|
BIOMASA
Biomasa to najstarsze i najszerzej współcześnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. Należą do niej zarówno odpadki z gospodarstwa domowego, jak i pozostałości po przycinaniu zieleni miejskiej. Biomasa to cała istniejąca na Ziemi materia organiczna, wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. Biomasą są resztki z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe i komunalne.
Biomasa stanowi trzecie, co do wielkości na świecie, naturalne źródło energii. Według definicji Unii Europejskiej biomasa oznacza podatne na rozkład biologiczny frakcje produktów, odpady i pozostałości przemysłu rolnego (łącznie z substancjami roslinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych z nim gałęzi gospodarki, jak również podatne na rozkład biologiczny frakcje odpadów przemysłowych i miejskich (Dyrektywa 2001/77/WE).
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 roku biomasa to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji (Dz. U. Nr 267, poz. 2656).
Biomasa to głównie pozostałości i odpady. Niektóre jej formy są jednak celem, a nie efektem ubocznym produkcji. Specjalnie po to, by pozyskiwać biomasę uprawia się pewne rośliny – przykładem wierzba wiciowa, rdest czy trzcina pospolita. Do tych upraw energetycznych nadają się zwłaszcza rośliny charakteryzujące się dużym przyrostem rocznym i niewielkimi wymaganiami glebowymi..
Źródła biomasy:
Drewno:
• Odpady leśne, np. zrębki, ścinki i inne pozostałości po wyrębie drzew,
• Opał drzewny np. polana czyli kawałki drewna przygotowane do spalenia w piecu lub kominku,
• Odpady i produkty uboczne przemysłu leśnego, np. kora, trociny i wióry,
• Uprawy roślin energetycznych, np. wierzba wiciowa,
• Odpady drzewne powstające w mieście, np. pozostałości po przycinaniu gałęzi drzew, koszeniu trawników, odpady z przydomowych ogródków.
Słoma i odpady rolnicze:
• Słoma zbóż, roślin oleistych (np. rzepak) i roślin strączkowych ,
• Pozostałości po zbiorach np. łuski orzechów kokosowych, resztki z kolb kukurydzy,
• Odpady i produkty uboczne przemysłu przetwórczego np. pozostałości po przerobie trzciny cukrowej i wytłoki z oliwek.
Inne odpady organiczne:
• Odchody zwierzęce np. trzody chlewnej, kurcząt i bydła,
• Osady ściekowe np. pochodzące ze ścieków komunalnych,
• Składowiska odpadów, gdzie części organiczne wykorzystuje się do produkcji biogazu.
Biomasa stała, ciekła i gazowa
Różne rodzaje biomasy mają różne właściwości. Na cele energetyczne wykorzystuje się drewno i odpady z przerobu drewna, rośliny pochodzące z upraw energetycznych, produkty rolnicze oraz odpady organiczne z rolnictwa, niektóre odpady komunalne i przemysłowe. Im suchsza, im bardziej zagęszczona jest biomasa, tym większą ma wartość jako paliwo. Bardzo wartościowym paliwem jest na przykład produkowany z rozdrobnionych odpadów drzewnych brykiet. Paliwo uszlachetnione, takie jak brykiet czy pelety drzewne, uzyskuje się poprzez suszenie, mielenie i prasowanie biomasy. Koszty ogrzewania takim paliwem są obecnie niższe od kosztów ogrzewania olejem opałowym.
Biomasa występuje w różnych stanach skupienia. Dotychczas mówiliśmy o jej formach w stanie stałym, teraz zajmijmy się przez chwilę postacią ciekłą. Przy oczyszczalniach ścieków i na składowiskach odpadów, tam gdzie rozkładają się odpady organiczne występuje biogaz będący mieszaniną głównie metanu i dwutlenku węgla. Zwany on jest czasami gazem błotnym, a powstaje podczas beztlenowej fermentacji substancji organicznych. Człowiek może go wykorzystywać na różne sposoby, m. in. do produkcji:
- energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
- energii cieplnej w przystosowanych kotłach,
- energii elektrycznej i cieplnej w układach skojarzonych.
Istotny jest fakt, że wykorzystując będący jednym z gazów cieplarnianych metan zapobiega się jego emisji do atmosfery. Im mniej zaś w atmosferze gazów cieplarnianych, tym mniejsze natężenie efektu cieplarnianego, tym mniej związanych z globalnym ociepleniem niekorzystnych zmian klimatu.
