuhé biopalivá – Stanovenie celkového obsahu síry a chlóru - CEN/TS 15290:2006 Tuhé biopalivá - Stanovenie hlavných prvkov CEN/TS 15296:2006 Tuhé biopalivá – Výpočet analýz na rôznych základoch CEN/TS 15297:2006 Tuhé biopalivá – Stanovenie stopových prvkov

CEN/TS 15370-1:2006 Tuhé biopalivá – Metóda stanovenia správania sa popola pri tavení Časť 1: Metóda charakteristických teplôt

17

Postavenie práce CEN/- TC 335 v oblasti biomasa- biopalivo-bioenergia je uvedené v norme CEN/TS 14588: Tuhé biopalivá – Terminológia, definícia a popis a je znázornené na obr.4.

Obr. 4 : Postavenie práce CEN/TC 335 v oblasti biomasa- biopalivo- bioenergia Predmetom tejto technickej špecifikácie je definovať termíny ktoré prechádzajú všetkými štandardizačnými prácami v rámci technickej komisie CEN/TC 335. Tuhé biopalivá sa vyrábajú z rôznych zdrojov, ktoré sú definované v rámci CEN/TC 335.Termíny a definície sú roztriedené do logicky usporiadaných kategórií založených na skutočnosti, že tuhé biopalivá sa vyrábajú z rôznych zdrojov za účelom ich premeny na bioenergiu. Usporiadanie pojmov tejto technickej špecifikácie uvedené v tabuľke č.3 je založené na systéme klasifikácie tuhých biopalív.

BIO

MA

SA

VÝROBA / PRÍPRAVA

NIE JE PALIVO

BIOPALIVO

TUHÉ PALIVO

KVAPALNÉ A PLYNNÉ BIOPALIVO

CEN/TC 335

k

onve

rzia

BIO

EN

ER

GIA

18

Tabuľka 3: Usporiadanie pojmov podľa CEN/TS 14588 Drevná biomasa- lesné a plantážové drevo, drevospracujúci priemysel- vedľajšie produkty a zvyšky, použité drevo, zmesi a prímesi Bylinná biomasa - poľnohospodárske a záhradné byliny, priemysel spracúvajúci byliny- vedľajšie produkty a zvyšky, zmesi a prímesi Ovocná biomasa - sadové a záhradné plochy, priemysel spracovávajúci ovocie- vedľajšie produkty a zvyšky, zmesi a prímesi

Zdroje biomasy

Prímesi a zmesi biomasy- z rôznych biomás Zdroj/pôvod Obchodované formy Vzorkovanie a skúšanie Vlastnosti

Tuhé biopalivá - popis

Klasifikácia a špecifikácia Bioenergia

Jednou z najdôležitejších technických špecifikácií je CEN/TS 14961: Tuhé biopalivá- Špecifikácia a triedy palív. Predmetom tejto technickej špecifikácie je stanovenie špecifikácie kvalitatívnych tried palív a špecifikácia pre tuhé biopalivá. Podstatou normy je popis tuhých biopalív podľa:

- pôvodu a zdroja - hlavných obchodných foriem a vlastností

Podľa pôvodu a zdroja biopaliva sú tieto hlavné skupiny tuhých biopaliv uvedené v tab.č.1 technickej špecifikácie CEN/TS 14961. Normy, alebo technické špecifikácie používané na stanovenie určených vlastností tuhých biopalív sú takisto uvedené v tejto technickej špecifikácii. Obchoduje sa s rôznymi veľkosťami a tvarmi tuhých biopalív. Veľkosť a tvar ovplyvňujú manipuláciu s palivom a jeho vlastnosti pri horení. V tabuľke č.4. sú uvedené hlavné obchodné formy tuhých biopalív.

19

Tabuľka 4 : Hlavné obchodné formy tuhých biopalív Názov paliva Typická veľkosť častíc Bežná metódy prípravy Brikety Ø > 25 mm Mechanickým stlačením Pelety Ø > 25 mm Mechanickým stlačením Palivový jemný prach < 1 mm mletím Piliny 1 mm – 5 mm Rezaním ostrými nástrojmi Drevné štiepky 5 mm- 100mm Rezaním ostrými nástrojmi Rozdrvené drevné palivo rôzne Rezaním ostrými nástrojmi Kmene 100 -1 000 mm Rezaním ostrými nástrojmi Celé drevo > 500 mm Rezaním ostrými nástrojmi Malé balíky slamy 0,1 m3 Stlačením a zviazaním do

štvorcového prierezu Veľké balíka slamy 3,7 m3 Stlačením a zviazaním do

štvorcového prierezu Guľaté balíky slamy 2,1 m3 Stlačením a zviazaním do valcového

prierezu Zväzok rôzne Pozdĺžnym orientovaním a

zviazaním Kôra rôzne Odkorenením zvyškov stromov

rozrezania alebo nerozrezané Rezanka zo slamy 10 – 20 mm Rozrezaním počas žatvy Šupky s ovocné kôstky 5 – 15 mm Bez prípravy Vláknitý koláč rôzne Prípravou z vláknitého odpadu

odvodnením Zrno alebo semeno rôzne Bez prípravy alebo sušením Triedenie kvality je pripravené pre najdôležitejšie komerčné tuhé palivá ako brikety, pelety, výlisky, drevné štiepky, balíky slamy, rozdrvené drevené palivo atď. Určené vlastnosti pre obchodné formy tuhého biopaliva bežne používaného sú v tejto norme normatívnymi a dobrovoľne informatívnymi vlastnosťami V tabuľkách č.5, 6, 7 sú uvedené určené vlastnosti pre brikety, pelety a balíky slamy.

20

Tabuľka 5: Špecifikácia vlastností balíkov slamy Základná tabuľka Pôvod : Slama obilnín

Slama tráv Stonky a listy olejnín na semeno

Obchodná forma Veľký balík

Rozmery ( mm) výška(L1) šírka(L2) dĺžka (L3) P1 P2 P3 P4

1300 1 200 2200 1300 1200 2400 600až 900 1200 2400 1300 1200 1100až 2750

Hustota balíkov ( kg/m3) BD 130 BD 150 BD 165 BD 165+

≤ 135 ≤ 150 ≤ 165 >165

Voda (% (m/m), pôvodná) M16 M16+ M23 M23+ M30 M30+

≤ 16% ≤ 16% ≤ 23% ≤ 23% ≤ 30% ≤ 30%

žiadna časť nad 23% časti nad 23% sú prijateľné žiadna časť nad 30% jedna alebo viac častí nad 30% žiadna časť nad 35% jedna alebo viac častí nad 35%

Popol ( % (m/m) v bezvodom stave) A05 A10 A10+

≤ 5% ≤ 10 % >10 %

Druhy biomasy

NO

RM

AT

ÍVN

E

Boli určené Výhrevnosť, qp,net,ar ( MJ/kg, pôvodná) alebo hustota energie, Ear (kWh/m3, voľne uložená)

Odporúča sa aby bola špecifikovaná

INF

OR

MA

TÍV

NE

Zrnitostné rozdelenie alebo rozdelenie podľa štruktúry častíc

Odporúča sa aby sa deklarovali metódy výroby, ktoré ovplyvňujú veľkosti častíc slamy. To je pre prípad úrody ktorú znehodnotí premenlivé počasie

21

Tabuľka 6: Špecifikácia vlastností brikiet Základná tabuľka Pôvod: Drevná biomasa

Bylinná biomasa Zmesi a prímesi

Obchodná forma briketa Rozmery (mm) Priemer (d) alebo ekvivalent (diagonálny alebo priečny rez) D40 D50 D60 D80 D100 D125 D125+

