Aktuálne sú v sektore dopravy zavedené biopalivá 1. generácie, ktoré v porovnaní s fosílnymi palivami dosahujú úsporu emisií až 70 %. Pokročilé biopalivá 2. generácie zaručujú úspory emisií skleníkových plynov až 90 % a navyše s malým rizikom spôsobenia nepriamej zmeny vo využívaní pôdy. V tejto súvislosti plánuje slovenská spoločnosť ENVIRAL, a. s., výstavbu moderného závodu na výrobu bioetanolu z lignocelulózy.

Pokročilé biopalivá získané z lignocelulózovej biomasy, s vysokým podielom celulózy a hemicelulózy, spĺňajú kritériá udržateľnosti. Predstavujú spôsob, akým je možné prispieť k zníženiu emisií z dopravy a splniť ambiciózne klimatické ciele. Preto v súčasnosti v Európe už v mnohých krajinách prebieha príprava projektov realizácie technológií na výrobu bioetanolu z lignocelulózovej fytomasy.

K týmto krajinám sa teraz zaraďuje aj Slovensko, ktoré svojou legislatívou podporuje zavedenie a používanie pokročilých biopalív. Zákon č. 309/2009 Z.z., o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov, stanovuje, že v rámci povinného energetického podielu biopalív je povinné uvádzať na trh iba pohonné látky s obsahom biopalív v stanovenej referenčnej hodnote. Od roku 2019 zavádza povinný podiel pokročilých biopalív na úrovni 0,1 %, ktorý bude postupne stúpať až na 0,75 % v roku 2030.

1 Výrobné prevádzky ENVIRAL v Leopoldove Foto archív/Envien Group

Produkcia pokročilého biopaliva

S víziou naplniť ciele, ktoré Európska únia zakotvila v legislatíve na zníženie emisií v sektore dopravy, a zavedenie pokročilých palív, začala slovenská spoločnosť ENVIRAL, a. s., intenzívne plánovať investíciu do výstavby závodu produkujúceho pokročilé biopalivo – druhogeneračný lignocelulózový bioetanol.

Spoločnosť ENVIRAL spustila už v roku 2007 bezodpadovú výrobu bioetanolu ako prvý komerčný producent na Slovensku. Popri ročnej produkcii 157 tisíc m3 konvenčného bioetanolu, vyprodukuje aj 108 tisíc ton kvalitného krmiva z kukuričných výpalkov. Nová prevádzka, produkujúca pokročilý etanol, naviaže na výrobu prvogeneračného bioetanolu a efektívne využitie skúseností z dlhoročnej tradície vo výrobe liehu, ako aj existujúcej infraštruktúry v závode.

Výroba zabezpečí významné pokrytie dopytu na trhu s pokročilými biopalivami, ktoré bude potrebné od roku 2020 primiešavať k fosílnym palivám na základe návrhu legislatívy smernice RED II (Renewable Energy Directive) a v rámci plnenia Európskej emisnej politiky.

2 Plánovaná výstavba výroby lignocelulózového (2G) etanolu a existujúce prevádzky v areáli ENVIRAL Zdroj: Google maps

Z novodobej poľnohospodárskej komodity - slamy

Samotná výroba je náročný proces, ktorý vyžaduje najmodernejšie technológie na rozklad hemicelulózy a celulózy a následné získanie etanolu.

Nová prevádzka bude spracovávať ako hlavnú lignocelulózovú surovinu pšeničnú slamu, avšak používaným vstupným materiálom v tomto procese môže byť aj kukuričné kôrovie.

Spracovávaná balíkovaná slama sa bude po dovezení skladovať v krytom sklade. Odtiaľ sa dopravníkovým systémom prepraví na mechanickú predúpravu. Tá pozostáva z viacerých paralelne pracujúcich sekačiek. Následne sa mechanicky rozrušená slama zbaví nečistôt a prebytočnej vzdušniny. Takto pripravená surovina vstupuje do termickej predúpravy.

Predúprava lignocelulózovej fytomasy patrí medzi najdôležitejšie technologické uzly ovplyvňujúce celkovú ekonomiku procesu. Pri termickej predúprave sa vysokotlaková para vstrekuje do násadového alebo kontinuálneho reaktora, naplneného pomletou fytomasou. V priebehu vstrekovania pary teplota počas niekoľkých minút stúpne na 160–220 °C, vo fytomase dôjde k hydrolýze a degradácii hemicelulózy a tiež k čiastočnej hydrolýze lignínu. Následne sa tlak náhle zníži, čo má za následok mechanické rozrušenie rigidnej lignínovej matrice a kryštalickej štruktúry celulózy.

Technológia parnej explózie

Termická predúprava technológiou parnej explózie (angl. steam explosion) je podľa súčasných poznatkov najekonomickejšia, má nízky ekologický dopad a preto ju využíva prakticky každá nová jednotka na spracovanie lignocelulózovej biomasy. Účelom parnej explózie je sprístupniť polysacharidy účinku hydrolyzujúcich enzýmov.

