Stała, ciekła i gazowa

Transkrypt

1 Biomasa Biomasa to najstarsze i najszerzej współcześnie wykorzystywane odnawialne źródło energii. NaleŜą 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 równieŝ 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 takŝe przemysłu przetwarzającego ich produkty, a takŝe 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 duŝym przyrostem rocznym i niewielkimi wymaganiami glebowymi. Stała, ciekła i gazowa RóŜne rodzaje biomasy mają róŝne 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 niŝsze od kosztów ogrzewania olejem opałowym. Biomasa występuje w róŝnych stanach skupienia. Dotychczas mówiliśmy o jej formach w stanie stałym, teraz zajmijmy się przez chwilę postaciami gazową i 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 moŝe go wykorzystywać na róŝne sposoby, m. in. do produkcji: energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach, energii cieplnej w przystosowanych kotłach,

2 energii elektrycznej i cieplnej w układach skojarzonych. Istotny jest fakt, Ŝe wykorzystując będący jednym z gazów cieplarnianych metan zapobiega się jego emisji do atmosfery. Im mniej zaś w atmosferze gazów cieplarnianych, tym mniejsze natęŝenie 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 duŝej zawartości cukru oraz biodiesel produkowany z roślin oleistych. W wyniku fermentacji, hydrolizy lub pirolizy na przykład kukurydzy czy teŝ 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 takŝe gazoholem. Ta, zawierająca tylko 10% etanolu mieszanina moŝe napędzać kaŝdy silnik, pracujący normalnie na benzynie, jednak na E 85, paliwie zawierającym 85% etanolu i 15% benzyny mogą jeździć tylko specjalnie przystosowane samochody. Zalety biomasy Biomasę warto wykorzystywać z wielu powodów. Paliwo to jest nieszkodliwe dla środowiska: ilość dwutlenku węgla emitowana do atmosfery podczas jego spalania równowaŝona jest ilością CO2 pochłanianego przez rośliny, które odtwarzają biomasę w procesie fotosyntezy. Ogrzewanie biomasą staje się opłacalne - ceny biomasy są konkurencyjne na rynku paliw. Wykorzystanie biomasy pozwala wreszcie zagospodarować nieuŝytki i spoŝytkować odpady. Źródła: Kubica, Spalanie biomasy i jej współspalanie z węglem. Instytut Energetyki Odnawialnej, Bioenergia: wykorzystanie zasobów biomasy do produkcji ciepła, nergii elektrycznej i paliw transportowych. Office for Official Publications of the European Communities, Biomass: An Energy Resource for the European Union. Ministerstwo Środowiska, Strategia rozwoju energetyki odnawialnej. EC BREC, Odnawialne źódła energii jako element rozwoju lokalnego. Przewodnik dla samorządów erytorialnych i inwestorów.

3 Potencjał i wykorzystanie biomasy Potencjał na świecie Oszacowanie potencjału technicznego biomasy na świecie, moŝliwego do wykorzystania na cele energetyczne jest zadaniem trudnym. W dłuŝszym okresie czasu trudno bowiem przewidzieć rozwój technologii czy teŝ zmiany w sposobie uŝytkowania gruntów, a co za tym idzie wielkość produkcji biomasy przeznaczonej na cele energetyczne. Dlatego teŝ poszczególne szacunki róŝnią się znacznie. NaleŜy równieŝ pamiętać, Ŝe w niektórych opracowaniach wzięto pod uwagę tylko biomasę pochodzącą z upraw, natomiast w innych podjęto równieŝ próbę oszacowania odpadów biomasowych z rolnictwa i leśnictwa. Według raportu Międzynarodowego Panelu ds. Zmian Klimatu roczny techniczny potencjał biomasy stałej wynosi 440 EJ, a biopaliw płynnych 154 EJ. Natomiast wg. Moreiry światowy potencjał biomasy stałej wynosi 1301 EJ, zaś biopaliw płynnych 455 EJ. Z kolei niemiecki Verband der Elektrizitaetswirtschaft (VDEW) powołując się na rozmaite źródła podaje, Ŝe 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 aŝ w 99% stanowi biomasa pochodzenia roślinnego, faktycznie do uŝytku nadaje się prawdopodobnie 20-30%, zaś rzeczywiście wykorzystywane jest zaledwie 6 mld ton. Trzeba przy tym zaznaczyć, Ŝe głównym kierunkiem wykorzystania biomasy pozostaje produkcja Ŝywności, zaś następne w kolejności zastosowanie to produkcja papieru i włókna. Wykorzystanie biomasy na cele energetyczne odgrywa jak do tej pory niewielką rolę, jednak i tak wynosząca 50 EJ rocznie produkcja energii z biomasy pokrywa 12% światowego zapotrzebowania na energię. Czy wiesz, Ŝe... W Chinach pozyskiwany ze ścieków i odpadów biogaz wykorzystuje się do oświetlania i ogrzewania wiejskich domów. Potencjał w Polsce W Polsce potencjał techniczny biopaliw szacuje się na około 684,6 PJ w skali roku, z czego najwięcej 407,5 PJ - przypada na biopaliwa stałe. Ich zasoby składają się z nadwyŝek biomasy pozyskiwanych w: rolnictwie 195 PJ leśnictwie 101 PJ sadownictwie 57,6 PJ oraz z odpadów przemysłu drzewnego 53,9 PJ. Północna i zachodnia Polska dysponuje duŝym potencjałem biomasy stałej ze względu na nadwyŝki słomy w gospodarstwach rolnych, równieŝ północne, lecz takŝe północno-wschodnie i północno-zachodnie rejony kraju posiadają największe moŝliwości wykorzystania biogazu z odpadów zwierzęcych. Według analiz Europejskiego Centrum Energii Odnawialnej potencjał techniczny drewna i jego odpadów z lasów i sadów, moŝliwy do wykorzystania w energetyce wynosi 8,81 mln ton. Natomiast nadwyŝki słomy do energetycznego wykorzystania sięgają 7,84 mln ton rocznie.

4 Potencjał w Europie W Unii Europejskiej w 2003 roku produkcja energii z biomasy wynosiła 69 mln ton ekwiwalentu olejowego i pokrywała 4% zapotrzebowania na energię. By kraje Unii osiągnęły zakładany udział energii odnawialnych w strukturze produkcji energii, do roku 2010 produkcja energii z biomasy powinna się podwoić (to znaczy wynieść 180 mln ton ekwiwalentu olejowego), zaś do roku 2030 potroić (czyli wynieść mln ton ekwiwalentu olejowego). Obecnie udział biomasy w strukturze produkcji energii ze źródeł odnawialnych wynosi w Unii 65%, a wykorzystywana w celach energetycznych biomasa znajduje zastosowanie przede wszystkim jako surowiec do produkcji energii cieplnej i energii elektrycznej. Kraj ZuŜycie energii w mln ton ekwiwalentu olejowego ZuŜycie energii w tonach ekwiwalentu olejowego na mieszkańca Francja 9,180 0,15 Szwecja 8,260 0,92 Finlandia 7,232 1,39 Niemcy 6,263 0,08 Hiszpania 4,107 0,10 Polska 3,927 0,10 Austria 3,499 0,43 Włochy 1,083 0,02 Czechy 0,895 0,10 Węgry 0,805 0,08 Estonia 0,150 0,11 Cypr 0,006 0,01 Malta 0 0 Razem UE 25 55,439 0,12 ZuŜycie energii pierwotnej pochodzącej z drewna i odpadów drzewnych w krajach Unii Europejskiej w 2004 roku. W 2004 roku produkcja pierwotna energii pochodzącej z drewna i odpadów drzewnych w krajach Unii Europejskiej wzrosła o 5,6% w stosunku do roku 2003 i wynosiła 55,4 mln ton ekwiwalentu olejowego. Wykorzystanie drewna ma największe znaczenie w krajach o duŝym zalesieniu, takich jak Finlandia, Szwecja czy Austria, z kolei w najgęściej zaludnionych krajach o duŝej powierzchni na przykład we Francji, w Niemczech czy w Hiszpanii - wykorzystanie energii pozyskiwanej z drewna ogranicza się do rejonów obfitujących w lasy.

