Ekonomické efekty substrátů, bonusů a biouhlí na výrobu bioplynu

Fermentace statkových hnojiv, jako je kejda a hnůj, je podporována EU prostřednictvím směrnic RED II a RED III. V centru pozornosti stojí úspory emisí skleníkových plynů, produkce biometanu se zachycováním a zkapalňováním CO₂. Analýza provedená v SRN ukazuje, že dusíkatá statková hnojiva s přídavkem určitého množství biouhlí mohou mít pozitivní vliv na fermentační proces a být i ekonomicky výhodná.

Minulost a současný rámec podpory

V současnosti v ČR stale platí provozní podpora BPS dle zákona o POZE 165/2012 Sb. S tím, jak bude končit dvacetiletá podpora výroby elektřiny, přicházejí v této oblasti výrazné změny pro následující období. V SRN již platí nová pravidla provozní podpory a lze očekávat, že obdobné mechanismy budou implementovány rovněž v ČR. První podpůrné období již u některých zařízení skončilo a další budou brzy následovat. Po implementaci pravidel RED III bude podpora přímo vázána na úspory emisí CO₂–ekv. a podle pravidel RED III je vyplácena ve formě bonusů, vypočítaných na základě vyrobeného množství energie v megajoulech (MJ). Tyto bonusy se při prodeji vyčištěného bioplynu (biometanu) započítávají do prodejní ceny a hradí je tedy odběratel. Je třeba mít na paměti, že obchod s energií probíhá na základě kilowatthodin (kWh), a proto je nutné přepočítat bonusové MJ na kWh.

Udržitelnost zemědělských zbytků

Stávající zařízení využívající kogeneraci pro výrobu elektřiny a tepla mají být dle nařízení RED III finančně motivována k upgradingu na produkci biometanu, kdy je žádoucí rovněž produkce zkapalněného CO2 pro technické účely. Aby vznikl nárok na podporu, musí být minimálně část použitých surovin uznáná jako udržitelné, tzv. pokročilé. Například kukuřice, dosud hlavní surovina pro výrobu bioplynu, není považována za pokročilou, protože půdu potřebnou k jejímu pěstování lze využít i pro produkci potravin nebo krmiv. Naproti tomu využívání statkových hnojiv se za udržitelné považuje. V Německu vzniká ročně přibližně 200 milionů tun statkových hnojiv, z nichž asi čtvrtina až třetina se již využívá k výrobě bioplynu. Aby se zabránilo únikům metanu (CH₄) do atmosféry po aplikaci hnoje na pole (CH₄ má 25× vyšší emisní faktor než CO₂), je cílem zpracovat co největší množství statkových hnojiv v BPS.

Potenciál další fermentace

V bioplynových stanicích by se mohla zpracovat další třetina statkových hnojiv. To by však znamenalo zvýšený přísun bílkovin, které se při rozkladu mění mimo jiné na amonný, amoniakální dusík, který může brzdit anaerobní fermentaci a tím snižovat výkon zařízení. Řešením může být přídavek  biouhlí jako aditiva. Univerzita v Rostocku připravuje vědeckou publikaci o účinku biouhlí při fermentaci s vysokým podílem statkových hnojiv. Proti přínosům a pozitivnímu vlivu na fermentační proces však stojí náklady na biouhlí, což omezuje jeho širší využití. Pro posouzení ekonomických dopadů zpracování bioplynu, zkapalňování CO₂ a přídavku biouhlí byly porovnány tři varianty substrátové skladby (viz tabulka 1). 1. Varianta byla ze 100 % tvořena prasečí kejdou, další dvě varianty sestávaly ze směsi drůbežího trusu a slamnatého hnoje. Směs drůbežího

a slamantého hnoje byla dale rozdělena na varianty s přídavkem a bez přídavku biouhlí. Všechny varianty měly stejný energetický vnos, vyjádřený produkcí energie (kWh).

Výchozí situace

Modelově zkoumaná BPS je zařízení využívající cíleně pěstovanou biomasu, rozšířenou o zařízení na úpravu bioplynu (biometan) a zkapalnění CO2. Cílem je výroba biometanu, který nahrazuje fosilní zemní plyn a tímto je možné docílit úspory skleníkových plynů. Do této úspory se započítává rovněž zachycený a zkapalněný CO₂, který by jinak unikl do ovzduší. Stávající skladovací kapacita koncového skladu činí téměř 23 000 m³. Investice na zařízení pro úpravu bioplynu, řídí systémy včetně technologie na zkapalnění CO2, včetně připojení do plynového řádu dosahují výše přibližně

6,5 milionu eur. Následně byly porovnány vnosy a příjmy jednotlivých sledovaných variant. U všech variant bylo počítáno s celkovou produkcí 52 500 MWh. Použité vnosy jsou uvedeny v tabulce 1. Ve sloupci C jsou hodnoty potřebné pro výpočet sloupce E. Žluté buňky mohou být uživatelem změněny dle podmínek konkrétního provozu (BPS). Zelené buňky obsahují hodnoty z externích, všeobecně uznaných zdrojů. Modré buňky jsou vypočteny z dat uvedených v této tabulce.

