Na začiatku EUREX ENERGY bola myšlienka, ako pretaviť do reálnej podoby nápad, ktorý bol výsledkom niekoľkoročného výskumu a vývoja v oblasti technických a prírodných vied. Bez akýchkoľvek štátnych dotácií, len s vlastným kapitálom, sa skupina nadšencov vrhla do niečoho, čo podľa nich malo a má potenciál významným spôsobom zmeniť zhodnocovanie zmesových odpadov pomocou chemickej recyklácie.
Od výroby energie k recyklácii plastov
Príbeh sa začal písať pred trinástimi rokmi so zámerom vyrábať elektrickú energiu spaľovaním pyrolýzneho oleja. „V tom čase sme nemali ambíciu byť výrobcami technológie na výrobu pyrolýzneho oleja či spracovania plastov. Brali sme to ako podnikateľský projekt zameraný na výrobu elektrickej energie prostredníctvom štyroch energetických zdrojov – kogeneračných jednotiek, každej s výkonom do 1 MWh. Takto vyrobená elektrická energia v rámci kombinovanej výroby elektrickej energie a tepla mala v tom čase garantovanú výkupnú cenu od štátu na obdobie niekoľkých rokov, čo umožňovalo zaujímavým spôsobom zhodnotiť vstupné investície,“ vysvetľuje na úvod nášho stretnutia V. Daniška.
Okrem administratívnej záťaže spojenej s prevádzkou zdrojov sa postupom času objavil aj problém s pyrolýznym olejom od dovtedajších dodávateľov. Tí buď stratili certifikáciu na výrobu a dodávky pyrolýzneho oleja, alebo kvalita oleja sa natoľko znížila, že výrazne znižovala možnú dosiahnuteľnú účinnosť kogeneračných jednotiek. Po troch rokoch činnosti sa majitelia rozhodli skonštruovať vlastnú pyrolýznu technológiu na výrobu oleja, ktorý by využívali v kogeneračných jednotkách. V roku 2017 sa V. Daniška rozhodol kvôli rozdielnym pohľadom na oblasť investovania do výskumu a vývoja a rýchlosti návratnosti investícií do tejto technológie so svojimi vtedajšími biznis partermi rozísť a vydať sa vlastnou cestou. Pomocnú ruku podal v roku 2020 vtedajší majiteľ Chemosvitu Martin Ľach, ktorý si bol prototyp technológie pozrieť v Seredi a ponúkol priestory svojej spoločnosti na jej inštaláciu a ďalší vývoj. Práve o ďalšom rozvoji prototypu mal V. Daniška jasnú predstavu – prejsť od manuálneho ovládania závislého od obsluhy linky k takmer úplne automatickému režimu s minimálnou potrebou zásahu človeka.
Patent s celosvetovou platnosťou
Autorom konceptu a majiteľom úžitkového vzoru linky EUREX ECO 1, ktorý je registrovaný na Úrade priemyselného vlastníctva SR s medzinárodnou platnosťou, je rodina Vladimíra Danišku. Skôr ako začal pracovať na návrhu vlastného riešenia, precestoval takmer celý svet, prezrel si približne tridsať podobných technológií a zo všetkých sa inšpiroval tým najlepším. Trojstupňový proces pyrolýzneho spracovania plastov, ktorý je základom linky EUREX ECO 1, je vo svete ojedinelý. Niektoré významné svetové spoločnosti majú síce takéto riešenia už funkčné, ale zatiaľ len v laboratórnych podmienkach a navyše sú tieto technológie niekoľkonásobne priestorovo väčšie. „Predmetom patentu nebol samotný pyrolýzny proces, známy už niekoľko desaťročí, ale celý technologický proces od vstupov po získanie výstupov,“ vysvetľuje V. Daniška.