5 Znacznie bardziej - aŝ o 25,7% - wzrosła w roku 2004 produkcja biopaliw w krajach Unii. Wyprodukowano ich ton. Jedynie w Polsce odnotowano gwałtowny spadek ilości produkowanego etanolu, co ma związek z odrzuceniem przez parlament ustawy o biopaliwach. Polska jest jedynym krajem w Unii, w którym w roku 2004 produkcja etanolu spadła i to aŝ o 40,7%. Nasz kraj utracił tym samym zajmowaną w roku 2003 pozycję trzeciego największego producenta etanolu w UE.

6 Czy wiesz, Ŝe... Od około 30 lat głównym światowym producentem stosowanego jako paliwo napędowe etanolu jest Brazylia kraj, w którym na szeroka skalę uprawia się wykorzystywaną do produkcji etanolu trzcinę cukrową. Brazylia to jedno z pierwszych państw, które zastosowały odnawialne źródło energii do wytwarzania paliwa napędowego. Dotowany przez państwo program produkcji i wykorzystania etanolu, którego celem było obniŝenie kosztów importu ropy, ruszył w 1975 roku i odniósł sukces w następnych latach, w czasach międzynarodowego kryzysu paliwowego. Co prawda w roku 1990 z powodu zbyt małych zysków program się załamał, jednak na początku 2003 roku produkcja etanolu znowu znacznie wzrosła. W 2004 roku produkcja biogazu wytwarzanego w 20 krajach Unii w 56 biogazowniach, z których około połowa znajduje się w Szwecji, wyniosła 4265 ton ekwiwalentu olejowego. Według opublikowanego w maju 2004 roku raportu WWF (World Wildlife Fund) w związku z produkcją biomasy do roku 2020 na całym świecie przybędzie ponad 400 tysięcy nowych miejsc pracy.

7 Źródła: Biopaliwa, red. P. Gradziuk, 2003 Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, publikacja EC BREC/IMBER, 2003 Energetyczne wykorzystanie drewna i słomy. MoŜliwości i doświadczenia praktyczne, w Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii na szczeblu lokalnym materiały seminaryjne, G. Wiśniewski, M. Pisarek, Poznań Kraków Warszawa 1999 Upgrading: Die Technik der Biogas-Aufbereitung, Oekoenergie, nr 60/ (J. R. Moreira, Global biomass energy potential ) web.worldbank.org

8 Rodzaje biomasy Stałe, płynne i gazowe biopaliwa produkowane są z biomasy, która sama występuje w rozmaitych stanach skupienia. Istnieją jednak róŝne rodzaje biopaliw w określonym stanie skupienia, podobnie jak róŝne są rodzaje surowców, wykorzystywanych do ich produkcji. Wśród biopaliw stałych wyróŝniamy np. brykiet, który moŝe być wytwarzany z kaŝdego rodzaju biomasy roślinnej, lecz najczęściej produkowany jest z trocin, wiórów, zrębków drzewnych czy słomy oraz pelety, do produkcji których nadaje się kora, zrębki, rośliny energetyczne i słoma, lecz najczęściej wykorzystywane są trociny i wióry. Podobnie biopaliwa płynne bioolej, biodiesel czy bioalkohole - produkowane są z rozmaitych surowców, przy uŝyciu rozmaitych technologii. Jeśli chodzi o biopaliwa gazowe, to obok pozyskiwanego w procesie fermentacji metanowej biogazu do celów energetycznych wykorzystywany jest takŝe holzgas, czyli gaz drzewny powstający w procesie pirolizy. Omówimy teraz pokrótce najwaŝniejsze rodzaje biopaliw. Biopaliwo to biomasa, którą przy uŝyciu metod fizycznych, chemicznych bądź biochemicznych przygotowano do wykorzystania w celach energetycznych. DREWNO I ODPADY DRZEWNE Drewno było podstawowym surowcem energetycznym jeszcze w początkach XX wieku. Choć później jego miejsce zajęły paliwa kopalne, drewno nie przestało odgrywać istotnej roli w budownictwie, meblarstwie i innych sektorach gospodarki, takich, jak przemysł chemiczny czy górnictwo. Pod względem składu chemicznego drewno jest substancją niejednorodną, zawierającą głównie celulozę, hemicelulozę, ligninę i wodę. Wraz z wiekiem drzewa nasila się proces lignifikacji: zawartość ligniny w drewnie wzrasta, a zawartość wody maleje. Z czego składa się drewno? W 20-60% z wody. Zawartość wody w świeŝym drewnie zaleŝy głównie od gatunku drzewa i jest wyŝsza w przypadku drewna o mniejszym cięŝarze właściwym. Z materiału palnego, w którym 50-52% stanowi węgiel, 40-44% tlen, 6-6,5% wodór, ok. 0,2% azot i ok. 0,1% siarka. W około 0,5% z popiołu, zawierającego wapń, magnez i potas. Paliwa drewnopochodne charakteryzują się wysoką zawartością składników lotnych. Zaledwie 20% ich masy stanowią nielotne związki węgla, które nie odparowują w procesie suchej destylacji (ogrzewania) drewna, lecz zostają spalone na ruszcie. Tymczasem większość związków lotnych spala się nad rusztem. Drewno kawałkowe to: pozostałość (ok. 2%) drewna konstrukcyjnego, przycinanego na wymiar, bądź teŝ odpad z produkcji przycinanych na wymiar półwyrobów (np. fryzów), lub materiał nie spełniający norm półwyrobu (stanowi nawet do 50% przerabianego drewna) jego wartość opałowa wynosi MJ/kg, wilgotność 20-30%, a zawartość popiołu 0,6-1,5% suchej masy