Spoločnosť ENVIRAL v roku 2017 podpísala licenčnú dohodu so švajčiarskou chemickou spoločnosťou Clariant na využitie ich patentovanej technológie. Dohode predchádzali rozsiahle testy na slame zo Slovenska s použitím švajčiarskej technológie v pilotnej prevádzke v nemeckom Straubingu.

Plne integrovaná výroba špecifických enzýmov a integrovaná kultivácia používaných mikroorganizmov zaručuje, že proces bude ekonomicky udržateľný a rentabilný. Táto technológia využíva unikátny mix enzýmov osobitný pre každú vstupnú surovinu na hydrolýzu celulózy a hemicelulózy za vzniku monomérnych cukrov.

3 Technológia výroby lignocelulózového bioetanolu Zdroj: ENVIRAL

Výroba takmer bez odpadov

Po mechanickej a termickej predúprave sa v procese enzymatickej hydrolýzy konvertuje celulóza a hemicelulóza účinkom endo- a exo- enzýmov na roztok obsahujúci monomérne cukry C5 a C6. Z tohto roztoku sa filtráciou na kalolisoch oddelí lignín, ktorý sa spolu s drevnou štiepkou využije na energetické účely.

Roztok obsahujúci monomérne C5 a C6 cukry, zbavený lignínu, postúpi do fermentačného stupňa. Fermentácia je riadená činnosť vybraných mikroorganizmov, dodávaných licenzorom Clariant, ktoré sú schopné simultánne transformovať C5 a C6 cukry na etanol. Využitím patentovanej technológie sa dosahuje o 50 % vyšší výťažok etanolu než konvenčným procesom, pri ktorom sa konvertujú iba C6 cukry.

Z fermentácie vystupujúce odplyny, nasýtené vodou a etanolom, sú vedené do vypieracej kolóny, kde prchavé zložky kondenzujú a za výmenníkom tepla sa regeneruje etanol. Následne sa etanol v destilácii čistí, odvodňuje a prečerpáva do skladovacej jednotky.

Hlavný produkt, lignocelulózový bioetanol druhej generácie, získaný v objeme 64 miliónov litrov ročne (50 000 t/rok), je bezfarebná číra kvapalina, ktorá spĺňa kvalitatívne požiadavky normy EN 15376 pre priame miešanie s benzínom. Prispieva k viac ako 90 % úspore emisií CO2 oproti fosílnemu automobilovému benzínu.

Zvyšný materiál (zahustené výpalky z destilácie etanolu, tzv. vináza), ktorý zostane po enzymatickom rozklade, fermentácii a destilácii použitej biomasy, je paralelným produktom výroby. Hlavný potenciál vinázy tkvie vo využití ako biohnojivo, ktoré recykluje nutrienty získané zo slamy naspäť do pôdy na pole alebo tiež vo využití na energetické účely v bioplynových staniciach.

4 Vstupná surovina a výsledné produkty výroby lignocelulózového bioetanolu Foto archív/ Envien Group

Vysoká efektivita projektu

Vysokoúčinná výroba elektrickej energie a tepla (VUKVET) bude zásobovať energiou proces výroby etanolu, samotný VUKVET energoblok a ďalšie závody v areáli ENVIRAL. Takáto synergia výrobných závodov a energetiky sa nazýva kolokácia, resp. priemyselná symbióza, a predstavuje veľkú výhodu pre ekonomiku podobných výrobných prevádzok.

Vysoká účinnosť výroby energie bude zabezpečená biomasovým kotlom s cirkulujúcou fluidnou vrstvou (CFB) a s využitím protitlakých parných turbín s celkovým inštalovaným elektrickým výkonom 15 MWe. Pre zvýšenie efektivity premeny tepelnej energie na mechanickú prácu sa uvažuje s výrobou procesného vzduchu pomocou radiálneho kompresora, ktorý bude poháňaný protitlakou parnou turbínou.

Plánovaná výstavba nového závodu sa uskutoční v areáli spoločnosti ENVIRAL, a. s., v Leopoldove, čím sa dosiahne redukcia investičných nákladov, prevádzkových nákladov, ako aj efektívne využitie logistickej infraštruktúry. Synergiou výrob bude dosiahnutá úspora emisií skleníkových plynov a teda „zozelenenie“ výrob biopalív.

Predpokladaný termín spustenia skúšobnej prevádzky je v roku 2020. Tento výnimočný projekt má značný potenciál a zaradí Slovensko medzi prvé krajiny produkujúce pokročilé biopalivá v Európe.

Vďaka produkcii lignocelulózového bioetanolu dôjde k ušetreniu až 115 tisíc ton CO2 ročne voči použitiu fosílneho ekvivalentu. Pozitívne sa tiež podporí udržateľný rozvoj vidieka.

Článok vyšiel v časopise Energie 21 (www.energie21.cz)

R&D, DSR, ENVIRAL, a. s.