Elektrická energie z pelet: je to skutečně možné?

Ano, elektrickou energii z pelet vyrábět lze, ale ne pomocí běžných kamen nebo tradičního kotle.

Běžná zařízení na pelety elektrickou energii spotřebovávají (pohánějí ventilátory, podávací šneky a zapalovací systémy), ale nejsou navržena tak, aby ji vyráběla. Pro získání elektrické energie z biomasy je nutné doplnit technologii přeměny, která dokáže teplo ze spalování přeměnit na elektrickou energii.

Na tomto principu je založena mikrokogenerace na pelety, technologie, která umožňuje ze stejného zdroje energie vyrábět současně teplo i elektrickou energii.

Proč kamna na pelety nevyrábí elektrickou energii

Spalování pelet vytváří tepelnou energii, nikoli elektrický proud. Pro přeměnu tepla na elektrickou energii je nutný další technologický krok:

  1. spálení biomasy;
  2. přeměna tepla na mechanickou, nebo přímo elektrickou energii;
  3. výroba využitelné elektrické energie.

Běžná kamna nebo tradiční kotel se zastaví u prvního kroku: teplo se využívá k ohřevu vody v otopné soustavě nebo k vytápění obytných prostor.

Technologie mikrokogenerace na pelety dostupné dnes

V současnosti existuje několik technologických řešení pro výrobu elektrické energie z pelet nebo jiné tuhé biomasy. Každé z nich má odlišné vlastnosti z hlediska výkonu, účinnosti, složitosti zařízení a flexibility použití.

1. Stirlingův motor napájený přímým spalováním pelet

Stirlingův motor je motor s vnějším spalováním, který využívá rozdíl teplot mezi teplým a studeným zdrojem k vytvoření mechanického pohybu, a tím i elektrické energie. V této konfiguraci je teplo potřebné pro motor dodáváno přímo spalováním pelet. Tento princip využívá jedno rakouské řešení dostupné na trhu od roku 2015.

Pro podrobnější informace o principu fungování Stirlingova motoru je k dispozici samostatný článek.

2. Zplyňování se spalovacím motorem

U této technologie se biomasa přímo nespaluje. Palivo se nejprve procesem pyrolýzy a zplyňování přemění na syntézní plyn (syngas). Vzniklý plyn je poté ochlazen, vyčištěn a použit k pohonu spalovacího motoru spojeného s elektrickým generátorem.

Toto řešení se uplatňuje především u zařízení vyššího výkonu, zpravidla od přibližně 20 kWe, a je tedy méně vhodné pro domácí zařízení s malým výkonem.

3. Zplyňování se Stirlingovým motorem

Tuto technologii využívá BioGS-1.0. I v tomto případě je biomasa nejprve zplyňováním přeměněna na syngas. Ten je následně spálen ve speciální komoře, čímž dodává teplo potřebné pro Stirlingův motor.

Ve srovnání s přímým spalováním pelet přináší tento přístup několik výhod:

  • vyšší teploty spalování;
  • vyšší účinnost přeměny na elektrickou energii;
  • nižší emise ve výfukových plynech;
  • lepší kontrolu procesu;
  • vyšší flexibilitu, pokud jde o typ použitelné biomasy.

Oddělení fáze zplyňování od fáze energetické přeměny navíc umožňuje efektivnější řízení paliva.

Ve standardní konfiguraci vyrábí BioGS-1.0 denně 24 kWh elektrické energie a 140 kWh tepelné energie, se spotřebou přibližně 1,9 kg/h pelet (nebo ekvivalentní biomasy) a produkcí biouhlu 220-240 g/h.

4. Termoelektrické generátory založené na Seebeckově jevu

Seebeckův jev umožňuje přímo přeměnit teplotní rozdíl na elektrický proud, bez použití motorů nebo pohyblivých mechanických částí. Jde o reálnou a ověřenou technologii pro:

  • autonomní senzory;
  • přenosná zařízení;
  • aplikace s velmi nízkým výkonem.

V oblasti domácí mikrokogenerace však zůstává stále experimentálním řešením, zejména kvůli omezené účinnosti přeměny ve srovnání s technologiemi založenými na Stirlingově motoru nebo zplyňování.

Které technologie jsou dnes nejvyspělejší?

V rezidenčním sektoru a v malé kogeneraci jsou technologicky nejvyzrálejší řešení založená na Stirlingově motoru. Konstrukční jednoduchost, nízké nároky na údržbu a spolehlivost při nepřetržitém provozu podpořily jejich rozšíření oproti jiným technologiím.

Hlavní rozdíl se naopak týká použitého zdroje tepla:

  • přímé spalování pelet;
  • zplyňování biomasy s následným spalováním syngasu.

Zplyňování, nebo přímé spalování: jaké jsou rozdíly?

Oba přístupy umožňují současnou výrobu tepelné i elektrické energie, mají však odlišné vlastnosti.

Vyšší flexibilita při výběru biomasy
Zplyňování umožňuje použít širší škálu paliv ve srovnání se systémy, které vyžadují certifikované pelety. To může snížit provozní náklady a zvýšit dostupnost paliva.

Produkce biouhlu
Jednou z nejzajímavějších výhod zplyňování je produkce biouhlu. Biouhel je stabilní rostlinné uhlí, které lze využít jako zemědělský ameliorant a nástroj pro sekvestraci uhlíku. U systémů s přímým spalováním tento vedlejší produkt nevzniká.

Potenciálně záporná uhlíková bilance
Část uhlíku obsaženého v biomase se ukládá do biouhlu, místo aby se vracela do atmosféry. Díky tomu může systém založený na zplyňování při udržitelném řízení celého cyklu dosáhnout záporné uhlíkové bilance (carbon negative).

Závěr

Výroba elektrické energie z pelet je díky systémům mikrokogenerace technicky možná. Dnes dostupné technologie zahrnují Stirlingovy motory napájené přímým spalováním pelet, systémy zplyňování se spalovacím motorem, zplyňování se Stirlingovým motorem a termoelektrické generátory založené na Seebeckově jevu. Z nich řešení založená na Stirlingově motoru dnes představují referenční standard pro malou kogeneraci, zatímco zplyňování přináší navíc výhody, jako je flexibilita při využití biomasy, produkce biouhlu a potenciálně záporná uhlíková bilance.

Podrobnosti o dimenzování, autonomii a instalaci najdete také na stránce s často kladenými otázkami.