9 zawiera minimalne ilości kory. Trociny stanowią około 10% drewna przerabianego w tartakach. Są takŝe produktem ubocznym skrawania, frezowania itp. w zakładach bardziej zaawansowanej obróbki drewna. Oczyszczone z drewna kawałkowego stanowią cenne paliwo i mogą być wykorzystywane w kotłowniach. Poziom wilgotności trocin jest zróŝnicowany i waha się od 6-10% do 45-65% dla trocin z niedawno ściętego drzewa. Przy wilgotności 5-15% zawartość popiołu wynosi mniej niŝ 0,5%. Wady trocin to trudności związane z magazynowaniem, skłonność do zaparzania (trociny bukowe) i podatność na zawilgocenia. Z uwagi na te słabe punkty trociny powinny być spalane w pierwszej kolejności. Wióry są, podobnie jak trociny, produktem ubocznym przemysłu drzewnego, powstającym podczas skrawania i frezowania. Cechą charakterystyczną wiórów jest niska wilgotność (5-15%). Zawierają niewielką ilość zanieczyszczeń. Zrębki drzewne to rozdrobnione drewno w postaci długich na 5-50 mm ścinków o nieregularnych kształtach. Są produkowane: podczas pierwszego trzebienia drzewostanów, wierzchołków i innych pozostałości po wyrębach, podczas obrabiania kłód w tartakach, na szyborosnących plantacjach wierzby, z odpadów drzewnych w duŝych zakładach przetwarzających drewno. Wartość opałowa zrębków wynosi 6-16 MJ/kg, wilgotność 20-60%, a zawartość popiołu, którą zwiększa ewentualne zanieczyszczenie kamieniami, glebą i piachem stanowi od 0,6 do 1,5% suchej masy. Zrębki są doskonałym paliwem dla kotłów, wykorzystuje się je równieŝ do produkcji płyt wiórowych i jako topnik w hutnictwie. Wadą tego paliwa jest wraŝliwość na zmiany wilgotności powietrza i podatność na choroby grzybowe. Długo magazynowane zrębki powinny być co jakiś czas przewracane. Kora to wartościowy pod względem energetycznym odpad przemysłu drzewnego, stanowiący od 10 do 15% masy pozyskiwanego drewna. Jej wartość opałowa wynosi 18,5-20 MJ/kg, wilgotność

10 55-65%, a zawartość popiołu, który ma tendencję do ŜuŜlowania stanowi 1-3% suchej masy. Część kory zostaje podczas obróbki drewna przetworzona na trociny. Korę przed podaniem do kotła z podajnikiem ślimakowym naleŝy poddać zrębkowaniu w rębaku z górnym zasypem, zrębkowanie kory przebiega jednak szybko i pochłania niewielkie ilości energii. Paliwo uszlachetnione, czyli brykiet i pelety cechuje się wysoką wartością opałową, za którą odpowiada niska wilgotność i małą objętością, związaną z duŝym cięŝarem właściwym. Zaletą brykietu i pelet to ich jednolita wielkość, ułatwiająca wykorzystanie. Brykiet drzewny to walec lub kostka, utworzona z suchego rozdrobnionego drewna (trocin, wiórów czy zrębków), sprasowanego pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. W czasie zachodzącego pod ciśnieniem 200 atmosfer procesu brykietowania wydziela się lignina, która po obniŝeniu temperatury zastyga, spajając surowiec w formie brykietu. DuŜe zagęszczenie materiału w stosunku do objętości sprawia, Ŝe proces spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli. Wartość energetyczna: GJ/t; wilgotność: 6-8%; zawartość popiołu: 0,5-1% suchej masy. wilgotność 7-12%. Pelety (inaczej granulat) to produkowane z odpadów drzewnych - najczęściej z trocin i wiórów - długie na kilka cm granulki o średnicy 6-25 mm. Granulat wytłacza się w prasie rotacyjnej, bez dodatku substancji klejącej i pod duŝym ciśnieniem, które umoŝliwia duŝe zagęszczenie surowca. Pelety są paliwem łatwym do transportowania, najpraktyczniejszym w magazynowaniu i najwygodniejszym w eksploatacji. Ich zaletą jest teŝ bardzo niska zawartość popiołu (0,4-1% suchej masy). Wartość energetyczna pelet wynosi 16,5-17,5 MJ/kg, a ROŚLINY POCHODZĄCE Z UPRAW ENERGETYCZNYCH Bogate w związki celulozowe i ligninowe rośliny energetyczne mogą być wykorzystywane do produkcji energii cieplnej i energii elektrycznej oraz do wytwarzania paliw: zarówno ciekłych jak i gazowych. Rośliny energetyczne moŝna przy tym spalać albo w całości, albo w formie wyprodukowanego z nich brykietu czy pelet. Uprawy energetyczne umoŝliwiają zagospodarowanie nisko produktywnych bądź zdegradowanych terenów rolniczych, co ma niemałe znaczenie w naszym kraju, gdzie na ponad 20% terenu stęŝenie metali cięŝkich w glebie przekracza dopuszczalne normy.

11 Czy wiesz, Ŝe... Rośliny energetyczne mają szczególną zdolność do akumulowania zanieczyszczeń w systemie korzeniowym. Ich plantacja moŝe w ciągu 15 lat oczyścić glebę z takich metali cięŝkich, jak arsen, ołów, chrom, miedź, mangan, nikiel, rtęć i cynk. Dodatkowym plusem takiej rekultywacji jest fakt, Ŝe zanieczyszczenia gromadzą się wyłącznie w korzeniach roślin, nie przenikają więc do produktów spalania. Mimo to plantacje energetyczne mają równieŝ pewne wady: powstawanie wielkoobszarowych monokultur jest niekorzystne dla środowiska, poza tym uprawy energetyczne mogą prowadzić do ograniczenia lub wręcz eliminacji bioróŝnorodności i powodować wyjałowienie gleby. PoŜądane cechy roślin energetycznych to: duŝy przyrost roczny, wysoka wartość opałowa, znaczna odporność na choroby i szkodniki oraz stosunkowo niewielkie wymagania glebowe. WyróŜniamy cztery podstawowe grupy roślin energetycznych: rośliny uprawne roczne: zboŝa, konopie, kukurydza, rzepak, słonecznik, sorgo sudańskie, trzcina; rośliny drzewiaste szybkiej rotacji: topola, osika, wierzba, eukaliptus; szybkorosnące, rokrocznie plonujące trawy wieloletnie: miskanty, trzcina, mozga trzcinowata, trzcina laskowa; wolnorosnące gatunki drzewiaste. W Polsce jedną z najczęściej uprawianych roślin energetycznych jest wierzba wiciowa (zwana teŝ energetyczną). Jej uprawa w naszym kraju jest opłacalna ze względu na korzystne warunki klimatyczne, które są lepsze od warunków panujących na przykład w Szwecji. W związku z duŝym zainteresowaniem uprawami energetycznymi naleŝy się jednak spodziewać wprowadzania coraz to nowych gatunków i odmian roślin. Więcej informacji na temat plantacji energetycznych i gatunków najpopularniejszych roślin energetycznych znajduje się w dziale pt. Uprawy energetyczne. PRODUKTY I ODPADY ROLNICZE Tak, jak uprawa roślin energetycznych umoŝliwia zagospodarowanie nieuŝytków rolnych, tak wykorzystanie na cele energetyczne nadwyŝek i odpadów produkcji rolnej zapobiega