25≤ D ≤40 ≤ 50 ≤ 60 V 80 ≤ 100 ≤ 125 ≤ 125 aktuálnej určenej hodnoty

Dĺžka mm, ( L) L 50 L 100 L 200 L300 L 400 L 400+

≤ 50 ≤ 100 ≤ 200 ≤ 300 ≤ 400 >400 alebo sa rovná aktuálnej určenej hodnoty

Voda ( % (m/m), pôvodná ) M10 M15 M20

≤10 % ≤15 % ≤20 %

Popol (m/m) v bezvodom stave A0.7 A1.5 A3.0 A6.0 A10.0

≤0,7 % ≤1,5 % ≤3,0 % ≤6,0 % ≤10,0 %

Síra ( % (m/m) v bezvodom stave) S0.05 S0.08 S0.10 S0.20 S0.20+

≤0,05% ≤0,08% ≤0,10% ≤0,20% >0,20% aktuálnej určenej hodnoty

Obsah síry je normatívny len pre chemicky ošetrenú biomasu, alebo ak sú použité síru obsahujúce aditíva

Hustota častíc (kg/dm3) DE0.8 DE1.0 DE1.1 DE1.2

0,8 až 0,99 1,00 až 1,09 1,1 až 1,19 >alebo =1,20

Aditíva ( % (m/m) lisovanej hmoty)

N

OR

MA

TÍV

NE

Má sa určiť druh a obsah pomocných lisovacích prostriedkov, inhibítorov struskovania alebo akýchkoľvek ďalších aditív

22

Dusík, N( % (m/m) v bezvodom stave) N0.3 N0.5 N1.0 N3.0 N3.0+

≤0,3 % ≤0,5 % ≤1,0 % ≤3,0 % >3,0 % aktuálnej určenej hodnoty

Obsah dusíka je normatívny len pre chemicky ošetrenú biomasu

Výhrevnosť, qp,net,ar ( MJ/kg, pôvodná) alebo hustota energie, Ear (kWh/m3, volne uložená)

odporúča sa aby bola pre maloobchod určená

Sypná hmotnosť, pôvodná ( kg/m3 voľne uložená)

odporúča sa aby bola určená ak sa predáva v objemových jednotkách

INF

OR

MA

TÍV

NE

Chlór, Cl (% (m/m) v bezvodom stave,%) Doporučené kategórie: Cl 0,0; Cl 0,07; Cl 0,10; Cl0,10+ ak je Cl >0,10% aktuálnej určenej hodnoty

Pokračovanie tabuľky 6 Tabuľka 7: Špecifikácia vlastností peliet

Základná tabuľka Pôvod: Drevná biomasa

Bylinná biomasa Zmesi a prímesi Ovocná biomasa

Obchodná forma pelety Rozmery (mm)

Priemer (D) a dĺžka ( L)a

D06 D08 D10 D12 D25

≤ 6 mm ± 0,5mm a L≤ 5x priemer ≤ 8 mm ± 0,5mm a L≤ 4x priemer ≤ 10 mm ± 0,5mm a L≤ 4x priemer ≤ 12 mm ± 1,0mm a L≤ 4x priemer ≤ 25 mm ± 1,0mm a L≤ 4x priemer

Voda ( % (m/m), pôvodná ) M10 M15 M20

≤10 % ≤15 % ≤20 %

Popol (m/m) v bezvodom stave

N

OR

MA

TÍV

NE

A0.7 A1.5 A3.0 A6.0 A6.0+

≤0,7 % ≤1,5 % ≤3,0 % ≤6,0 % >6,0 % aktuálnej určenej hodnoty

23

Síra ( % (m/m) v bezvodom stave) S0.05 S0.08 S0.10 S0.20+

≤0,05% ≤0,08% ≤0,10% >0,20% aktuálnej určenej hodnoty

Obsah síry je normatívny len pre chemicky ošetrenú biomasu, alebo ak sú použité síru obsahujúce aditíva

Mechanická odolnosťa ( % (m/m) peliet pre skúšanie) DU97.5 DU95.0 DU90.0

≥ 97,5% ≥ 95,0% ≥ 90,0%

Množstvo jemných častíc ( % (m/m), < 3,15 mm) po výrobe pri výstupe zo závodu F1.0 F2.0 F2.0+

≤ 1,0% ≤ 2,0% > 2,0%

a na poslednom možnom mieste vo výrobnom procese

Aditíva ( % (m/m) lisovanej hmoty) Má sa určiť druh a obsah pomocných lisovacích prostriedkov, inhibítorov struskovania alebo akýchkoľvek ďalších aditív Dusík, N( % (m/m) v bezvodom stave) N0.3 ≤0,3 % N0.5 ≤0,5 % N1.0 ≤1,0 % N3.0 ≤3,0 % N3.0+ >3,0 % aktuálnej

určenej hodnoty

Obsah dusíka je normatívny len pre chemicky ošetrenú biomasu

Výhrevnosť, qp,net,ar ( MJ/kg, pôvodná) alebo hustota energie, Ear (kWh/m3, voľne uložená)

Odporúča sa aby bola pre maloobchod určená

Sypná hmotnosť, pôvodná ( kg/m3 voľne uložená)

Odporúča sa aby bola určená ak sa predáva v objemových jednotkách

INF

OR

MA

TÍV

NE

Chlór, Cl (% (m/m) v bezvodom stave,%) Doporučené kategórie: Cl 0,0; Cl 0,07; Cl 0,10; Cl0,10+ ak je Cl >0,10% aktuálnej určenej hodnoty

a maximálne 20% (m/m) peliet môže mať dĺžku 7,5xd (priemer)

Pokračovanie tabuľky 7 Značky a skratky v tabuľkách č.5, 6, 7. : d- bezvodý stav daf- horľavina ar- pôvodný stav A- označenie pre obsah popola BD- označenie pre sypnú hmotnosť

24

DE - označenie pre rozmer častíc D- označenie pre priemer DU- označenie pre mechanickú odolnosť Ear - pôvodná hustota energie F- označenie pre množstvo jemných častíc (< 3,15 mm, % (m/m)) L- označenie pre dĺžku Mar- obsah vody celkovej M- označenie obsahu vody v pôvodnom stave P- označenie zrnitostného rozdelenia qV,net- spalné teplo pri konštantnom objeme qv,net – výhrevnosť pri konštantnom tlaku Hodnoty typických fyzikálnych a chemických vlastností pre nepoužitú slamu s a bez nevýznamného množstva zrna a pre čerstvé obilné zrnité materiály sú uvedené v tabuľkách č.8 a 9. Hodnoty sú len cieľom na popísanie vlastností, ktoré môžu byť obecne v Európe očakávané .Pokiaľ je to potrebné môžu sa používať na označenie vlastností. Údaje uvedené v týchto tabuľkách sú získané spojením prevažne švédskych, fínskych, dánskych, holandských a nemeckých výskumov. Hodnoty sú len cieľom na popísanie vlastností, ktoré môžu byť obecne v Európe očakávané.

25

Tabuľka 8: Typické fyzikálne a chemické hodnoty pre nepoužitú slamu s a bez nevýznamného množstva zrna podľa CEN/TS 14961

Slama z pšenice, žita, jačmeňa

Slama z repky olejnej

Parameter jednotka

Typická hodnota

Typické rozmedzie Typická hodnota

Typické rozmedzie

popol % m/m daf 5 2 - 10 5 2- 10 Spalné teplo qv,gr,daf.