Jeśli chodzi o postać ciekłą, to największe znaczenie odgrywają alkohole produkowane z roślin o dużej zawartości cukru oraz biodiesel produkowany z roślin oleistych. W wyniku fermentacji, hydrolizy lub pirolizy na przykład kukurydzy czy też trzciny cukrowej otrzymuje się etanol i metanol – biopaliwa, które mogą być następnie dodawane do paliw tradycyjnych. Przykładowo, około 90% wyprodukowanego w Stanach Zjednoczonych etanolu wykorzystuje się do wytwarzania „E 10”, paliwa zwanego także „gazoholem”. Ta, zawierająca tylko 10% etanolu mieszanina może napędzać każdy silnik, pracujący normalnie na benzynie, jednak na „E 85”, paliwie zawierającym 85% etanolu i 15% benzyny mogą jeździć tylko specjalnie przystosowane samochody.
Nawiązując do właściwości postaci stałej biomasy, możliwa jest wstępna obróbka biomasy, taka jak np. brykietowanie lub granulowanie.
Brykiet drzewny
Produkowany jest z rozdrobnionych odpadów drzewnych takich jak trociny, wióry czy zrębki, które są sprasowywane pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących.
Niska zawartość wilgoci sprawia, że wartość opałowa brykietów jest wyższa niż drewna. Dzięki dużemu zagęszczeniu materiału w stosunku do objętości, proces spalania jest stopniowy i powolny. Brykiet drzewny ma najczęściej kształt walca lub kostki. Technologia produkcji brykietów drzewnych była już stosowana przed II wojną światową w Szwajcarii, jednak produkcja na skalę przemysłową rozwinęła się dopiero w latach osiemdziesiątych XX wieku.
Surowcem do produkcji brykietu z biomasy może być każdy rodzaj rośliny lub odpadów pochodzenia roślinnego. Największe znaczenie gospodarcze i największą wartość handlową mają brykiety produkowane z drewna. Do przerobu nadają się praktycznie wszystkie rodzaje drewna i odpadów drzewnych, w tym zrębki i trociny. Brykietowanie następuje w prasach mechanicznych lub hydraulicznych bez stosowania żadnych substancji wiążących. O kształcie otrzymywanego brykietu decyduje rodzaj zastosowanej prasy brykietującej. Linie do produkcji brykietu zarówno mechaniczne, jak i hydrauliczne, oferowane są przez producentów krajowych i zagranicznych.
Pelety
(granulat) to wysoko wydajne, odnawialne paliwo, produkowane z biomasy. W krajach Unii Europejskiej produkcja i zastosowanie energetyczne granulatu z odpadów drzewnych wzrosły kilkukrotnie w ostatnich latach. Również w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych rynek produkcji pelet rozwija się bardzo dynamicznie. Pelety są używane do ogrzewania budynków użytkowych i gospodarstw domowych od kilkunastu lat. Również w Polsce pelety zdobywają coraz większą rzeszę zwolenników.
Surowcem do produkcji granulatu są odpady drzewne z tartaków, zakładów przeróbki drewna i leśne odpady drzewne. Najpopularniejszymi odpadami do produkcji granulatu są trociny i wióry. Technicznie możliwe jest także produkowanie granulatu z kory, zrębków, upraw energetycznych i słomy.
Produkcja peletu polega na poddaniu biomasy trzem kolejnym procesom: suszenia, mielenia i prasowania. Pelety wytłacza się z rozdrobnionej suchej biomasy pod dużym ciśnieniem w prasie rotacyjnej, bez substancji klejącej. Produktem końcowym są małe granulki o średnicy 6-25mm i długości do kilku centymetrów. Bardzo duże siły działające podczas wyciskania powodują, że gęstość materiału wzrasta, czyli że w małej objętości zostaje zmieszczona duża ilość produktu.
Paliwo to charakteryzuje się niską zawartością wilgoci (8-12%), popiołów (0,5%) i substancji szkodliwych dla środowiska oraz wysoką wartością energetyczną. Cechy te powodują, że jest to paliwo przyjazne środowisku naturalnemu, a jednocześnie łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji.
Granulat z odpadów drzewnych jest konkurencyjny dla oleju, węgla i gazu pod względem ekonomicznym i ze względu na mniejsze emisje gazów i pyłów. Jest to jedno z najtańszych paliw, jego cena jest znacznie niższa od cen oleju opałowego i gazu. Wykorzystanie granulatu do ogrzewania budynków użyteczności publicznej i w budownictwie jednorodzinnym jest bardzo korzystne, szczególnie tam, gdzie obecnie stosuje się olej opałowy.