Homogenita a stabilita pyrolýzneho procesu
Pyrolýza nemá rada nehomogenitu a nestabilitu. Ak sa podmienky počas procesu menia, kvalita výstupu klesá a zvyšuje sa zaťaženie životného prostredia. V rámci inovácie dovtedy známych pyrolýznych technológií bola teda jednou z najväčších výziev homogenita a stabilita procesu premeny vstupov, čiže zmiešaného plastového odpadu na výstup – kvapalnej zmesi uhľovodíkov, ktoré môžu byť využité ako surovina pre petrochemický priemysel alebo ako náhrada kvapalných palív získavaných spracovaním ropy. Ukázalo sa, že bez dôkladného dočistenia vstupov a extrúzneho systému plastifikácie nebude možné dosiahnuť očakávané výsledky z hľadiska kvality.
Linka EUREX ECO 1 je postavená na unikátnom trojfázovom procese. V prvej, mechanicko-termickej fáze sa vstupný odpad vhodne upraví a zbaví väčšiny vody a iných znečisťujúcich látok. Vstupom pritom môžu byť všetky plastové odpady na báze polyetylénu a polypropylénu v akomkoľvek pomere, a to aj s miernym znečistením do 15 % z celkovej hmotnosti. Plasty môžu pochádzať z komunálneho aj z priemyselného odpadu, ale aj zo skládok či iných zdrojov. Zo vstupných plastov vznikne tavenina, ktorá sa v druhej fáze rozkladá v reaktore na procesný plyn pri teplote do 430 °C. Ten postupuje do kondenzačného systému, kde sú oddelené dve kvapalné a jedna plynná frakcia.
Výsledným produktom môžu byť certifikované druhotné palivá vhodné ako náhrada palív z fosílnych zdrojov, napríklad do generátorov elektriny. Po doplnení absorpčných činidiel, dodatočným prečistením a filtráciou sa dajú výstupné produkty využiť opakovane aj na výrobu plastov. Časť neskondenzovateľných plynov nájde uplatnenie ako plynné druhotné palivo na vlastný procesný ohrev reaktora recyklačnej linky.
Chemická továreň v malom – výzva pre meranie a riadenie procesov
Jednoznačná voľba pri výbere technologického partnera pre oblasť merania, regulácie a automatizácie padla na spoločnosť Siemens. V priebehu roka realizačné technické tímy EUREX ENERGY, CHEMOSVIT STROJCHEM a Siemens vylaďovali riešenie strojno-technologickej časti, ako aj samotnej automatizácie a riadenia.
Z pohľadu architektúry riadenia ide o spojitý (kontinuálny) proces, ktorý obsahuje veľké množstvo rôznych podprocesov a prevádzkových veličín. „Dalo by sa povedať, že máme pred sebou takú chemickú továreň v malom. Práve preto sme už na začiatku návrhu vedeli, že v tomto prípade nebude stačiť riadenie na báze PLC, ale priklonili sme sa k distribuovanému riadiacemu systému SIMATIC PCS 7,“ vysvetľuje Marián Filka, vedúci divízie Digital Factory v spoločnosti Siemens, s. r. o.
Ako už bolo spomenuté, pyrolýzne procesy vyžadujú homogenitu a stabilitu, a preto musí riadiaci systém zabezpečiť veľmi presné dodržiavanie nastavených žiadaných hodnôt jednotlivých procesných veličín. O to sa stará niekoľko desiatok PID regulátorov a v prípade prerušenia procesov niekoľko nábehových a dobehových sekvencií. Veľmi presne regulovaný je aj proces spaľovania plynu a ohrevu reaktora. Riadenie horákového systému musí spĺňať náročné kritériá aj z hľadiska prevádzkovej bezpečnosti. Pomerne zložité algoritmy sú nasadené aj na riadenie podielu spaľovania zemného a technologického plynu používaného na ohrev reaktora. „Donedávna bolo potrebné čakať, kým sa technologický plyn ako výstupný produkt linky vytvorí v objeme niekoľkých metrov kubických. V súčasnosti je už technológia vďaka inštalácii moderných stabilizátorov tak vyladená, že technologický plyn možno využiť už od prvého vyrobeného metra kubického,“ dopĺňa V. Daniška.
