Biomasa

Biomasa je v osnovi organski material, ki izvira iz živih organizmov in zato vsi živi organizmi na Zemlji vsebujejo kisik, ogljik, vodik, dušik in mnoge druge elemente v manjših količinah. Vsebina posameznih komponent je odvisna od izvora biomase in določa možnost, da jo neposredno uporabimo za energetske namene ali za nadaljnjo predelavo. Vendar pa fosilna goriva prav tako sestavljajo organske snovi in njihova energijska gostota je večja ter njihova predelava v tekoče ali plinasto gorivo je lažje kot predelava biomase.

Zakaj uporabljati biomaso?

Prednosti uporabe biomase za energijske namene v primerjavi s fosilnimi gorivi, lahko razdelimo v tri glavne skupine:

Okoljske prednosti

Uporaba fosilnih goriv se odraža v ponovni uvedbi ogljika in drugih onesnaževalcev, ki gredo nazaj v ozračje. Ogljik gre v ozračje s sežiganjem biomase ali biomase, ki je predelana v gorivo in je bila pred kratkim prevzeta od rastlin. Torej z uporabo biomase lahko dosežemo »CO2 neutralno izgorevanje«, ampak le takrat, ko pridelamo toliko biomase kot je porabimo za energijske namene. (Sekanje gozdov ne pride v poštev). Možno je tudi zmanjšati količino organskih odpadkov, tako da jih spreminjamo v uporabno gorivo.

Energetska neodvisnost

Viri fosilnih goriv (še posebej nafta in zemeljski plin) so neenakomerno distribuirani po svetu in njihove rezerve se zmanjšujejo. Vedno večje povpraševanje po energiji povečuje cene goriv in lahko vodi do pomanjkanja dobave goriva za posamezne države. Proizvodnja in uporaba biomase pa je mogoča skoraj vsepovsod po svetu, zato lahko njena uporaba prispeva k večji energetski neodvisnosti posameznih držav.

Gospodarske prednosti

V regijah ali državah, ki uporabljajo biomaso, ki jo same proizvedejo, namesto uvoženih fosilnih goriv, denar ostane v njihovem proračunu. Uporaba biomase kot vir energije, je lahko velika prednost za kmete in kmetijsko industrijio.

Biomasa za energetske namene

Odvisno od regije obstaja veliko število različnih virov biomase in možnih je veliko različnih načinov za njeno predelavo v energijo. Vire Biomase lahko razdelimo v tri glavne skupine:

  • Energetske rastline
    • Hitro rastoči panjevec (to so vrbe, topol)
    • Trave in energetske rastline ki niso iz lesa (npr. prstasti trstikovec)
    • Kmetijski pridelki za proizvodnjo biogoriv, ki niso namenjeni za prehrano (npr. oljna ogrščica, koruza)
  • Odpadki in ostanki
    • Suhi kmetijski ostanki (slama, koruzni strok, perutninska stelja)
    • Mokri kmetijski ostanki (živalski in hlevski gnoj, travna silaža)
    • Odpadki (industrijski odpadki, mulj, ostanki hrane, odpadno rastlinsko olje)
  • Gozdni proizvodi
    • Les pridobljen iz gozdarskega dela ali čiščenja gozdov

Metode pretvorne biomase v energijo ali gorivo

Toplotna konverzija

S termokemično pretvorbo biomase lahko proizvedemo toploto, električno energijo ali sintetična goriva. Za te namene se običajno uporabljajo tehnologije, kot so direktno izgorevanje, toplotno uplinjanje in piroliza.

Direktno izgorevanje biomase je najstarejša znana metoda za proizvodnjo toplote. Človeštvo je prehodilo dolgo pot od odkritja ognja do današnjega dne, ko obstaja tehnologija, ki dopušča mnogo bolj udobne in učinkovite metode za pridobivanje toplote kot je enostaven kres. Za ogrevanje gospodinjstev, javnih zgradb ali okrožij z biomaso, je najboljša pot uporaba peči ali grelnikov z omejenim pretokom zraka, ki omogočajo učinkovito in priročno proizvodnjo toplote. Za proizvodnjo električne energije je najboljša pot, da jo kombiniramo s proizvodnjo toplote (kogeneracija, SPTE) v elektrarni. Proizvodnja električne energije v majhnem obsegu je na splošno neučinkovita, saj proizvaja znatno količino kolateralne toplote.

