UNI I R E C E T O X SCI E0270 TECHNOLOGIE A NÁSTROJE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Technologie pro zajištění čistoty ovzduší IV RNDr. Mgr. Michal Bittner, Ph.D. Pokročilé oxidační technologie ^> Vysokoenergetická destrukce ^> Fotolytická oxidace ^> Fotokatalytická oxidace Vysokoenergetická destrukce (oxidace) 4.2.5 Vysokoenergetická destrukce Princip: Vysokoenergetická destrukce (VED) je destrukční proces probíhající v netermální plazmě, která je někdy též nazývána nerovnovážnou nebo „studenou" plazmou. Plazma může být vytvářena řadou různých způsobů (Chang, 2001). Pro účely této publikace je nejdůležitější aplikace plazmy vznikající výbojem v reaktoru s dielektrickou bariérou. Plazma je vytvářena přiváděním střídavého elektrického proudu nebo pulzujícího stejnosměrného proudu na dvě elektrody, mezi které je vložena zmíněná dielektrická bariéra, která zabrání vzniku termální plazmy. Je-li mezi elektrody přiveden plyn obsahující kyslík nebo vodu, dochází ke vzniku ozonu a velmi reaktivních radikálů (03, O", OH a 02H"), které destru-ují přítomné organické sloučeniny. Mohou vznikat různé meziprodukty, avšak proces je veden tak, aby konečným produktem byl oxid uhličitý nebo voda. Protože některé produkty destrukce není možné vypouštět do atmosféry (např. HC1), je za plazmovou jednotku zpravidla zařazeno vypírací zařízení. Použitelnost: Škodliviny, které mohou být zneškodňovány prostřednictvím technologie VED, jsou reprezentovány zejména VOC a SVOC. Je možné ji aplikovat i na anorganické polutanty, jako jsou oxidy dusíku nebo síry. Technologie je užitečná zejména pro destrukci organických látek a chlorovaných uhlovodíků, např. TCE, PCE, tetrachlormethanu, TCA, motorové nafty, benzinu (FRTR, 2004), 1,1,1-trichlorethanu (Agnihotri a kol., 2004), benzenu (Cal a Schluep, 2001) apod. Účinnost odstranění může být velmi vysoká, tak např. pro TCE se uvádí destrukční účinnost až 99,9 % a pro PCE mezi 90 až 95 % (CPEO, 2002). Vysokoeneřgetická destrukce PLASMA All INTERNATIONAL www.plasma-air.com j____ X ___ The air ions attach to the smoke particles, causing them to drop out of the breathing zone. Smoke Removal in just 60 Seconds with Plasma Air 7 vašich vyhledávání Souviseiící Fotolytická oxidace Fotolytická oxidace Princip: Fotolytická oxidace organických látekje iniciována v reaktoru ozářením energeticky bohatým UV-zářením. Vzájemným působením UV-záření a odplynu vznikají reaktivní složky. Na jedné straně vznikají z molekul kyslíku a vody látky jako ozon a hydroxyradikály dle následujících rovnic. h.v + 0^20* (U 242 nm) [4.2-2] O* + O, & 03 + 106,5 kJ [4.2-3] h.v * H2G OH* + H* (X < 190 nm) [4.2-4] h.v + 0~ -> O, + O* (X < 310 nm) [4.2-5] Cľ + HO -> 2 OH' [4.2-3] Vzniklé oxidační prostředky ozon, peroxid vodíku, O* a OH" radikály mají vysoký oxidační potenciál a dokážou přítomné škodliviny rychle oxidovat. Děj probíhá radikálovým mechanismem. Na druhé straně probíhá absorpce UV-záření molekulami škodlivin a jejich rozkladnými produkty. Většina organických látek absorbuje UV-- záření od 260 nm ve stoupající míře ke kratším vlnovým délkám. Absorpcí záření se molekuly organických látek dostanou na vyšší energetickou hladinu. Při dostatečně vysokém přívodu energie dochází k jejich rozpadu a vzniku reaktivních radikálů. V konečné fázi vedou homogenně