Samostatnou kapitolou je veľké množstvo prevádzkových meracích prístrojov, ktoré samy o sebe majú zabudované algoritmy nielen na spracovanie nasnímaných údajov, ale aj na komunikáciu s nadradeným systémom prostredníctvom protokolu HART či autodiagnostiku. Dôležitá je aj možnosť vzdialenej kalibrácie či získania informácie o aktuálnom stave, resp. „zdraví“ konkrétneho meracieho prístroja. Aj tieto požiadavky boli dôvodom nasadenia DCS systému.
Do riadiaceho systému sa dostáva približne stovka vstupov/výstupov z merania tlaku, teploty, prietoku, výšky hladiny, digitálne V/V, signály z frekvenčných meničov a pod. Archivuje sa približne 550 hodnôt, ako sú poruchy motorov, reset, žiadané hodnoty a pod.
Aby sa zabezpečilo kontinuálne dávkovanie suroviny do reaktora, treba prostredníctvom váhového systému SIWAREX od spoločnosti Siemens neustále navažovať správne množstvo plastového odpadu na vstupe linky tak, aby sa v reaktore za hodinu spracovalo 400 kg plastového odpadu. Iné hodnoty z hľadiska váhy vstupu by znamenali neefektívnosť pyrolýzneho procesu. Po navážení smeruje plastový odpad do extrudéra, ktorého otáčky sú riadené na základe nameranej hodnoty výšky hladiny v reaktore. Ak by sa hodnota výšky hladiny zmesi v reaktore dostala nad žiadanú hodnotu, horákový systém by nedokázal dostatočne zohriať roztavený plast a celý pyrolýzny proces by bol narušený. Extrudér teda musí kontinuálne dodávať do reaktora také množstvo roztaveného plastu, aby výška hladina v reaktore dosiahla nastavenú žiadanú hodnotu.
Veľkou výzvou bolo samotné meranie výšky hladiny v reaktore. Vnútorné prostredie nádoby reaktora je charakterizované teplotou okolo 450 °C, vysokým tlakom, bublajúcim a peniacim povrchom roztaveného plastu či pohybujúcim sa miešadlom. Ako riešenie bola zvolená radarová technológia, ktorá si dokázala poradiť s uvedenými procesnými podmienkami. Pri meraní prietoku, kde boli zvolené Coriolisove prietokomery od spoločnosti Siemens, bolo potrebné zvládnuť ich odrušenie od vibrácií, ktoré pri prevádzke technológie vznikajú. Sledovanie stavu meracích prístrojov či ich vzdialená diagnostika sú možné vďaka zabudovaným inteligentným funkciám a komunikácii prostredníctvom protokolu HART.
Koncept linky je navrhnutý tak, aby vyžadoval len minimálne zásahy obsluhy, ktorá navyše nemusí mať expertné znalosti pyrolýznych procesov ani ich samotného riadenia. Prístup do technológie je možný aj prostredníctvom vzdialeného prístupu cez internet, pričom celý proces komunikácie a kybernetickej bezpečnosti je postavený na riešení SINEMA opäť od spoločnosti Siemens.
Vývoj celej aplikácie bol zrealizovaný v inžinierskom prostredí systému SIMATIC PCS7, kde bol využitý programovací jazyk funkčných schém pre kontinuálne procesy. Na vyššej úrovni sa nachádza niekoľko sekvencií naprogramovaných v sekvenčnej logike. Výhodou PCS7 je, že má prepracovaný systém vizualizácie a hlásení, ktoré operátorom umožňujú komfortne sledovať aktuálny stav, dodržiavanie časových intervalov pre určité deje a pod. Do PCS7 sú pripojené aj frekvenčné meniče, pričom informácie z nich nielen o rýchlosti a stave zapnutia/vypnutia, ale aj o spotrebe energie sa odosielajú do bilančného systému sledovania spotreby energií linky.