Ważną zaletą pelet jest to, że mogą być produkowane z lokalnie dostępnych surowców. Daje to możliwość stworzenia nowych miejsc pracy. Granulat produkowany jest z odpadów drzewnych, zatem jego produkcja przyczynia się do zmniejszania problemu zagospodarowania odpadów i zużycia paliw kopalnych. Spalanie drewna nie powoduje emisji CO2, ponieważ emisje równoważone są przez pochłanianie dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy.
Pelety spalane są w pełni automatycznych kotłach c.o. Na rynku polskim jest już wielu producentów i dystrybutorów kotłów, przystosowanych do spalania pelet. Istnieje również możliwość zastosowania przystawki do kotła starego typu. Do posiadanego kotła grzewczego możemy wmontować odpowiednio przystosowany palnik do spalania granulatu. Granulat jako paliwo nadaje się do wykorzystania zarówno w instalacjach indywidualnych, jak i systemach ciepłowniczych.
Biomasa pochodząca z plantacji roślin energetycznych może być przeznaczona do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej, a także do wytwarzania paliwa ciekłego lub gazowego. Zwiększenie wykorzystania biomasy pochodzącej z upraw energetycznych wymaga utworzenia całego systemu obejmującego produkcję, dystrybucję i wykorzystanie biomasy. Tak więc działania powinny być ukierunkowane nie tylko na zakładanie plantacji, ale również na zorganizowanie systemu magazynowania i dystrybucji paliwa oraz zapewnienie efektywnego wykorzystania biomasy. Tylko równoległe rozwijanie wszystkich elementów systemu opartego o biomasę może zapewnić sukces. Uprawa roślin energetycznych może przyczynić się do powstawania nowych miejsc pracy w gminie oraz tworzenia lokalnych niezależnych rynków energii.
Rośliny energetyczne powinny charakteryzować się dużym przyrostem rocznym, wysoką wartością opałową, znaczną odpornością na choroby i szkodniki oraz stosunkowo niewielkimi wymaganiami glebowymi. Niezwykle istotną sprawą jest również możliwość mechanizacji prac agrotechnicznych związanych z zakładaniem plantacji oraz zbieraniem plonu. Uprawa roślin energetycznych może być średnio użytkowana przez okres 15-20 lat.
Rośliny energetyczne uprawiane w Polsce:
• wierzba wiciowa,
• ślazowiec pensylwański, zwany również malwą pensylwańską,
• słonecznik bulwiasty, zwany powszechnie topinamburem,
• róża wielokwiatowa,
• rdest sachaliński,
• trawy wieloletnie, m. in. miskant olbrzymi, miskant cukrowy, spartina preriowa, palczatka Gerarda.
Technologie przetwarzania biomasy na energię:
Spalanie
Wykorzystywane zarówno do produkcji energii cieplnej, jak i do wytwarzania energii elektrycznej spalanie jest najbardziej rozpowszechnioną i zarazem najprostszą formą pozyskiwania energii z biomasy. W procesie spalania generuje się aż 90% energii, otrzymywanej na świecie z biomasy, przy czym spalana może być biomasa we wszystkich stanach skupienia:
• w sposób bezpośredni – w paleniskach otwartych (ogniska) lub zamkniętych (piece, kotły),
• w sposób pośredni – przy wstępnej gazyfikacji w odrębnych gazyfikatorach, a następnie poprzez spalanie otrzymanego w ten sposób gazu palnego np. w kotłach lub zasilanie nim silników spalinowych.
Gazyfikacja
Podobnie jak spalanie, gazyfikacja jest zachodzącym w wysokiej temperaturze procesem konwersji termochemicznej, z tą jednak różnicą, że jej produktem nie jest ciepło, lecz gaz, który dopiero po spaleniu dostarcza energii cieplnej. Poza wytwarzaniem ciepła, gaz ten może być wykorzystywany także w kuchenkach gazowych oraz w turbinach, służących do produkcji elektryczności i maszynach, wykonujących pracę mechaniczną. Proces gazyfikacji polega na częściowym spaleniu biomasy w temperaturze około 1200-14000. C w warunkach ograniczonego dostępu powietrza bądź tlenu.
