Opał w pełni ekologiczny?

Rosnący deficyt tradycyjnych paliw energetycznych: węgla kamiennego i brunatnego, oleju opałowego i gazu ziemnego pilnie skłania do poszukiwania alternatywnych źródeł energii, zwłaszcza odnawialnych. Dla środowiska naturalnego istotna jest jednak możliwość wytwarzania ekologicznego opału bez wytwarzania jakichkolwiek odpadów. Czy to możliwe?

Sponsorowany przez wiele państw rozwój elektrowni wiatrowych i słonecznych oraz produkcja biomasy to dziś standardowe działania w programach wielu rządów. Towarzyszy im szybki rozwój technologii oraz nowe sposoby pozyskiwania możliwie taniej i w pełni ekologicznej energii.

Biomasa, czyli wysuszone lub podsuszone i rozdrobnione rośliny tzw. energetyczne, a także odpady powstające przy produkcji roślinnej (słoma, trawa, odpadki drewna tartacznego, ścięte konary i gałęzie drzew, chrust, trociny) stanowiły od lat źródło opału dla gospodarstw domowych, głównie wiejskich. Jest to paliwo prawie dwukrotnie tańsze w stosunku do węgla kamiennego i gazu ziemnego.
Obecnie biomasa jest wykorzystywana w postaci brykietów lub pelet (pellets) jako źródło energii cieplnej. Ich zaletą jest wyeliminowanie z procesu produkcyjnego lepiszcza temperaturowego. Wartość opałowa takich brykietów drzewnych, które mogą być  wytwarzane praktycznie w każdym gospodarstwie rolnym, wynosi 18-19,6 MJ/kg i jest porównywalna z wartością opalową średniego gatunku węgla oraz dwukrotnie wyższa od wartości opałowej drewna wilgotnego. Brykiety mogą być spalane w zwykłych kotłach na paliwo stałe ze spalaniem górnym lub dolnym. Ich spalanie jest procesem długim i stopniowym, czego nie można powiedzieć o spalaniu słomy czy drewna (przy tradycyjnym spalaniu słomy i drewna  sprawność energetyczna procesu wynosi - w zależności od wilgotności - tylko 35-70%, a więc większość ciepła ulatuje przez komin).

Oferowane są technologie brykietowania na opał słomy, trocin, torfu, mułu węglowego oraz innych odpadów organicznych. Wytwarzanie takich brykietów wymaga jednak wysokiego ciśnienia (do prasowania), natomiast w wyniku procesów ich spalania powstaje popiół w ilości od 2-3 do 31-52 kg/tonę biomasy, zawierający od 0,267 do 1,480% metali ciężkich, szkodliwych dla zdrowia. Należy się także liczyć z emisją dioksyn i furanów, które są silnie toksyczne.

Inne znane paliwa stałe do pieców rusztowych, często występujących w gospodarstwach, to węgiel kamienny, koks oraz paliwa wytwarzane przez wymieszanie odpowiednich asortymentów węgla kamiennego, węgla brunatnego, torfu i ich brykietowanie z lepiszczem, którym najczęściej są frakcje smołowe. One również stwarzają  zagrożenie dla środowiska i wymagają do produkcji rozbudowanych instalacji.

Bez lepiszcza i popiołów

Istnieje jednak możliwość produkowania opału z wykorzystaniem biomasy bez wytwarzania jakichkolwiek odpadów. Są to w pełni ekologiczne brykiety lub pelety powstałe z mieszaniny biomasy oraz mułów powęglowych - bez żadnych dodatkowych lepiszczy organicznych. Wartość opałowa takich brykietów, wytwarzanych metodą ekstruzyjną lub prasowania przy względnie niskich ciśnieniach, wynosi - w zależności od wartości opałowej składników - od 16 do 18 MJ/kg przy wilgotności 8-12%.
Dzięki zawartym w mułach powęglowych substancjom ilastym, w procesie spalania nie powstaje popiół, tylko ceramiczne kształtki - i to w takiej formie przestrzennej, jaką miały brykiety przed spaleniem.

Bezpieczne dla zdrowia i środowiska

Kształtki uzyskane po spaleniu brykietów są z materiału ceramicznego, porowatego, o bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych oraz dźwiękochłonnych. Materiał ten, w zależności od wielkości i formy kształtek, może być wykorzystywany jako lekkie kruszywo typu keramzyt lub agloporyt (materiał uzyskiwany przez spiekanie, np. łupków przywęglowych) albo też jako cegła izolacyjna przy budowie i ocieplaniu budynków inwentarskich, budowie ogrodzeń czy utwardzaniu podłoża. W materiale tym pozostają również na trwale związane metale ciężkie, występujące w popiele po spalaniu roślin. Jest to znacznie bardziej ekologiczne niż pozwalanie na rozwiewanie pyłów po spaleniu tradycyjnych brykietów i nieszkodliwe dla użytkowników budowli, w które kształtki zostały wbudowane. W procesie spalania występujące w surowcach metale ciężkie (zarówno w odpadach organicznych jak i w węglu) wchodzą bowiem w reakcje chemiczne, tworząc glinokrzemiany lub stopy, a więc podlegają ceramizacji. Zawartość metali ciężkich jest więc taka sama jak w surowcach wejściowych, ale w produktach po spalaniu są one trwale związane i trudnorozpuszczalne w wodzie. Są dlatego bardziej przyjazne środowisku i zdrowiu ludzi oraz zwierzat niż pyły-popioły powstające w procesach spalania surowców je zawierających. Dla użytkowników budynków z wbudowanymi produktami powstałymi w wyniku takiego spalania, materiały te są mniej szkodliwe niż pustaki z cementu zawierającego popioły i żużle po spalaniu węgla kamiennego. Ich odziaływanie można porównać do oddziaływania cegieł ceramicznych.

Spalanie w zwykłym kotle

Proces spalania takich brykietów jest podobny do spalania koksu. Zapłon jest trudny, ale potem proces spalania jest powolny i długotrwały. Wysoka temperatura spalania i powstanie porowatej kształtki powodują, że obniżona jest emisja CO (tlenku węgla), jak również dioksyn i furanów. Po zapłonie produkty organiczne zawarte w brykiecie żarzą się wydzielając ciepło i ogrzewając materiał nieorganiczny - substancję ilastą. Materiały ilaste ulegają pod wpływem temperatury rozkładowi, przemianom i reakcjom tworząc nowe związki glinokrzemianowe oraz stopy. Jednocześnie zachodzi proces spiekania. Produktem końcowym jest porowaty materiał ceramiczny o wysokiej temperaturze, który powoli oddaje ciepło do otoczenia, a więc działa jak piec kumulacyjny.

Brykiety nowego typu nadają się do spalania na paleniskach rusztowych, a więc zarówno w tradycyjnych kuchniach domowych opalanych węglem, jak i w kotłach na paliwa stałe. Wprowadzenie tego paliwa nie wymaga więc wymiany kotła, tak jak ma to miejsce w przypadku spalania suchych paliw roślinnych o kaloryczności rzędu 12 MJ/kg przy wilgotności 35%.

Prosta technologia

Sposób wytwarzania brykietów mułowo-organicznych polega na tym, że do mieszaniny miału węglowego oraz substancji pochodzenia organicznego, takich jak trociny, plewy, słoma, siano, domowe odpadki organiczne dodaje się muł powęglowy w takiej ilości, aby substancja ilasta wynosiła 10-30% objętości masy. Po jej wymieszaniu formuje się ekstruzyjnie brykiety odpowiadające pożądanemu asortymentowi, np. wyglądające jak węgiel typu „kostka” lub pelety.
Ważne jest, że takie brykiety można produkować także przy zastosowaniu typowych brykieciarek, których szeroki asortyment, o wydajności od 50 do 1500 kg/h, jest dostępny na rynku. Idealnie wręcz do takiej produkcji nadają się stare, nieczynne cegielnie z ich dotychczasowym parkiem maszynowym.

Koszt wytwarzania brykietów zależy oczywiście od kosztów transportu i dostępności surowca, ale można przewidywać, że będzie on stanowił maks. 50% ceny zbytu szacowanej według kosztów wytwarzania 1GJ energii. Można przewidywać, że koszt wytworzenia 1MJ w przypadku brykietów mułowo-organicznych będzie więc wynosił ok. 14 zł, czyli będzie porównywalny z kosztem wytwarzania energii z miału węglowego czy zrębów wierzby oraz znacznie niższy od kosztu wytwarzania energii z oleju opałowego czy węgla kamiennego, który szacuje się na 20,42 zł.

Łatwa produkcja, wysoka rentowność

Brykiety mułowo-organiczne to proekologiczne, bezodpadowe paliwo, które może być wytwarzane lokalnie na potrzeby własne, wsi lub gminy.
Prostota technologii i wysoka rentowność sprawiają, że produkcją takich brykietów powinni być zainteresowani mieszkańcy wsi i małych miasteczek, którzy dotychczas byli rolnikami, ale realia ekonomiczne prawdopodobnie zmuszą ich w najbliższym czasie do przekwalifikowania się. Produkcja może być zrealizowana na istniejących prostych urządzeniach - potrzebny jest mieszalnik bębnowy i brykieciara (prasa hydrauliczna). Polityka rolna Unii Europejskiej oraz wiele symptomów wskazuje bowiem, iż pozostaną na rynku tylko gospodarstwa wielohektarowe. Wiele osób będzie zmuszonych do odejścia z rolnictwa w sferę jego obsługi. Taką możliwość daje produkcja brykietów mułowo-organicznych, zwłaszcza iż UE przewiduje znaczne dofinansowania, zarówno do rozwoju alternatywnych źródeł energii i rozwoju technologii proekologicznych, jak i przekwalifikowywania się rolników.

Nie tylko na wsi

Nowe ekologiczne paliwo można stosować także w miastach (w ciepłowniach o piecach rusztowych). Elektrociepłownie miejskie opalane zwykle miałem węglowym to olbrzymie żródła odpadów, żużli i pyłów. Hałdy tych odpadów to bomby ekologiczne. Gdy zawieje wiatr, wszyscy wdychamy bardzo niezdrowe dla nas substancje zawarte w pyłach.