V rámci linky boli vytvorené dve operátorské stanice, z ktorých každá je webovým serverom a zároveň operátorským pracoviskom a sú postavené na platforme priemyselných PC umiestnených v rozvádzači. Jedna stanica slúži pre operátora priamo na linke, kde si môže na operátorskom paneli SIMATIC HMI zobraziť obrazovky jednotlivých častí linky s aktuálnymi údajmi. Druhá stanica bude v budúcnosti slúžiť pracovníkovi v miestnosti riadenia, kde bude možné zobrazovať rôzne grafy, priebehy a analýzy chodu linky. „To v prípade predaja liniek do zahraničia umožní odborníkom priamo zo Slovenska dohliadať na technológiu, sledovať stav procesov, analyzovať vzniknuté poruchy a dávať rady a odporúčania miestnym technológom, ako vzniknuté problémy riešiť a pod.,“ vysvetľuje M. Filka.
Integrácia hlavných komponentov merania a regulácie bola vďaka jednému dodávateľovi, spoločnosti Siemens, veľmi jednoduchá. Pridané hodnoty jednotlivých komponentov napr. z pohľadu diagnostiky, archivácie, redundancie či konceptu kybernetickej bezpečnosti sa dajú len s veľmi jednoduchým inžinieringom dostať priamo do DCS.
„Čo nás po dva a pol roku posúva stále vpred pri vylepšovaní výrobného procesu, je, že práve vďaka pokročilým systémom merania prevádzkových veličín a automatizácie máme detailný pohľad na celý proces, a to aj z hľadiska historických údajov. Na základe nich sa učíme, ako proces ešte lepšie vyladiť, aby možnosti linky zodpovedali čo najširšiemu spektru požiadaviek trhu a aby celá technológie pracovala s čo najvyššou účinnosťou a bezpečnosťou,“ vysvetľuje V. Daniška.
Vďaka linke budú firmy „zelenšie“ a ešte na tom môžu zarobiť
Linka má pre ľudstvo dve nesporné výhody. Prvou je zásadné zníženie uhlíkovej stopy na tonu vyrobeného plastu v porovnaní so štandardnou technológiou výroby plastov z ropy. „Každý subjekt, ktorý sa zapojí do tohto reťazca recyklácie plastov, bude z pohľadu ochrany životného prostredia zelenší. Nehovorím o to, že bude úplne zelený, určité zásady vývoja technológií sa nedajú preskočiť zo dňa na deň, ale ignorovať pokrok v pyrolýznej technológii a chemickom spracovaní plastov je absurdné a nelogické,“ zdôrazňuje V. Daniška.
Druhou výhodou je už spomínaná finančná návratnosť investícií do tejto technológie. „Keby sme chceli dodržať schválené ciele v oblasti recyklácie plastov do roku 2030, keď by sa malo recyklovať až 55 % plastov, tak by sme v celej Európe potrebovali takýchto technológií okolo 4 400, čo z hľadiska investícií predstavuje približne 13 miliárd eur. Aj vďaka tomu, že veľkú časť energie, ktorú linka spotrebúva, si aj sama vyrobí, investor môže počítať s návratnosťou do troch až šiestich rokov.“
Ďalšie modernizácie smerujú k umelej inteligencii a digitálnemu dvojčaťu
V. Daniška už teraz vidí možnosti ďalšieho vylepšovania linky. Tie budú podľa neho súvisieť s neustálym vývojom a modernizáciou najmä časti merania a automatizácie. Svoje miesto dostane v rámci modernizácie linky pravdepodobne aj súčasný megatrend – umelá inteligencia (UI). Nový modul od spoločnosti Siemens totiž dokáže využiť softvérové snímače a algoritmy UI na meranie emisií zo spaľovacieho procesu na základe informácií o tom, aké vstupy do procesu pyrolýzy prichádzajú, aké sú procesné podmienky a ďalších parametrov. Výhodou tohto riešenia je, že nie je potrebné investovať do drahého certifikovaného analyzátora spalín, sond a súvisiacich montážnych, údržbárskych či servisných činností.
„Druhým smerom, kam by sa mala inovácia uberať, je využitie digitálneho dvojčaťa linky, ktoré umožní prediktívne získavať potrebné nastavenia linky tak, aby prebiehajúce procesy boli vyladené blízko optima z pohľadu účinnosti, energetickej efektívnosti, bezpečnosti a samozrejme najvyššej možnej kvality výstupných produktov,“ vysvetľuje plány do budúcnosti V. Daniška. Podľa predbežných plánov by sa tieto dve inovácie mali zapracovať do konceptu linky v priebehu nasledujúcich dvoch rokov.