Piroliza
Będąca wstępem do procesów spalania i gazyfikacji piroliza to technologia, która w porównaniu ze spalaniem i gazyfikacją znajduje się dopiero we wczesnym stadium rozwoju. Jej produktem jest ciekłe biopaliwo zwane bioolejem lub olejem pirolitycznym, będące złożoną miksturą utlenionych węglowodorów. Zaletą pirolizy jest większa niż w przypadku spalania i gazyfikacji łatwość transportowania produktu wyjściowego, pozwalająca znacznie ograniczyć koszty transportu. Piroliza jest złożonym procesem, a właściwości jej produktu zależą od wysokości temperatury, od tego jak długo poddawano materiał jej działaniu, od obecności wody, tlenu i gazów, a także od cech poddanego pirolizie surowca. Piroliza zachodzi w temperaturze 200-600°C przy bardzo małym dostępnie tlenu. W jej trakcie następuje wyodrębnienie z drewna lotnych składników (drewno zawiera ich nawet do 80%). Ponieważ piroliza to jeden z etapów zgazowania, pojęcia te są czasami mylone. Główną różnicą jest ilość powietrza (tlenu), która bierze udział w procesie. Różnica jest też w produktach obu procesów -- w przypadku zgazowania mamy tylko palny gaz (gaz drzewny) i popiół.
Fermentacja beztlenowa np. trzciny cukrowej lub ziemniaków celem wytworzenia alkoholu etylowego do paliw silnikowych jest złożonym procesem biochemicznym zachodzącym w warunkach beztlenowych.
Biopaliwa płynne
Następujący współcześnie szybki rozwój transportu ma swoje dobre i złe strony. Do tych ostatnich należą niewątpliwie powodowane przez transport zanieczyszczenia. To transport odpowiada za około jedną czwartą emisji dwutlenku węgla (CO2), przy czym aż 80% tej sumy przypada na transport drogowy. Nic więc dziwnego, że w trosce o środowisko naturalne ludzie coraz częściej zwracają się ku alternatywom dla tradycyjnych paliw. Jedną z takich alternatyw są biopaliwa płynne.
Bioetanol i biometanol
Jeśli chodzi o postać ciekłą, to największe znaczenie odgrywają alkohole produkowane z roślin o dużej zawartości cukru oraz biodiesel produkowany z roślin oleistych.
W wyniku fermentacji, hydrolizy lub pirolizy na przykład kukurydzy czy też trzciny cukrowej otrzymuje się etanol i metanol – biopaliwa, które mogą być następnie dodawane do paliw tradycyjnych. Przykładowo, około 90% wyprodukowanego w Stanach Zjednoczonych etanolu wykorzystuje się do wytwarzania „E 10”, paliwa zwanego także „gazoholem”. Ta, zawierająca tylko 10% etanolu mieszanina może napędzać każdy silnik, pracujący normalnie na benzynie, jednak na „E 85”, paliwie zawierającym 85% etanolu i 15% benzyny mogą jeździć tylko specjalnie przystosowane samochody.
Biodiesel
jest biopaliwem otrzymywanym z olejów roślinnych bądź tłuszczów zwierzęcych. Nadaje się on do stosowania w silnikach diesla, przy czym jego spalanie jest znacznie bardziej przyjazne środowisku - w jego trakcie emitowanych jest mniej szkodliwych substancji chemicznych niż przy spalaniu oleju napędowego. Biodiesel otrzymywany jest z oleju roślinnego (lub tłuszczu zwierzęcego), metanolu i katalizatora (np. KOH). W odróżnieniu od normalnego oleju napędowego, biodiesel jest paliwem biodegradowalnym i nietoksycznym, jego wykorzystanie powoduje znaczne obniżenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Nadaje się on do wykorzystania prawie wszędzie tam, gdzie dziś stosuje się olej napędowy.
Środowisko
Biomasę warto wykorzystywać z wielu powodów. Paliwo to jest nieszkodliwe dla środowiska: ilość dwutlenku węgla emitowana do atmosfery podczas jego spalania równoważona jest ilością CO2 pochłanianego przez rośliny, które odtwarzają biomasę w procesie fotosyntezy. Niższa niż w przypadku paliw kopalnych jest także emisja dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu (NOx) i tlenku węgla (CO). Przykładowo, spalając 1 GJ oleju napędowego, powodujemy emisję 1,255 kg tlenków azotu, 0,004 kg podtlenku azotu (N2O) i aż 73,84 kg dwutlenku węgla. Spalenie analogicznej ilości drewna opałowego przyczynia się jedynie do emisji 0,202 kg tlenków azotu, zaś współczynnik emisji podtlenku azotu i dwutlenku węgla jest równy zeru.
