Biomasa

Biomasa to materiał pochodzący z organizmów żywych, dlatego podobnie jak każdy żywy organizm na Ziemi zawiera tlen, węgiel, wodór, azot i wiele innych pierwiastków w mniejszych ilościach. Zawartość poszczególnych pierwiastków zależy od pochodzenia biomasy i określa możliwość jej bezpośredniego wykorzystania do celów energetycznych bądź konieczność dalszego przetwarzania. Paliwa kopalne również składają się z materii organicznej i w porównaniu do biomasy charakteryzują się większą kalorycznością i łatwością produkcji paliw gotowych do wykorzystania w energetyce czy transporcie.

Dlaczego więc wykorzystujemy biomasę?

Korzyści z wykorzystania biomasy do celów energetycznych w porównaniu z paliwami kopalnymi można podzielić na trzy główne grupy:

Korzyści dla środowiska
Przetwarzanie energii paliw kopalnych powoduje ponowne wprowadzenie węgla i innych zanieczyszczeń zalegających pod ziemią od milionów lat z powrotem do atmosfery. Węgiel (CO2) uwalniany do atmosfery w wyniku bezpośredniego spalania biomasy lub biomasy przetworzonej na paliwa został niedawno związany przez rośliny. Przy użyciu biomasy możemy osiągnąć „spalanie neutralne pod względem emisji CO2", ale tylko wtedy, gdy hodujemy przynajmniej tyle biomasy, ile zużywamy do celów energetycznych (np. wycinka lasów na cele energetyczne bez ich odnowy nie jest neutralna dla środowiska). Możliwe jest również zmniejszenie ilości odpadów organicznych poprzez przekształcenie ich w użyteczne paliwa.

Niezależność energetyczna
Zasoby paliw kopalnych (zwłaszcza ropy naftowej i gazu ziemnego) są nierównomiernie rozmieszczone na świecie, a ich rezerwy się wyczerpują. Coraz większe zapotrzebowanie na energię wpływa na wzrost cen paliwa i może prowadzić do zmniejszenia bądź braku dostaw do poszczególnych krajów. Produkcja i wykorzystanie biomasy jest możliwe w dowolnym miejscu na świecie, dlatego jej stosowanie może przyczynić się do większej niezależności energetycznej poszczególnych krajów.

Korzyści ekonomiczne
W regionach i krajach, które zamiast importowanych paliw wykorzystują wyprodukowaną na własnym obszarze biomasę, pieniądze przeznaczone na zakup energii pozostają w ich własnych budżetach. Wykorzystanie biomasy jako źródła energii może być bardzo korzystne dla przemysłu rolnego i lokalnych wytwórców energii.

Biomasa do celów energetycznych

W zależności od regionu istnieje duża liczba źródeł pozyskiwania i przetwarzania biomasy na cele energetyczne. Źródła biomasy można podzielić na trzy główne grupy:

  • Rośliny energetyczne
    • hodowle drzew o krótkim okresie wzrostu (np. wierzby, topola)
    • trawy i niedrzewne rośliny energetyczne (np. miskantus)
    • rośliny jadalne uprawiane w celu produkcji biopaliw (rzepak, kukurydza)
  • Odpady i pozostałości
    • suche pozostałości rolnicze (słoma, łęty kukurydzy, ściółka z hodowli drobiu
    • mokre pozostałości rolnicze (gnojowica i obornik zwierzęcy, kiszonka z zielonki)
    • odpady (odpady przemysłowe, osady, odpady spożywcze, zużyte oleje roślinne)
  • Produkty leśne
    • drewno uzyskane z prac leśnych lub wycinki lasu

Metody konwersji biomasy w energię lub paliwa

Konwersja termiczna

Poprzez konwersję termiczną biomasy można wytwarzać ciepło, energię elektryczną lub paliwa syntetyczne. Powszechnie stosowane technologie konwersji termicznej to bezpośrednie spalanie, gazyfikacja i piroliza termiczna

Bezpośrednie spalanie biomasy jest najstarszą znaną metodą produkcji ciepła. Ludzkość przeszła długą drogę od odkrycia ognia do dnia dzisiejszego i posiada technologię, która pozwala na znacznie bardziej wygodne i efektywne metody produkcji i wykorzystania ciepła niż proste ognisko. W przypadku ogrzewania gospodarstw domowych, budynków użyteczności publicznej lub całych osiedli za pomocą biomasy najlepszym sposobem jest użycie pieców i kotłów o ograniczonym przepływie powietrza, które umożliwiają skuteczną i wygodną produkcję ciepła. Do produkcji energii elektrycznej najlepszym sposobem jest połączenie jej wytwarzania z produkcją ciepła w elektrowni (kogeneracja, CHP), co znacznie zmniejsza straty energii. Produkcja energii elektrycznej w małej skali jest na ogół nieefektywna, wytwarzane są znaczne ilości ciepła odpadowego.

