Nová technologie, která je známá pod komplikovaným názvem hydrotermální karbonizace, by mohla v budoucnu po čertech zamíchat vývojem hospodářství. Umožňuje totiž velmi efektivně využít biologický odpad z rostlin a přeměnit jej na humus, zemní oleje či dokonce hnědé uhlí.
Záleží jen na tom, jak dlouho bude reakce probíhat. Nevěříte? 
Když čtenářům 21. STOLETÍ oznámíme, že už na světě existuje technologie, díky níž je možné „uvařit“ uhlí z běžného rostlinného odpadu prakticky za jediné dopoledne, vypadá to na první pohled jako nejapný vtip. Než se přírodě podařilo „vyrobit“ hnědé uhlí, potřebovala k tomu přece až 50 milionů let! U energeticky méně vydatných „předstupňů“ hnědého uhlí, jako je lignit či rašelina, je čas nutný k „výrobě“ sice o poznání kratší, stále se však musíme pohybovat na časových škálách, které neskutečně přesahují délku lidského života. V laboratořích Institutu Maxe Plancka v Postupimi u našich německých sousedů se však tento takřka zázrak podařil. Tým, vedený prof. Markem Antoniettim, objevil poměrně jednoduchý proces, který by mohl znamenat nejen skutečný průlom v energetice, je ale zároveň velmi šetrný k životnímu prostředí. Jeho hlavním odpadním produktem je voda a má nakonec v závislosti na využití získaných produktů také neutrální až negativní bilanci produkce CO2. Zkrátka – učiněný zázrak!
Život, uhlík a energie…
Kdybychom chtěli po fyzikovi či chemikovi, aby popsal, co je to život, začali by oba nejspíše od Adama – vypočítáváním energetické bilance. K udržení stavu, který je daleko od termodynamické rovnováhy, je potřeba neustálé „protékání“ energie. Ta, kterou živé organismy využívají, má v drtivé většině svůj původ ve slunečním záření, které dopadá na zemský povrch. Proces, jímž rostliny a sinice fixují energii ze slunečního záření, fotosyntézu, bychom pak mohli zjednodušeně popsat jako výrobu uhlíkatých řetězců. Uhlík z oxidu uhličitého, který je obsažen ve vzduchu, skončí po složitém a mnohastupňovém pochodu v molekule cukru. Z něj si pak rostlina odebírá jak stavební kameny pro další syntézy, tak energii, která její další výstavbu pohání. Tělo rostliny pak tvoří pro uhlíkaté řetězce jakousi pomyslnou křižovatku – buď „přestoupí“ na svou další cestu přírodou do žaludků býložravců, nebo se vydají na milost a nemilost mikroorganismům, které rostlinná těla po jejich smrti rozkládají. Z hlediska nás, lidí, kteří bychom nejraději co největší část energie zachycené rostlinami nejraději považovali za svou, jsou však obě cesty poněkud ztrátové.
Hledání nové cesty
Uhlík obsažený v biomase, tedy tělech rostlin či zvířat, se proto v posledních letech snažíme přivlastňovat nejrůznějšími alternativními způsoby, výrobou takzvaných biopaliv. Takzvaná uhlíková eficience, tedy podíl uhlíkatých řetězců ve výsledných produktech, však není vždy stejná. Například alkoholové kvašení na biolíh pracuje s eficiencí 67 %, anaerobní kvašení na bioplyn s 50 % a výroba dřevěného uhlí už jen s 30 %. Zbytek uhlíku uniká do atmosféry v podobě plynů, zejména dnes velmi nevítaného metanu a oxidu uhličitého. Přeměna biomasy na palivo v sobě zatím skrývá řadu dalších, skutečně významných nevýhod. Biomasa sice vyroste jakoby „sama od sebe“, je však přece jen náročná na řadu čím dál více vzácných zdrojů. Kromě hnojiv a vody „spotřebovává“ zejména zemědělskou půdu a konkuruje tak na polích plodinám, které stále se rozrůstající počet lidí nezbytně potřebuje jako potravu. Z těl rostlin pěstovaných kvůli biopalivu lze navíc většinou zužitkovat jen některé části, většinou plody, do nichž si rostliny ukládají důležité, energeticky bohaté zásobní látky. Abychom z rostlinných těl získali energii pomocí spalování či pyrolýzy, je třeba je nejprve usušit, čímž se energetický zisk celého procesu opět snižuje. Když připočítáme náklady na obdělávání půdy, sklizeň, dopravu a další úpravy původní suroviny, vychází z toho pěstování energetických rostlin poměrně špatně.
Pestrá paleta nabídek z Postupimi
Nyní si představme, že někdo objeví technologii, která by většinu z výše popsaných nevýhod dokázala obejít. A právě takovou metodou je hydrotermální karbonizace prof. Antoniettiho. Jejím prostřednictvím je možné zpracovávat nejen prakticky čerstvě sklizené zbytky rostlin, ale také přímo ty části, které byly dříve ponechávány ladem jako odpad, případně jako „pouhé“ palivo. Tato zdánlivá „drobnost“ by mohla vést k obrovskému nárůstu efektivity zpracovávání rostlinné biomasy. Nejenže bychom mohli sklidit podstatně více biomasy přímo z polí či lesů, ale využili bychom i takovou půdu, která dříve ležela kvůli své špatné dostupnosti či nízké výnosnosti ladem. Řeč je zde především o tzv. „energetických lesech“ neboli výmladkových lignocelulózních plantážích rychle rostoucích dřevin (vrby, topoly). Vylepšení by bylo skutečně obrovské. Podle výpočtů prof. Antoniettiho by současnou energetickou spotřebu lidstva dokázala pokrýt karbonizace biomasy, narostlá na pouhém 1 % zemského povrchu! Lepší využívání půdy by mělo přirozeně i další, skutečně nezanedbatelné výhody. Méně hnojiv, herbicidů, pesticidů či fungicidů by jistě prospělo nejen přírodě, ale i nám a našim kapsám, do jejichž výdajů se náklady na chemické ošetření pochopitelně promítají.
