Efektivní technologie předúpravy odpadů pro moderní biorafinerie

Odpadní biomasa představuje jeden z nejvíce energeticky bohatých a nevyužitých obnovitelných surovin nejen pro výrobu alternativních zdrojů energií (biometan, biovodík, bioetanol, pyrolýzní olej, syntézní plyn), ale také i pro přípravu cenných chemických látek (oligosacharidy, furany, vícesytné alkoholy, organické kyseliny, celulózová vlákna, přírodní antioxidanty, esenciální látky, oleje), které nalézají své uplatnění např. při výrobě ekoinovativních materiálů (bioplasty, kompozity s biosložkou). Přirozené vlastnosti těchto materiálů je zpravidla limitují vůči intenzivnímu termochemickému nebo biochemickému zpracování, a proto je nutné je vhodným způsobem předupravit (viz např. monografie Krátký, L. a T. Jirout. (2015) Moderní trendy předúprav biomasy pro intenzifikaci výroby biopaliv druhé generace, ISBN 978-80-01-05720-9).

Mechanická dezintegrace

V současné době neexistuje na trhu dezintegrační jednotka, která by byla schopna v kontinuálním režimu zpracování efektivně a za minimálních energetických nároků rozpojit vlhké vláknité odpady na úroveň vhodnou k jejich dalšímu zpracování. Proto byla vyvinuta zcela unikátní koncepce nové dezintegrační jednotky pro rozpojování vlhkých vláknitých materiálů pracující v kontinuálním režimu (viz užitný vzor č.26080). Na základě konstrukční optimalizace stroje a experimentálním posouzení dezintegrace různých druhů surovin s lignocelulózovým základem (sláma, senáž, štěpka, směs komunální zeleně) byla potvrzena jeho efektivita. Energetická náročnost průmyslových dezintegračních jednotek pro rozmělnění vlhkých vláknitých materiálů se pohybuje řádově ve stovkách až tisísích kWh t-1 TS, zatímco hodnoty měrných specifických energií se při využití macerátoru pro tentýž materiál pohybovaly řádově v jednotkách až desítkách kWh t-1 TS. Z hlediska účinnosti biochemického zpracování pak bylo pozorováno zvýšení výtěžnosti biometanu až o 35% díky dezintegraci suroviny v macerátoru. Macerátor tak nalezne své uplatnění v technologiích termochemického (zplyňování, pyrolýza) a biochemického (anaerobní fermentace, alkoholové kvašení, kompostování) zpracování vlhkých vláknitých materiálů.

pracoviste/12118/projekty/03/image2.jpegpracoviste/12118/projekty/03/image1.png

 

 

 

Konstrukční řešení macerátoru
1 – rotor; 2 – skříň; 3 – mlecí deska; 4 – hrdlo vpádu; 5 – stavěcí šrouby; 6 – síto; 7 – kontrolní víko

 

Aivotec a 3V Tech. Macerační mlýn. Vynálezce: F. Slabý, J. Nalezenec, L. Krátký, J. Maroušek.
Přihl. 24. 7. 2013. MPT: B 02 C 4/12, Čís. Užitného vzoru:  26080. 20. 11. 2013. Úřad průmyslového vlastnictví.

 

Surovina Před dezintegrací Po dezintegraci
Komunální
zeleň
pracoviste/12118/projekty/03/image3.png pracoviste/12118/projekty/03/image4.png
Dřevní
štěpka
pracoviste/12118/projekty/03/image5.png pracoviste/12118/projekty/03/image6.png

Termicko-expanzní předúprava

Termicko-expanzní předúprava je ekologicky šetrnou metodou prvotního zpracování při biochemickém zpracování suroviny. V první fázi procesu, kterou je termická předúprava, dochází k vyváření biomasy ve vodné suspenzi. V druhé fázi předúpravy dochází k náhlé dekompresi vsádky, voda mění své skupenství z kapalného na plynné a s tím související tisíci násobná změna objemu způsobí intenzívní narušení struktury částice. Na základě mnoha systematických experimentů bylo zjištěno, že takto termicko-expanzně získaný hydrolyzát je velmi bohatý na sacharidy a organické kyseliny. Lignocelulózová matrice vykazuje vysokou míru jejího rozvláknění, čímž je hydrolyzát lépe čerpatelný a míchatelný. Z hlediska biochemického zpracování pak byl pozorován vliv na zvýšení výtěžnosti bioplynu z podestýlky až o 49% vůči jejímu neupravenému stavu.

Tato technologie proto nalezne své uplatnění v technologiích výroby specifických bioproduktů (celulózová vlákna, organické kyseliny, sacharidy) nebo biopaliv (biovodík, biometan, bioetanol).

pracoviste/12118/projekty/03/image8.jpegpracoviste/12118/projekty/03/image7.png 

 

 








 

Hydrolyzér

1–hydrolyzér; 2–expanzní nádoba;

3–kulový kohout; 4–expanzní nádoba topného okruhu

 

ŠTĚPKY TERMICKÁ TERMICKO-EXPANZNÍ

200°C / 30 min

pracoviste/12118/projekty/03/image9.jpeg pracoviste/12118/projekty/03/image10.jpeg

Kontakt

doc. Ing. Lukáš Krátký, Ph.D. (Lukas.Kratky (zavináč) fs.cvut.cz)

telefon: (22 435) 2550

místnost: B1-431, Dejvice