MJ/kg daf 19,8 18,5 až 20,5 19,8 18,5 až 20,5

Výhrevnosť qp,net,daf

MJ/kg daf 18,5 17,5 až 19,5 18,5 17,5 až 19,5

Uhlík, C % m/m daf 49 46 -51 50 47- 53 Vodík, H % m/m daf 6,3 6,0- 6,6 6,3 6,0- 6,6 Kyslík, O % m/m daf 43 40 -46 43 40- 46 Dusík, N % m/m daf 0,5 0,2- 1,6 0,8 0,3-1,6 Síra, S % m/m daf 0,1 <0,05 – 0,2 0,3 <0,05 – 0,8 Chlór, Cl % m/m daf 0,4 <0,1 – 1,2 0,5 <0,1 – 1,2 Fluór, F % m/m daf 0,0005 Al mg/kg d 50 Do 700 50 Do 700 Ca mg/kg d 4 000 2 000- 7 000 165 000 8 000- 20 000 Fe mg/kg d 100 Do 500 100 Do 500 K mg/kg d 10 000 2 000- 26 000 10 000 2 000- 26 000 Mg mg/kg d 700 400- 1 300 700 300- 2 200 Mn Na mg/kg d 500 Do 3 000 500 Do 3 000 P mg/kg d 1 000 300- 2 900 1 000 300- 2 700 Si mg/kg d 10 000 1 000- 20 000 1 000 100- 3 000 Ti mg/kg d As mg/kg d < 0,1 < 0,1- 2,0 < 0,1 < 0,1- 0,5 Cd mg/kg d 0,1 < 0,05- 0,30 0,1 < 0,05- 0,30 Cr mg/kg d 10 1- 60 10 1- 60 Cu mg/kg d 2 1- 10 2 1- 10 Hg mg/kg d 0,02 <0,02- 0,05 0,02 <0,02- 0,05 Ni mg/kg d 1,0 0,2- 4,0 1,0 0,2- 4,0 Pb mg/kg d 0,5 0,1- 3,0 2,0 1,0- 13,0 V mg/kg d 3 Zn mg/kg d 10 3- 60 10 5- 20 Výhrevnosť- qp,net,daf : výhrevnosť bez popolovej sušiny pri konštantnom tlaku Spalné teplo qv,gr,daf. : spalné teplo bez popolovej sušiny pri konštantnom objeme

26

Tabuľka 9: Typické fyzikálne a chemické hodnoty pre čerstvé obilné zrnité materiály

Zrno z pšenice, žita a jačmeňa Zrno z repky olejnej Parameter Jednotka Typická hodnota

Typické rozmedzie Typická hodnota

Typické rozmedzie

popol % m/m daf 2 1,5 - 4 5 Spalné teplo qv,gr,daf.

MJ/kg daf 18,8 26,1

Výhrevnosť qp,net,daf

MJ/kg daf 17,4 27,7

Uhlík, C % m/m daf 46 63 Vodík, H % m/m daf 6,6 7,5 Kyslík, O % m/m daf 45 25 Dusík, N % m/m daf 2 4 Síra, S % m/m daf 0,1 0,1 Chlór, Cl % m/m daf 0,1 Fluór, F % m/m daf Al mg/kg d 20< Ca mg/kg d 500 400 až 600 Fe mg/kg d 70 až 150 K mg/kg d 5 000 4 000- 10 000 Mg mg/kg d 1500 1000- 2 100 Mn Na mg/kg d 25 až 50 P mg/kg d 4 000 3200- 7 000 Si mg/kg d 100- 200 Ti mg/kg d < 50 až 100 As mg/kg d < 0,1 < 0,1 Cd mg/kg d 0,05 < 0,05- 0,10 Cr mg/kg d 0,5 < 0,05- 1,0 Cu mg/kg d 4 3- 5 Hg mg/kg d <0,02 <0,02 Ni mg/kg d 1,0 0,2- 2,0 Pb mg/kg d 0,1 <0,1 V mg/kg d Zn mg/kg d 30 Výhrevnosť- qp,net,daf : výhrevnosť bez popolovej sušiny pri konštantnom tlaku Spalné teplo qv,gr,daf. : spalné teplo bez popolovej sušiny pri konštantnom objeme

Zaručenie kvality tuhých biopalív naprieč celým dodávateľským reťazcom, od miesta pôvodu až po dodanie tuhého paliva ako i zabezpečenie splnenia špecifikovaných požiadaviek na kvalitu je cieľom technickej špecifikácie CEN/TS 15234.Účelom tejto technickej špecifikácie je poslúžiť ako nástroj, ktorý umožňuje efektívne obchodovanie s biopalivami, čo znamená, že konečný užívateľ si môže vybrať biopalivo ktoré zodpovedá jeho požiadavkám a výrobca/dodávateľ môže vyrábať biopalivo so stanovenými a konzistentnými vlastnosťami a charakterizovať biopalivo zákazníkom. Táto technická špecifikácia stanovuje postupy pre splnenie požiadaviek na kvalitu a popisuje opatrenia, ktoré zaručujú , že je splnená špecifikácia biopaliva. Systém garancie kvality môže byť integrovaný do manažérstva kvality ISO 9001. Podľa terminológie ISO 9001 sa systém manažmentu kvality skladá z plánovania kvality, kontroly kvality, preukazovania kvality a zlepšovania kvality. Táto technická špecifikácia sa zaoberá preukazovaním kvality a kontrolou kvality tuhých biopalív špecifikovaných v súlade s CEN/TS 14961 a nezaoberá sa vzťahom medzi palivom a spaľovacími zariadeniami. Preukazovanie kvality biopaliva je nutné použiť v celom dodávateľskom reťazci tuhého biopaliva znázornenom na obr.č.5.

Činnosti v rámci dodávateľského reťazca Obr. 5 : Dodávateľský reťazec tuhého biopaliva podľa CEN/TS 15234 Preukazovanie kvality paliva v dodávateľskom reťazci a informácie potrebné pre kontrolu kvality paliva zaručujú sledovateľnosť a poskytujú záruku názorným predvedením, že všetky procesy v priebehu dodávateľského reťazca tuhých biopalív sú pod kontrolou až po miesto dodania ku konečnému užívateľovi. Na obrázku č. 6 sú znázornené niektoré z rôznych typov dodávateľských reťazcov tuhého biopaliva a vhodné miesta na dokumentovanie pôvodu a zdroja ako i miesta na vystavenie prehlásenia o kvalite paliva.

S

UR

OV

INA

Iden

tifik

ácia

a

zbe

r su

roví

n

V

ýrob

a / ú

prav

a

tuhý

ch b

iopa

lív

Obc

hodo

vani

e a

doda

nie

tuhý

ch

biop

alív

Prií

jem

tuhé

ho

biop

aliv

a ko

nečn

ým

užív

ateľ

om

Konečný Užívateľ Spaľovacie zariadenie alebo iná konverzia

28

CEN - Preukazovanie kvality paliva pre tuhé biopalivá podľa CEN/TS 15234 a CEN/TS 14961 Obr. 6 : Príklad dokumentácie pôvodu a zdroja a prehlásenie o kvalite paliva v rôznych dodávateľských reťazcoch biopaliva Dôležitou súčasťou preukazovania kvality je dokumentácia. V tabuľke č. 10 sú uvedené povinné dokumenty k opatreniam pre preukazovanie kvality.