12 marnotrawstwu Ŝywności i rozwiązuje problem utylizacji odpadów. Słoma, siano, buraki cukrowe, trzcina cukrowa, ziemniaki, rzepak czy pozostałości przerobu owoców bądź zwierzęce odchody to cenne z energetycznego punktu widzenia surowce, które warto wykorzystywać. Najbardziej rozpowszechnione jest wykorzystywanie do celów energetycznych słomy. Słoma to jak podaje Mała Encyklopedia Rolnicza dojrzałe lub wysuszone źdźbła roślin zboŝowych, a takŝe wysuszone rośliny strączkowe, len czy rzepak. W energetyce znajduje zastosowanie słoma wszystkich rodzajów zbóŝ oraz rzepaku i gryki, przy czym za szczególnie cenną uchodzi słoma Ŝytnia, pszenna, rzepakowa i gryczana oraz osadki kukurydzy. Słoma jest zasadniczo wykorzystywana jako pasza i jako podściółka w hodowli zwierząt gospodarskich, do celów energetycznych wykorzystuje się zaś jej nadwyŝki. Z drugiej strony duŝą wartość energetyczną ma zupełnie nieprzydatna w rolnictwie słoma rzepakowa, bobikowa i słonecznikowa. Wykorzystanie nadwyŝek słomy do celów energetycznych pozwala uniknąć ich spalania na polach. Ta częsta praktyka wyrządza wielkie szkody środowisku naturalnemu, stąd kraje posiadające mało inwentarza, lecz produkujące duŝo zbóŝ i duŝo rzepaku starają się znaleźć alternatywne formy wykorzystywania słomy na przykład Kanadyjczycy uŝywają jej do produkcji płyt, zaś Duńczycy juŝ w 1992 roku wykorzystywali aŝ 55% produkowanej słomy na cele energetyczne. Wilgotność słomy wynosi 10-20%, zaś wartość opałowa i zawartość popiołu odpowiednio 14,3 MJ/kg i 4% suchej masy dla słomy Ŝółtej oraz 15,2 MJ/kg i 3% s. m. dla słomy szarej. Ziarno energetyczne W celach energetycznych uprawia się wiele słabo rozpowszechnionych gatunków roślin, uprawia się jednak takŝe rośliny znane juŝ od dawna, lecz hodowane najczęściej z innym przeznaczeniem. Taką rośliną jest wykorzystywany zazwyczaj jako pasza dla zwierząt i poŝywienie dla człowieka owies, którego uprawa znana jest w naszym kraju co najmniej od VIII wieku. Więcej na temat energetycznego wykorzystania ziarna owsa moŝna przeczytać tutaj.

13 BIOGAZ czyli gaz wysypiskowy to powstająca w wyniku fermentacji metanowej mieszanina gazów, której głównym składnikiem jest metan. Biogaz wykorzystywany do celów energetycznych zawiera ponad 40% metanu, zaś jego właściwości nie odbiegają od właściwości gazu ziemnego. W energetyce wykorzystuje się biogaz powstający w wyniku fermentacji: odpadów organicznych na składowiskach odpadów, odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych, osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków. BliŜszą charakterystykę biogazu znajdziecie w artykule pt. Biogaz, zaś proces fermentacji metanowej przedstawiono w artykule pt. "Technologie". BIOPALIWA PŁYNNE Do biopaliw płynnych zaliczamy: oleje roślinne, np. olej rzepakowy, bioolej otrzymywany przez poddanie biomasy szybkiej pirolizie, biodiesel, czyli estryfikowany olej rzepakowy oraz bioalkohole, wśród których największe znaczenie ma etanol. Obecnie koszty produkcji olejów roślinnych nie pozwalają na ich szerokie wykorzystanie w energetyce, trwają jednak próby wyhodowania roślin, których olej będzie wykorzystywany wyłącznie do celów energetycznych. BliŜsza charakterystyka biopaliw płynnych została przedstawiona w poświęconym im rozdziale.

14 Źródła: Biopaliwa, red. P. Gradziuk, Warszawa 2003 J. W. Dubas, A. Grzybek, W. Kotowski, A. Tomczyk, Wierzba energetyczna uprawa i technologie przetwarzania, Bytom 2004 Paliwa drzewne tanie i ekologiczne źródło ciepła, broszura KAPE, W-wa 2004 Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, publikacja EC BREC/IMBER, W-wa 2003 S. Szczukowski, J. Tworkowski, M. J. Stolarski, Wierzba energetyczna, Kraków 2004 A. Grzybek, P. Gradziuk, K. Kowalczyk, Słoma energetyczne paliwo, W-wa samorzad.pap.com.pl

15 Właściwości biomasy jako paliwa Wartość energetyczna (opałowa) to jeden z najwaŝniejszych parametrów termofizycznych biopaliw stałych. Waha się od 6-8 GJ/t dla biopaliw o wilgotności 50-60%, przez GJ/t dla biopaliw podsuszonych do stanu powietrznie-suchego, których wilgotność wynosi 10-20%, aŝ do 19 GJ/t dla biopaliw całkowicie wysuszonych (EC BREC). Jest niŝsza od wartości opałowej węgla 1,5 tony podsuszonego drewna bądź słomy ma taką wartość energetyczną jak tona węgla o przeciętnej wartości opałowej - i znacznie niŝsza od wartości opałowej gazu ziemnego. Paliwo Wartość opałowa w GJ/t gaz propan-butan 45 lekki olej opałowy 42 cięŝki olej opałowy 40 węgiel 27 koks 25 drewno opałowe suche 19 Wartości opałowe róŝnych paliw Wartość energetyczna biopaliwa stałego rośnie wraz ze spadkiem wilgotności, im bardziej suche bowiem biopaliwo, tym mniej energii potrzeba do odparowania wody w procesie spalania i tym efektywniejszy jest proces energetyczny. Wartość opałowa paliwa stałego = ciepło spalania paliwa ciepło parowania wody uwolnionej w czasie spalania i powstałej z wodoru zawartego w paliwie (wilgoci higroskopijnej). Ciepło spalania to ilość ciepła, powstająca w wyniku całkowitego spalenia jednostki masy paliwa stałego w bombie kalorymetrycznej w atmosferze tlenu w temperaturze 250 st. C.