Ogrzewanie biomasą staje się opłacalne - ceny biomasy są konkurencyjne na rynku paliw. Wykorzystanie biomasy pozwala wreszcie zagospodarować nieużytki i spożytkować odpady.
Wykorzystanie biomasy jest korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska nie tylko ze względu na zmniejszoną emisję zanieczyszczeń. Pozyskując energię z biomasy zapobiegamy marnotrawstwu nadwyżek żywności, zagospodarowujemy odpady produkcyjne przemysłu leśnego i rolnego, utylizujemy odpady komunalne. Składowisko odpadów, na którym składowane jest 100 000 ton odpadów komunalnych w ciągu jednej godziny dostarcza 50 m3 biogazu – tyle, ile potrzeba do wyprodukowania 90 kW energii elektrycznej i 156 kW energii cieplnej. Dodatkową korzyścią, wynikającą z wykorzystania biogazu jest fakt, że woń rozkładających się na składowisku opadów traci na intensywności, a stan środowiska naturalnego w pobliżu wysypiska ulega znacznej poprawie.
Czy wiesz, że...
Autobusy w 17 szwedzkich miastach jeżdżą wyłącznie na paliwie biogazowym, którego wartość energetyczna jest o około 10% wyższa od wartości opałowej benzyny. By przejechać ten sam dystans, potrzeba więc mniej metrów sześciennych biogazu niż litrów benzyny. Wcześniejsze modele zasilanych biogazem samochodów osiągały maksymalną prędkość 230 km/h, nowszymi można jeździć z prędkością dochodzącą do 350 km/h.
Zasoby biomasy są dostępne na całym świecie. Jako źródło energii elektrycznej biomasa jest mniej zawodna niż – na przykład - energia wiatru czy energia Słońca. Uprawy na cele energetyczne pozwalają też zagospodarować nieużytki rolne i rekultywować tereny poprzemysłowe: w Polsce aż 20% powierzchni kraju to obszary, na których została przekroczona norma stężenia metali ciężkich w glebie, co oznacza, że uprawiane tam rośliny mogą być wykorzystywane wyłącznie przemysłowo. Wykorzystanie biomasy ma także pozytywne skutki społeczne, gdyż wzrastający popyt na produkty rolne przyczynia się do tworzenia nowych miejsc pracy na wsi.
Ogrzewanie i chłodzenie: Podobnie jak w większości innych krajów UE, biomasa ma największy udział w produkcji EC-OŹE (3865 ktoe w 2005). Udział ten pozostaje stosunkowo stały w ciągu ostatnich lat, a zmiany dotyczą jego składników. Wkład biogazu do energii cieplnej pochodzącej z biomasy prawie podwoił się w ciągu roku (z 24 ktoe w 2004 do 41 ktoe w 2005).
Biomasa w Polsce
Oszacowanie potencjału biomasy w Polsce
Potencjał techniczny biomasy dostępnej na cele energetyczne jest wypadkową przyjętego modelu gospodarki leśnej oraz modelu rolnictwa i tempa wprowadzania coraz wydajniejszych plantacji roślin energetycznych oraz konkurencji o dostępną przestrzeń pod alternatywne sposoby jej użytkowania.
W kraju są coraz większe obszary ziemi odłogowanej (2,3 mln ha w 2002 r. wg Spisu rolnego) oraz zdegradowanej ziemi uprawnej (645 tys. ha w 2002 r.), które powinny być wyłączone spod upraw rolnych. Zakładając, że tereny te przeznaczone zostaną pod szybko rosnące plantacje energetyczne, można pozyskać ok. 424 PJ energii pierwotnej (zakładając średni plon 8 ton suchej masy z hektara). Polskie rolnictwo produkuje rocznie ok. 25 mln ton słomy (głównie zbożowej i rzepakowej) oraz siana. Słoma ta jest częściowo wykorzystywana jako ściółka i pasza w hodowli zwierząt oraz do nawożenia pól. Od 1990 r. rosną nadwyżki słomy, które obecnie szacuje się na 11,8 mln ton rocznie (195 PJ).
Lasy stanowią 28,8% powierzchni kraju (około 8,9 mln ha), z czego lasy państwowe zajmują powierzchnię 7,4 mln ha. Zakłada się dalszy wzrost lesistości do 32% w 2020 r.