Vlastníci zdroja biomasy

Výrobcovia biopaliva

Výrobca biopaliva = dodávateľ

Dodávateľ biopaliva

Maloobchodník s palivom

Konečný užívateľ

Konečný užívateľ

BIOMASA Pôvod / zdroj

Biopalivá v sypkom stave

Balené biopalivá

Vlastníci zdroja biomasy

Výrobca/ Dodávateľ biopaliva

Účastník alebo vlastník

Účastník

účastník

Dokumentácia pôvodu a zdroja

DODÁVATEĽ

Prehlásenie o kvalite paliva

Konečný užívateľ

Prehlásenie o kvalite paliva

KONEČNÝ UŽÍVATE Ľ

29

Tabuľka 10: Povinná dokumentácia k opatreniam pre preukazovanie kvality

Oblasť Povinná dokumentácia Podkapitola CEN/TS 15234

Sledovateľnosť suroviny

Dokumentácia pôvodu a zdrojaa 7.1.2

Požiadavky na výrobu -sa líšia podľa zložitosti výrobného procesu ako I požiadaviek na biopalivo

Kroky vo výrobnom reťazci- krok 1: dokumentovať kroky výrobného reťazca krok 2: charakterizovať špecifikáciu biopaliva: špecifikácia obchodovanej formy a stanovenie špecifikovaných vlastností( prehľad je uvedený vtabuľke č. 11) krok 3: analyzovať faktory ovplyvňujúce kvalitu biopaliva a jednanie spoločnosti( to zahrňuje prepravu, manipuláciu a skladovanie) krok 4-: identifikovať a dokumentovať kritické kontrolné body pre dosiahnutie zhody so špecifikáciou paliva krok 5: zvolenie vhodných opatrení, ktoré zaručia zákazníkovi že špecifikácie sú splnené pomocou: krok 6: zaviesť a dokumentovať postupy pre zvláštne zaobchádzanie s nevyhovujúcimi biopalivami a materiálmi

6.2

Preprava, manipulácia a skladovanie vo výrobe

Popis prepravy, manipulácie a skladovania 6.3

Konečná špecifikácia biopaliva

Prehlásenie o kvalite paliva 6.4

a výrobca tuhého biopaliva z použitého dreva alebo z vedľajších produktov a zvyškov zo spracovateľského priemyslu dreva, bylín alebo ovocia musí preukázať, že použitá surovina spadá do predmetu CEN/TS 14961 Na obrázku č.7 je uvedený ako príklad výrobný reťazec pre balíky slamy

30

Obr. 7 : Výrobný reťazec pre balíky slamy podľa CEN/TS 15234 Pre špecifikáciu v prehlásení o kvalite paliva musí byť použitá CEN/TS 14961.Prehlásenie o kvalite paliva musí obsahovať:

1. pôvod a zdroj 2. zem kde sa biomasa zberá, alebo sa s ňou obchoduje ako s palivom 3. obchodovaná forma 4. vlastnosti

Vlastnosti musia byť špecifikované v súlade s požiadavkami uvedenými v CEN/TS 14961, kde sú uvedené ako triedy. Normatívne a informatívne špecifikované vlastnosti pre rôzne obchodné formy tuhých biopalív sú zhrnuté v tab.č.11.

POĽNOHOSPODÁR

OBCHODNÍK SO SLAMOU- DODÁVATE Ľ

SPOTREBITEĽ

SLAMA LEŽIACA NA POLI

BA

LÍK

OV

AN

IE

NS

LAM

Y

NA

KLA

DA

NIE

NA

N

ÁK

LAD

NÉ

AU

TÁ

A

LEB

O T

RA

KT

OR

Y

A P

RE

PR

AV

A D

O

SK

LAD

OV

SK

LAD

OV

AN

IE

POČ

AS

1 –

12

ME

SIA

CO

V

NA

KLA

DA

NIE

NA

N

ÁK

LAD

NÉ

AU

TÁ

A

PR

EP

RA

VA

KU

K

ON

EČ

NÉ

MU

U

ŽÍV

AT

EĽ

OV

I

KO

NEČ

NÝ

U

ŽÍV

AT

EĽ

: S

PAĽ

OV

AC

IE

ZA

RIA

DE

NIE

ALE

BO

IN

É K

ON

VE

RZ

NÉ

Z

AR

IAD

EN

IE

Prehlásenie o kvalite paliva

Kritický kontrolný bod Kontrola či sú skladovacie podmienky v poriadku

Kritický kontrolný bod Vytriedenie znehodnoteného a znečisteného materiálu

31

Tabuľka11: Prehľad špecifikovaných vlastností podľa tabuliek 4 – 13 CEN/TS 15234

Brikety PeletyExtrahovaný

olivový výlisokDrevená štiepka

Drvené palivové

drevoPolená Piliny Kôra

Balíkyslamy

Ostatné

Rozmer častíc (P), alebo rozmer (D, L)

X X X X X X X X

Drvenie XObsah vody (M ar ) X X X X X X X X X XObsah popola (A) X X X X X X X X X XHustota častíc (DE), Hustota balíkov

X X

Mechanická odolnos ť (DU) X Jemné častice (F), hmotn.% XPrísady X X X

Druh biomasyX Ihličnatá / listnatá zmes

X

Chemické ošetrenie

Síra (S) Xa Xa

Dusík (N)

Výhrevnos ť ( q p, net, ar ),alebo hustota energie (E ar )

Sypná hmotnos ť (BD)

Chemické zloženie (Napr. obsah Chlóru, síry, hlavných a ved ľajších prvkov)

Pokia ľ má význam pre vlastné použitiePokia ľ sa obchoduje na základe objemu , mal by by ť uvedený skuto čný objem a sypná hmotnos ť (napr. sypný objem, alebo objem uloženého dreva).

a Síra je normatívna len pre chemicky ošetrovanú bi omasu, alebo pokia ľ boli pri výrobe použité prísady s obsahom síry.

Normatívne vlastnosti

Informa čné vlastnosti

Normatívne len pre chemicky ošetrenú biomasu

Dusík je normatívny, len pre chemicky ošetrenú biom asu a extrahovaný olivový výlisok

Pokia ľ má význam pre vlastné použitie.Vlastnosti ktoré sú charakteristické pre určité tuhé biopalivo a sú považované za zdroj užito čných informácií.

5.2 Špecifikácia vybraných druhov bylinnej biomasy V celosvetovom priemere sa odhaduje, že poľnohospodárske vedľajšie produkty, kryjú asi 5% potreby energie. Asi do 30% slamy z polí ( 25% pri obilninách), hlavne slamy ako hlavného predstaviteľa bylinnej biomasy , sa môže využiť ako palivo ( zvyšok sa zapracováva ako hnojivo späť do pôdy). Základné vlastnosti si zachováva pri rôznom spôsobe spracovania a využívania ako sú balíky slamy, rezanka, brikety či pelety. Výhrevnosť slamy je porovnateľná a vyššia ako výhrevnosť hnedého uhlia ( tab.č.12.). Slama je CO2 neutrálna, t.j. pri jej spaľovaní sa vyprodukuje len toľko koľko sa nazhromaždilo počas jej rastu. Z pôdy sa do slamy dostáva asi len 5-6% sušiny, ktorú tvoria prijaté nerastné látky, ktoré po spálení tvoria popol. Hlavné prvky- uhlík, kyslík a vodík sa do fytomasy dostali v procese fotosyntézy zo vzduchu a vody. Slama v dôsledku hnojenia obilnín a ošetrovania herbicídami obsahuje zlúčeniny chlóru, ktoré sa ukázali ako silne korodujúce látky v parných predhrievačoch pri teplotách nad 550 oC. Obsah draslíka a kremíka sa tiež prejavuje negatívne a to usadzovaním zlúčenín v lietacom popolčeku na teplo-výmenných plochách výmenníkov, a tiež v nízkej teplote tavenia a spekania popola. Rozsah teplôt lepenia, mäknutia, tavenia a tečenia je v popole rôznych druhov biomasy rôzny ( tab. č. 13) a preto je potrebné tieto teploty vedieť pred spaľovaním. Obsah vápnika naopak priaznivo pôsobí na rozpad popola a preto sa vápenný prach zapracúva do slamených brikiet a peliet. Najvýznamnejším faktorom je obsah vody , ktorá by pri dodávke nemala byť vyššia 15-

