Bioreaktory

Kompost, kompost a zase kompost. To nejlepší, co příroda ukazuje lidem, je neustálý růst a rozpad, který vede k bohatším a stále lepším podmínkám pro život. Přírodní procesy v biosféře zajistily vázání volného CO2 do pevné formy a zároveň obrovskou produkci kyslíku a životadárného humusu, ze kterého povstává vše živé. V tomto koloběhu růstu a rozpadu žijeme i my lidé. Tato stránka je ale zaměřena trochu jiným směrem a to na řízené kompostování s využitím produkovaného tepla v tzv. „bioreaktorech„.

Kompostovací proces vytváří spoustu energie, neboť se jedná o rozkladnou činnost, kde se složité struktury mění na jednodušší komponenty. Bakterie, brouci, larvy, červi, to jsou pomocníci tohoto procesu, který demontuje organickou hmotu na součástky a uvolněné energie není zrovna málo. Však se tito malí pomocníci asi pěkně zapotí, když musejí hromady listí, trávy, větví, plodů rozebrat na elementární prvky, tak aby byly zase použitelné pro další růst. A to to tu právě jde. V přírodě tento proces probíhá samovolně miliony let. Nejedná se tedy o něco nového, ale naopak o technologii prověřenou praxí. Pokud proces kompostování zapouzdříme do malého prostoru a izolujeme jej od okolí, aby se produkované teplo neodvedlo tak rychle do okolí a mohlo být směrováno zpět do procesu a nebo jen vybraným směrem, máme k dispozici velmi stabilní a dlouhodobý zdroj energie. V podstatě se dá přirovnat k jadernému reaktoru, kde se štěpí velmi těžká jádra atomů na lehčí a menší a uvolňuje se přitom velké množství energie. V kompostu sice nedochází ke štěpení atomů, ale štěpí se škroby, cukry, tuky, celulóza, bílkoviny a kdo ví co ještě, na minerální látky a to především uhlík. Detaily popsali jiní. My se zde zaměříme na konstrukci zařízení, které umožňuje teplo kompostování zadržet a využít.

První verze reaktoru

První bioreakatory na zahradě vznikly už v roce 2011 víceméně náhodou, kdy jsme do staré betonové skruže napěchovali trávu, listí a asi i nějaké hnijící ovoce, zbytky z kuchyně a jiné bioodpady a ejhle, ono se to docela pěkně zahřívalo. Teploměr ukazovat až 65 stupňů!

Bioreaktor teplota 2012

Co takhle dát do takového kompostu gumovou hadici? Poteče z toho teplá voda? Pár metrů se zde válelo nevyužito a tak se další verze dělala už s hadicí. Teplá voda tekla, ale moc jí nebylo. Další verze už obsahovala slaměnou izolaci. Skruž byla obložena balíky slámy a přikryta plachtou. Takto jsme si hráli asi dva tři roky. Dokonce i pokus dostat teplo do jurty v roce 2015.

Ale chtělo to něco většího. Tak přišel první studentský projekt a  konstrukce reaktoru ze dřeva.

Pásy dřevěných odřezků byly spojeny drátem a vytvořen reaktor o velikosti cca 2 metry v průměru a 1,5 metru na výšku. Vyzkoušeli jsme asi dva běhy a hledali jsme lepší výměník. Když jsme zjistili, že běžné PVC komponenty se teplem rozpouští, inspirováni kamarádem Kubou Stejskalem a Jeanem Painem, jsme přešli na PE trubky. 100 metrů hadice o průměru 25 mm bylo uloženo do reaktoru a zakoušíme první cirkulační čerpadlo a kalorifer pro ohřev vzduchu. A ono to topí! Né moc, ale topí. Opět izolace ze slámy a plachty, spousta práce. Další studentská práce na vylepšení konstrukce. Zkoušíme obyčejné palety 120×120 cm, izolaci slámou do palety. Menší varianta reaktoru určená na ohřívání fermentoru na výrobu bioplynu. Funguje to, plyn už syčí z fermentoru ven, ale bylo ho jen trochu, ani né kubík.

