Ogrevanje: Prihodnost je v sodobnih daljinskih sistemih z nadzorovanimi emisijami

V pogovoru smo si ogledali ključne razlike med njimi in se dotaknili tudi najbolj perspektivnih novih tehnologij, uporabnih za sisteme daljinskega ogrevanja v Sloveniji, med njimi takšnih, ki so tudi v evropskem merilu še redke. Nekatere rešujejo zelo občutljiv problem nadzorovanega zmanjševanja odpadkov, drugačen od denimo sežigalnic odpadkov ali bioplinarn, ki so pri nas zaradi nedosledne izvedbe in pridobitnih interesov izvajalcev dobile negativen predznak. Dr. Gjerkeš se pri svojem strokovnem delu na GI ZRMK namreč ukvarja predvsem s trajnostnimi energetskimi sistemi, vključno z daljinskim ogrevanjem, pri čemer si prizadeva najnovejše tehnologije uvesti v domačo prakso, na fakulteti za znanosti o okolju in poslovno-tehniški fakulteti na Univerzi v Novi Gorici pa je nosilec predmetov sodobni tehnološki procesi in industrijska ekologija.

Individualni kotli na polena in pelete

Večina individualnih ogrevalnih sistemov na lesno biomaso v Sloveniji ni optimalnih, saj so se ljudje ob podražitvi naftnih derivatov na les preusmerjali predvsem iz ekonomskih razlogov, pri čemer so predelovali stara kurišča na kurilno olje ali so si uredili kombinirana kurišča. Oboja imajo zaradi neoptimalnega zgorevanja lahko bistveno večje izpuste škodljivih snovi (trdni delci PM 2,5 in PM 10, ogljikov monoksid itd.) kot najsodobnejši kotli na lesno biomaso, namenjeni za družinske hiše. »S predelavo oljnega kotla na kotel na pelete so imeli lastniki približno 1500 evrov stroškov, pri čemer so si stroške gretja zmanjšali v povprečju na polovico,« pove sogovornik. »Najboljša odločitev bi bil seveda sodoben kotel na lesno biomaso, pri katerem so poleg višjega izkoristka tudi emisije trdnih delcev nižje, vendar je investicija razmeroma visoka. Nov kotel na biomaso z ustreznim zalogovnikom toplote pomeni denimo od 30 do 40 odstotkov večji strošek kot toplotna črpalka, ki jo sam sicer najbolj priporočam,« pravi dr. Gjerkeš.

Ceno sodobnega ogrevalnega sistema na polena, ki je pri lesni biomasi v Sloveniji najpogostejša izbira, namreč zelo dvigne dovolj velik zalogovnik toplote ob kotlu (vsaj 2000 do 3000 litrov). V njem se akumulira presežna toplota, ko kotel dela s polno močjo, toplotne potrebe stavbe pa so manjše. »Zgorevanje polen ima namreč največji izkoristek, če peč deluje s polno močjo. Če se zalogovnik toplote že vgradi, je pogosto premajhen. Drugače je pri kotlih na pelete, saj ti lahko delujejo z visokim izkoristkom pri spremenljivem odmerjanju goriva oz. spremenljivi moči. Zalogovnik toplote pri njih ni nujen, je pa priporočljiv,« dodaja.

Emisije trdnih delcev

Učinkovitejše ko je zgorevanje, manj emisij nastaja. Trdni delci (ogljik v obliki prahu) v izpustih kotlov na lesno biomaso so najbolj problematični v urbanih okoljih, zato so tak­šna kurišča sprejemljivejša na podeželju ali obrobju mest. »Medtem ko so večji delci, PM 10, za človekovo zdravje manj nevarni (običajno ne pridejo v pljuča), povzročajo pa atmosferske neprilike, kot je megla, delci, manjši od 2,5 mikrometra (PM 2,5), dražijo dihalne organe občutljivejših ljudi, lahko pa skozi pljuča preidejo tudi v kri in povzročajo različne bolezni ožilja, srca, možganov itd. Resda je največji vir teh delcev promet, toda pozimi, ko imamo opraviti z drugačnimi atmosferskimi razmerami, nizkimi temperaturami in nižjim tlakom, emisije iz kurišč na lesno biomaso dodatno poslabšajo razmere, ponekod prek mejnih vrednosti. Nekatere lokalne skupnosti problem rešujejo tako, da v svojih energetskih konceptih omejijo njihovo uporabo in dajejo prednost drugim virom, kot so toplotne črpalke ali daljinsko ogrevanje in podobno.« Najmanjše emisije imajo tisti kotli, ki delno uplinjajo polena.