32

18% z dôvodu zníženia výhrevnosti ako i jej ťažším mechanickým spracovaním a možnosťou plesnivenia v balíkoch. Technológie využitia tuhých biopalív kladú vysoké nároky na ich fyzikálno-mechanické vlastnosti, a to predovšetkým na vlhkosť, mernú hmotnosť, tvar, veľkosť a súdržnosť. Pri sledovaní fyzikálnych a chemických vlastností poľnohospodárskej biomasy vhodnej na spaľovanie sme sa snažili spracovať čo najširšie druhové zastúpenie biomasy. Z toho dôvodu boli spracované aj vzorky menej tradičné vrátane zrna (kukurica, ovos, pšenica, tritikale) a semena (repka) a druhov drevín ovocných (marhuľa, jabloň), viniča i drevín tvoriacich nálet na trvalých trávnych porastoch (borievka, vŕba, osika, breza, jelša, šípka, rakyta) ako aj energetických plodín (ozdobnica čínska, topinambur, amarantus), lúčne seno, pelety (pasienkový nálet) a výlisky (repka pri výrobe MERO) a ďalšie druhy (konope technické, tabakové stonky, slama hrachová, sójová, slnečnicová). Cieľom práce bolo zistiť niektoré vlastnosti, ktoré ju charakterizujú ako tuhé biopalivo. V rámci tejto výskumnej úlohy to bolo : 5.2.1 Stanovenie fyzikálnych parametrov tepelných:

- spalné teplo - výhrevnosť - taviteľnosť popola - horľavina - voda - popol

5.2.2. Stanovenie chemických parametrov : - síra celková S - uhlík celkový C - vodík celkový H - dusík N - kyslík vypočítaný O - chlór Cl - ortuť Hg - kadmium Cd - chróm Cr - olovo Pb - zinok Zn - arzén As - meď Cu - nikel Ni - chemická analýza popola( obsah popolovín):

- SiO2 - CaO

- MgO - Fe2O3 - P2O5 - Al2O3 - Mn3O4 - SO3 - Na2O + K2O - Fe celkové

33

5.2.1 Stanovenie fyzikálnych parametrov tepelných Na splnenie stanoveného cieľa bolo potrebné: - zistiť spalné teplo pri konštantnom objeme (gross calorific value at constant volume), čo je absolútna hodnota špecifickej energie spaľovania v J na jednotku hmotnosti tuhého paliva uvoľnené jeho spálením v kyslíku v kalorimetrickej tlakovej nádrži za predpísaných podmienok. Predpokladá sa, že splodiny horenia sa skladajú z plynného O, N, CO2, SO2 , vody v kvapalnom stave (v rovnováhe s parou) nasýtenej CO2 za reakčných podmienok v tlakovej nádrži a popola v tuhom stave, to všetko pri referenčnej teplote (27) a pri konštantnom objeme.. - zistiť výhrevnosť pri konštantnom objeme (net calorific value at constant volume), čo je absolútna hodnota špecifickej energie spaľovania v J na jednotku hmotnosti paliva uvoľnená jeho spálením v kyslíku pri konštantnom objeme a za podmienok, že celková voda reakčných splodín zostáva vo forme vodnej pary, v hypotetickom stave (pri 0,1 MPa), ostatné splodiny sú v stave ako pri spalnom teple, to všetko pri referenčnej teplote. - stanoviť teploty taviteľnosti popola charakterizované teplotami: spekania, mäknutia, tavenia a tečenia popola, ktoré boli zisťované pomocou testovacej pece RP 37/1600. Všetky merania spalného tepla/výhrevnosti boli vykonané podľa STN ISO 1928. Výsledky výhrevnosti v MJ.kg-1 sú uvádzané pri bezvodej vzorke pre väčšiu objektívnosť a možnosť porovnania jednotlivých druhov biomasy a sú spracované na grafe č.1 a v tabuľke 12. Podobne boli spracované aj údaje o hodnotách spalného tepla a obsahu popola ( STN ISO 1171). Graf 1 .Výhrevnosť niektorých vybraných druhov poľnohospodárskej biomasy

0

5

10

15

20

25

30

výhr

evno

sť v

MJ/

kg

repk

a-se

men

o

repk

a-ce

lá r

astli

na

ozdo

bnic

a čín

ska-

slam

a

mar

huľa

-dre

vo

jabl

oň-d

revo

vinič-d

revo

pšen

ica-

zrno

kuku

rica-

slam

a

repk

a-sl

ama

triti

kale

-sla

ma

pšen

ica-

slam

a

triti

kale

-zrn

o

sója

-sla

ma

pšen

ica-

celá

ras

tlina

jačm

eň-s

lam

a

topi

nam

bur-

slam

a

hrac

h-sl

ama

triti

kale

-cel

á ra

stlin

a

taba

k-st

onky

amar

antu

s-sl

ama

slnečni

ca-s

lam

a

hned

é uh

lie

34

Tabuľka 12: Hodnoty spalného tepla, výhrevnosti a obsahu popola vybraných druhov biomasy

Druh biomasy Výhrevnosť v MJ.kg-1

Spalné teplo v MJ.kg-1

Obsah popola v %

repka-semeno 26,40 27,67 3,1 výlisky z repky z výroby MERO 20,62 21,86 6,1 borievka –celá rastlina 19,62 20,94 2,4 breza- drevo 19,48 20,77 1,2 repka-celá rastlina 19,17 20,43 4,3 osika- drevo 18,84 20,12 2,6 ozdobnica čínska-slama 18,75 19,97 6,6 jelša- drevo 18,61 19,89 1,2 šípka- drevo 18,51 19,80 2,1 vrba- drevo 18,27 19,54 1,6 marhuľa-drevo 18,06 19,33 4,1 lieska-drevo 17,94 19,20 1,8 ovos-zrno 17,92 19,19 3,2 jabloň-drevo 17,84 19,13 1,8 vinič-drevo 17,44 18,73 2,5 kukurica-vreteno bez zrna 17,34 18,63 1,6 kukurica-zrno 17,34 18,64 1,2 rakyta-drevo 17,29 18,54 2,9 pelety z pasienkovej zmesy 17,21 18,64 9,5 pšenica-zrno 17,18 18,46 1,6 konope technické 17,16 18,33 10,4 kukurica-slama 17,11 18,36 4,6 repka-slama 16,49 17,78 6,9 tritikale-slama 16,49 17,75 4,5 lúčne seno 16,48 17,92 5,5 pšenica-slama 16,37 17,67 5,7 tritikale-zrno 16,35 17,65 1,9 sója-slama 16,26 17,48 7,2 pšenica-celá rastlina 16,22 17,50 2,7 jačmeň-slama 16,06 17,36 5,7 topinambur-slama 16,02 17,19 11,4 hrach-slama 16,01 17,30 6,1 tritikale-celá rastlina 16,00 17,25 4,4 tabak-stonky 15,94 17,16 7,1 amarantus-slama 15,14 16,28 13,5 slnečnica-slama 13,16 14,31 12,9 hnedé uhlie 12,05 - -

35

Na výhrevnosť biomasy má značný vplyv obsah vlhkosti. So stúpajúcim obsahom vlhkosti klesá výhrevnosť biomasy. Z toho dôvodu je dôležité pri využívaní biomasy ako paliva zabezpečiť také podmienky skladovania a manipulácie aby nedochádzalo ku zvyšovaniu obsahu vlhkosti v biomase. Všeobecne sa odporúča znížiť vlhkosť pod 30%, za optimálnu vlhkosť sa považuje vlhkosť do 20%.Táto hodnota sa dá dosiahnuť bežným sušením pod strechou, alebo prístreškom. Na grafe 2,3,4 sú znázornené priebehy poklesu výhrevnosti slamy pšeničnej, repkovej a jačmennej v závislosti od obsahu vlhkosti. Graf 2 Závislosť výhrevnosti pšeničnej slamy od obsahu vlhkosti

y = 16,766e-1,651x

R2 = 0,9978

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

vlhkos ť slamy v %

výhr

evno

sť v

MJ/

kg

výhrevnosť v MJ/kg Exponenciální (výhrevnosť v MJ/kg)