V roce 2017 plníme ještě jednou velkou konstrukci reaktoru a je vidět, že největší problémy jsou při manipulaci s bedněním a také s výměníkem. Hadice se zaplétají, jsou těžké, palisáda je také těžká a spojování ze segmentů je náročné a nemá dobrou životnost. Je třeba pořádnou inovaci.

Průběh teploty v reaktoru 2017/18

Roční průběh teploty v reaktoru ukazuje graf výše. Zajímavé jsou kmitající hodnoty teploty zapichováku (tak říkáme našemu teploměru, který je možné zapíchnout až metr hluboko do reaktoru a monitorovat teploty kdekoliv uvnitř). Jednalo se nejspíš o bouřlivá žhavá jádra kompostující hmoty, která se bortila a chrlila horké páry směrem k teploměru. Nejednalo se o rušivý signál. Druhý teploměr byl původně umístěn v druhém reaktoru a právě kvůli kmitajícím teplotám byl v půli února přemístěn do hlavního reaktoru. Tento teploměr takové kmity nezaznamenal.

Další odvážný student se nenašel a tak se do práce Pustil Petr sám.

Píše se rok 2018 a podzim rychle ubíhá. Myšlenky přišly, plán byl jasný: zjednodušit konstrukci, aby ji sestavilo i dítě a inovovat výměník, aby se udržel v aktivní zóně po celou dobu životnosti reaktoru. Starší verze bohužel toto neumožňovaly. Hadice padala dolů tak, jako vyhníval kompost. Možná by pomohly pomocné konstrukce, ale to nás tehdy nenapadlo. Po vzoru přírody zkoušíme konstrukci toroidního výměníku, kde voda cirkuluje dokola ve dvou směrech, kolem vodorovné i svislé osy a protéká jak středem reaktoru tak jeho krajem. To zajistí lepší rozvod tepla a vyšší homogenitu procesu, ale také možnost doplňování nového materiálu do reaktoru při jeho vyhnívání. Závity cívky budou držet pohromadě a nespadnou do neaktivní zóny. Vypadá to ideálně, jen je třeba ty trubky nějak naohýbat a smotat, aby držely Při nízkých teplotách venku už je to trochu boj, ale jde to. Nápady chodí a tak používáme materiály, co se tu tak nějak válí bez užitku – velká středová trubka, odpad po kanalizaci, sisálové špagáty z balíků na stažení smyček, aby byl průměr menší a výměník se vešel do průměru 2 metry. Obvodový pás na fixaci závitů byl vyroben ze dřeva. Nejspíš se rozpadne, ale to nevadí, na první pokus to stačí. V další verzi, až bude více času, uděláme obrubu z PP nebo PE, popř. z nerezové oceli. To nás snad přežije. Ta trocha plastu je nezbytné zlo, ale jinak se teplo z reaktoru získat ven nepodaří, bambus opravdu v takové délce těsnit nebude a ani ho tam nenaohýbáme :-).

Výměník je žilní systém reaktoru, ale je potřeba vytvořit kostru a kůži. Tahání těžkých pásů je i pro dva chlapy makačka, když se mají zvednout do metru a půl! Takže to chce něco menšího. Nějaká skládačka. Inspirace opět přišla a tak vznikla velmi jednoduchá konstrukce, která je velmi snadno vyrobitelná a hlavně skládačka i pro malé děti.

Inovace se dočkala i fólie na izolaci digestátu. Už v roce 2017 jsme celý reaktor zvedli od země a vytvořili tak velmi dobře izolovaný prostor. Reaktor byl umístěn na balících slámy a teplo nemohlo utíkat do země, bez užitku. Udělat však podstavec ze slámy a postavit na něj více než tunový reaktor a zajistit aby sláma nebyla mokrá, to by neizolovala a navíc by shnila také – proto je dole fólie. První verze rekatoru používaly starý billboard. Digestát se odváděl ke stranám a odsud do kýble. Jenže to trpěla palisáda, ta byla v mokru a hnila. Novinka letošního roku je jednak přechod na EPDM fólii – její životnost je mnohonásobně vyšší a mnohem lépe se s ní pracuje i v mrazu, druhak odvod digestátu středem podstavy a odvedení do naší lokální kanalizace, kde bude sloužit digestát jako bohatý zdroj bakterií pro čištění šedivé vody. Tu budeme zase vracet zpět do kompostu a uvidíme, jak se vyčistí, ale to už je jiná pohádka.

No a EPDM fólií odizolujeme i dřevo od kompostu, aby nám déle vydrželo, teoreticky neomezeně dlouho. To se ale uvidí v praxi. Po prvním roce budeme mít hrubý odhad.

Jelikož jsou stěny hodně izolované a i v minulých letech se ukázalo, že kompostu chybí vzduch, zkusíme letos do reaktoru implementovat pár drenážních trubek pro provětrávání. Je to pokus, uvidíme, zda se podmínky zlepší. Zatím nebudeme ani materiál pěchovat šlapáním, jako v letech minulých, ale necháme hromadu samovolně sedat. S novým výměníkem si to můžeme dovolit, trubky nespadnou dolů a můžeme přidávat další materiál. v této chvíli je 11.12.2018, 22:22 a teploměr v reaktoru ukazuje pouhé 4 st. Celsia. Je ironií osudu, že voda při 4 stupních vykazuje nejvyšší formu uspořádanosti? Venku je teď ještě o dva stupně méně, tedy 2. A tak uvidíme, jak reaktor odstartuje. Obvykle do týdne jede na 100%. Už je poměrně zima, ale budeme těm breberkám věřit. Letos nemáme moc zeleného materiálu a tak náplň tvoří hlavně ořechové listí, dřevní štěpka, seno, zbytky rostlin, trocha shnilých jablek a tři dětské pleny jednorázovky, kompostovatelné. No a taky jedna kompostovatelná houbička na nádobí :-).

Reaktor ještě není úplně plný, ale zalévat se musí. Voda je základ života a nasucho to prostě nepojede. Takže pomoc musela přijít od naší krásnější posádky zahrady. Naštěstí zde bylo vidět velké nadšení, takže se to prostě musí povést! Boiler je připojen, měřicí technika také, výměník zavodněný, čerpadlo v pohotovosti. Už jen počkat na teplo z procesu biodegradace.

Dnes je 15.12. a doplnili jsme poslední dávku, aby se udělala malá čepička. Nahorů pak pytle ze slámou jako izolaci. Pytle nepromoknou a sláma bude dobře izolovat víko. A pokud přece jen sláma zvlhne nebo zmokne, půjde zase do kompostu. Pytel pár let snad vydrží, jsou tojiž použité pytle na odpad LD-PE. Teplota v reaktoru je dnes 10,8-12,8 st. C.

Vypadá to pěkně, sice trochu plastu, ale na tyhle účely se v podstatě nic jiného nehodí. dala by se použít jen volná sláma, ale po namoknutí by ztratila izolační účinky. Jak to bude asi vypadat v plném výkonu? Po 7 letech pokusů máme konečně verzi, která vypadá slibně a obsahuje všechny potřebné součásti. Ještě plánujeme rozšíření měřicího systému o další hodnoty, abychom mohli podrobněji monitorovat více veličin. V této chvíli měříme 8 teplot, z toho 2 v reaktoru.

Tak kdybychom se neviděli a nečetli, přejeme vše nejlepší na letošní Vánoce a šťastný Nový rok 2019!

Kontakty

Telefon

petr: 777 755 704
pavlína: 775 028 792

Adresa

ul. Vycházková

Brno - Medlánky

E-mail

petr@gardenman.cz