16 O wartości energetycznej drewna w największym stopniu decyduje jego wilgotność i gęstość, mniejszą rolę odgrywa zaś rodzaj drewna i sposób jego przygotowania. Wartość opałowa słomy zaleŝy w głównej mierze od jej wilgotności. Zbyt wilgotna słoma ma nie tylko mniejszą wartość energetyczną, lecz powoduje takŝe większą emisję zanieczyszczeń podczas spalania. Dlatego ustala się normy, określające maksymalną dopuszczalną wilgotność słomy. Choć normy te są róŝne dla róŝnych urządzeń, najczęściej przyjmuje się, ze wilgotność słomy powinna utrzymywać się w granicach 18-25%. Wilgotność bezwzględna drewna to wyraŝony w procentach stosunek wody zawartej w drewnie do masy drewna w stanie całkowicie suchym. Wilgotność względna drewna to stosunek masy wody, zawartej w drewnie do masy drewna w stanie mokrym, wyraŝony w procentach. Biopaliwo Wilgotność % Wartość energetyczna MJ/kg Gęstość kg/m 3 Zawartość popiołu % s. m. zrębki ,6-1,5 pelety ,5-17, ,4-1,0 słoma Ŝółta , ,0 słoma szara , ,0 drewno kawałkowe ,6-1,5 kora , Właściwości biopaliw stałych Wilgotność ma znaczenie nie tylko jako czynnik decydujący o wartości opałowej i emisji zanieczyszczeń, jest równieŝ istotna z uwagi na technologię spalania, transport, magazynowanie, automatyzację podawania do kotła i warunki jego eksploatacji. Z tych wszystkich względów waŝne są takŝe takie parametry biopaliw, jak gęstość usypowa czy zawartość popiołu. Czy wiesz, Ŝe... Wilgotność drewna moŝna zmniejszyć nie tylko poddając je suszeniu, lecz takŝe odpowiednio wybierając termin wycinki i zrębkowania. Wycinając drzewa zimą, a zrębkowania dokonując jesienią moŝna zmniejszyć wilgotność drewna z 50-55% do około 35-45%. Gęstość usypowa biomasy jest znacznie niŝsza od gęstości usypowej węgla, co podnosi koszty transportu i sprawia, Ŝe powierzchnia przeznaczona do magazynowania biomasy musi być większa, niŝ w przypadku węgla. Biomasę zwłaszcza drzewną - cechuje takŝe niŝsza w porównaniu z węglem zawartość popiołu, co w odróŝnieniu od niskiej gęstości jest sporą zaletą paliw biomasowych. Jeśli podczas spalania biomasy powstaje większa niŝ zazwyczaj, przekraczająca 0,5-12,5% ilość popiołu, świadczy to o obecności zanieczyszczeń. Dowodem na obecność zanieczyszczeń obojętnych, np. pochodzących z placu, na którym składowano surowiec, jest większa zawartość krzemionki w popiele. Nie zawierający szkodliwych substancji popiół pochodzący ze spalania biomasy nadaje się do wykorzystania w charakterze nawozu mineralnego. Paliwo Zawartość popiołu w % węgiel 22,2 zrębki drzewne 0,3-2,2

17 Nie tylko zawartość, lecz takŝe skład popiołu jest inny w przypadku biomasy i inny w przypadku węgla. Podczas gdy główne składniki popiołu z węgla kamiennego to dwutlenek krzemu (SiO 2 ), dwutlenek glinu (AlO 2 ) i trójtlenek Ŝelaza (Fe 2 O 3 ), w popiele powstającym podczas spalania biomasy poza dwutlenkiem krzemu występują głównie tlenki: wapnia (CaO) i potasu (K 2 O). To właśnie skład chemiczny, a konkretnie obecność łatwotopliwych tlenków metali alkaicznych sprawia, Ŝe popiół z biomasy topi się zazwyczaj w o wiele niŝszych temperaturach, niŝ popiół z węgla. Popiół z biomasy jest nieraz płynny juŝ w temperaturze 800 st. C. Warto o tym pamiętać, gdyŝ obniŝony próg topliwości moŝe być jedną z przyczyn powstawania osadu pokrywającego powierzchnie grzewcze kotłów. Czy wiesz, Ŝe......do 0,12% więcej siarki zawierają brykiety wyprodukowane z trocin drzew, rosnących w południowo-zachodnich rejonach Polski? Źródła: Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, publikacja EC BREC/IMBER, 2003 Biopaliwa, red. P. Gradziuk, 2003 G. Wiśniewski, M. Pisarek, Energetyczne wykorzystanie drewna i słomy. MoŜliwości i doświadczenia praktyczne w: Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii na szczeblu lokalnym materiały seminaryjne, Poznań Kraków Warszawa 1999 A. Grzybek, P. Gradziuk, K. Kowalczyk, Słoma energetyczne paliwo,

18 Technologie wykorzystania biomasy 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 aŝ 90% energii, otrzymywanej na świecie z biomasy, przy czym spalana moŝe być biomasa we wszystkich stanach skupienia. Efektywne i spełniające normy ochrony środowiska spalanie drewna powinno przebiegać w trzech fazach: suszenia i odgazowania materiału drzewnego, w wyniku czego powstaje gaz drzewny, spalania gazu drzewnego w temperaturze 1200 st. C oraz dopalania gazu i oddawania ciepła w wymienniku. Wysoka temperatura, dostęp tlenu i odpowiednio długi czas spalania pozwalają utrzymać niski poziom emisji tlenku węgla (CO), węglowodorów i węglowodorów poliaromatycznych (PAH), poza tym dzięki tym czynnikom w popiele pozostaje niewielka ilość niedopalonego węgla. Do ekologicznego, efektywnego spalania biomasy w celu pozyskiwania energii słuŝą specjalnie skonstruowane kotły, wyposaŝone w komory spalania ze stałymi bądź ruchomymi rusztami i charakteryzujące się zwiększoną powierzchnią wymiany ciepła. Efektywność przebiegu procesu spalania zaleŝy od ilości dostarczanego powietrza. W nowoczesnych kotłach powietrze do spalania dostarczane jest w postaci tzw. powietrza pierwotnego i wtórnego. Powietrze pierwotne miesza się z paliwem i wykorzystywane jest w procesie gazyfikacji i spalania węgla drzewnego. Powietrze wtórne jest wykorzystywane podczas spalania substancji lotnych i nie miesza się z powietrzem pierwotnym. Instalacje do spalania mogą być wykorzystywane do utylizacji róŝnych rodzajów biomasy, w tym drewna kawałkowego, zrębek, trocin, słomy i innych. Spalanie biomasy efektywne energetycznie, ekonomicznie oraz ekologicznie wymaga zastosowania odpowiednich technologii. Specyficzne właściwości fizyko-chemiczne biomasy wymagają stosowania odpowiednich rozwiązań technologicznych, dostosowanych do paliwa. Tylko 20% masy drewna stanowią