Gazyfikacja jest w zasadzie częściowym spalaniem, gdzie rozkład termiczny biomasy odbywa się w obecności niewielkiej ilości tlenu lub powietrza. Głównym celem tego procesu jest produkcja gazu zawierającego znaczne ilości gazów palnych (metan, wyższe węglowodory, wodór). Wygenerowany gaz może być spalony bezpośrednio w kotłach do produkcji ciepła lub oczyszczony i wykorzystywany w turbinach spalinowych do produkcji energii elektrycznej, rzadziej do produkcji paliw transportowych. W przypadku niektórych rodzajów biomasy może to być najbardziej ekonomiczny i wydajny sposób wytwarzania energii.

Piroliza polega na rozkładzie termicznym biomasy w warunkach beztlenowych, jest to endotermiczny proces chemiczny i potrzebuje zewnętrznego źródła ciepła. W zależności od warunków głównym produktem może być paliwo gazowe lub ciekłe (szybka piroliza). Ostateczne produkty pirolizy mogą być wykorzystane do produkcji ciepła, energii elektrycznej bądź paliw przeznaczonych do celów transportowych.

Produkcja biogazu

Biogaz powstaje w wyniku fermentacji beztlenowej w wytwórni biogazu (biogazowni). Podczas tego procesu bakterie rozkładają materię organiczną bez udziału powietrza, tworząc biogaz zawierający metan. W zależności od warunków i rodzaju stosowanych bakterii podczas beztlenowej fermentacji biomasy wytworzony biogaz może zawierać aż do 75% metanu. Ponadto jako produkt uboczny produkowany jest nawóz w postaci stałej podobnej do kompostu lub/oraz ciekłej.

Produkcja biopaliw

Biodiesel produkowany jest w reakcji transestryfikacji kwasów tłuszczowych (z olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych) z alkoholem w obecności katalizatora. Po reakcji i odseparowaniu od glicerolu (produkt uboczny) można go stosować bezpośrednio jako czyste paliwo lub jako mieszaninę ze zwykłym olejem napędowym. Chemicznie biodiesel jest mieszaniną estrów metylowych kwasów tłuszczowych. Najpopularniejszą metodą produkcji jest proces przebiegający w niskiej temperaturze i ciśnieniu atmosferycznym z wykorzystaniem najtańszego alkoholu - metanolu (w niektórych przypadkach stosuje się etanol i wyższe alkohole) i zasadowego katalizatora. Alternatywnym sposobem pozyskiwania biodiesla jest proces nadkrytyczny - wymaga on stosowania wysokiej temperatury i ciśnienia, ale nie ma potrzeby stosowania katalizatora, dlatego jego koszty produkcji są podobne lub niższe niż dla procesu katalitycznego. Istnieją również rzadziej stosowane metody produkcji wykorzystujące ultradźwięki, mikrofale czy enzymy.

Bioetanol produkowany jest w wyniku fermentacji alkoholowej cukrów, w tym samym procesie, który stosuje się w warzeniu piwa, produkcji wina czy wyrobów spirytusowych. W konwencjonalnej fermentacji drożdże przetwarzają biomasę bogatą w skrobię i cukry bezpośrednio do etanolu. Istnieje również możliwość wykorzystania innych rodzajów biomasy (np. drewna) przy użyciu kwasów lub enzymatycznej hydrolizy celulozy i hemicelulozy w celu przekształcenia jej do cukrów podatnych na fermentację alkoholową. Po oddestylowaniu bioetanol może być dodawany do konwencjonalnej benzyny w ilości nie większej niż 10%. Zwiększenie stężenia można osiągnąć poprzez modyfikację silników w pojazdach lub przekształcenie bioetanolu (w biobutanol).

biomass3 pl

Potencjalne przeszkody

Główną wadą biomasy przeznaczonej do konwersji termicznej jest jej niska gęstość energii. Dodatkowo wiele rodzajów biomasy przeznaczonych do celów energetycznych zawiera dużo wilgoci i charakteryzuje się skłonnością do jej pochłaniania. Często konieczna jest specjalna konstrukcja kotłów oraz zapewnienie odpowiednich warunków magazynowania i/lub częstych dostaw biomasy.

W wielu przypadkach, aby koszty transportu były ekonomicznie uzasadnione, źródło biomasy musi znajdować się w pobliżu zakładu utylizacji (np. elektrowni).

Wykorzystanie biomasy pochodzenia rolniczego wiąże się z ryzykiem nieregularności dostaw spowodowanym zmienną zdolnością produkcyjną z hektara oraz jakością paliwa, które zależą od warunków pogodowych.

Głównym ryzykiem związanym z wykorzystaniem biomasy pochodzącej z upraw energetycznych i leśnictwa jest wyjałowienie gleby i wylesianie związane z nadmierną eksploatacją terenu.

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem