Energia biomasy

Energia biomasy.

Biomasa to najwcześniej wykorzystywane przez człowieka źródło energii. Jest to największe potencjalne źródło energii na świecie. Biomasa to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, ulegające biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także
z przemysłu przetwarzającego ich produkty, lub części pozostałych odpadów, które ulegających biodegradacji. Do biomasy zalicza się:
• uprawy energetyczne roślin,
• odpady drzewne w leśnictwie (kłody, chrust, korzenie, kora, trzciny),
• odpady przemysłu drzewnego i celulozowo-papierniczego, makulatura,
• odpady występujące w produkcji rolniczej (np.łęty ziemniaczane
i roślin strączkowych),
• odpady przemysłu rolno-spożywczego (z cukrowni, gorzelni, olejarni, browarów),
• odpady produkcji zwierzęcej (odchody, gnojownica, obornik),
• odpady organiczne z gospodarstw domowych,
• odpady komunalne: osady oczyszczalni ścieków, śmieci(części organiczne),
Drewno składa się: w 50% z węgla, 43% tlenu, 6% wodoru, 1% z azotu
i zw. min. poniżej 1%, jego wartość opałowa zaraz po ścięciu (ok. 50% wilgotności) wynosi 10-12 MJ/kg i ulega zwiększeniu do 18 MJ/kg po wysuszeniu do wilgotności 15-20%.


Tabela 6. Wartość opałowa w zależności od wilgotności drewna.
Przy wilgotności drewna około 50% tj. np. zaraz po ścięciu wynosi 10-12 MJ/kg a po wysuszeniu do wilgotności 15-20%, jego wartość opałowa może wynieść 18 MJ/kg. Obecnie drewno jako surowiec do produkcji energii został wyparty przez paliwa kopalne, ale drewno jest także odpadem w zakładach przemysłu drzewnego – tzw. drewno kawałkowe, które stanowi pozostałość (ok. 2%) drewna konstrukcyjnego, przycinanego na wymiar lub to jest materiał nie spełniający norm półwyrobu (stanowi nawet do 50% przerabianego drewna). Ubocznym produktem skrawania są także trociny, które stanowią około 10% drewna przerabianego w tartakach. Ubocznym produktem przy obróbce drewna są wióry. Trociny mogą mieć różną wilgotność, od 6 do 65% Powstają ona podczas skrawania i frezowania. Mają niską wilgotność 5 – 15% i zawierają niewielką ilość zanieczyszczeń. Produktem ubocznym, który powstaje podczas wycinki drzewostanów lub obrabiania kłód w tartaku, są zrębki drzewne. Mają one postać długich na 5-50 mm ścinków o nieregularnych kształtach. Ich wartość opałowa wynosi 6-16 MJ/kg a wilgotność 20-60%.
Kolejnym produktem zbędnym powstającym podczas obróbki drewna jest kora. Stanowi ona od 10 do 15% masy pozyskiwanego drewna. Jej wartość opałowa wynosi 18,5-20 MJ/kg, wilgotność 55-65%.
Uprawy energetyczne to plantacje zakładane w celu wykorzystania
z pochodzącej z nich biomasy w procesie wytwarzania energii. Do grupy roślin energetycznych zalicza się takie gatunki roślin, które intensywnie gromadzą olej lub węglowodany. Rośliny te cechuje duża produkcja biomasy. Do roślin energetycznych zaliczamy zarówno gatunki jednoroczne np. zboża, kukurydza, rzepak, topinambur, słonecznik, jak również rośliny wieloletnie, które mogą być użytkowane corocznie jak np. wierzba wiciowa, róża wielokwiatowa, miskant olbrzymi. W wielu krajach proponuje się do celów energetycznych inne rośliny: w Belgii topolę, we Francji kasztanowce, w Rumunii platany
a w Portugalii eukaliptusy. Cechy charakteryzujące rośliny energetyczne:
a) wysoka wartość opałowa,
b) duże roczne przyrosty,
c) stosunkowo niewielkie wymagania glebowe,
d) znaczna odporność na szkodniki i choroby;
Nasiona roślin oleistych wykorzystuje się do produkcji biodiesla i do produkcji olejów technicznych lub spożywczych. Biodiesel to ekologiczne, nietoksyczne i odnawialne paliwo ulegające rozkładowi biologicznemu, o niemal identycznych właściwościach jak olej napędowy. Paliwo rzepakowe po zmieszaniu z paliwami z ropy naftowej może służyć do zasilania silników wysokoprężnych, natomiast estry
z kwasów karboksylowych mogą służyć do zasilania kotłów grzewczych a także stanowią one surowiec dla przemysłu chemicznego. Biopaliwa według ustawodawcy są to paliwa o udziale biokomponentów powyżej 5%. Nasiona lnianki jarej nadają się do produkcji olejów spożywczego
i technicznego, z 1ha można uzyskać około 10-14dt tłuszczu. Dominującym kwasem tłuszczowym w oleju z lnianki siewnej jest kwas linolenowy 20-30%. Olej pozyskiwany z katranu abisyńskiego jest olejem technicznym i z powodu dużej zawartości kwasu erukowego nie nadaje się do spożycia.
W Polsce dominującym kierunkiem produkcji roślinnej jest uprawa zbóż. Najwyższe zbiory słomy są w województwach: mazowieckim, wielkopolskim lubelskim i kujawsko-pomorskim, a najniższe były
w lubuskim, świętokrzyskim, małopolskim, śląskim i podkarpackim. Na Podkarpaciu nadwyżka słomy do energetycznego wykorzystania wynosi około 95,6tys. ton. Niedobór słomy występuje w województwach podlaskim i małopolskim. Jej spalanie odbywa się w specjalnych piecach, w kilku etapach:
1) suszenia i odgazowania materiału drzewnego w przestrzeni zasobnika, wynikiem czego jest wytworzenie gazu drzewnego (drewno żarzy się w szczelnie zamkniętej komorze załadowczej, przy zamkniętym wy locie kominowym),
2)spalania gazu drzewnego w komorze z wymurówką z betonu ogniotrwałego w temperaturze 1200C,
3)dopalania gazu i oddawania ciepła w wymienniku.
Wartość opałowa roślin energetycznych zależy nie tylko od gatunku, czy wilgotności, ale także od postaci, stanu rozdrobnienia itp.
(tabela 7)
Roślina Wartość opałowa [MJ/kg]
Słoma pszenna 17,5
Brykiety ze słomy 18,1
Ziarno owsa 18,5
Słoma kukurydziana 16,8
Ziarno kukurydzy 17,2
Słoma rzepakowa 15,6
Wierzba wiciowa (cykl 1-roczny) 18,55
Wierzba wiciowa (cykl 2-letni) 19,25
Wierzba wiciowa (cykl 3-letni) 19,56
Miskant olbrzymi 17 – 19
Ślazowiec pensylwański 12 - 14
Tabela 7. Porównanie wartości opałowej wybranych gatunków energetycznych.
Z tabeli 7 wynika, że najwyższe wartości opałowe ma słoma zbóż, miskant olbrzymi i wierzba wiciowa. W Polsce najpopularniejszą rośliną energetyczną jest wierzba wiciowa. Jej wartość opałowa oraz zależą od wybranego cyklu użytkowania i od postaci biomasy wierzbowej. Aby można było spalać pędy wierzbowe w piecu należy je rozdrobnić i pędy takie mogą być w postaci:
a)zrębków - to rozdrobnione pędy na kilkunastocentymetrowe kawałki do rozdrabniania można użyć rozdrabniarki do gałęzi, rębaki lub nawet tradycyjne sieczkarnie, to najtańsza forma spalania
w warunkach domowych,
b)brykietu – to rozdrobnione trociny o wilgotności ok.10% sprasowany pod wysokim ciśnieniem w tzw. brykieciarce, jego wartość opałowa jest zbliżona do wartości opałowej węgla jednak czynnikiem ograniczającym są rozwój tej technologii są koszty,
c)peletu – to sprasowane podobnie jak brykiet małe wałeczki
o średnicy 6-10mm a długości ok.25mm, wadą tej metody są podobnie jak w przypadku brykietów wysokie koszty,
d)korków – to pocięte jednoroczne pędy na kawałki o długości 203cm
i średnicy ok.2cm
e)polan – to pocięte na 30-40cm kawałki, 3-letnie pędy wierzby
o grubości ok.5cm
Według raportu Międzynarodowego Panelu ds. Zmian Klimatu roczny techniczny potencjał biomasy stałej wynosi 440 EJ, a biopaliw płynnych 154 EJ. Szacuje się , że światowy potencjał biomasy na lądzie wynosi około 150 gigaton (mld ton) rocznie, co odpowiada około 120 mld ton węgla kamiennego i blisko dziesięciokrotnie przekracza współczesne zapotrzebowanie świata na energię. Z tego potencjału, który aż w 99% stanowi biomasa pochodzenia roślinnego, faktycznie do użytku nadaje się prawdopodobnie 20-30%, zaś rzeczywiście wykorzystywane jest zaledwie 6 mld ton. W Polsce roczny potencjał energetyczny biomasy, którą można zagospodarować to: ponad 20 mln ton słomy odpadowej, ok. 4 mln ton odpadów drzewnych, ok. 6 mln ton osadów ściekowych przemysłu. W sumie daje to ok. 30 mln ton biomasy rocznie, co jest energetycznie równoważne 15 - 20 mln ton węgla. W Polsce udział biomasy w OZE wynosi 98%.
Pozyskiwanie energii z biomasy ma wiele zalet, m.in.:
1)ograniczenie emisji CO2 z paliw nieodnawialnych, który
w przeciwieństwie do CO2 z biopaliwa nie jest neutralny dla środowiska; również mniejsza emisja S02;
2)możliwość powstania nowych miejsc pracy,
3)decentralizacja produkcji energii a co za tym idzie większe bezpieczeństwo energetyczne,
4) wspomaganie rozwoju wsi,
5)biomasa jest najmniej kapitałochłonnym źródłem energii odnawialnej,
6)zapobieganie nadprodukcji żywności,
7)możliwość zagospodarowania nieużytków;
Biomasa, oprócz zalet posiada również pewne wady, do których należy zaliczyć:
a) mniejsza wartość energetyczna surowca w stosunku do paliw kopalnych,
b) spalanie biomasy, zwłaszcza zanieczyszczonej pestycydami, odpadami tworzyw sztucznych lub zw. chloropochodnymi, wydzielają się dioksyny i furany;
c) mała gęstość surowca co utrudnia jego transport i magazynowanie,
d) niektóre surowce dostępne są sezonowo;

inż P.J.Kołodziej