19 nielotne związki węgla, które w tradycyjnym kotle spalają się na ruszcie (w węglu brunatnym stanowią one 45-60%, w węglu kamiennym 60-80%, w koksie ponad 95%). Reszta, około 80%, to związki lotne, które spalają się nad rusztem, wydzielając się intensywnie w stosunkowo wąskim zakresie temperatur. Efektywne spalanie tego typu paliw wymaga specjalnych technik i kotłów, zapewniających warunki dynamiczno-termiczne niezbędne dla zupełnego spalania lotnych produktów rozkładu termicznego biomasy. Nieodpowiednie rozwiązania aparaturowe i technologiczne skutkują zwiększoną, często powaŝnie, emisją szkodliwych substancji do atmosfery, która moŝe zniweczyć korzystny efekt ekologiczny wynikający z charakteru biomasy drzewnej. Niezupełne spalanie to takŝe niekorzystne ekonomicznie obniŝenie sprawności procesu. Kotły do spalania biomasy dostępne są w szerokim zakresie mocy od kilkunastu kw do kilkuset MW. Na typowe palenisko składa się komora spalania wyłoŝona zwykle odpornym na wysoką temperaturę materiałem ceramicznym oraz ruszt. Rozwiązania konstrukcyjne rusztów obejmują ruszty stałe, ruszty mechaniczne płaskie oraz schodkowe. Do spalania paliw podsuszonych (20-25%) stosowane są kotły z rusztami stałymi lub mechanicznymi poziomymi. W przypadku paliw wilgotnych (40-60%) kotły wyposaŝone są w ruchome ruszty schodkowe. Układ taki zapewnia w pierwszej fazie odparowanie wody z paliwa, a następnie w miarę przesuwania w głąb paleniska jego całkowite spalenie. Stosowane są takŝe kotły wyposaŝone w paleniska fluidalne. Kotły fluidalne pozwalają ma efektywne spalanie biopaliw niskiej jakości (wilgotnych) przy zachowaniu emisji zanieczyszczeń na niskim poziomie. Kotły do spalania biomasy mogą być wyposaŝone w automatykę oraz wymuszony nawiew powietrza. Systemy podające to zwykle przenośniki ślimakowe i pneumatyczne współpracujące z ruchomymi zgarniakami podłogowymi. Słoma charakteryzuje się duŝą objętością paliwa w stosunku do jednostki energetycznej, niejednorodnością i zawartością części lotnych. Dlatego powstało wiele typów kotłów przeznaczonych do spalania słomy. Trzy podstawowe to: uŝywane do okresowego spalania całych bel słomy kotły wsadowe, najczęściej zaopatrujące w energię cieplną gospodarstwa rolne, szklarnie, małe i średnie przedsiębiorstwa oraz niewielką zabudowę mieszkaniową na wsiach, kotły do spalania słomy rozdrobnionej, najczęściej obok kotłów wsadowych wykorzystywane w Polsce, kotły do cygarowego spalania całych bel słomy, nie tak rozpowszechnione, jak kotły dwóch poprzednich rodzajów, między innymi ze względu na małą odporność na zawilgocenia. GAZYFIKACJA Podobnie jak spalanie, gazyfikacja jest zachodzącym w wysokiej temperaturze procesem konwersji termochemicznej, z tą jednak róŝnicą, Ŝe jej produktem nie jest ciepło, lecz gaz, który dopiero po spaleniu dostarcza energii cieplnej. Poza wytwarzaniem ciepła, gaz ten moŝe być wykorzystywany takŝe w kuchenkach gazowych oraz w turbinach, słuŝących do produkcji elektryczności i maszynach, wykonujących pracę mechaniczną. Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega dwustopniowo: w pierwszej komorze w warunkach niedoboru powietrza oraz stosunkowo niskiej temperaturze ( o C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz mineralna pozostałość (węgiel drzewny), w drugim etapie w komorze dopalania w temperaturze około o C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.

20 Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka efektywność: podczas gdy małe i średnie urządzenia wykorzystywane do spalania osiągają efektywność rzędu 15-20%, efektywność urządzeń słuŝących do gazyfikacji juŝ teraz wynosi około 35%, a w niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%. Gazyfikacja biomasy to poprzedzający spalanie w kotłach i silnikach proces przetwarzania biopaliw stałych w gaz. Piroliza to prowadzony w temperaturze ponad 600 st. C i bez dostępu powietrza proces rozszczepiania cząsteczek związków chemicznych o duŝej masie cząsteczkowej na cząsteczki mniejsze. Kogeneracja, zwana takŝe produkcją energii w skojarzeniu to proces równoległego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. 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 złoŝoną miksturą utlenionych węglowodorów. Zaletą pirolizy jest większa niŝ w przypadku spalania i gazyfikacji łatwość transportowania produktu wyjściowego, pozwalająca znacznie ograniczyć koszty transportu. Piroliza jest złoŝonym procesem, a właściwości jej produktu zaleŝą od wysokości temperatury, od tego jak długo poddawano materiał jej działaniu, od obecności wody, tlenu i gazów, a takŝe od cech poddanego pirolizie surowca. Podczas procesu pyrolizy biomasa ulega termicznemu przekształceniu przy braku dostępu tlenu. W zaleŝności od warunków przebiegu tego procesu moŝna wyróŝnić pyrolizę konwencjonalną, szybką i błyskawiczną. Przebieg procesu pyrolizy: suszenie paliwa do wilgotności poniŝej 10% mielenie biomasy na bardzo małe cząsteczki, aby zapewnić szybki przebieg reakcji reakcja pyrolizy wydzielenie produktów stałych schładzanie i gromadzenie bio-oleju. W procesie szybkiej pyrolizy drobne cząsteczki biomasy, o niskiej wilgotności podgrzewane są bardzo szybko do temperatury C. W rezultacie tego procesu powstaje produkt ciekły olej pyrolityczny o wartości kalorycznej około MJ/kg. W niewielkich ilościach powstają równieŝ gaz i węgiel drzewny, które są bezpośrednio spalane i dostarczają ciepło na potrzeby procesu pyrolizy. Olej powstający w procesie szybkiej pyrolizy stanowi od 60 do 75% masy

21 paliwa. MoŜe on być uŝywany bezpośrednio jako paliwo lub teŝ wykorzystywany do wytwarzania innych substancji. Produkty powstające w procesie szybkiej pyrolizy: produkt ciekły olej pyrolityczny (75%) produkt stały węgiel drzewny (12%) mieszanina gazów palnych (13%). Prawie kaŝdy rodzaj biomasy moŝe być poddawany procesowi szybkiej pyrolizy. ChociaŜ większość dotychczas przeprowadzonych badań została wykonana z wykorzystaniem drewna, to prowadzono równieŝ testy z wykorzystaniem odpadów rolniczych, roślin pochodzących z upraw energetycznych oraz osadów ściekowych. Szybka pyroliza jest procesem bardzo zaawansowanym i wydajnym. Wymaga dokładnej kontroli parametrów, w szczególności temperatury i czasu trwania poszczególnych faz. Technologie szybkiej pyrolizy biomasy do produkcji paliw płynnych zostały z sukcesem wdroŝone w kilku duŝych instalacjach demonstracyjnych. Jednak nigdzie na świecie nie są obecnie stosowane na skalę komercyjną, ale uwaŝane są za bardzo obiecujące. Główną zaletą oleju pyrolitycznego jest łatwość przechowywania i transportowania. MoŜe on być równieŝ wykorzystywany jako półprodukt do wytwarzania cennych substancji. Ze względu na powyŝsze pyroliza powinna być traktowana jako technologia dopełniająca w stosunku do pozostałych procesów termochemicznych. KOGENERACJA Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej, powoduje mniejsze zuŝycie paliwa i mniejszą emisję substancji szkodliwych niŝ proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła. W układach skojarzonych wskaźnik wykorzystania energii chemicznej paliwa wynosi aŝ 80-90%, co jest moŝliwe dzięki odzyskiwaniu wysokiej jakości ciepła ze spalin. Kogeneracja jest więc korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i z ekonomicznego czy ekologicznego punktu widzenia. Produkcję energii w skojarzeniu moŝna stosować wszędzie tam, gdzie równocześnie występuje zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną. Rodzaj zastosowanej technologii zaleŝy przy tym od rodzaju wybranego paliwa: na przykład dla systemów, które w charakterze paliwa wykorzystują słomę, najodpowiedniejsza jest elektrociepłownia z turbiną parową, bądź teŝ przy mniejszych wartościach mocy elektrycznej z silnikiem parowym. Podstawowe elementy układu, opartego na słomie to kocioł parowy z podgrzewaczem pary, turbina parowa i generator energii elektrycznej. Rozdrobnione w systemie obróbki wstępnej paliwo podawane jest najpierw do śluzy ogniowej, a następnie podajnikiem ślimakowym na ruszt schodkowy, gdzie następuje spalanie. Para, która podczas spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej. Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci przemysłowej generator. Zalety stosowania układów kogeneracyjnych: zmniejszenie zuŝycia paliwa na wytworzenie jednostki energii redukcja emisji zanieczyszczeń obniŝenie kosztów energii dla uŝytkowników zmniejszenie strat energii w sieciach przesyłowych (ze względu na mniejsze odległości pomiędzy ródłem a odbiorcami energii)

