Dnes se stále více obracíme k produktům a zboží vyrobenému z přírodních materiálů šetrných k životnímu prostředí, což nám umožňuje chránit se před škodlivými vlivy a zachovat více fosilních přírodních zdrojů, čímž reálně přispíváme k ochraně životního prostředí.

Autoři článku zhodnotili technologie pro podporu zdrojů pro výrobu produktů šetrných k životnímu prostředí, které umožňují použití rákosu při výrobě palivových pelet a krmiv pro hospodářská zvířata.

Výroba potravin šetrných k životnímu prostředí, jako každá výroba, vyžaduje energetické zdroje – elektrickou a tepelnou energii, krmiva pro zvířata atd. Zemědělská výroba ve Volgogradské oblasti je dobře zásobována hlavním ruským energetickým zdrojem – plynem. Téměř 70 % venkovských oblastí má dodávky plynu a tato hodnota má tendenci se zvyšovat [1]. Produkce zemědělských produktů šetrných k životnímu prostředí však vyžaduje využívání „čistých“ území (bez použití chemikálií v historii využívání půdy). Ve většině případů takové pozemky nemají síťový přívod plynu, což vyžaduje využití místních energetických zdrojů. Zejména lze použít přírodní polymery rostlinného původu obsahující hořlavé prvky – uhlík a vodík. Mezi takové energetické zdroje, široce zastoupené v oblasti Volgogradu, patří rákos.

Historicky je rákosí nejen nositelem energie, ale také nedílnou součástí místního ekosystému. Dnes je v oblasti Volgogradu rákos často identifikován jako zdroj požárů, a proto je vnímán jako plevel, který vyžaduje ničení [2]. Tento jev má dva hlavní důvody. Prvním je provádění závlahových zemědělských prací, které vytvářejí podmínky pro rozšiřování biotopů rákosin. Druhým je nekontrolovaný vznik různých typů skládek, čímž se mění i režim výměny vody v území. Přitom plochy opuštěného rákosinového porostu ve Volgogradské oblasti se měří na tisíce hektarů; Jen v regionálním centru se před obdobím požáru ničí rákos na 700 hektarech [3].

Na druhé straně existují zahraniční příklady opačné vlastnosti – průmyslového pěstování rákosu pro energetické účely [4]. Bylo zjištěno, že dva až tři roky po zasazení rákosu do bažiny můžete získat první plodinu vhodnou pro použití rákosu jako paliva. A pak se bažina stává stálým dodavatelem paliva pro malé elektrárny. Produktivita rákosové bažiny je (10. 20) tun rákosí na hektar. Můžete odhadnout množství rákosu, které lze ročně vytěžit z místa o rozloze 1 tisíc hektarů v oblasti Volgograd: 15 tisíc tun přirozené vlhkosti.

ČTĚTE VÍCE
Jak dlouho žije vnitřní pepř?

Při porovnávání takto zásadně odlišných přístupů vyvstává otázka, jaké jsou moderní domácí možnosti ekonomického využití rákosí. Je známo, že rákosí lze využít nejen jako zdroj tepla. Může být použit k výrobě stavebních materiálů, krmiva pro hospodářská zvířata a půdních hnojiv. Dříve se rákos úspěšně používal k výrobě papíru. Rákos se používá v lidovém léčitelství, lze jej použít při vaření, při výrobě lihu, kyseliny mléčné, glycerinu, acetonu, tříslovin, plynové nebo kapalné motorové nafty.

Ze známých použití rákosu si všimneme aplikací, které dnes najdeme nejčastěji: při výrobě topného paliva a krmiva pro hospodářská zvířata. Při výběru technologií vhodných k tomu budeme brát v úvahu relativně nízkou hustotu energie uložené v rákosí, jako u každého jiného rostlinného materiálu [5]. Z tohoto důvodu dojde po sběru rákosí k logistickému omezení dopravy suroviny do míst jejího zpracování – (20. 30) km. Tato omezení lze výrazně snížit použitím přenosných autonomních energetických technologií. Poté bude z místa těžby surovin exportován hotový výrobek nebo polotovar, v každém případě však výrobek se zvýšenou přidanou hodnotou. Při nízkých provozních nákladech na údržbu takového zařízení to bude mít pozitivní dopad na ekonomiku celého procesu používání rákosí konečným spotřebitelem.

Pojďme se blíže podívat na vlastnosti rákosí.

Rákos (lat. Scírpus) je vytrvalá rostlina dosahující výšky dvou metrů. Na území Volgogradské oblasti se vyskytují především dva druhy rákosu – rákos bahenní a rákos lesní. Rákos obsahuje až 45 % celulózy, 25 % ligninu, 22 % hemicelulózy, asi 9 % bílkovin a minerální složky. Poměr mezi složkami se liší v závislosti na částech rostliny (kořeny, stonek, listy, květy) a ročních obdobích. Jako většina rostlin se v tvrdé části stonku rákosu shromažďují celulózová vlákna v dlouhých pramenech, obklopených a propletených hemicelulózami. Celulóza je téměř krystalická látka, hemicelulóza je amorfní. Celá tato vazba je vyplněna ligninem – pevnou polyfenolovou pryskyřicí. Tento design zařízení určuje jeho vertikální orientaci a sílu.

