Češi napodobili Slunce. Umí díky tomu přeměnit odpad na vodík

Dosahuje teploty až 5 000 stupňů Celsia. Skoro tolik, kolik je na povrchu Slunce. Výron žhavého plazmatu čili vodivého plynu ale najdete i na Zemi. Inovativní firmy pomocí něho zpracovávají dosud těžko odbouratelné odpady – od nebezpečných biologických látek třeba z nemocnic přes komunální odpad z měst a obcí po průmyslové suroviny jako sklolamináty nebo nerecyklovatelné plasty.

Nejde ale o spalování. V reaktoru s plazmovým hořákem, jinak také plazmatronem, k tomu není dost kyslíku. Technologii se říká plazmové zplyňování a těsně před jejím uvedením na trh je i jedna firma v Česku. Poradit by si měla například s vysloužilými rotory z větrných elektráren či obtížně likvidovatelnými díly elektroaut.

„Je to v podstatě jenom katoda a anoda, mezi kterými dochází při vysokém napětí k elektrickému oblouku. Ten má vysokou teplotu, začne kolem sebe ionizovat plyn a ionizovaný plyn je plazma. Proud vzduchu, který proudí do toho plazmatronu, potom vyfukuje plamen a teplotu do prostředí reaktoru,“ vysvětluje princip fungování stroje Miroslav Trybuček, výkonný ředitel firmy Millenium Technologies.

Teplota v komoře plazmového reaktoru tak při provozu dosahuje asi 1 250 stupňů, při nichž se anorganické, tedy neživé, složky odpadu roztaví a zesklovatí, čemuž se říká vitrifikace. Výsledný hrubozrnný materiál černého zbarvení se označuje jako struska. Ta je nevyluhovatelná, tudíž není škodlivá pro životní prostředí a lze ji díky izolačním vlastnostem používat jako stavební materiál. Hlavní surovinu ale tvoří zmíněné zplyňování, které se děje současně a rozkládají se při něm organické části odpadu.

„Jedna z aplikačních možností využití zplyňování je i výroba syntézního plynu, a následně separace vodíku z nerecyklovatelných plastů. Obsah vodíku záleží na vstupní surovině, ale pokud se bavíme o čistých plastech jako je polyethylen, tak tam jsou hodnoty poměrně vysoké,“ dodává Trybuček pro SZ Byznys.

Vodík, který je klíčový pro energetiku, spolu s oxidem uhelnatým, který má zase využití v průmyslu, tvoří většinu syntézního plynu. Typicky v něm podle šéfa firmy mají obě sloučeniny zastoupení „v desítkách objemových procent“. Oxid uhličitý, metan i dusík se v produktu vyskytují pouze ve stopovém množství.

Millenium Technologies z Dubé na Českolipsku, která vyvíjí technologii už od přelomu tisíciletí a svůj první reaktor představila v roce 2018, teď ke konci ledna oznámila fázi reálného provozního testování jeho už třetí generace s možností zpracovat odhadem 140 kilogramů odpadu za hodinu.

Nynější ověřování spolehlivosti klíčových dílů reaktoru R3 poskytne data nezbytná k výrobě reaktoru čtvrté generace o více než trojnásobné kapacitě, tedy 500 kilogramů odpadu za hodinu. Ten čeká komplexní testování bezprostředně před uvedením na trh na přelomu května a června – poradit by si měl pro představu s odpady okresního města o 20 tisících obyvatel.

Firma se zatím zaměřuje na zpracování čistírenských kalů obsahujících toxické látky a zbytky léčiv. Design reaktorů R3 i R4 je navržený ​​právě na tento typ odpadu s podílem zhruba 60 procent organické a 40 procent anorganické části.

Vytvořit verzi reaktoru pro zplyňování plastů ještě bohatších na vodík podle Trybučka ale nebude problém a už se s tím také počítá – stačí změnit poměr objemů komor pro výsledný syntézní plyn a sklovitou strusku.

„V současné době máme tři partnery, se kterými jsme ve velmi úzkém kontaktu. Jeden je tuzemský a dva jsou zahraniční. Tam provádíme testy materiálů. U tuzemského zákazníka je cílem zpracování průmyslových odpadů z biologických čističek odpadních vod, a ti dva zahraniční zájemci, tak tam je ta vize jednoznačná, a to vodík,“ prozrazuje výkonný ředitel firmy s tím, že firma se zaměří na vývoj reaktoru na vodík.

Cena čtvrté generace reaktoru by se měla přitom pohybovat okolo 100 milionů korun, a prodané kusy by měly financovat další vývoj a postup firmy.

„My bychom byli rádi, kdybychom měli podepsaný kontrakt o realizaci první zakázky někdy v prvním kvartálu příštího roku. Doba realizace bude samozřejmě dlouhá, protože jste ve stavebním řízení, ke kterému je potřeba mnoho povolování. Předpokládáme tak, že první instalace, která by byla referenční, komerční a v provozu, je otázkou dvou a půl roku,“ odhaduje šéf firmy.