Porovnání variant

Varianta 1 tvořená ze 100 % prasečí kejdou bez biouhlí je uvedena za účelem ukázky rozdílné energetické hodnoty substrátu, jeho potřebného množství a dopadů na celkovou bilanci provozu. U této varianty je dle řádku 7 potřebné množství 586 659 t extrémně vysoké a to z důvodu nízké měrné produkce ve výši 80,6 kWh/t. Použité měrné produkce substrátů jsou převzaty z databaze KTBL. U prasečí kejdy je započítán naklad na transport v celkovém radiusu 200 km, tvořící dodatečný náklad 30,53 eura/t, cena kejdy 3 eura/t, celková cena prasečí kejdy je 33,53 eura/t.

U varianty 2 bez biouhlí je použito 49 683 t slamnatého hnoje s měrnou produkcí 381 kWh/t a 18 776 t drůbežího trusu s měrnou produkcí 1 512 kWh. Celková spotřeba 68 459 t představuje pouze 11,7 % spotřeby prasečí kejdy varianty 1.

U varianty 3 s biouhlím tvoří 0,5 % celkové spotřeby biouhlí (342,3 t). Dodatečné náklady na biouhlí jsou ve výši 255 442 eur při ceně 746,26 eura/t (C 37). Tabulka 1 slouží k porovnání ekonomiky jednotlivých variant. Ekonomický profit BPS záleží na prodeji produkované energie, nákladů na paliva, režijních nákladů, dopravy a dalších.

Množstevní struktura

V této kapitole jsou v řádcích 4 až 27 stanovena potřebná množství substrátu, jejich energetický obsah a výsledné množství CO2, aby z nich bylo možné následně vypočítat finanční dopady. Pro srozumitelnost je důležité vzít v úvahu, že energie jsou uváděny v různých jednotkách, jako jsou MJ a kWh v závislosti na tom, zda musí být určeny podle RED nebo zda se jedná o údaje

o prodeji. Všechny energetické jednotky jsou vzájemně převoditelné.

Význam měrné produkce substrátů

Měrná produkce substrátů má přímý vliv na náklady na dopravu, výnos a skladování. Z řádku 36 je patrné, že pro variantu 1 se 100 % prasečí kejdy jsou náklady na suroviny, včetně dopravy, téměř 20 milionů eur, zatímco pro hovězí a drůbeží hnůj jsou to celkem jen necelé 3 miliony. Kromě nákladů na suroviny vznikají u 100 % prasečího hnoje ještě značné náklady na dodatečnou skladovací kapacitu 261 730 m³ s cenou 75,0 eur/m³, celkem asi 20,75 milionu eur (řádek 34). Faktor dopravy a skladování je pro ekonomiku variant s prasečí kejdou zásadní. Se snižující se měrnou produkcí rostou provozní náklady, na základě toho je potřeba volit substráty s vysokou měrnou produkcí a minimalizovat přepravní a skladovací náklady. Použití biouhlí je ekonomicky přínosné pouze u substrátů s vysokou měrnou produkcí.

Zvýšené náklady na energie

Zvýšená spotřeba energie je uvedena v řádcích 29–31, provoz BPS samozřejmě spotřebovává energii. Vzhledem k tomu, že vycházíme ze stávající BPS, na které bude proveden upgrading pro produkci biometanu včetně zkapalňování CO2, zohledňujeme zde pouze dodatečnou spotřebu energie, která vzniká při provozu nově instalovaných technologií.

Náklady

V kapitole náklady, řádky 33–43, jsou specifikovány náklady na přestavbu a pro-

voz nových technologií, obecné provozní náklady (řádek 40) jsou však uvedeny paušálně na základě zkušeností. Řádek 43 uvádí celkové náklady.

Bonus za skleníkové plyny pro statková hnojiva

V nařízení RED jsou stanoveny měrné produkce substrátu, které se mohou lišit od použitých substrátů v provozních podmínkách. Například měrná produkce biometanu (CH4) je stanovena na

0,5 MJ/kg ČH substrátu. K kreditům skleníkových plynů ve výši 95,4 g ekvivalentu CO2/MJ se přidávají další bonusy skleníkových plynů za zkapalňování CO2, emise z dopravy, případně další bonus za využití biouhlí (viz tabulka, řádky 47 až 49), pokud RED III povoluje použití biouhlí jako bonus skleníkových plynů.