Generalna Dyrekcja Lasów Państwowych szacuje, że całkowity potencjał techniczny drewna z leśnictwa możliwy do bezpośredniego wykorzystania na cele energetyczne wynosi ok. 6,1 mln m3 drewna, co jest odpowiednikiem 41,6 PJ,. Znaczne potencjalne ilości odpadów drzewnych powstają w przemyśle drzewnym. Według analiz Instytutu Technologii Drewna, potencjał techniczny drewna odpadowego z przemysłu drzewnego oraz innych źródeł
szacować można na ok. 58,1 PJ (8,3 mln m3).
Potencjał techniczny biogazu wynosi ok. 34 PJ, w tym największy jest udział biogazu rolniczego (15,2 PJ) oraz wysypiskowego (11,5 PJ).
Podsumowując powyższe dane cząstkowe, oszacować można obecny potencjał techniczny biomasy w warunkach krajowych na ok. 755 PJ/rok. Zaktualizowany szacunek zasobów biomasy daje wartość porównywalną z danymi przytoczonymi w Strategii rozwoju energetyki odnawialnej. Istotną cechą wcześniejszych ocen możliwości rozwoju sektora energetycznego wykorzystania biomasy było bazowanie na niestandaryzowanych biopaliwach i niekomercyjnych surowcach odpadowych (obecnie w znacznym zakresie zagospodarowanych także na inne cele): odpady drzewne z lasów, sadów, tartaków czy niewykorzystywaną rolniczo słomę.
W przyszłości, po wyczerpaniu prostych rezerw, największe możliwości wzrostu potencjału technicznego daje wprowadzanie nowych odmian roślin energetycznych i zwiększanie areału przeznaczanego pod plantacje energetyczne. Pod pojęciem biomasy rozumiemy biodegradowalne frakcje produktów, odpadów i pozostałości z rolnictwa (włączając roślinne i zwierzęce substancje), leśnictwa i pokrewnych przemysłów, jak również biodegradowalne frakcje odpadów przemysłowych
i rolniczych.
W warunkach krajowych znaczenie mają następujące źródła biomasy:
drewno pochodzące z lasów, przesiek, sadów, specjalnych upraw oraz odpadowe z przemysłu drzewnego,
plantacje roślin uprawnych z przeznaczeniem na cele energetyczne,
nasiona roślin oleistych przetwarzane na estryfikowane oleje stanowiące materiał pędny,
ziemniaki, zboża etc. przetwarzane na alkohol etylowy dodawany do benzyn,
organiczne pozostałości i odpady:
słoma i inne pozostałości roślinne stanowiące materiał odpadowy przy produkcji rolniczej,
odpady powstające w przemyśle rolno-spożywczym,
gnojowica lub obornik wykorzystywane do fermentacji metanowej,
organiczne odpady komunalne,
organiczne odpady przemysłowe, np. w przemyśle papierniczo-celulozowym.
Podstawowe ilości biomasy z odpadów drzewnych powstają w przemyśle drzewnym. Szacuje się, iż ze 100 m3 drewna pozyskiwanego z gospodarki leśnej otrzymuje się po przeróbce do 60% odpadów, w tym 10 m3 kory, 15 m3 drobnicy gałęziowej, 20 m3 odpadów kawałkowych (ścinki, obrzyny), 19 m3 trocin i zrębków, 36 m3 tarcicy oraz 20–25 produktów finalnych z grubizny. Przy założeniu pozyskiwania 15,5 mln m3 drewna w ciągu roku na potrzeby produkcyjne, z czego ok. 60% będzie odpadami. Udziały poszczególnych rodzajów odpadów powstających w różnych gałęziach przemysłu drzewnego przedstawiono w tabeli 1.
Zastosowanie przemysłowe to przemysł drzewny. Największym odbiorcą biomasy odpadowej (87%) ma przemysł płyt drewnopochodnych, gdzie drzewne odpady przemysłowe stanowią aż 44% zużytego surowca drzewnego ogółem. Na ten cel użytkowane są głównie odpady kawałkowe oraz mniejszym stopniu trociny i wióry pochodzące przede wszystkim z przemysłu tartacznego.
Ocenia się, że w skali krajowej rynek drzewnych odpadów przemysłowych jest zrównoważony, czyli powstające odpady są całkowicie zagospodarowywane głownie w przemyśle przerobu drewna oraz przemysłach przetwórczych. Ewentualne nadwyżki odpadów maja charakter lokalny i okresowy.