Jako ekologickou berou metodu i v zahraničí. Rozvoj brzdila hlavně nutnost investic do vývoje. Třeba do společnosti Millenium Technologies v roce 2016 kapitálově vstoupila JRD GROUP – největší tuzemský developer nízkoenergetických domů, který staví i solární a větrné elektrárny. Zhruba 60 procent z dosavadních asi 150 milionů korun v projektu pak pokryly dotace z Evropské unie.

To, že problematické při rozvoji této technologie je shánění investic, potvrzuje americká firma InEnTec, která se na plazmové zplyňování také zaměřuje. Podle velikosti zařízení odhaduje cenu od milionu do 300 milionů dolarů. Tedy od 21 milionů do 6,4 miliardy korun.

Jedny z největších plazmatronů se nachází v Japonsku, které už v roce 2002 odstartovalo provoz reaktoru o nynější kapacitě 300 tun zpracovaného odpadu za den.

Technologie tam zprvu čelila úvodním problémům s kratší životností jednotlivých komponent, nutností časté údržby nebo nižší energetickou účinností. Vzhledem k tomu, že na japonských ostrovech je prostor pro budování skládek extrémně omezený, patří vitrifikace a plazmové zplyňování vedle přísného režimu recyklace ke klíčové strategii státu s nakládáním s odpadem.

Dalším z brzdných faktorů byla vysoká energetická náročnost metody, a nedílnou součástí technologie plazmového zplyňování a vitrifikace je i chlazení reaktoru a následně i výstupních produktů. „My máme plazmatrony, které mají 85 kW a 150 kW, takže příkon je ohromný,“ popisuje české zařízení Trybuček, který ale vzápětí dodává, že velkou část spotřebované elektřiny dokáže posléze celý reaktor vygenerovat i ze zpracovávaného odpadu.

„Záleží na tom, kolik je ve vstupním materiálu obsaženo energie. Zatím to ověřujeme na prototypech, které nejsou dostatečně velké. Vychází to teoreticky na úrovni 13 MJ energie na kilogram, což je v podstatě energie obsažená v čistírenských kalech, energetická bilance tohoto procesu začíná být pozitivní. To je ten bod zlomu. Takže pokud bychom měli víc, a v čistém plastu je 40 MJ energie na kilogram, tak tam je to samozřejmě o jiných číslech,“ dodává.

Při současných cenách za likvidaci odpadů firma odhaduje, že podle typu látek se bude návratnost reaktoru pohybovat od 5 do 15 let. Po šetrnějších způsobech zpracování odpadu je celospolečenská poptávka, nejen kvůli Green Dealu. Navíc čistírenské kaly už nebudou moci být na skládkách od roku 2026.

„Pro nás je klíčové, aby účinnost těch plazmatronů byla co nejvyšší. Kromě reaktoru pracujeme i na vývoji vlastních plazmatronů, tak abychom měli účinnost někde na úrovni minimálně 70 procent,“ doplňuje výkonný ředitel Millenium Technologies k plazmovým hořákům, které chtějí mít také co nejdokonalejší.

„Kdybychom se bavili o nebezpečných odpadech, tak některé se ukládají za 36 tisíc korun za tunu. Tam je ekonomika postavená někde jinde a má to ekonomickou rentabilitu i bez toho, že energetická bilance je negativní, a to díky té ceně za uložení odpadu,“ říká Miroslav Trybuček pro SZ Byznys.

Česká firma vyvíjí i prototyp menšího mobilního reaktoru určeného k likvidaci nebezpečných odpadů přímo na místě. V tomto případě se syntézní plyn ani nečistí, ale rovnou se spaluje. Zplodiny se filtrují, aby prostředí i v tomto případě zůstalo bez újmy. „Celý náš vědeckotechnický park stojí v chráněné krajinné oblasti Dubá, takže to dává představu o tom, jak čistí na výstupu jsme,“ vykresluje čistotu procesu výkonný ředitel společnosti.

V Česku se technologií plazmového zplyňování a vitrifikace zabývá dále například i Ústav fyziky plazmatu AV ČR, který předloni psal o svém reaktoru Golem, který se oficiálně jmenuje PlasGas. I ten si má poradit s toxickým odpadem z nemocnic jako stříkačkami, kontamino­vanými jehlami, respirátory nebo ochrannými obleky a zbytky chemikálií.

„Jen pro představu: z jednoho velkoobjemového kontejneru komunál­ního odpadu je touto metodou možné získat až sto třicet kilo vodíku. A tolik paliva vystačí průměrnému řidiči vodíkového auta téměř na celý rok,“ spočítal Tomáš Mates, který se s Michalem Jeremiášem na českém akademickém ústavu podílí na optimalizaci metody pro komerční uplatnění v rámci projektu NCK MATCA financovaném Techno­logickou agenturou ČR.

V minulosti zvažovala vývoj podobných zařízení i česká společnost Smolo.