Emise z přepravy jsou zahrnuty do kalkulace, pokud se dodávka uskutečňuje

z prvního sběrného místa (tento předpoklad platí pro tabulku 1). Sběrné místo je organizační jednotka, například sklad, ve kterém jsou statková hnojiva z různých zdrojů před dalším transportem dočasně skladována. Není nutné emise kalkulovat, pokud je dodávka od výrobce ke spotřebiteli prováděna přímo. Je také třeba vzít v úvahu, že úspora skleníkových plynů díky použití biouhlí (řádek 27) závisí na druhu biouhlí. Biouhlí z čistého listnatého dřeva a dobré karbonizace může mít například vysoký obsah uhlíku vyšší než 90 procent, což vede k faktoru skleníkových plynů 3,46 t CO2–eq. (buňka C27). Naopak biouhlí ze zeleného odpadu se silným znečištěním a případně špatným zuhelnatěním, obsahuje pouze 60–70 % uhlíku, a proto má výrazně nižší faktor skleníkových plynů, který musí být vypočítán individuálně pro každé biouhlí. Řádek 49 ukazuje souhrn všech započitatelných bonusů.

Výnosy

Výnosy se skládají z prodeje biometanu a zkapalněného CO2, výnosů z bonusů za úsporu skleníkových plynů (řádky 51 až 55). Bonusy za úsporu skleníkových plynů se přičítají k základní ceně 13,01 centu (ct)/kWh (C52, stav k prosinci 2024). Vypočítávají se z množství skleníkových plynů v g CO2–eq./MJ (řádek 49) vynásobeného bonusovou cenou 0,07 ct/kWh (C54, stav prosinec 2024) a množství prodané energie (řádek 20), které musí být přepočítáno z MJ na kWh. Celkové výnosy jsou uvedeny v řádku 55.

Výsledek G + V

Bilance zisků a ztrát v řádku 58 velmi jasně ukazují, že provoz BPS s úpravou a zkapalňováním CO2 se 100% podílem prasečí kejdy vede k silně negativnímu výsledku ve výši téměř –37,7 milionu eur.  Pokud se však jako substráty použijí energeticky hodnotnější drůbeží a hovězí hnůj v poměru 27,4 % k 72,6 %, je dosaženo kladných ekonomických výsledků ve výši téměř 2,5 milionu eur. To, že varianty 2 a 3 vedou ke stejnému výsledku, i když ve variantě 3 je třeba započítat dodatečné náklady na biouhlí, jednak způsobeno započítáním bonusů za úsporu skleníkových plynů pro biouhlí, a jednak zvolenou mezní cenou biouhlí (buňka C37). Pokud je cena biouhlí vyšší než 746,26 €/t, dosáhne varianta 3 nižšího zisku než varianta 2. Při příznivějších cenách biouhlí je tomu naopak. Přehled cen biouhlí lze najít v průzkumu trhu od Korte H. et al. 2025.

Závěr

Použití biouhlí umožňuje zařazení na bílkoviny bohatých substrátů a tím zvýšit měrnou produkci substrátové skladby při snížení nákladů na transport a skladování ve srovnání s kejdou hospodářských zvířat. Možnosti využití pokročilých substrátů se regionálně liší, stejně jako množství statkových hnojiv. Vysoké pořizovací náklady technologií na zkapalňování CO2 o malém výkonu vedou k aplikaci vysoce výkonných zařízení s větším hmotnostním tokem použitých substrátů, které musí být v regionu dlouhodobě k dispozici (nebo musí být přepravován na velké vzdálenosti). Emisní úspora při zkapalňování CO2 závisí na použitých substrátech mezi

–22,94 g CO2ekv./MJ pro prasečí kejdu, –33,24 g ekvivalentu CO2/MJ pro drůbeží hnůj a –37,02 g ekvivalentu CO2/MJ pro hnůj skotu (řádek 47). Z ekonomického hlediska nelze podceňovat vliv zkapalňování CO2 na bilanci skleníkových plynů.

Uvedená studie vychází z podmínek

v SRN, avšak lze ji přenést do podmínek ČR, kdy s končící provozní podporou bude potřeba nové zdroje financování provozu BPS. Ze studie je zřejmé, že system bonusů za úsporu emisí skleníkových plynů může představovat výrazný zdroj provozních příjmů BPS. Změnu substrátové skladby ve prospěch pokročilých substrátů pro snížení palivových nákladů je potřeba řešit komplexně tak, aby nedošlo k enormnímu navýšení skladovacích a transportních nákladů.  ≈

Překlad originálu autor: Dipl.–Des. Rainer Casaretto, Dr. Hans Korte a Dr. Jan Sprafke.