Przewiduje się, że w najbliższej przyszłości istotnym uzupełnieniem bilansu podaży biomasy na rynku energetycznym będą wieloletnie plantacje roślin energetycznych zakładane i prowadzone na gruntach rolnych. Ocena dotychczasowej sytuacji pozwala na stwierdzenie, że powierzchnia uprawy wierzby energetycznej będzie w Polsce rosła.
Czynnikiem potencjalnie sprzyjającym rozwojowi upraw energetycznych jest wprowadzony w Polsce obowiązek dotyczący wytworzenia „zielonej” energii elektrycznej i ciepła. W wyniku tego zobowiązania wytwórcy energii, m.in. w elektrowniach i elektrociepłowniach węglowych dostarczających energię do odbiorców końcowych (korzystających z zasady TPA), poszukują biomasy głównie do procesów współspalania z węglem.
Wierzba krzewiasta (Salix viminalis) zajmuje obecnie największy areał wśród upraw energetycznych. Całkowity areał plantacji wierzby na cele energetyczne szacuje się na około
3000 ha, z czego większość służy do komercyjnej produkcji sadzonek, natomiast uprawy użytkowane bezpośrednio na cele energetyczne nie przekraczają 1000 ha. Plantacje mają w większości charakter kilkuhektarowych upraw z przeznaczeniem na potrzeby własne lub rzadziej na potrzeby lokalnych niewielkich odbiorców, np. komunalne kotłownie na biomasę. Poza wierzbą, powstały plantacje: malwy pensylwańskiej, topinambura, miskanta olbrzymiego i róży bezkolcowej, jednak ich łączny areał jest znacznie mniejszy niż wierzby. Największe areały upraw energetycznych zlokalizowane są w województwach: lubuskim,
pomorskim, śląskim i zachodniopomorskim i dotyczą przede wszystkim wierzby.
Wykorzystanie biomasy
W warunkach polskich naturalnym kierunkiem rozwoju wykorzystania biopaliw stałych jest i będzie produkcja ciepła. W dłuższej perspektywie przewiduje się wykorzystanie biopaliw stałych w skojarzonych systemach wytwarzających energię cieplną i elektryczną (kogeneracja). Rozwój sektora biopaliw płynnych zależeć będzie od przyjętych rozwiązań polityczno-legislacyjnych, które obecnie są ponownie rozważane w Sejmie RP.
Struktura energetycznego wykorzystania biomasy w UE wg obliczeń Europejskiego Towarzystwa Biomasy AEBIOM jest następująca: 92% bioenergii wykorzystywane jest do produkcji ciepła (ciepło procesowe dla przemysłu oraz ciepło niskotemperaturowe), 7% do produkcji energii elektrycznej, a 1% do produkcji paliw transportowych. Wykorzystanie biomasy zwiększa lokalne bezpieczeństwo energetyczne poprzez uniezależnianie się od
zewnętrznych dostawców paliw kopalnych oraz wprowadzanie dywersyfikacji nośników energii.
Opłacalność stosowania technologii bioenergetycznych zależy od stopnia ich zaawansowania oraz wielkości instalacji. Generalnie technologie te wymagają stosunkowo większego początkowego nakładu inwestycyjnego (w porównaniu ze znacznie wcześniej roz-
winiętymi i dopracowanymi technologiami paliw kopalnych), przy czym koszty eksploatacji są zwykle niższe. Kluczowym elementem decydującym o opłacalności są najczęściej koszty pozyskania paliwa. W miarę rozwoju rynku biopaliw należy spodziewać się obniżania kosztów ich pozyskania i przetwarzania, natomiast w przypadku paliw kopalnych prognozowany jest wzrost cen, co w dłuższej perspektywie jeszcze bardziej uatrakcyjni wykorzystanie lokalnie dostępnych odnawialnych źródeł energii.
Biomasa może być używana na cele energetyczne w procesach bezpośredniego spalania biopaliw stałych (np. drewno, słoma, osady ściekowe), przetwarzana na paliwa ciekłe (np. estry oleju rzepakowego, alkohol) bądź gazowe (np. biogaz rolniczy, biogaz z oczyszczalni ścieków, gaz wysypiskowy). Konwersja biomasy na nośniki energii może odbywać się metodami fizycznymi, chemicznymi, biochemicznymi. Możliwości produkcji energii z surowców roślinnych przedstawiono na rysunku 1.
Dla biomasy stałej, takiej jak drewno czy słoma największe obecnie znaczenie mają technologie oparte na procesie spalania. Pod pojęciem procesu spalania rozumiana jest tutaj reakcja utleniania substancji będącej paliwem, której towarzyszy uwolnienie energii zawartej w tym paliwie.