Eintopf z rostlin a kyseliny citronové
Zbývá tedy už jen odtajnit, jak přesně vlastně celý proces funguje. Do autoklávu, čili jakéhosi obřího Papinova hrnce, se naloží rostlinná biomasa a náležitě se zalije vodou. Pro zdárný průběh reakce je třeba přidat ještě katalyzátor, kterým je kyselina citronová. Poté zbývá už jen zahřát na teplotu 180 0C, a reakce začne probíhat. Její další výhodou je, že je silně exotermická – energie se při ní nespotřebovává, ale naopak uvolňuje. Takové „odpadní teplo“ by mohlo být efektivně využíváno, ať už k vytápění či k vysoušení vzniklých produktů. „Máme však co do činění s neřízenou reakcí, která je přirozeně nebezpečná. Musí být proto uskutečňována za bezpečných podmínek,“ vysvětluje prof. Antonietti. Když autokláv po dvanácti hodinách zahřívání otevřeme, objevíme ve vodě na jeho dně mocnou vrstvu kalu, tvořeného drobounkými kuličkami. Kal není ničím jiným než hnědým uhlím. Tím však výčet výhod nové technologie stále nekončí. Proces lze totiž prakticky v kterémkoliv okamžiku ukončit a získat tak poměrně pestrou škálu nejrůznějších dílčích meziproduktů. Podle toho, jak dlouhou dobu necháme reakci běžet, můžeme získat buď hnědé uhlí, tekuté předstupně zemního oleje, směsici jednoduchých plynů (CO, H2) či humus, který funguje jako báječné přírodní hnojivo. Nevyužít možností takto báječné technologie by tedy bylo skutečně škoda!
21. STOLETÍ dodává:
Abychom si uvědomili, jak obrovské možnosti nová technologie dává, přidáme ještě pár čísel. Například z jednoho hektaru bychom získali asi 1300 l upraveného řepkového oleje (metylesteru) či 1650 l lihu. Ze stejného hektaru půdy, využité metodou hydrotermální karbonizace, bychom hmotnost všech produktů vyčíslili asi na 14 000 kg, tedy téměř 10x více! Bez zajímavosti není ani to, že objevitel procesu i jeho zaměstnavatel považují svůj objev za natolik přelomový, že se dobrovolně vzdali patentových práv. Přechodu do praxe by tak nové, revoluční metodě již nemělo stát nic v cestě!
Biouhel přichází do módy
Ještě před tím, než technologie pokročily natolik, že lidé dokázali dobývat uhlí uložené v hlubinách Země, bylo takzvané dřevěné uhlí velmi důležitou surovinou. Své uplatnění našlo všude tam, kde bylo nutno přivést oheň k vysoké teplotě, tedy zejména při výrobě a zpracovávání kovů. V poslední době si čím dál větší popularitu získává takzvaný biouhel, známý také pod anglickým názvem biochar. Při jeho vzniku totiž nedochází ke spalování, a tudíž do atmosféry neodchází jeden z největších strašáků posledních let – skleníkový plyn oxid uhličitý. Biouhel vzniká procesem prakticky stejným jako dřevěné uhlí, nevyužívá se však k topení, ale hnojení. Obsah živin v něm je totiž (s výjimkou dusíku) prakticky stejný jako v původní biomase. Podle nedávno publikované studie má tento materiál před sebou velkou budoucnost. Jeho nejlepší využití vidí vědci zejména v oblasti zpracovávání běžného organického odpadu z domácností.
Uhelný kal a palivové články
„Snem dnešních vědců je vyrobit přímé uhlíkové palivové články s vysokou účinností. Uhlí by tak bylo možné elektrochemicky přeměnit rovnou, bez mezistupně hoření. Další aplikace by nalezly (KDO? CO??) v chemii, například při přímé přeměně uhlí na benzin,“ popisuje další z cílů dnešních chemiků prof. Antonietti. Německý chemik zde naráží na jedno ze základních omezení dnešního způsobu výroby energie. Spalováním (oxidací) uhlíku a vodíku, obsaženého (obsažených?) ve fosilních palivech, získáme energii a jako odpad oxid uhličitý a vodní páru. Energetický výtěžek spalování však není závratně veliký – po sesčítání energetických nároků celého procesu se dostáváme zhruba na úroveň 31 %. Dnes jsou však již vyvíjeny přímé palivové články, které by mohly mít účinnost dokonce větší než 60 %! Propojením hydrotermální karbonizace s novou generací uhlíkových palivových článků by tedy mohla efektivita výroby energie stoupnout velkým skokem. Doufejme jen, že se nové technologie podaří co nejrychleji a nejefektivněji uplatnit.