probíhající reakce ke tvorbě oxidu uhličitého, vody apříp. dalších složek, jako např. halogenvodíky. Použitelnost: FLO, která je někdy též nazývána fotolytická destrukce, je určena zejména pro ropné a pro halogenované uhlovodíky (NFESC, 1998). Existuje např. technologie pro zneškodňování 1,2-DCE, TCE, PCE a toluenu (US. EPA,1998a). Odstranění zápachu, čištění vzduchu AS-PCO Fotokatalytická oxidace Princip: FKO je proces, který využívá UV-záření a polovodičového katalyzátoru k tvorbě vysoce reaktivních radikálů, jako jsou hydroxylový radikál (OH"), peroxyl (H02') nebo superoxid (02 *). Z nich je nejreaktivnější hydroxylový radikál OH", který reaguje prakticky s jakoukoli organickou látkou, a to o několik řádů rychleji než běžné oxidanty typu ozonu nebo peroxidu vodíku. Proces probíhá podobným mechanismem, jak bylo popsáno výše u FLO, je však díky působení katalyzátorů podstatně intenzivnější. Použitelnost: FKO je použitelná nejen pro ropné a pro halogenované uhlovodíky, ale i pro další látky, jako jsou alkoholy, ketony, pachové látky (Völker, 2003), nitroglycerín (U.S. ACE, 1999) apod. Omezení použití: I když je FKO používána podstatně více než FLO, není stále dostatek spolehlivých podkladů pro projektování. Při zpracovávání halogenovaných uhlovodíků je nutno zajistit vypírku halogen vodíků. V případě přidávání chemických oxidantů pro zvýšení výkonu mohou tyto v případě nadměrného množství působit jako likvidátory radikálů. Obr. č. 4.2-6 Schéma reaktoru FOK(B. Koutský, J. Malecha, 2005) Fotokatalytická oxidace Základní charakteristiky tradičních metod čištění _odpadních nlvrm_. Technologie Vstupní koncentrace [ppmv] Účinnost [%] Výhody Nevýhody absorpce 250 90 zvláště vhodná omezená použitelnost 1000 95 pro anorganické 50 000 98 kyselé plyny adsorpce 200 50 nízké kapitálové omezení z důvodů 1000 90-95 nároky; vlhkosti plynu 5000 98 vhodná pro rekuperaci rozpouštědel a teploty termická 20 95 vysoká účinnost nelze rekuperovat oxidace 100 99 odstranění; rozsáhlá aplikovatelnost; zpětné získávání energie možné organické látky; nákladově náročná katalytická 50 90 vysoká účinnost nelze rekuperovat oxidace 100 >95 odstranění; může být méně nákladná než termická oxidace organické látky; nebezpečí otravy katalyzátorů spalování >98 vysoká účinnost nelze rekuperovat na fléře odstranění organické látky; pro velké emise Tab. č. 4.2-1 Základní charakteristika tradičních metod čištění odpadních plynů (Schnelle a Brown, 2002) Biologické postupy ^> Likvidace škodlivin ve vodné fázi působením mikroorganismů ^> Škodliviny musí být převoditelné do roztoku ^> Biologicky nezávadné produkty, nízké investiční a provozní náklady ^> Biologické filtry ^> Biologické pračky Biologické postupy Biologické filtry - nosičem mikroorganismů Pevná fáze — kompost, rašelina, stromová kůra Adsorpce spojená s biologickým odbouráním zachycených škodlivin mikroorganismy Pro likvidaci organických zápachů účinnost 90 - 90° C •SUROVÍ PIT* O— I SUROVÝ ^SUROVÍ 4 " PLNI Obr.44. Ploáné a etážové provedeni biofiltru 1 - rozdělovači kanil 4 - vlhčeni plynu 2 ~ roét 5 - nosná konstrukce 3 - filtr, vrstva 6 . regulační klapky Biologické postupy Obr. č. 4.1-1 Schéma rozkladu kontaminantň na povrchu pevného loze biofiltru (R. Kyclt, ENVI-SAN-GEM, a. s., Biotechnologická divize, Praha, 2005) 1 - znečištěný vzduch, 2 - částice pevného lože, 3 - biofilm, 4 - skrápěcí roztok, 5 - polutant, 6 - vyčištěný vzduch, 7 - aktivní biofilm, 8 - odumřelý biofilm Biologické postupy t n—stst Tí—n-H-3-R-B-í!