Všimněme si technologií, které lze využít při zpracování rákosu na topný olej a krmivo pro hospodářská zvířata.

Rákos – topný olej

Moderním typem tuhého paliva vhodného pro použití v automatických topných systémech jsou palivové granule (pelety). Jak je uvedeno v přehledové práci [6], hlavní vlastnosti rákosových granulí se blíží vlastnostem dřeva (výhřevnost přibližně 19 MJ/kg, obsah popela v průměru 4 %) a výrobní náklady jsou nižší, především z důvodu relativně levné suroviny. Mobilní peletizační linku ve stavu plné tovární připravenosti vyrábí tuzemský podnik LesInTech (S.-P.). Dodávku energie pro výrobu pelet může plně zajistit blízká jednotka pro hydrotermální destrukci části posečeného rákosu superkritickou vodou. Vlastnosti takového agregátu jsou zaznamenány např. v [7]. Na místě je možné vyrábět vysokokalorické pelety – s výhřevností 23 MJ/kg [8]. K tomu je třeba část rákosu podrobit hydrokarbonaci a vzniklé uhlí před lisováním vmíchat do rákosové směsi. Hardwarovou hydrokarbonizaci lze provádět v zařízení [6], ale s podkritickými parametry teploty a tlaku vody.

ČTĚTE VÍCE
Jak zakrýt venkovní nábytek?

Provoz zařízení bude vyžadovat rozmělnění rákosí na částice o charakteristické velikosti 1 mm a následné oddělení drcené hmoty na sítech. V tomto případě budou menší částice (několik desetin mm) poslány do zařízení s nadkritickou vodou, milimetrové částice budou poslány do hydrokarbonizace a větší budou poslány do vsázky na pelety.

Rákos – krmivo pro hospodářská zvířata

Výživová hodnota rákosu je jedenapůlkrát až dvakrát nižší než u rostlin na zelené louce. Hlavním důvodem je nepřístupnost celulózy z rákosu k jejímu rozkladu v žaludcích zvířat na výživnou glukózu – nepřístupnost pro práci celulázových enzymů a mikroorganismů. Tento problém vyřešil ve 30. letech minulého století v USA Mason zvýšením nutriční hodnoty slámy. Proces, který Mason vyvinul, dostal své jméno. Dnes jsou podobné procesy častěji označovány jako „výbuch páry“. Pokud jde o rákos, organizace exploze páry znamená, že se vodná suspenze rozdrceného rákosí zahřívá a udržuje pod tlakem. Současně se rákos nasytí vodou se vzduchem v ní rozpuštěným, načež se tlak prudce uvolní. Voda se vaří a vzduchové bubliny narušují vazby mezi celulózovými vlákny, hemicelulózou a ligninem. Lignin má špatnou reaktivitu a bude vylučován z těla zvířete. A celulóza bude k dispozici pro fermentaci, díky čemuž se očekávaně zvýší nutriční hodnota rákosu (jako seno v procesu Mason).

Technologie parního výbuchu je dnes v domácím zemědělství málo žádaná, ale má vynikající vyhlídky na uplatnění. Důležité také je, že všechny výše uvedené procesy – hydrotermální destrukce rákosí v superkritické vodě, hydrokarbonizace a exploze páry – mají podobná hardwarová implementační schémata a liší se pouze volbou provozních parametrů (teploty, tlaky a expozice).

Prvními technologickými fázemi rákosu je jeho sběr a mletí. Převážná část rákosu (85. 90) % roste na souši. V některých případech, nezbytných pro zachování ekosystému, je dovoleno extrahovat rákos z vody. V tomto případě lze plavidlo zkombinovat i se sacím čerpadlem (to není na fotce). Tato kombinace mechanismů je vyžadována při výrobě organominerálních hnojiv na bázi rákosu. V případě rašeliniště lze na pontony umístit jakékoliv zařízení – mletí, sušení, výrobu energie nebo jiné.

Jak bylo uvedeno výše, tři technologie pro zpracování vodné suspenze rákosí mohou být implementovány za použití identického zařízení. Toto zařízení je navrženo speciálně pro studium ničení organických látek superkritickou vodou. Vysoké tlaky a teploty (stovky stupňů a atmosfér) charakteristické pro tyto procesy vyžadovaly vhodná technická řešení. Pro parní explozi a hydrokarbonaci, kde nejsou vyžadovány vysoké tlaky a teploty, lze řešení zjednodušit. V souladu s tím bude také snížena cena konstrukce zařízení. Ale pro testování technologických režimů použití plátků pro různé účely je vhodné použít jeden návrh výzkumného stroje.

ČTĚTE VÍCE
Co můžete kompostem hnojit?