O tom, že zlepšovanie linky napreduje postupne, svedčia aj inovácie v strojno-technologickej časti. „Nový reaktor, ktorý sme dali do prevádzky tento rok, je v porovnaní s reaktorom z minulého roku o pár sto kilogramov ľahší a vďaka konštrukčnému zjednodušeniu ho možno vyrobiť priamo v priestoroch CHEMOSVIT STROJCHEM, s. r. o., ktorá je súčasťou skupiny CHEMOSVIT, a. s., nášho druhého technologického partnera,“ vysvetľuje V. Daniška. No asi najdôležitejším vylepším je, že sa podarilo využiť takmer celé teplo, ktoré je dotiahnuté až na hlavu reaktora. Tým sa výrazne zlepší teplotný manažment vnútri samotného reaktora, pričom aj tie najvzdialenejšie body vnútri reaktora budú mať najmenšie odchýlky.
Priemysel, komunálna sféra aj súkromný sektor
Technológia na chemickú recykláciu odpadu môže byť zaujímavá pre všetkých, ktorí majú dosah na ochranu životného prostredia či spracovanie odpadov, prípadne také subjekty, ktoré si dokážu zabezpečiť vstupy pre recyklačnú technológiu, lebo chcú byť výkonnejší, efektívnejší a chcú mať napr. vlastnú, lacnejšiu energiu. Prevádzkovateľom tejto technológie môžu byť priemyselné subjekty, mestá či súkromný sektor. Aktuálne sú už podpísané kontrakty na dodávku dvoch liniek pre západné a dvoch liniek pre východné Slovensko. Významným zahraničným kontraktom je dodávka desiatich liniek na Filipíny.
Záujem zo strany zahraničných investorov bol badateľný aj počas medzinárodného veľtrhu ACHEMA, ktorý sa konal v júni tohto roku v nemeckom Frankfurte. Vďaka spoločnosti Siemens mali zástupcovia EUREX ENERGY, s. r. o., možnosť prezentovať svoje riešenie v spoločnom stánku s týmto technologickým gigantom a tiež na podujatí, ktoré bolo pre pozvaných hostí z významných priemyselných závodov. Tí sa napríklad zaujímali aj o to, či je možné technológiu modifikovať na spracovanie väčšieho objemu vstupov a výstupov. „Ak chceme prispievať k udržateľnosti a znižovať uhlíkovú stopu pri recyklácii plastov, tak nie je logické postaviť jednu veľkú pyrolýznu technológiu s veľkým výkonom a do nej zvážať plastový odpad zo stoviek kilometrov vzdialených miest, ale práve ponechať túto technológiu v terajšom rozsahu a rozmiestniť ju bližšie k zdrojom vzniku odpadov. Navyše povaha termodynamických dejov v rámci pyrolýznych procesov neumožňuje až tak jednoducho tieto procesy násobiť či deliť z hľadiska výkonu,“ vysvetľuje V. Daniška.
Výhodou linky EUREX ECO 1 teda nie je len príspevok k ochrane životného prostredia a naštartovanie systému cirkulárnej ekonomiky, ale pri zohľadnení všetkých nákladov aj zaujímavý biznis projekt, ktorý prevádzkovateľovi linky dokáže generovať výnosy. „Vzniká tak úplne nové odvetvie modernej chemickej recyklácie plastov, ktoré sa bude v budúcnosti stále viac rozvíjať a bez ktorého nebude možné zvládnuť ciele recyklácie plastov stanovené pre členské štáty EÚ. Myslím, že pre investorov je to pozitívna správa,“ konštatuje V. Daniška na záver nášho stretnutia.
Ďakujeme spoločnosti EUREX ENERGY, s. r. o., a CHEMOSVIT, a. s., za možnosť realizácie reportáže a Vladimírovi Daniškovi a Mariánovi Filkovi za poskytnuté informácie.
Anton Gérer