36

Graf 3 Závislosť výhrevnosti repkovej slamy od obsahu vlhkosti

y = 16,766e1,651x-

R20,9978 =

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

vlhkos ť slamy v %

výhr

evno

sť v

MJ/

kg

výhrevnosť v MJ/kg Exponenciálny (výhrevnosť v MJ/kg)

Graf 4 Závislosť výhrevnosti jačmennej slamy od obsahu vlhkosti

y = 16,214e1,5022x-

R20,9985 =

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%

vlhkos ť slamy v %

výhr

evno

sť v

MJ/

kg

výhrevnosť v MJ/kg Exponenciálny (výhrevnosť v MJ/kg)

37

Z hľadiska spaľovacieho procesu sú dôležité teploty taviteľnosti popola. Vysoké teploty taviteľnosti popola sú veľmi dôležité pre bezproblémové spaľovanie biomasy, ktorá sa v topenisku nespeká a nepoškodzuje tak vnútro kotlov na spaľovanie. Pri stanovení taviteľnosti popola podľa :STN ISO 540- 441363 , prístroj RP-37/1600, PIE Varšava, oxidačná atmosféra max. pracovná teplota prístroja 1550 oC, boli merané štyri charakteristické teploty v °C: - teplota spekania ( deformácie ) popola TS, - teplota mäknutia popola TA, - teplota tavenia popola TB, - teplota tečenia popola TC.

Teploty taviteľnosti popola boli stanovené pre nasledovné vybrané druhy poľnohospodárskej biomasy: - jačmenná slama, - pšeničná slama, - repková slama, - pšeničné zrno, - kukuričná slama - marhuľové drevo.

Namerané teploty taviteľnosti popola biomasy sú v tabuľke č.13 aj v porovnaní s uhlím. Tabuľka 13 Teploty taviteľnosti popola vybraných druhov poľnohospodárskej biomasy Vzorka TS v °C TA v °C TB v °C TC v °C Jačmenná slama 659 783 923 1 118 Pšeničná slama 612 767 1 044 1 257 Repková slama 633 665 1 452 1 460 Pšeničné zrno 612 727 772 792 Marhu ľové drevo 1 035 1 328 1 421 1 439 Uhlie 1 260 1 280 1 360 1 500 Kukuri čná slama 796 886 1035,5 1059 Tieto hodnoty teplôt taviteľnosti popola poľnohospodárskej biomasy ukazujú rozdiely v teplotách slamenej a drevnatej biomasy. Údaje o teplotách môžu zohrávať dôležitú úlohu pri konštrukcii roštových častí spaľovacích zariadení na biomasu ako aj regulačných prvkov procesu horenia. 5.2.2 Stanovenie chemických parametrov Pri analýze biopaliva a analýze popola boli stanovené ukazovatele pre slamu:

- pšeničnú - repkovú - jačmennú

Namerané hodnoty sú uvedené v tabuľkách č. 14, 15, 16. V tabuľke č. 17 sú uvedené obsahy oxidov prvkov v popole. Použité prístroje a spôsob chemickej analýzy popola je uvedený v tab.č.18.

38

Tabuľka 14: Pšeničná slama

Stanovenie Jednotka Dodaná vzorka r

Analytická vzorka a

Bezvodá vzorka d

Horľavina daf

voda W % Wr

t = 9,3 Wr

ex =2,5 7,1

Popol A % 4,7 4,8 5,2 Horľavina (100-W-A)

% 86,0 88,1 94,8 100,00

Síra celková St % 0,05 0,06 0,06 0,06 Uhlík celkový Ct % 42,27 43,29 46,60 49,16 Vodík celkový Ht % 4,85 4,97 5,35 5,64 Dusík N % 0,58 0,59 0,64 0,68 Kyslík vypočítaný Od % 38,25 39,19 42,15 44,46 Chlór Cl % 0,52 0,53 0,57 0,60 Ortu ť Hg mg/kg 0,09 0,10 Kadmium Cd mg/kg < 0,1 < 0,1 Chróm Cr mg/kg < 4,9 < 5,4 Olovo Pb mg/kg < 2,9 < 3,2 Zinok Zn mg/kg 11,7 12,9 Arzén As mg/kg 0,8 0,9 Meď Cu mg/kg 2,9 3,2 Nikel Ni mg/kg 2,9 3,2 Tabuľka 15: Slama jačmenná

Stanovenie jednotka Dodaná vzorka r

Analytická vzorka a

Bezvodá vzorka d

Horľavina daf

voda W % Wr

t = 9,2 Wr

ex =1,8 7,8

Popol A % 6,8 6,9 7,5 Horľavina (100-W-A)

% 84,0 85,3 92,5 100,00

Síra celková St % 0,08 0,08 0,09 0,10 Uhlík celkový Ct % 41,61 42,26 45,83 49,55 Vodík celkový Ht % 4,81 4,89 5,30 5,73 Dusík N % 0,59 0,60 0,65 0,70 Kyslík vypočítaný Od % 36,91 37,47 40,63 43,92 Chlór Cl % 2,12 2,18 2,34 2,53 Ortu ť Hg mg/kg 0,10 0,11 Kadmium Cd mg/kg < 0,1 < 0,1 Chróm Cr mg/kg 6,8 7,5 Olovo Pb mg/kg <2,9 <3,2 Zinok Zn mg/kg 23,4 25,7 Arzén As mg/kg 0,3 0,3 Meď Cu mg/kg 4,9 5,4 Nikel Ni mg/kg 4,9 5,2

39

Tabuľka 16: Slama repková

Stanovenie jednotka Dodaná vzorka r

Analytická vzorka a

Bezvodá vzorka d

Horľavina daf

voda W % Wr

t = 9,5 Wr

ex =1,3 8,4

Popol A % 6,5 6,6 7,2 Horľavina (100-W-A)

% 84,0 85,0 92,8 100,00

Síra celková St % 0,07 0,07 0,08 0,09 Uhlík celkový Ct % 41,04 41,54 45,35 48,87 Vodík celkový Ht % 4,67 4,73 5,16 5,56 Dusík N % 0,65 0,66 0,72 0,78 Kyslík vypočítaný Od % 35,75 38,00 41,49 44,70 Chlór Cl % 1,06 1,08 1,17 1,26 Ortu ť Hg mg/kg 0,01 0,01 Kadmium Cd mg/kg < 0,1 < 0,1 Chróm Cr mg/kg 6,9 7,6 Olovo Pb mg/kg <2,9 <3,2 Zinok Zn mg/kg 11,8 12,9 Arzén As mg/kg 0,6 0,7 Meď Cu mg/kg 2,0 2,2 Nikel Ni mg/kg 3,9 4,3 Wr

t – obsah celkovej vody Wr

ex obsah hrubej vody Tabuľka 17 : Chemická analýza popola

Obsah jednotka Slama pšeničná Slama jačmenná Slama repková

SiO2 % 22,5 19,6 19,7 R2O3 % 5,6 3,75 3,75 CaO % 9,25 11,5 20,8 MgO % 4,12 3,95 3,88 Fe2O3 % 0,63 0,29 0,17 P2O5 % 3,80 1,24 2,77 Al 2O3 % 0,79 0,34 0,26 Mn3O4 % 0,11 0,06 0,04 SO3 % 2,8 3,0 2,8 Na2O + K2O % 22,0 24,1 17,4 Fe celkové % 0,44 0,20 0,12