-*—W -Q Obr. č. 4.1-2 Schéma biofiltru s pevným lozem (R. Kyclt, EN VISAN-GEM, a. Biotechnologická divize, Praha, 2005) 1 - znečistený plyn, 2 - dmychadla, 3 - zvlhčovač -4- lože biofiltru, 5-vyčistený plyn, 6 - rozdělovači systém vzduchu, 7 - odvod kondenzátu Biologické postupy Obr. č. 4.1-3 Schéma skrápěného biofiltru (R. Kyclt, ENVISAN-GEM, a. s., Biotechnologická divize, Praha, 2005) 1 - čistý vzduch, 2 - voda a makrobiotické prvky, 3 - biologické reakce\ 4 - náplň biofiltru, na které se vytváří biofilm, 5 - vzduch s poluianty, 6 - voda a oxidační produkty Biologické postupy Biologické pračky — škodliviny jsou převáděny do roztoku ve sprchových nebo výplňových pračkách a současně jsou odbourávány mikroorganismy přežívajícími v roztoku Absorbéry — výplňové, bublinové, patrové, sprchové 12 A A A A 10 11 Obr. č. 4.1-4 Základní schéma bioskrubru (Anonym, 2005) 1 - vyčiStěný vzduch, 2 - oddělovač aerosolu, 3 -postřikové hlavice, 4-re-cirkulace kapalné fáze, 5 - živiny, řízení pH, 6 - na čistení odpadních vod, 7 -jímka, 8 - kal, 9 - dmychadlo, 10 - výplň skrubm, 11 - dno nesoucí výplň skrubru, 12 - znečištěný vzduch Bioscrubber Systems | Biological Treatment for Air Pollution & Odor Control | Biological Reactors Aogef AagerGmbH M ^ n cp ^> sdilet uioat © Popis 1 71 lis nrihpmtpn ■■■■■ U—I^T- Snížení emisí CO EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNU V CR PODLE SEKTORU NA OSOBU Celkové emise ČR za rok 2018 Nezobrazujeme emise z lesnictví a využití půdy, více v doprovodném textu. Odpadové hospodářství 4,4% Zemědělství Spalování v průmyslu Spalování v domácnostech, Institucích a zemědělství Jiné 7,2 % Zpracování oceli a kovu 5,4 % Co znamená COaeq? Zatímco energetika, doprava a další oblasti, v nichž je zásadní spalováni, produkují přímo emise CQ?, v zemědělství a odpadovém hospodářství jde především o emise metanu (CH4) a oxidu dusného (NaO). Ty se přepočítávají na množství oxidu uhličitého, které by mělo stejný oteplujíoí efekt {ekvivalent C02). Výroba a úprava paliv 4,5% Teplárny 9,6 % Elektrárna Počerady 4,3 % Elektrárna Prunéřov 3,5 % Elektrárna Tušímice Elektrárna Chvaletice 3,4 % Elektrárna Mělník 2,8 % Elektrárna Kladno 1,5 % Elektrárna Dětmarovice 1,0 % Ostatní elektrárny 5,5 % Automobilová doprava 9,2 % Nákladní a autobusová doprava 5,2 % Letecká doprava 1,0 % Jiná doprava 0,3 % VCRZĽ 2021 -06-11 LICENCE CC BY 4 0 více info na faktaoklimatu.cz/emise-cr-deiail zdroj dat. Evropská agentura pro životní prostředí EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ V ČR V LETECH 1990-2018 Emise nejvíce klesaly v 90. letech diky opouštění těžkého průmyslu. Od roku 2000 spíše stagnují. i Energetika ■ Doprava ■ Průmyslové procesy ■ Spalováni v domácnostech, ■ Spalování v průmyslu I Zemědělství ■ Odpadové hospodářství institucích a zemědělství Spalování v průmyslu a stavebnictví VÝVOJ EMISI V LETECH 1990-2018 Celkové emise v roce 1990 činily 200 mil. tun C02eq 200 150 100 50 0 1990 2000 VCRZC 2022-05:17 LICENCE CC BY A 0 více info na faktaoklimatu.cz/emise-cr-vyvoj 2010 OBJEM EMISI V JEDNOTLIVÝCH SEKTORECH OPROTI ROKU 1990 Energetika Doprava +50 % 0%' -50 % +69 % -10% Celkové emise v roce 2018 Činily 129 mil. tun COseq +50 x Průmyslové procesy Spalování v domácnostech, institucích a zemědělství -61 % _51 mil. tun CO^eq I v roce 2018 Spalování v průmyslu a stavebnictví Zemědělství -45 % +50 % 0%' 79% Odpadové hospodářství 0. Jiné + 0O la 2018 -50 %-------------...........