Oprócz procesu bezpośredniego spalania biomasy i pozyskania energii chemicznej w niej zawartej za pomocą medium grzewczego odbierającego ciepło z komory spalania, istnieje możliwość konwersji termochemicznej biomasy na paliwo charakteryzujące się większą przydatnością z punktu widzenia końcowego konsumenta energii. W zależności od tego czy głównym produktem tego procesu jest gaz, paliwo płynne, czy paliwo stałe, mówimy odpowiednio o zgazowaniu, pirolizie lub karbonizacji biomasy. Technologie energetyczne wykorzystujące wspomniane trzy procesy znajdują się zwykle we wcześniejszej fazie rozwoju niż technologie oparte na procesie spalania.
Na cele energetyczne przeznaczane jest 44% ogólnej ilości biomasy odpadowej produkowanej przez przemysł drzewny. Są to przede wszystkim trociny i wióry pochodzące głównie z przemysłu tartacznego oraz w mniejszym stopniu z przemysłu meblarskiego i płyt drewnopochodnych (rys. 2).
Pozostała ilość odpadów przeznaczana jest na eksport oraz wykorzystywana w ogrodnictwie i rolnictwie – jest to przede wszystkim kora. Zieleń miejska i osiedlowa zajmuje około 65 000 ha na terenie całego kraju. Przyjmując 5 ton rocznej produkcji masy roślinnej z hektara otrzymuje się około 325 tys. ton surowca o zawartości około 1,5% azotu. Zdecydowana większość odpadów organicznych – biomasy – jest bezpowrotnie marnowana
na składowiskach.
Energia elektryczna odnawialna z biomasy
• Spalanie w kotle energetycznym – produkcja energii w turbozespole parowym
• Zgazowanie – spalanie w kotle energetycznym
– produkcja energii w turbozespole parowym
• Fermentacja – produkcja biogazu
– spalanie w kotle energetycznym produkcja energii w turbozespole parowym
– spalanie w silniku gazowym
• Inne technologie (produkcja biopaliw ciekłych, ogniwa paliwowe, paliwa wtórne)
Biomasa a efekt cieplarniany – schemat chemiczny
Zasoby biomasy – Polska (300PJ)
Słowniczek
OŹE (OZE, RES): Odnawialne Źródła Energii
E-OŹE (RES-E): Energia elektryczna wytworzona z odnawialnych źródeł energii
EC-OŹE (RES-H&C): Energia cieplna (lub do chłodzenia) wytworzona z odnawialnych źródeł energii
Biopaliwa: Obejmują głównie biodiesel i bioetanol
Biomasa: Obejmuje biomasę stałą, odpady biologiczne oraz biogaz
CHP: Połączona energia cieplna i elektryczna
GWh: gigawatogodzina
ktoe: Tysiąc ton paliwa ekwiwalentnego
kW: kilowat
PV: Technologia fotowoltaiczna wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej
LITERATURA
[1] BIO-PRO New Burner Technologies for Low Grade Biofuels to Supply Clean Energy for Processes in Biorafineries, dokumentacja projektu, 2003
[2] Communication From The Commision To The Council And The European Parliament. The share of renewable energy it the EU. Commision Report in accordance with Article 3 of Directive 2001/77/EC, evaluation of the effect of legislative instruments and other Community policies on the development of the contribution of renewable energy sources in the EU and proposal for concrete actions. Brussels 2004
[3] Commision staff working document: The share of renewable energy in EU. County profile. Overview of Renewable Energy Sources in the Enlarged European Union. Brussels 2004
[4] Eurostat: Waste generated and treated in Europe. Data 1990–2001. European Communities 2003
[5] Główny Urząd Statystyczny: Rocznik statystyczny przemysłu. GUS, Warszawa 2001
[6] Directive 2001/77/EC of European Parliament and of the Council on the Promotion of Electricity Produced From Renewable Energy Sources in the Internal Electricity Market
[7] Kaltschmitt M., Hartmann H.: Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren, Springer-Verlag 2001
[8] Oniszk-Popławska A., Zowsik, M. 2004. State of the art and perspectives for development of different biogas technologies In Poland w Proceedings of the 2nd World Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy. Industry and Climate Protection. Rzym, 10–14 maja 2004
[9] GUS 2003: Raport z wyników Powszechnego spisu ludności i mieszkań. Warszawa 2003
Patryk Krupa
|