40

Tabuľka 18

6. VÝSLEDKY RIEŠENIA, ZHODNOTENIE A NÁVRH NA ĎALŠIE VYUŽITIE

V tabuľke č. 19 sú porovnané namerané hodnoty paliva –slamy pšeničnej, jačmennej a repkovej s typickými fyzikálnymi a chemickými hodnotami pre nepoužitú slamu uvedenými v tab. č. 8. V tabuľke nie sú uvedené namerané hodnoty výhrevnosti ktoré boli stanovené pre bezvodú sušinu a nie pre bez popolovú sušinu ako v tab.č.8. Rozdiely medzi typickými hodnotami a nami nameranými sú v obsahu chlóru v jačmennej a repkovej slame, kde nameraná hodnota chlóru Cl v jačmennej slame je viac ako šesť násobne vyššia ako typická hodnota 0,4 % m/m daf a dvojnásobne vyššia ako maximálne stanovené typické rozmedzie. Obsah Cl v repkovej slame je približne pri maximálnej hodnote typického rozmedzia. Množstvo arzénu As v repkovej slame je takisto vyššie ako 0,5 mg/kg sušiny , čo je hodnota maximálneho typického rozmedzia. Množstvo niklu Ni v slame jačmennej a repkovej takisto prekračuje maximálne povolenú hodnotu 4,0 mg/kg v sušine .Množstvo olova Pb namerané v pšeničnej a jačmennej slame prekračuje maximálnu povolenú hodnotu 3,0 mg/kg. V ďalšej fáze riešenia špecifikácie a klasifikácie tuhých biopalív z bylinnej biomasy bude potrebné stanoviť určené vlastnosti pre všetky obchodovateľné druhy a formy biopalív v SR a definovať presné metódy a postupy na ich stanovenie a stanoviť limitné hodnoty .

41

Tabuľka 19 : Namerané hodnoty a typické hodnoty pre slamu pšeničnú, jačmennú a repkovú podľa CEN/T S14961

Slama z pšenice a jačmeňa

Slama z repky olejnej Parameter jednotka

Typická hodnota

Typické rozmedzie

Namerané hodnoty

Typická hodnota

Typické rozmedzie

Namerané hodnoty

popol % m/m daf 5 2 - 10 5,7 5 2- 10 6,9 Spalné teplo qV,gr,daf.

MJ/kg daf 19,8 18,5- 20,5 19,8 18,5 až 20,5

Výhrevnosť qp,net,daf

MJ/kg daf 18,5 17,5- 19,5 18,5 17,5 až 19,5

Uhlík, C % m/m daf 49 46 -51 49,16 pš

49,55 jač 50 47- 53 48,87

Vodík, H % m/m daf 6,3 6,0- 6,6 5,64 pš 5,73 jač

6,3 6,0- 6,6 5,56

Kyslík, O % m/m daf 43 40 -46 44,46 pš 43,92 jač

43 40- 46 44,70

Dusík, N % m/m daf 0,5 0,2- 1,6 0,68 pš 0,70 jač

0,8 0,3-1,6 0,78

Síra, S % m/m daf 0,1 <0,05- 0,2 0,06 pš 0,10 jač

0,3 <0,05 – 0,8 0,09

Chlór, Cl % m/m daf 0,4 <0,1 – 1,2 0,60 pš 2,53 jač

0,5 <0,1 – 1,2 1,26

Fluór, F % m/m daf 0,0005 Al mg/kg d 50 Do 700 50 Do 700 Ca mg/kg d 4 000 2 000- 7000 165 000 8 000- 20

000

Fe mg/kg d 100 Do 500 100 Do 500 K mg/kg d 10 000 2 000-

26000 10 000 2 000-

26 000

Mg mg/kg d 700 400- 1 300 700 300-2 200 Mn Na mg/kg d 500 Do 3 000 500 Do 3 000 P mg/kg d 1 000 300- 2 900 1 000 300-2 700 Si mg/kg d 10 000 10 000-20

000 1 000 100-3 000

Ti mg/kg d As mg/kg d < 0,1 < 0,1- 2,0 0,3 < 0,1 < 0,1- 0,5 0,7 Cd mg/kg d 0,1 <0,05-0 ,30 < 0,1 0,1 <0,05-0,30 <0,1 Cr mg/kg d 10 1- 60 <5,4 pš

7,5 jač 10 1- 60 7,6

Cu mg/kg d 2 1- 10 3,2 pš 5,4 jač

2 1- 10 2,2

Hg mg/kg d 0,02 <0,02- 0,05 0,02 <0,02- 0,05 Ni mg/kg d 1,0 0,2- 4,0 <3,2 pš

5,2 jač 1,0 0,2- 4,0 4,3

Pb mg/kg d 0,5 0,1- 3,0 <3,2 2,0 1,0- 13,0 <3,2 V mg/kg d 3 Zn mg/kg d 10 3- 60 12,9 pš

25,7 jač 10 5- 20 12,9

42

Navrhujeme: Stanovenie minimálnych požiadaviek normy na tvarované tuhé biopalivá z poľnohospodárskej biomasy Stanoviť vyrobenú alebo požadovanú kvalitu tuhých biopalív. Celý tento proces bude zameraný na triedenie kvality a špecifikáciu vlastností tuhých biopalív z bylinnej biomasy pochádzajúcej z nasledovných zdrojov:

- Poľnohospodárske a záhradné byliny ( obilniny, trávy, olejniny na semeno, koreňoviny, strukoviny, kvetenstvo, bylinná biomasa zo starostlivosti o krajinu)

- Priemysel spracovávajúci byliny, vedľajšie produkty a zvyšky - Zmesi a prímesi

Účelom triedenia kvality a špecifikácie bude stanovenie akosti tuhého biopaliva z biomasy v komplexnom dodávateľskom reťazci od pôvodu až k dodávke certifikovaného tuhého biopaliva a zaistenie zodpovedajúcej dôvery ku kvalitatívnym požiadavkám. Princípom zaistenia kvality tuhého biopaliva bude jeho presná klasifikácia a špecifikácia – popis vlastností paliva, určenie a stanovenie limitovaných požiadaviek na biopalivo. Triedenie kvality sa pripraví pre najdôležitejšie komerčné tuhé tvarované biopalivá ako brikety, pelety, výlisky, drevné štiepky, balíky slamy, rozdrvené palivo. Určené vlastnosti pre tieto obchodné formy tuhého biopaliva budú v tomto návrhu normatívnymi a dobrovoľne informatívnymi vlastnosťami. Takisto sa určia i štandardné metódy stanovenia vybraných vlastností a fyzikálnych a chemických parametrov tuhých biopalív Výsledkom by boli základné špecifikované vlastnosti tuhých biopalív uvedené v obecnej tab.č.20. Tabuľka 20 : Obecná základná tabuľka na špecifikáciu vlastností tuhých biopalív

Základná tabuľka Pôvod: Špecifikácia podľa pôvodu a zdroja

Obchodná forma Krátky popis formy paliva

NO

RM

AT

ÍVN

E

Rozmery (mm) Dx x = maximálny priemer L y y = maximálna dĺžka

Pokiaľ rozmery nie sú vhodne na vyjadrenie priemerom a dĺžkou, môžu byť použité iné formáty, ktoré musia byť jasne určené

43

Voda ( % (m/m), pôvodná ) M10 M15 M20 M30 M40 M50 M60

≤ 10 % ≤ 15 % ≤ 20 % ≤ 30 % ≤ 40 % ≤ 50 % ≤ 60 %

Popol (m/m) v bezvodom stave A0.7 A1.5 A3.0 A6.0 A10.0 A 10.0+

≤ 0,7 % ≤ 1,5 % ≤ 3,0 % ≤ 6,0 % ≤ 10,0 % >10,0 % aktuálnej určenej hodnoty

Aditíva ( % (m/m) lisovanej hmoty) Musí byť určený druh a obsah aditív Pokiaľ sa pridáva akýkoľvek druh aditív do paliva

musí byť určené jeho množstvo a druh Dusík, N( % (m/m) v bezvodom stave) N0.5 ≤ 0,5 % N1.0 ≤ 1,0 % N3.0 ≤ 3,0 % N3.0+ > 3,0 % aktuálnej určenej

hodnoty

Obsah dusíka je normatívny len pre chemicky ošetrenú biomasu

Výhrevnosť, qp,net,ar ( MJ/kg, pôvodná) alebo hustota energie, Ear (kWh/m3, volne uložená)

odporúča sa aby bola určená maloobchodom

Sypná hmotnosť, pôvodná ( kg/m3 voľne uložená) odporúča sa aby bola určená ak sa predáva v objemových jednotkách v kategóriách ( BD200, BD300, BD450, BD550, BD600, BD650, BD750)

Chlór, Cl (% (m/m) v bezvodom stave,%) odporúča sa určiť kategórie: Cl 0,03; Cl 0,07; Cl 0,10; Cl 0,10+ ak je Cl >0,10% aktuálnej určenej hodnoty

Síra ( % (m/m) v bezvodom stave) Odporúča sa určiť kategórie S 0,05, S 0,10, S 0,20+ ( ak je S>0,20% aktuálnej určenej hodnoty)

Mechanická odolnosť (zbytková hmotnosť po ošetrení, % (m/m) , hmotnosť v bezvodom stave)

Odporúča sa a určiť pre stlačené palivá a lebo palivá podobne upravené. Odporúčané kategórie DU97.5; DU96.5; DU95.0; DU90.0.

Ďalšie špecifikácie rozmerov Odporúča sa aby v palive boli stanovené maximálne povolené množstvá jemných a hrubých častíc

INF

OR

MA

TÍV

NE

Ďalšie napr. hlavné a vedľajšie prvky Vlastnosti, ktoré sú špecifikované pre aktuálne biopalivo a ktoré sú považované za užitočné informácie

Pokračovanie tabuľky 20

44

7. ZÁVER, DISKUSIA, NÁVRHY NA ĎALŠIE RIEŠENIE Problematika využívania obnoviteľných energetických zdrojov a teda i biomasy nie je v SR legislatívne riešená ako napr. v ČR samostatným zákonom. Hoci v rámci EU a Európskej komisie pre štandardizáciu tuhých biopalív CEN/TC 335 boli publikované vyššie uvedené technické špecifikácie, na Slovensku boli SÚTN v angličtine vydané len nasledovné technické špecifikácie : CEN/TS 15148, CEN/TS 15149-1, CEN/TS 15419-2, CEN/TS 15419-3, CEN/TS 15210-1, CEN/TS 15289, CEN/TS 15290, CEN/TS 15297, CEN/TS 15296. Tuhé biopalivá sa už aj na Slovensku postupne stávajú dôležitým obchodným tovarom, ale zatiaľ nie sú vytvorené vhodné podmienky na to aby tento trh bol nediskriminačný a konkurencie schopný. Neexistujú tu takmer žiadne štandardy výhradne len pre tuhé biopalivá. Dôvodom je najmä to, že :

- trh s biomasou je na Slovensku malý a v začiatkoch a domáca spotreba biomasových palív je zanedbateľná

- zodpovední verejní činitelia nezačali s prípravou národných aktivít v oblasti štandardizácie , pretože sa rozhodli počkať na implementáciu európskych noriem.

Hoci je na Slovensku potenciál biomasy na energetické účely vysoký, vyrába sa hlavne na vývoz a slovenskí výrobcovia tuhých biopalív, hlavne peletiek a brikiet, certifikujú svoju produkciu na zhodu s národnými normami kvality vyžadovanými na cieľových trhoch ( rakúskou ONORM M 7135, 7132, 7111; nemeckou DIN 51731; švédskou SS 187120, 187121, 187123) Pre skúšanie tuhých biopalív sa v SR používajú len nasledovné normy:

- STN 44 1340: Tuhé biopalivá. Metódy odberu a úpravy vzoriek pre laboratórne skúšky

- STN 44 1340: Tuhé biopalivá. Triediaca skúška pre stanovenie granulometrického zloženia

- STN 44 1352: Tuhé biopalivá. Stanovenie spalného tepla a výpočet výhrevnosti - STN 44 1377: Tuhé biopalivá. Stanovenie obsahu vody - STN 44 1378: Tuhé biopalivá. Stanovenie obsahu popola. - STN 44 1379: Tuhé biopalivá. Stanovenie obsahu síry.

Nevyhnutná harmonizácia vydaných európskych štandárd alebo technických špecifikácií v SR musí byť základným krokom na rozvoj trhu s tuhými biopalivami. Každý výrobok v SR, a tuhé biopalivá ako obchodovaný výrobok takisto , by mal mať podľa Zákona o technických požiadavkách na výrobky a posudzovanie zhody č. 264/1999 Zz. v znení neskorších predpisov vyhlásenie o zhode , ktorým sa deklaruje, že výrobok spĺňa požiadavky uvedené v technických predpisoch a normách. Na Slovensku takisto neexistuje akreditovaná skúšobňa podľa STN 17025 a ISO 9001 pre tuhé biopalivá, ktorá by výrobcovi tuhých biopalív vydala osvedčenie o zhode. Navrhujeme: 1. Vytvoriť laboratórium na stanovenie základných fyzikálno-mechanických a chemických

vlastností rôznych druhov pevných palív z biomasy, na úrovni akreditovaného pracoviska a zabezpečiť jeho vybavenie a akreditáciu.

45

Vybavenie laboratória: - laboratórne zariadenie na meranie výhrevnosti spalného tepla pevných biopalív - analyzátor na kvantitatívne analýzy majoritných a minoritných prvkov v pevných

biopalivách - zariadenie na stanovenie obsahu popola - zariadenie na stanovenie celkového obsahu vody - zariadenie na stanovenie distribúcie veľkosti častíc v dymových spalinách - zariadenie na stanovenie celkového obsahu uhlíka, vodíka a dusíka - zariadenie na stanovenie obsahu chloridov, sodíka a draslíka - zariadenie na stanovenie hustoty palív - zariadenie na stanovenie celkového obsahu chlóru a síry - analytické váhy - laboratórne sklo a ostatné potrebné pomôcky pre laboratórium - závesné váhy - prenosný vlhkomer HE-LITE na obilniny - zariadenie na meranie síl v tlaku, pri skúšaní pevnosti tvarovaných palív - zariadenie na stanovenie odberu peliet normovanou metódou - laboratórne sitá - počítač, tlačiareň

46

8. POUŽITÁ LITERATÚRA

1. Internetová stránka www.biom.cz ,Biomasa – alternatívni palivo z hlediska chemického

složení, Vlasta Petříková, Miroslav Punčochář,

2. Internetová stránka projektu ACCESS: www.access-ret.net/info/Access.htm 3. Internetová stránka www.biom.cz , Možnosti využitia biomasy, Karel Murtinger, 4. CEN/TS 14588:2003 Solid biofuels - Terminology, definitions and descriptions 5. CEN/TS 14961:2005 Solid biofuels - Fuel specifications and classes 6. CEN/TS 15234:2006 Solid biofuels – Fuel quality assurance 7. CEN /TS 14918: 2006 Solid biofuels - Method for the determination of calorific value 8. CEN/TS 15370 : 2006 Solid biofuels - Method for the determination of ash melting

behaviour 9. Internetová stránka www.cen.eu 10. Internetová stránka www.vukoz.cz/vuoz/biomass.nsf, Sláma a stébelniny- budoucí palivo

venkova, Václav Sladký 11. CEN Technical Specification for solid biofuels. Fuel specification and Classes and Fuel

Quality Assurance, Alakangas, Eija;VTT, Technical Research Centre of Finland 12. Internetová stránka www.ecn.nl 13. Internetová stránka www.bionorm.eu 14. Internetová stránka www.aebiom.org 15. Internetová stránka www.energy.eu 16. Internetová stránka www.re.jrc.ec.europa.eu