- - - ----------7~?-~rr*~*-^. - -69 % 1990 2000 2010 201B 1990 2000 2010 2018 zdroj dat: Curostat UHELNÝ PHASE-OUT VE STÁTECH EU Čtvrtina světových emisí C02 vzniká v uhelných elektrárnách. Země EU plánují tzv. uhelný phase-out, náhradu uhlí v energetice čistšími zdroji. Tyto plány srovnáváme s jejich výrobou elektřiny z uhlí. Chybí' oficiální diskuze o termínu Termín stanoven ■ Phase-out dokončen Zanedbatelná uhelná kapacita VÝROBA ELEKTRINY Z UHLI NA OSOBU V ROCE 2019 (k Wh/os.) 3 000 2 000 1 000 PLÁNOVANÝ TERMIN PRO UHELNY PHASE-OUT 42% 3 452 74% 3 152 42% 2 554 28% 2166 Podíl uhlí na 28 % 2 066 národním mixu "V roce 2019 byla Velká Británie ještě členem EU 24 % 1177 14% 955 I 7':- 847 j 15% 793 // .. 690 12% 607 467 8% 429 7% 424 11% 378 336 304 2 % 279 Průměr EU 1% 181 905,3 kWh/OS. íl % 61 <1 % 32 <0.1% 8 VCRZC 2(322-01-24 LlCCMCC CC ÖY 4.0 více ínfo na faktaoklimatu.cz/uhelny-phaseout-eu 2020 2030 2040 Česká republika Polsko Bulharsko Slovinsko Německo Řecko Nizozemsko Finsko Dánsko Rumunsko Portugalsko Maďarsko Slovenska Irsko Chorvatsko Itálie Španělsko Rakousko Velká Británie* Francie Švédsko Belgie * 2016 2033 2033 2030 « 2025 2029 2029 203S-204G 202B • 2021 2025 2023 • 2025 • 2025 203Z 2033 • 2020 • 2024 2022 • 2020 2030 Kypr Litva Lotyšsko Lucembursko Malta Estonsko zdroj dat: Ember, Europe Beyond Coal, OSN Metody snižování emisí C0o - snížení spotřeby fosilních paliv - zefektivnění průmyslových výrob - ukončení neefektivních výrob - úspora energií a surovin jako taková - ekonomickým nástrojem snižování emisí C02 jsou Obchodovatelná emisní povolení -fixace vzdušného C02do biomasy (např. podpora výsadby lesních Transforming Earth © It is now possible to identify the methods and locations where planetary geoengineering will have to take place Location; unused farmland PLANT TREES Plant forests and regularly harvest them. Trees are a carbon si nk as long as they are growing, and not allowed to rot. BECCS (Bioenergy with carbon capture and storage) Suck out atmospheric C02 by growi ng biof uel crops like sugar cane, burn them for energy, capture the resulting C02, and bury it. Location; the tropics, where growth is fastest BJ BIOCHAR Burn plant material without oxygen to make charcoal -like "biochar". This carbon store can then be buried in soiI, where it acts as a fertiliser. Location: anywhere with rich plant growth D^) DAC (Direct air capture} Build shipping-container-sized boxes full of a chemical "sponge" that sucks C02 out of the air, ready for burial. You may need 100 million of them. Location: windy and dry areas. More wind means more ai r is driven th rough the boxes, increasing uptake ) IRON FERTILISATION Trigger photosynthetic plankton blooms in the ocean by dumping iron into areas that don't have much. If the plankton sinks, carbon is stored. Location: iron-depleted regions of the ocean ■ g J OCEAN LIMING Throw lime into the ocean, It reacts with dissolved C02 to form carbonates. This may also help corals by reducing