22 moŝliwość utylizacji biogazu rozproszenie źródeł. W roku 2003 w krajach OECD prawie 60% energii elektrycznej wytwarzanej z biomasy produkowano właśnie w procesie kogeneracji. W krajach Unii Europejskiej systemy skojarzone oparte na biomasie nie są zbyt rozpowszechnione. Do wyjątków naleŝą w tym względzie dwa państwa skandynawskie: Finlandia i Dania, gdzie w 1989 roku w miejscowości Haslev powstała pierwsza na świecie elektrociepłownia zasilana słomą. Zakład ten, dysponujący 13 MW mocy cieplnej i 5 MW mocy elektrycznej, spala w ciągu roku około 26 tys. ton słomy. W sezonie zimowym kaŝdego dnia wykorzystuje od 150 do 200 t słomy. Całkowita sprawność systemu wynosi 86%, zaś powstające w procesie spalania gazy są przed uwolnieniem do atmosfery przepuszczane przez filtr, który zatrzymuje aŝ 99% lotnego popiołu. PROCESY BIOCHEMICZNE Niektóre formy biomasy zawierają zbyt duŝo wody, by moŝna było skutecznie poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele energetyczne jest jednak moŝliwe dzięki procesom biochemicznym, na przykład fermentacji. Fermentacja alkoholowa to proces rozkładu węglowodanów, zachodzący po dodaniu droŝdŝy do takich surowców, jak zboŝe, pszenica, winogrona czy buraki cukrowe i zapewnieniu temu materiałowi warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne bioetanol, stanowiący 90% wszystkich stosowanych biopaliw ciekłych. Bioetanol wykorzystuje się najczęściej w charakterze domieszki do benzyny, stanowiącej od 5 do 10% paliwa, jest on jednak stosowany równieŝ jako samodzielne paliwo. Innym procesem biochemicznym wykorzystywanym do produkcji biopaliw płynnych jest estryfikacja oleju. Polega ona na przemianie oleju zawierającego metanol (rzepakowego, sojowego, gorczycowego itp.) w estry metylowe. Tak powstaje biodiesel, biopaliwo płynne, które podobnie jak etanol moŝe być wykorzystywane bądź samodzielnie, bądź teŝ w charakterze dodatku do paliw tradycyjnych (stanowi wtedy 5-25% mieszanki). Biodiesel to biopaliwo płynne, którego sprzedaŝ wzrasta obecnie najszybciej. Fermentacja metanowa to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu proces rozkładu wielkocząsteczkowych substancji organicznych (głównie węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub niŝszych kwasów organicznych, a takŝe metanu, dwutlenku węgla i wody. WyróŜniamy następujące fazy fermentacji metanowej: 1. hydroliza enzymatyczna, w wyniku której z białek powstają aminokwasy, z tłuszczów kwasy tłuszczowe i glicerol, a z polisacharydów monosacharydy, 2. acidogeneza, czyli fermentacja kwaśna, polegająca na metabolizowaniu produktów hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych, etanolu i produktów gazowych, 3. octanogeneza, w czasie której lotne kwasy tłuszczowe są rozkładane do kwasu octowego, dwutlenku wegla i wodoru oraz końcowa 4. metanogeneza, w wyniku której z kwasu octowego otrzymujemy metan i dwutlenek węgla. Produktem finalnym fermentacji metanowej jest biogaz mieszanina gazów, składająca się głównie z metanu i dwutlenku węgla, a takŝe z niewielkich ilości (ok. 1%) siarkowodoru,

23 amoniaku, azotu, tlenku węgla, tlenu, wodoru i tioli. Produkty w stanie stałym to trudnorozkładalne bądź nierozkładalne osady oraz biomasa bakteryjna. Do celów energetycznych wykorzystywana jest fermentacja takich substancji organicznych, jak odchody zwierzęce, odpady przetwórstwa spoŝywczego, odpady komunalne na wysypiskach i osady, wytrącone w oczyszczalniach ścieków. Źródła: Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, publikacja EC BREC/IMBER, 2003 Biopaliwa, red. P. Gradziuk, Czy warto segregować? Mechaniczno-biologiczna przeróbka odpadów komunalnych, Przegląd Komunalny, listopad 2004 ŚciąŜko, Zawistowski, Kubica, Produkcja ciepła z biomasy drzewnej w ogrzewnictwie indywidualnym i komunalnym. Energia odnawialna na Pomorzu Zachodnim. EC BREC, Spalanie, gazyfikacja, piroliza, Eko-Wat, Nr 1

24 Atestacja kotłów i paliw Dla uŝytkowników systemów cieplnych opalanych biomasą jakość kotłów oraz paliwa mają istotne znaczenie. Efektywność energetyczna, jak i ekologiczna procesu spalania czy gazyfikacji zaleŝy bowiem od następujących czynników: konstrukcji kotła, jakości i doboru odpowiedniego paliwa, właściwie dobranej instalacji odprowadzania spalin. Efektywne spalanie biomasy wymaga specjalnych technologii, zapewniających warunki dynamiczno-termiczne niezbędne dla zupełnego spalania lotnych produktów rozkładu termicznego biomasy. Nieodpowiednie rozwiązania technologiczne skutkują zwiększoną emisją szkodliwych substancji do atmosfery, a takŝe obniŝeniem sprawności procesu spalania, co w rezultacie powoduje wzrost kosztów uŝytkowania. Na rozwijającym się polskim rynku pojawiają się wciąŝ nowi producenci kotłów na paliwa stałe produkowane z biomasy, a takŝe producenci i dostawcy paliwa biomasowego. Obecnie w sprzedaŝy znajdują się róŝne typy kotłów produkcji krajowej i zagranicznej. Nowoczesne instalacje grzewcze są coraz bardziej dogodne w uŝytkowaniu i przyjazne dla środowiska. Niestety jakość niektórych kotłów, produkowanych w przestarzałych zakładach, nie stoi na zbyt wysokim poziomie. W przypadku paliwa produkowanego z biomasy, ze względu na liczne i rozproszone źródła pochodzenia surowca, mamy do czynienia z duŝym zróŝnicowaniem jakościowym. Na polskim rynku brakuje norm i systemów atestacji, które zapewniłyby wysoką jakość paliwa produkowanego z biomasy. Wprowadzenie norm jakości wpłynęłoby pozytywnie na rozwój rynku biomasy. Produkty, które spełniałyby określone standardy zyskałyby zaufanie potencjalnych uŝytkowników, co skutkowałoby wzrostem liczby instalacji grzewczych na biomasę. W wielu krajach europejskich obowiązują normy jakości dla kotłów i paliw produkowanych z biomasy. Normy jakości dla zagęszczonego paliwa produkowanego z biomasy obowiązują np. w Austrii (ÖNORM M 7135) oraz w Niemczech (DIN 51731). Obecnie Europejski Komitet Standaryzacji (CEN) prowadzi prace nad wprowadzeniem powszechnych europejskich norm jakości dla paliw produkowanych z biomasy. W Polsce certyfikacja w odniesieniu do kotłów na paliwa stałe obejmuje: certyfikację obowiązkową na znak bezpieczeństwa B (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 10 marca 2000 roku), certyfikację zgodności wg kryterium efektywności energetycznej (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 18 lutego 1999 roku, Dz. U. z dnia 26 lutego 1999 r. "Wymagania w zakresie efektywności energetycznej, jakie powinny spełniać urządzenia produkowane w kraju i importowane, oraz wymagania w zakresie stosowania etykiet i charakterystyk technicznych."), certyfikację na znak bezpieczeństwa ekologicznego prowadzoną przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu, który wydaje producentom świadectwa dla produkowanych przez nich paliw i kotłów, które spełniają określone kryteria energetyczno-emisyjne.