Toplotno uplinjanje je v bistvu delno izgorevanje, kjer poteka termična razgradnaj biomase, ob prisotnosti majhne količine kisika ali zraka. Glavni cilj tega procesa je proizvodnja plina, ki vsebuje veliko količino vnetljivih plinov (metan, ogljikovodik, vodik). Ustvarjen plin se lahko bodisi spali v kotlih za proizvodnjo toplote ali očisti in uporabi v kurilnih turbinah za proizvodnjo elektrike ali manj pogosto za transport proizvedenega goriva. Za posebne vrste biomase bi lahko bila najbolj ekonomična in učinkovita metoda pridobivanje energije.

Piroliza je proces termične razgradnje biomase brez prisotnosti kisika in je endotermni kemični proces, ki potrebuje zunanji vir toplote. Odvisno od razmer je glavni proizvod lahko kurilni plin ali tekoče gorivo (hitra piroliza). Končne aplikacije so podobne tistim iz uplinjanja.

Proizvodnja bioplina

Bioplin se proizvaja z anaerobnim procesom v bioplinski napravi (anaerobni digestor). V tem procesu bakterije razgradijo organske snovi brez prisotnosti zraka in proizvedejo bioplin, ki vsebuje metan. Odvisno oda razmer (tipa uporabljenih bakterij, anaerobnega digestorja in biomase) lahko proizveden bioplin vsebuje tudi do 75% metana. Poleg tega je trden ostanek, podobno kot kompost in tekočine, ki se lahko uporablja kot gnojilo, proizveden kot stranski produkt.

Proizvodnja biogoriv

Biodizel se proizvaja s pomočjo transesterifikacijske reakcije maščobnih kislin (iz rastlinskih olj ali živalskih maščob), z alkoholom, ob prisotnosti katalizatorja. Po reakciji in ločitvi od glicerola (stranski produkt), se lahko neposredno natoči v avtomobilski rezervar ali meša z navadnim dizelskim gorivom. Kemično je biodizel mešanica mono-alkilnih estrov dolgoverižnih maščobnih kislin. Najpogostejši način proizvodnje je serijski proces, ki deluje pri nizki temperaturi in tlaku, z uporabo najcenejšega alkohola-metanola (v nekaterih primerih se uporabljata etanol in višji alkohol) in osnovi katalizatorja. Super kritični proces je alternativna metoda brez katalizatorja, ki potrebuje visoko temperaturo in pritisk, ampak stoški proizvodnje so podobni ali celo nižji kot katalitski serijski proces. Obstajajo tudi druge manj znane metode proizvodnje biodizla, z uporabo ultrazvoka, mikrovalovne ali encimov

Bioetanol se proizvaja s fermentacijo alkohola, z enakim procesom, ki se uporablja v proizvodnji vina ali žganih pijač. Pri običajni fermentaciji se kvasovke pretvorijo v škrob in sladkor, ter vežejo biomaso neposredno na etanol. Možno je uporabljati veliko večji delež razpoložljive biomase z uporabo kisline ali encimske hidrolize celuloze in hemiceluloze, za njeno pretvorbo v fermentacijske sladkorje. Po destilaciji bioetanola se lahko doda neposredno k običajni nafti v koncentraciji do 10%. Povečanje koncentracije je mogoče doseči z modifikacijo vozil ali transformacijo bioetanola (npr. v biobutanol).

biomass3 si

Potencialne ovire

Glavna slabost toplotno spremenjene biomase je njena nizka energijska gostota. Poleg tega ima mnogo tipov biomase visoko vsebnost vlage. Zato je pogosto potrebna posebna oblika peči, prostor za shranjevanje ali pogosta dobava biomase.

Vir biomase mora biti v mnogih primerih lociran blizu obrata (npr. elektrarne), da bi bili transportni stroški ekonomsko upravičeni.

Uporaba kmetijske biomase vsebuje tveganja kot so vremenski vplivi na količino produkta, kvaliteto in ceno, podobno kot pri proizvodnji živilskih pridelkov.

Glavno tveganje biomase iz energetskih rastlin in gozdarstva je izčrpana prst in krčenje gozdov.