V Sloveniji so emisije regulirane z uredbo o emisiji snovi v zrak iz malih in srednjih kurilnih naprav, javni sklad, Eko sklad, pa s subvencijami podpira rabo najsodobnejših kotlov na biomaso, ki imajo z visokimi izkoristki čim manjši vpliv na okolje. Lesna biomasa je namreč naš naravni obnovljivi vir energije, z njeno uporabo povečujemo energetsko samopreskrbo in hkrati preprečujemo energetsko revščino.

Nedvomno pa so najboljši način za uporabo lesne biomase sistemi za daljinsko ogrevanje, poudarja dr. Gjerkeš. Optimalnejši izkoristek in manjši vpliv na okolje dosegajo na različnih ravneh: z ustreznim gorivom (sekanci), filtracijo dimnih plinov in strokovnim uprav­ljanjem, ki se s prilagodljivo regulacijo moči odziva na spremenljive potrebe po odjemu. »Pri večjih sistemih je delež investicije v čistilni sistem dimnih plinov relativno manjši, zato so pogostejši. Tudi v Sloveniji že imamo primer s popolno kondenzacijo produktov zgorevanja, med katero gredo dimni plini, ki nastanejo v kotlu na sekance, skozi vodni hladilnik, v katerem se izločijo škodljive komponente, tudi trdni delci. To sicer nekoliko poslabša izkoristek sistema, očisti pa dimne pline. Filtracija je lahko dražji del naložbe kot sam kotel, razvijajo pa že tehnologije čiščenja, ki bodo dovolj preproste in poceni, da jih bo mogoče namestiti tudi na individualna kurišča na lesno biomaso.«

Druga bistvena razlika je po sogovornikovih besedah, da jih upravljajo strokovnjaki. V njih se nadzirata kakovost goriva in režim delovanja kotla, predvsem optimalni razmernik zraka in goriva, kar ključno vpliva na zmanjšanje izpustov. Neizogibna realnost, opozori, je, da tudi upravljavci daljinskega ogrevanja gledajo na finančno učinkovitost – z drugimi besedami, od nje sta odvisni poslovna uspeš­nost upravljanja in cena toplote.

Kako do konkurenčne cene toplote

Kot primer projekta, ki bo znižal ceno dobav­ljene toplote iz sistema na lesno biomaso, omeni daljinsko ogrevanje v Kočevju. Gre za enega starejših sistemov v Sloveniji, s klasičnim kotlom brez čistilnega sistema in brez kogeneracije. Kogeneracija je priporočljiva možnost pri dovolj velikih sistemih daljinskega ogrevanja, pomeni pa soproizvodnjo toplotne in električne energije. V kočevskem primeru (kot še marsikje drugje) so razmeroma tople zime v zadnjih letih in zmanjšanje potreb po toploti zaradi energijske sanacije številnih stavb ceno toplote postopno povečevale, da ni bila več konkurenčna drugim energetskim virom. Da bi ustavili spiralo rasti cene toplote, so izdelali akcijski načrt, s katerim bodo ceno zmanjšali za 35 odstotkov do leta 2020. Konkurenčno ceno bodo dosegli z optimizacijo delovanja sistema daljinskega ogrevanja s pomočjo termično-hidravličnega modela, z racionalnejšim nakupom lesne biomase od domačih dobaviteljev v skladu z zakonom o javnih naročilih, ključni vidik pa je povečanje odjema, predvsem s pridobivanjem industrijskih odjemalcev.

Dejstvo, da so v vmesnem času stekle priprave za gradnjo nove tovarne robotov Yaskawa v Kočevju, je privabilo mnoge investitorje, ki želijo biti v bližini japonskega tehnološkega velikana – projekcije za potrebe po odjemu toplote v industrijski coni so se tako povečale za najmanj 100 odstotkov. »Občina Kočevje tako že, poleg širitve vročevodnega omrežja, načrtuje nov, dodaten vir toplote. Na vrhu morebitnega izbora za vir je najsodobnejša tehnologija plazemskega uplinjanja, redka celo v evropskem merilu. V občini razmišljajo celovito, pri čemer je ključno spodbujanje krožnega gospodarstva z uporabo domačih virov,« pravi dr. Gjerkeš. Značilnosti plazemskega uplinjanja predstavljamo v nadaljevanju, med prikazom najperspektivnejših sodobnih tehnologij daljinskega ogrevanja.

Kot smo omenili, lahko pri sistemih daljinskega ogrevanja govorimo o hkratnem pridobivanju toplotne in električne energije. Običajno je osnova toplota, lahko pa je tudi obratno.

Pri kogeneraciji na lesno biomaso s parno turbino je primarni produkt toplota – uporabimo jo tudi za pogon parne turbine, ki poganja generator električne energije. Tehnologija ima slab električni izkoristek, vendar je preizkušena in pri njej lahko uporabljamo lesno biomaso tudi slabše kakovosti. Pri obstoječih napravah je smiselna nadgradnja z elektrostatičnimi in mehanskimi filtri, dodaja sogovornik.

»Sodobnejša različica tovrstne kogeneracije je naprava za sežiganje biomase v lebdeči plasti, ki ima zaradi boljšega stika med sekanci in oksidantom bistveno nižje emisije ogljikovega monoksida, dušikovih oksidov in trdnih delcev. V Sloveniji so takšen kotel pred tremi leti za svoje potrebe zgradili v tovarni Melamin v Kočevju, v kratkem pa načrtujejo še priključitev parne turbine za pridobivanje elektrike,« razloži.

Sežiganju biomase v lebdeči plasti je podoben sistem za uplinjanje v lebdeči plasti. Bistvena razlika je, da poteka proces uplinjanja v atmosferi s primanjkljajem kisika. Lesni sekanci ne zgorijo, temveč se tvori sintezni plin z visoko kurilno vrednostjo, ki ga lahko uporabimo v motorju ali turbini za pogon generatorja električne energije, pri čemer je izkoristek večji kot pri parni turbini, za 30 do 40 odstotkov. Proces uplinjanja lesne biomase nima plinastih in kapljevitih emisij, zato ne sprošča škodljivih snovi v zrak.

Med sodobnejšimi tehnologijami pridobivanja energije/energentov, pri katerih se vsaj deloma uporablja tudi lesna biomasa, nam dr. Gjerkeš predstavi katalitično depolimerizacijo, proces preoblikovanja odpadkov v dizelsko gorivo in destilirano vodo kot stranski produkt. Pri tem ne gre za kurjenje oz. sežig, opozori, temveč za netermično obdelavo odpadkov. Če zelo poenostavimo, se biomasi (odpadkom in lesu) v frikcijskih turbinah, podobnih bobnu pri pralnem stroju, pri vrtenju zaradi trenja poviša temperatura do približno 300 ° C. Depolimerizacijo (krajšanje ogljikovodikovih verig) pospeši katalizator (apno), v destilacijskem delu procesa pa dobimo kot glavni produkt dizelsko gorivo. To nastane, ker se med reakcijo dolgi ogljikovodiki (značilni npr. za plastiko) razbijejo na kratke ogljikovodike (značilni za fosilna tekoča goriva). Ne samo dizelsko gorivo, tudi vse druge produkte, nastale med procesom, kontrolirano zberejo, tako da proces nima nikakršnih plinastih ali kapljevitih emisij.

Sogovornik se zaveda, da imajo kogeneracija in tehnologije »uničevanja« odpadkov pri Slovencih zelo negativen predznak, predvsem zaradi nepravilno in netrajnostno izvedenih bioplinarn (razgradnja temelji na procesu anaerobne fermentacije) in sežigalnic odpadkov (Lafarge). Predvsem kot način zmanjševanja volumna odpadkov vidi zato perspektivo v drugih, povsem nadzorovanih tehnologijah, kakršna je tudi prej omenjeno plazemsko uplinjanje.

Kaj je plazemsko uplinjanje?

Jedro te tehnologije je v napravi, ki z elektrodo v plinastem okolju tvori plazmo (nekak­šno četrto agregatno stanje) s temperaturo med 4000 in 6000 ° C. Primer plazme je npr. fuzija v zvezdah (Sonce), kjer nastajajo še višje temperature. Pri tako visoki temperaturi pride do dekompozicije snovi (uplinjanje odpadkov) v plin, sestavljen iz osnovnih gradnikov materije (atomov, molekul). Glavnino predstavljata ogljik in vodik, manjši del pa drugi nezaželeni elementi, tudi strupeni (npr. težke kovine), ki pa jih med selektivno kondenzacijo (vsaka snov se utekočini pri drugačni temperaturi) zbiramo ločeno in kontrolirano odstranimo, zato proces ne povzroča nikakršnih emisij v okolje, začetni volumen odpadkov pa se zmanjša za 90 in več odstotkov.

Naprava s takšno tehnologijo je že v današ­njih razmerah ekonomsko učinkovita (odpadki pa bodo v prihodnje postajali vedno dražji), če se poleg komunalnih v njej razgrajujejo tudi razmeroma nenevarni »nevarni odpadki«, kakršni denimo nastajajo v zdrav­stvenih ustanovah, farmacevtski industriji in podobno.

Kaj pa poraba energije za ustvarjanje tako visokih temperatur? Če se plin, ki nastane ob razgradnji snovi, uporabi za pridobivanje električne energije v motorju ali turbini, je takšen sistem približno energetsko samopreskrben (in ima za stranski produkt toploto za npr. sistem daljinskega ogrevanja), če pa se sintezni plin (ali vodik) uporabi v gorivnih celicah za proizvodnjo električne energije, je energijska bilanca naprave pozitivna, razloži dr. Gjerkeš.

PREBERITE ŠE: Priporočila za lastnike individualnih kotlov