25 Badania kotłów na paliwa stałe mogą być przeprowadzane przez laboratoria akredytowane przez Polskie Centrum Badań i Akredytacji. Są to następujące laboratoria krajowe: 1. Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego w Poznaniu 2. Laboratorium Badań Kotłów i Urządzeń Grzewczych Instytutu Techniki Grzewczej i Sanitarnej w Łodzi 3. Laboratorium Badań Kotłów Opalanych Paliwami Stałymi Instytutu Techniki Cieplnej w Łodzi 4. Przewoźno-Stacjonarne Laboratorium Badań Urządzeń Cieplnych Opalanych Paliwami Ciekłymi i Gazowymi Instytutu Techniki Cieplnej w Łodzi 5. Zespół Laboratoriów Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu. Świadectwa na znak bezpieczeństwa ekologicznego wydawane są przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu. Instytut corocznie wykonuje badania efektywności energetycznoekologicznej dla kilkudziesięciu producentów z obszaru całego kraju. Ocena energetycznoemisyjna obejmuje m. in. oznaczanie zawartości pyłu i zanieczyszczeń organicznych w spalinach, sprawności spalania paliwa, sprawności energetycznej kotła, oznaczenie wskaźników emisji zanieczyszczeń emitowanych podczas spalania biomasy. Do marca 2003 roku wydano ponad 50 świadectw badania kotłów na znak bezpieczeństwa ekologicznego. Instytut przeprowadza równieŝ badania biomasy stałej do celów energetycznych. Opracowane w Instytucie metody stanowią zestaw procedur określających właściwości kotłów, a takŝe biomasy i paliw wytworzonych na bazie biomasy. Instytut rozpoczął prace nad wdroŝeniem w krajowej energetyce systemu atestacji paliw wytwarzanych na bazie biomasy, opartego na opracowanych procedurach. Źródła: Kubica, Co nowego w rozwoju technologii czystego spalania węgla, Dodatek do Biuletynu Ekologicznego PKE, Nr 3 wydanie specjalne Zawistowski, Zastępowanie węgla biomasą drzewną w procesach spalania atestacja kotłów na paliwa stałe. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

26 Zalety i wady Biomasa to nieszkodliwe dla środowiska, odnawialne źródło energii. Jej największą zaletą jest zerowy bilans emisji dwutlenku węgla (CO 2 ), uwalnianego podczas spalania biomasy, a takŝe niŝsza niŝ w przypadku paliw kopalnych emisja dwutlenku siarki (SO 2 ), tlenków azotu (NO x ) i tlenku węgla (CO). Przykładowo, spalając 1 GJ oleju napędowego, powodujemy emisję 1,255 kg tlenków azotu, 0,004 kg podtlenku azotu (N 2 O) i aŝ 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. W Unii Europejskiej zwiększenie produkcji energii z biomasy z 69 mln ton ekwiwalentu olejowego w 2003 roku do 149 mln w roku 2010 pozwoli zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 209 mln ton rocznie. Warto zaznaczyć, Ŝe wykorzystywanie biomasy na cele energetyczne jest korzystne dla środowiska zwłaszcza wtedy, gdy energię pozyskujemy na przykład w procesie pirolizy czy w procesie fermentacji, nie zaś drogą bezpośredniego spalania surowca. Wykorzystanie biomasy jest korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska nie tylko ze względu na zmniejszoną emisję zanieczyszczeń. Pozyskując energię z biomasy zapobiegamy marnotrawstwu nadwyŝek Ŝywności, zagospodarowujemy odpady produkcyjne przemysłu leśnego i rolnego, utylizujemy odpady komunalne. Wysypisko, na którym składowane jest ton odpadów komunalnych w ciągu jednej godziny dostarcza 50 m 3 biogazu tyle, ile potrzeba do wyprodukowania 90 kw energii elektrycznej i 156 kw energii cieplnej. Dodatkową korzyścią, wynikającą z wykorzystania biogazu jest fakt, Ŝe woń rozkładających się na wysypisku opadów traci na intensywności, a stan środowiska naturalnego w pobliŝu wysypiska ulega znacznej poprawie. Czy wiesz, Ŝe... Autobusy w 17 szwedzkich miastach jeŝdŝą wyłącznie na paliwie biogazowym, którego wartość energetyczna jest o około 10% wyŝsza od wartości opałowej benzyny. By przejechać ten sam dystans, potrzeba więc mniej metrów sześciennych biogazu niŝ litrów benzyny. Wcześniejsze modele zasilanych biogazem samochodów osiągały maksymalną prędkość 230 km/h, nowszymi moŝna jeździć z prędkością dochodzącą do 350 km/h. Zasoby biomasy są dostępne na całym świecie. Jako źródło energii elektrycznej biomasa jest mniej zawodna niŝ na przykład - energia wiatru czy energia Słońca. Jej zasoby mogą być magazynowane i wykorzystywane w zaleŝności od potrzeb, a ich transport i magazynowanie nie pociąga za sobą takich zagroŝeń dla środowiska, jak transport czy magazynowanie ropy naftowej bądź gazu ziemnego. Poza tym wykorzystanie biomasy z terenów leśnych i z pastwisk zmniejsza ryzyko poŝaru, zaś uprawy na cele energetyczne pozwalają teŝ zagospodarować nieuŝytki rolne i rekultywować tereny poprzemysłowe: w Polsce aŝ 20% powierzchni kraju to obszary, na których została przekroczona norma stęŝenia metali cięŝkich w glebie, co oznacza, Ŝe uprawiane tam rośliny mogą być wykorzystywane wyłącznie przemysłowo. Wykorzystanie biomasy wspomaga zrównowaŝony rozwój rolnictwa, ma takŝe pozytywne skutki społeczne, gdyŝ wzrastający popyt na produkty rolne przyczynia się do powstawania koniunktury i do tworzenia nowych miejsc stałej pracy, zwłaszcza na wsi. Przykładowo realizacja opracowanego przez Komisję Europejską