ocean < 1 acidification. | ENHANCED WEATHERING Crush common minerals like olivine to powder to increase surface area for reacting with C02 and water. Location; proceeds fastest in warm, wet cond itions, so areas such as humid coasts and rivers are best PLANT TREES Plant forests and reg Trees are a carbon sii rbon BIOCHAR Burn plant material without oxygen to make charcoal-like "biochar". This carbon store can then be buried in soil, where it acts as a fertiliser. Location: anywhere with rich plant growth IRON FERTILISATION Trigger photosynthetic plankton blooms i n the ocean by du m pi ng i ron into a reas that don't have much. If the plankton sinks, carbon is stored. Location: iron-depleted regions of the I ENHANCED WEATHERING Crush common minerals like olivine to powder to increase surface area for reacting with C02 and water. Location: proceeds fastest in warm, wet conditions, so areas such as humid coasts and rivers are best DAC (Direct air capture) Build shipping-container-sized boxes full of a chemical "sponge" that sucks C02 hutof the air, ready for burial. You may fcfcfiO million of them. ■xesruii \ C02 I may ¥ OCEAN LIMING Annual carbon savings by 2100 Bars show maximum possible for each technology ■ Cost per tonne ofCOz captured Plant trees ^| $20-100 BECCS^^^^m $50-250 Biochar jT $10-300 Direct air capture ^^HHH $40 600 Iron fertilisation ■ $30-300 Ocean liming | $50-180 Enhanced weathering | $80-2000 0 2 4 6 8 Gigatonnes of carbon per year (2010 annual emissions were 10 Ct) Throw lime into the ocean. It reacts dissolved C02toform carbonates.' m ay a I so he I p co ra I s by red u c i ng oc t «1 acidification. Idry areas. More wind H^hrough the Location: coral habi the ocean. It reacts with d form carbonates. This rals by reducing ocean abitats_J| Direct air capture (IX ppm CO,) atmospheric air (400 ppm CO ) IMAGES FROM INTERNET - 2015, Carbon Engineering officially opened a new plant in Squamish, British Columbia, that can capture and process around 1 tonne of C02 per day — about the same as a typical car might emit when driven about 5,000 kilometres. This represents a big step up from the company's earlier demonstration plant, which ran only the first step of capture and did not regenerate gaseous C02. Carbon Engineering ^ H ^ 005/721 . Kapitoly > ^> r ft n Carbon Engineering | Direct Air Capture oF C02 Carbon Engineering Ltd. 6.5 Iis. odběratelů ifj Toseniilíbí £D ^ Sdílet Klip =+ Uložit (T) Popis swissinfo.ch Swiss perspectives in 10 languages fiK Q — Sign In Search Menu Science Using Swiss technology to store C02 in Iceland A The Grca plant in Climeworks, Iceland, intends to extract 4,000 tonnes of C02 per year from the air. Clinfiaworks nature Explore content ^ About the journal v Publishwithus ** Subscribe r-atjrs > reivi > article NEWS | 07June20U Sucking carbon dioxide from air is cheaper than scientists thought Estimated cost ofgeoengmeering technology to fight climate change has plunged since a 2011 analysis. .■EffTo-gfmr 2trroi.orere CrECt. C=rrc>r Erg rssr'r-g Si phoning carbon dioxide (C02) from die atmosphere could be more than an expensive lasr-ditch strategy for averting climate catastrophe. A deta iled economic analysis published on 7J une suggests that the geoengineering technology is inching closer to commercial viability.