Zde jsou podél okrajů konstrukce, po její výšce, dva reaktory pro vodnou suspenzi rákosí. Reaktory jsou válcového tvaru, obklopené topnými tělesy a tepelnou ochranou. Na fotografii je vidět pouze vnější (tepelně ochranná) vrstva reaktorů. Pevná frakce zpracovávané suspenze je vypouštěna ze dna reaktorů, plynná frakce je vypouštěna shora. Uprostřed konstrukce je vidět válec na stlačený vzduch. Vedle válce jsou konstrukce s výkonovou a slaboproudou automatizací. Níže vidíte ventily pro řízení průtoku činidel (suspenze surovin, vzduchu) a reakčních produktů. Na fotografii není vidět automatický řídicí systém bloku, který umožňuje měnit reakční teplotu, tlak a expozici suspenze v reaktoru.

Při práci s nadkritickou vodou, kde se k výrobě elektřiny a tepla využívá vodná suspenze rákosu, je „výstupním“ produktem jednotky vysokoentalpická směs páry a plynu. Slouží k aktivaci parního okruhu turbíny pohánějící elektrický generátor. Turbína a generátor vyvinuté společností ElTA LLC (Jekatěrinburg). Rotor generátoru je poháněn do rotace koaxiálně umístěnou parní turbínou. Elektrický výkon generátoru je 30 kW, axiální velikost rotoru turbíny je 30 cm Zařízení umožňuje použití tří elektrických generátorů. K pohonu peletizéru pro lisování palivových pelet bude sloužit agregát s nadkritickou vodou a generátorem elektřiny. Toto zařízení má kapacitu 600 kg pelet za hodinu. Doba nasazení takového zařízení z přepravní polohy do pracovní je 6 hodin.

Silážní zařízení pro přípravu krmiva je standardní a nevyžaduje komentář.

Motory sklízecích mlátiček zabývajících se sklizní a sekáním rákosí běží na motorovou naftu. Výrobci se při své práci řídí malotonážní, přepravitelnou technologií výroby kapalného a hotového paliva úrovně EURO-5 z rákosu. Pro tyto účely se nejlépe hodí zimní rákos, který má vlhkost 25 % a vyžaduje malou spotřebu energie na sušení. Podrobnosti o provozu mobilního komplexu na výrobu motorové nafty z odpadu jsou uvedeny v časopise „Ecological Bulletin of Russia“ [9].

Obr. 1. Vztahy mezi akcionáři družstva, které používá rákosí při výrobě potravin šetrných k životnímu prostředí

Implementace výše uvedených a podobných technických řešení se předpokládá ve formátu spotřebitelské spolupráce. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje schéma vztahů mezi účastníky spolupráce. V rámci příslušných cílových programů konzumní společnosti jsou rozvíjeny různé aspekty využití rákosí, jejichž konečným cílem je získávání a distribuce ekoproduktů. Strategický investor poskytuje spotřebitelské společnosti úvěr na realizaci těchto programů. Konzumní společnost poskytuje podúvěry vývojářům cílených programů vč. – vývojář, výrobce a dodavatel zařízení pro použití rákosí (TRIVIM Ltd. LLC). Zároveň se tvoří třicetiprocentní finanční rezerva na kompenzaci rizik a doplnění pracovního kapitálu akcionářů družstva. Zařízení pro využití rákosí (podíl TRIVIM) se přesouvá do organizace provozující zařízení a údržbu technologií – strojně-technologické stanice. Podíl stanice (její práce) se přesouvá na družstevní pozemky, které se zabývají rostlinnou výrobou, chovem hospodářských zvířat a zpracováním jejich produktů. Výsledné ekoprodukty distribuuje dopravní a logistické centrum mezi akcionáře družstva a externí trh. Výnosy z prodeje na zahraničním trhu jsou zasílány spotřebitelské společnosti, případně akcionářům družstva a tvoří základ daně. Konzumní společnost kompenzuje náklady strategického investora a koordinuje činnost družstevních pozemků. Kvalita ekoproduktů je garantována certifikací všech technologických stupňů (od zeminy až po sklad hotových výrobků).

ČTĚTE VÍCE
Jak dlouho žijí pozemské včely?

Výše uvedené informace ukazují technickou a organizační proveditelnost uvedených technologických řešení. Bezprostředním úkolem při propagaci projektu je vybrat strategického investora pro konzumní společnost.

Literatura a zdroje

7. V.A. Morozov, A.V. Morozov. Nízkotonážní technologie pro zpracování použitých pneumatik na energetické zdroje pro skleníkové zemědělství. J. “Ekologický bulletin Ruska”, 2017, č. 4, s. 26-31.

8. V.A. Morozov et al. Pelety z lisované biomasy. RF patent ze dne 08.08.2014.

9. V.A. Morozov aj. Mobilní komplex na výrobu motorové nafty z dřevního odpadu. J. “Ekologický bulletin Ruska”, č. 4, 2010, s.50.

E.I. Bazarov,

Doktor technických věd, profesor, akademik Mezinárodní akademie

Člen korespondent Ruské inženýrské akademie,

V.A. Morozov,

Ředitel, TRIVIM Ltd., akademik International

Ekologická akademie (IEA),

Sarov, oblast Nižnij Novgorod,

A.V. Morozov,

Sarov, oblast Nižnij Novgorod.